水产养殖小微藻（养殖鱼虾用的微藻）

微藻广泛分布于世界各大水系中，所有的微藻个体都很小，人类用肉眼根本看不到，但千万不要因为微藻的个体小就瞧不起它，它在全球生态系统中的地位却举足轻重。

35亿年前，蓝藻的出现破天荒地改变了原始大气的成分；20亿年后，更高等的真核藻类出现了。藻类产生的氧气形成了臭氧层，阻挡了紫外线，为地球生命的进化提供了天然的保护屏障。从此，地球上“万物霜天竟自由”。因此，微藻是地球上的第一批拓荒者，也是向高等生命进化的探路者。

微藻的共聚焦图片，图中的微藻长有鞭毛，说明游泳能力较强

即便到了21世纪，微藻依然与人类的生活息息相关。螺旋藻、小球藻具有食品保健的功能；微藻可以作为食品添加剂及水产养殖动物的优质开口饵料；从微藻中提取的EPA、DHA、色素、甘油等生物活性物质还具有营养强化的功能。

近年来，用荒漠藻治沙、将微藻加工成生物肥料、生物塑料等也取得了重大科技进展。到目前为止，微藻应用的边界还在不断地拓展，终点在哪里？或许没人会知道。

目前我国主要的养殖鱼类有70多种，其中海水鱼有20多种，淡水鱼有40多种(其实我国仅淡水鱼就有800多种，其中250多种有经济开发价值，但其中80％以上并不是当前主要的养殖品种)。另外主要养殖的虾蟹类有20-30种，主要养殖的贝类也有30余种。

这些名目繁多的水产养殖品种有一个共同特点，就是在幼体发育阶段都离不开微藻。我国重要的养殖藻类分为6个门，共计20多个品种。主要种类如下:

• 硅藻门：三角褐指藻、小新月菱形藻、牟氏角毛藻、纤细角毛藻、中肋骨条藻
• 绿藻门：亚心形扁藻、塔胞藻、杜氏藻、小球藻、微绿球藻、莱茵衣藻、栅藻、雨生红球藻
• 金藻门：球等鞭金藻、湛江等鞭金藻、绿色巴夫藻
• 黄藻门：异胶藻
• 蓝藻门：钝顶螺旋藻
• 红藻门: 紫球藻

▲▲在显微镜下游动的各种绿藻（貌似大扁藻）

以绿藻门的雨生红球藻为例，这种微藻含有丰富的虾青素，约占细胞干重的2%-4%，这也是目前已知的虾青素含量最高的藻类。在鲑鳟鱼、虾蟹类的养殖中，技术员往往会将虾青素作为饲料添加剂使用。

虾青素是天然的抗氧化剂，其抗氧化能力是维生素E的550倍，是β-胡萝卜素的10倍。鱼虾蟹吃了含有虾青素的饲料，自身的不饱和脂肪酸含量会显著升高，营养价值、抗逆能力也会有质的提升。

▲▲在不同的生长阶段，雨生红球藻具有不同的颜色与外观，成熟的个体呈艳红色，不成熟的为绿色。

作为数量众多的单细胞异养生物，近年来微藻的废水净化能力以及作为能源生物的潜力引起了全球性的广泛关注。与此同时，石油作为传统的燃料，价格却在不断暴涨——在1990年，原油价格每桶售价20美元，到了2008年，已经上涨到了140美元一桶。与之相对应的是全球温室气体排放量的骤增——从1970到2004年，全球总排放量增加了70%。

▲▲不断上涨的石油价格（图左）与相对稳定的生物燃料价格（图右）

原油不断飙涨的价格与日益严重的温室效应，导致微藻的开发必须要尽快提上日程。

研究人员曾经对26种生物燃料进行过研究，结果发现：与汽油相比，使用其中21种生物燃料可以将全球温室气体的排放量减少30%以上。

微藻制油不仅环保，还很高效。据估算，平均每公顷藻池可以产生10万升油，是油菜籽、花生的8倍。我国有盐碱地有15亿亩，只要其中15%的面积养上微藻，就能够满足我国50%以上的柴油需求。

但是从1970到1990年，美国国家可再生能源实验室研究了20多年的微藻转化实验，研究人员却得出了一个令人失望的结论:将微藻用于生物柴油的生产在经济上是不可行的(该研究结论在1996年提出)。

专家给出的解释是：即便在光合作用最佳的情况下，将微藻加工成生物燃料所花的费用是当前石油价格的2倍。

然而从1996年到2009年，石油、柴油的价格上涨了一倍多。在其他因素(比如化肥的价格)不变的情况下，那么现在(2020年)用微藻生产生物燃料在经济上应该是可行的。

可事情的真相，真的是这样吗？

微藻之所以能够用来做生物燃料，是因为它的细胞内含有脂类——一种常见的能源物质。1g脂肪在空气中充分燃烧，可以释放39100焦耳的热能，相同情况下蛋白质释放的能量为23500焦耳，而最常见的糖类只有17200焦耳。

▲▲上图是8种不同的脂类，（a）甘油三酸酯；（b）二酰基甘油酯；（c）甘油单酸酯；（d，e）磷脂；（f）固醇；（g）硫脂；（h）糖脂；（i）类胡萝卜素。

脂类虽然热价高，但要将微藻中的脂类物质提纯为生物燃料却面临着多种困难，主要体现在以下3个方面:

(1).微藻中的脂肪酸不稳定，容易被氧化。

脂质是由脂肪酸组成的，烷基酯是脂肪酸的组成部分，而烷基酯的稳定性又取决于酰基链的结构。美国材料测试协会(ASTK)认为生物燃料最重要的特性是燃烧质量、冷流特性和氧化稳定性。但微藻中含有丰富的不饱和脂肪酸，很容易被氧化而降低燃料的性能。

一点补充:植物油中不饱和脂肪酸的含量都很高，不稳定(容易被空气氧化成饱和脂肪酸)，一般呈液态，如大豆油、花生油。而动物油脂的稳定性很强，其饱和脂肪酸含量高，一般呈固态。由于动物油脂中的饱和脂肪酸不利于人体心血管健康，因此在日常生活中建议多食用植物油，尽量少使用动物油。

(2).微藻脂质的组成受生长条件影响巨大。

已有研究表明，微藻的生活环境以及日夜周期变化会直接影响脂类的组成成分。而且微藻脂质的积累是在细胞生长和分裂停止之后才进行的，也就是说，随着脂质含量的增加，微藻的生长速率却会显著降低，这种明显的逆向关系可能会对藻类生物燃料的经济性产生重要影响。

(3).培养微藻需要消耗大量营养物质

平均每生产1公斤的微藻需要消耗2公斤的二氧化碳和80克的氮元素，而氮的价格比石油还要高，这显然并不划算。

▲▲微藻的高密度培养需要源源不断的营养物质，最基本的就是碳源、氮源。

值得注意的是，我国每年水产养殖产生的尾水中含有丰富的含氮化合物，这些都是免费的氮源。来不及排放的尾水会导致近海或河流产生富营养化污染，但如果将这部分污水被重新利用，即用微藻吸收其中的氮磷元素，岂不是可以起到一举两得的效果？

说了那么多，微藻的培养方法有哪些呢？

微藻的大规模养殖可以追溯到20世纪50年代，培养微藻的方式主要包括开放式的浅水跑道培养以及封闭式的光生物反应器2种。

• （1）开放式的浅水跑道培养

跑道养殖的英文为Raceway Aquaculture，这种养殖模式一般采用0.2~0.3米的深度，在池塘的中部装有推水设备以确保水体的循环流动，养殖面积0.5~1公顷不等。

藻类的密度越大，水体的颜色就会越深，位于底层的微藻就不容易接受到阳光和二氧化碳，因此及时搅拌和添加二氧化碳是很有必要的。

▲▲位于以色列的微藻跑道养殖中心

• （2）封闭式的光生物反应器

与开放式的跑道养殖模式相比，光生物反应器的优势在于能够避免外源污染、微藻受光更均匀、可以产生更高的培养密度。光生物反应器的另外一个用途是航空航天领域——在外太空产生氧气的最有效方式之一，就是利用光生物反应器来培养微藻，微藻产生的氧气和碳水化合物再供宇航员使用，科技感十足。

反应器中的光源通常是用荧光灯或金属卤素灯，可以产生400~700纳米波长的稳定光线，这也是光合作用最有效的辐射来源。此外，反应器中可以很方便地输送二氧化碳，并及时除去光合作用产生的氧气，气体交换系统非常完善。

航天的热门研究方向：微藻的光生物反应器培养法

小结：微藻的“远大前程”

在不同水域中，微藻的分布与营养盐的含量密切相关，一般来说近海的微藻丰富远高于远海，内陆河流的藻类密度又高于近海。目前藻类的最普遍的应用还是水产养殖上的鱼类、虾蟹类幼体的培育，至今还找不到任何一种生物饵料能够完全取代微藻的育苗地位（虽然新型的微粒饲料也在开发当中，但远远比不上微藻经济实惠）。

微藻世界

微藻是流动的宝藏，有巨大的开发潜力。在科技突飞猛进的今天，微藻作为可再生生物资源，很有可能会在不远的将来取代石油，成为节能环保的生物燃料。

预计到2022年，利用转基因定向培养技术，微藻生物柴油的成本可降低50%以上，有望获得与石油竞争的能力，对此我们不妨拭目以待！

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