二氧化碳過度排放是全球氣候變暖的罪魁禍首之一，怎麽減少大氣中的二氧化碳？比如……能不能把二氧化碳“吃掉”？

還别說，有一種古老的生物就有這種好胃口，它們不僅可以捕食大氣中的二氧化碳，還能利用二氧化碳生産 “生物柴油”，成爲我們利用自然規律實現固碳減排，碳中和的得力助手。

一呼一吸間，離不開的小小微藻

微藻(microalgae)是細小藻類群體的總稱，屬于單細胞生物。微藻是浮遊植物，通常存在于淡水和海洋系統中，在陸地系統也有分布，它們體積很小，從幾微米到幾百微米不等，通過肉眼難以捕獲到。

微藻單獨存在或者以群體形式存在于環境中。與高等植物不同，微藻沒有根、莖、葉組織構造。它們特别适應以粘力爲主導的環境中，例如各種水域。當然在其他極端環境也會有發現，比如螺旋藻是最耐堿的生物，在pH 11以上的環境也能存活。

微藻體内含有葉綠體，意味着它可以進行光合作用。另外，部分微藻細胞體外有細胞壁，可以起到保護作用，還有部分微藻表面具有鞭毛，可以幫助其在水中遊動。

微藻有原核微藻和真核微藻兩大類。目前我國學者一般将藻類分爲11門：藍藻、紅藻、隐藻、甲藻、金藻、黃藻、矽藻、褐藻、裸藻、綠藻、輪藻。

如下圖所示，微藻的形狀奇奇怪怪，有球狀，三角狀，橢圓狀或星狀，以及其它不規則形狀。另外，微藻體内還含有各種色素，比如雨生紅球藻體内含有的蝦青素，使得其顔色爲紅色。種類繁多的微藻構成了一個奇特的小世界。

微藻是自然生态系統中的重要組成部分，在物質循環過程中發揮着重要作用。比如微藻體内具有光合色素（葉綠素等），能高效地利用光能、二氧化碳和水進行光合作用，産生氧氣并合成碳水化合物，與其它光合細菌一起爲食物鏈上遊端生物提供營養，并且微藻本身也可以利用CO2以光營養的方式生長。

微藻能夠進行光合作用對地球上的生命非常重要，可别小瞧了這個過程，地球的大氣氧氣中約有一半都是靠這些微藻進行光合作用産生的。

吃的是二氧化碳，擠的是生物柴油

讓我們“文藝複興”回到2013年的電影《泰囧》，影片中，徐峥給王寶強展示了一種叫做“油霸”的液體，“你去加油站加油，加到一半，滴幾滴油霸，油箱自動漲滿”。

當然，這種不符合能量守恒定律的物質在現實生活中是不存在的，但神奇的微藻可以近似地視爲一種“油霸”，在生物燃料領域有着大好前景——這與微藻體内的構成物有關，微藻中富含的酯類和甘油是制備液體燃料的良好原料！

上面提到，微藻能夠利用光合作用将CO2轉化爲自身生物量，通過這個過程，微藻能夠将碳元素固定在體内，再通過誘導反應轉化爲油脂，最後利用物理和化學方法将油脂轉化到細胞外。關于這一點，往期文章《微拟球藻：吃的是二氧化碳，擠出來的是燃料》有詳細的科普（戳我回顧往期詳細科普~）。

微藻的幹細胞中含有微藻油70%以上，人們可以對其進行提煉加工。微藻油作爲亞臨界生物技術合成生物柴油的最佳原料，是理想的可再生能源。在石油價格大幅上升，糧食短缺問題日漸突出的今天，該産業有着廣闊的發展前景。

除了脂類和甘油外，微藻體内的超過15000種新型化合物也被提取确定，比如類胡蘿蔔素，抗氧化劑，脂肪酸，酶，聚合物，肽，毒素和固醇等，這些物質都等待着我們去開發利用。如此優秀的單細胞生物，還真是“可造之才”！

雖是單細胞生物，應用可不單一

除了能作爲生物燃料外，微藻中富含多糖、類胡蘿蔔素、維生素、氨基酸等生物活性物質，可以被用作生物制藥、保健品、及化妝品等行業。

在生物制藥行業，天然β-胡羅蔔素具有抑制腫瘤和升高白細胞等作用，尤其對萎縮性胃炎、口腔潰瘍、皮膚疾病和放化療患者有着明顯的輔助治療效果。褐藻多糖（源自海洋棕色海藻）對HIV（人體免疫缺陷病毒）有一定的抗病毒活性。而不飽和脂肪酸（DHA、RHA）在嬰兒食品和保健品中的使用深受人們的歡迎。

在化妝品領域，微藻中的多糖具有良好的成膜性能，可減少皮膚表面的水分蒸發，可用作制備保濕産品。岩藻黃質（源自海洋微藻）和蝦青素（源自雨生紅球藻）具有很強的抗氧化活性，能夠清除自由基、防止脂質氧化，可以起到祛斑、防皺和防衰老的功能。拟甲色球藻能夠合成具有紫外吸收作用的僞枝藻素和類菌胞素氨基酸，是制備防曬化妝品的良好原料。

微藻還可以運用到食品和農業領域，微藻體内含有的豐富的粗蛋白,可以被制作成優質的食品添加劑和動物飼料。藍綠色藻類還可以被用來當作生物肥料，因爲這種微藻不僅能固碳還能固氮！作爲生物肥料，它們能将大氣中碳和氮固定在土壤中供作物吸收利用，經濟又環保。

人工培育微藻，未來可期

當然，微藻不是那麽容易被 “馴服”的，它有自己的生活習性。微藻主要生活在淡水和海洋生态系統中，科學家們又是如何将它從自然環境中提取并擴大培養的呢？這就要考驗我們的實驗手段和實驗條件了。

目前的提取手段大多是先将微藻個體從環境樣品中分離出來，之後利用特定的培養基擴大，最後在開放池、發酵罐或者光反應器中進行大規模的繁殖。微藻的營養方式可分爲自養型和異養型，而且多數是屬于光能自養型。也就是說隻要有了“光”，就能養藻！

值得一提的是，微藻體内的合成物質也不是固定不變的，會根據品種類别和繁殖條件而異，比如通過改變環境因素（pH、溫度、光照、CO2濃度、營養物質等），可以在很大程度上積累特定品種的微藻。

比如固氮魚腥藻是典型的念珠狀微藻，屬于藍藻門。在人工養殖時，它更喜好微堿性環境，需要多種營養元素，如氮、磷、鉀、鈣、鎂、硼等。除此以外，光照強度應控制在5000~8000lux，溫度在25~30℃之間。

因此要想生産我們想要的微藻，需要合理地利用培養條件，這也是目前科學家們所研究的難題。

目前，中國已成爲全球第一大微藻生産國，每年微藻年産量已超過萬噸。從我國微藻産業的品類上來看，有八成以上爲螺旋藻；其次爲小球藻，占比達到10%；而雨生紅球藻和鹽生杜氏藻分别占據8%和2%的比重。《中國漁業統計年鑒2020》顯示，2019年螺旋藻在我國的養殖面積已經達到750萬平方米，年産量突破9000噸，占據着全球市場近六成的比重。其中内蒙古的螺旋藻産量最大，占據着總産量的将近三分之一。

固碳減排，是實現全球碳中和的關鍵一環，而我國發展迅速的微藻産業将在其中發揮越來越重要的助力作用。

作者單位：中國科學院亞熱帶農業生态研究所