? ? 自工業(yè)革命以來，人類由于大量使用化石燃料，致使大氣濃度升高，溫室效應(yīng)明顯，全球變暖速度驚人。為了應(yīng)對全球氣候變化，許多國家積極采取措施減少各個(gè)途徑CO2排放，各國均制訂了各種節(jié)能減排措施，另一方面則大力推進(jìn)固定CO2技術(shù)(CO2?Sequestration)的開發(fā)，以期遏制氣候不斷惡化趨勢。植物通過碳儲存可以減少大氣中CO2的增長，對穩(wěn)定全球氣候和減輕溫室效應(yīng)發(fā)揮著重要作用。
? ? 人們一直在尋找高效固碳的植物。目前固碳可分為兩種方法：物理法和生物法。物理法存在成本高等缺點(diǎn)，如深海注射耗資巨大，使用生物法替代物理法，具有如下優(yōu)點(diǎn):
? ? （1）藻類生長周期快,其固碳效率比綠色植物高；
? ? （2）生產(chǎn)環(huán)節(jié)簡便、易培養(yǎng),如工業(yè)廢氣可直接通入藻池中以去除和減少CO2及其他有毒物質(zhì)的含量,節(jié)省廢氣處理的費(fèi)用；
? ?（3）某些藻能耐受極端條件,如高鹽、高溫、高CO2及高光強(qiáng)等；
? ?（4）收獲的藻類還可以做工農(nóng)業(yè)原料生產(chǎn)食品、藥物、餌料等.綜上所述,藻類在生物固碳領(lǐng)域具有相當(dāng)廣闊的應(yīng)用前景。
?海洋藻類固碳原理
? ? 海藻細(xì)胞通過利用CO2和光能進(jìn)行光合作用合成有機(jī)物并釋放氧氣實(shí)現(xiàn)光合固碳。藻類光合作用時(shí)首先由核酮糖二磷酸梭化酶(Rubiseo)將CO2:固定，再經(jīng)過Calvin-Benson循環(huán)合成為種種有機(jī)物。藻類光合作用時(shí)，?CO2由細(xì)胞外的擴(kuò)散層(Bundarya lyer)依次傳遞到細(xì)胞壁、細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)、葉綠體膜和間質(zhì)，最后到達(dá)Ruibcs。在各個(gè)傳遞過程中都存在CO2輸送及擴(kuò)散的阻力，成為限制CO2固定的原因。CO2在水中存在方式如圖1方程所示：
? ? CO2，HCO3–或CO32-哪種透過細(xì)胞膜被吸收、哪種被利用的問題是一個(gè)很重要的植物生理學(xué)問題。就至今的研究進(jìn)展而論，大部分的微藻只吸收CO2，只有少數(shù)吸收HCO3–；大型的藻類有些能夠利用HCO3–了，但極少數(shù)是直接吸收HCO3–，通常是借助于細(xì)胞表面的碳酸醉酶(CA)將HCO3–了轉(zhuǎn)化為CO2，后者被吸收和固定。
? ? 一般認(rèn)為藻類不能直接利用CO32-。總之，不管是微型還是大型藻類都吸收CO2?(CO2分子本身具有生物膜透性)。在大部分藻類生活適宜的中性或偏堿性pH闡值內(nèi)，“CO2”的大部分是HCO3離子，CO2的濃度僅僅占百分之幾(例如，pH為8.3，與空氣中CO2達(dá)到平衡的海水中90%以上的“CO2”是HCO3–，CO2低于1%)。因此，對于只能利用CO2的藻類來說，在適應(yīng)環(huán)境變化的過程中必須為自己裝備利用CO2的特別機(jī)制；藻類在細(xì)胞內(nèi)濃縮CO2，或者提高對CO2的親和力，都是其有效利CO2的特征。
?海洋藻類固氮進(jìn)展
? ? 美國和日本等國在微藻的規(guī)模培養(yǎng)、固碳和再生燃料能源的生產(chǎn)進(jìn)行了大量的研究，其螺旋藻培養(yǎng)技術(shù)已成為目前藻類規(guī)模化生產(chǎn)的典范。具有代表性的應(yīng)用模式是夏威夷的藍(lán)藻生物技術(shù)公司，他們利用一些小型能源工廠排放的煙道氣體(flue gas)作為規(guī)模培養(yǎng)螺旋藻和血球藻的碳源.?該公司采用跑道式培養(yǎng)池,小型供能發(fā)電站，發(fā)電產(chǎn)生的CO2作為藻類培養(yǎng)所需碳源。2個(gè)功率為180kW的發(fā)電裝置提供67個(gè)培養(yǎng)池?cái)嚢杷璧碾娔芎推渌?，發(fā)電過程產(chǎn)生的廢氣中含8%的CO2(188kg h)回收至CO2吸收塔作為碳源，其回收利用率為75%左右，相當(dāng)于每個(gè)月通過生產(chǎn)36t螺旋藻藻粉，重復(fù)消耗67t CO2，并節(jié)省了購置CO2氣體所需費(fèi)用.根據(jù)螺旋藻市場價(jià)格這個(gè)系統(tǒng)每年的凈產(chǎn)值是30萬美元。
? ? 一般認(rèn)為，大型海藻無機(jī)碳利用能力由高到低依次為綠藻、褐藻、紅藻，章守宇等人對比發(fā)現(xiàn)，枸杞島六種大型海藻固碳效率從高到底依次為鼠尾藻、羊棲菜、斯氏剛毛藻、孔石莼、多管藻、蜈蚣藻。
? ? 胡自明等研究光生物反應(yīng)器中CO2溶解速率的影響發(fā)現(xiàn)，CO2氣泡在藻液中停留時(shí)間增加，強(qiáng)化了溶解傳輸，?CO2體積傳質(zhì)系數(shù)提高了143%，混合時(shí)間降低了24%，最終使微藻生物質(zhì)濃度提高?18.8%，固碳速率提高23.2%。
Algenol公司和欒國棟研究組為了開發(fā)更適于規(guī)模化應(yīng)用的光驅(qū)固碳合成乙醇細(xì)胞工廠，通過拷貝數(shù)優(yōu)化等策略來強(qiáng)化乙醇合成核心途徑的表達(dá)量可以有效提高乙醇合成效率。
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