重新认识藻类

周云龙

藻类不仅在生物的进化和水生态系统及水体里的物质循环中有重要的作用，而且，不少藻类还被开发出了新用途。

藻类农场和减排

当前，能源紧张已经是全世界所关注的一个突出问题。另一方面，抑制全球变暖，减少二氧化碳等温室气体的排放也刻不容缓。

但是，人们可能很少想到藻类和这两者之间会有什么关系。

其实，藻类和能源的关系是非常密切的：一些生物量高的藻类(如巨藻、马尾藻等海藻)可以在沼气池中的微生物的作用下产生沼气，这些沼气既可以直接用来照明、做饭和取暖，也可以用来发电；还有些藻类可以产生氢气，如原核蓝藻中可以产生氢气的种类包括柱状鱼腥藻、红萍鱼腥藻、螺旋藻、聚球藻、颤藻等。其中，柱状鱼腥藻具有异形胞，能光解水产生氢和氧，它的产氢量为30毫升/小时·升；有些真核藻类如绿藻门中的莱因哈德衣藻等也具有产氢能力。衣藻的产氢量可以达到理论值的15％。在国外，如德国还建立了“藻类农场”来生产氢能。

不仅如此，有些藻类本身的含油量就很高，可以用来生产柴油。现在已经发现的可用来生产生物柴油的高含油量藻类有小球藻、丛粒藻等很多种，其中最引人关注的是清华大学吴庆余教授的研究，他已经成功地采用发酵的方法生产出高脂肪含量的异养小球藻，再用有机溶剂从藻细胞中提取油脂，经过甲脂化反应就可以得到生物柴油。目前，这项实验已经基本达到工业化的生产规模，发酵罐可以达到750升的容积。科研小组正在进一步研究解决生产原料的开发和生产成本的降低等问题。

此外，日本、美国等国也都在探索用藻类来生产生物柴油的研究。需要强调的是，用藻类生产生物柴油比用粮食作物具有明显的优点：首先，它不和粮食争地，可以在任何地方建立工厂，包括荒漠地区，只要有水源就可以生产；其次，藻类生长快，周期短。

特别值得一提的是，国际上现在已经开始有把藻类农场生产生物柴油和减排处理CO₂结合起来的应用研究。由于CO₂是藻类进行光合作用的主要原料，培养藻类需要为它们提供大量的碳源。研究人员考虑把大型工业生产中排放出的CO₂收集起来，通入到人工“藻类农场”中的藻类生物反应器。藻类在光合作用过程中就把CO₂转化为有机物了。我们再从培养的大量藻类中提取生物柴油、酒精，生产动物饲料和其他产品。这样，既生产了生物柴油等产品，又减少了工业生产排放的CO₂，减小了CO₂造成的温室气体效应，保护了人类生存的环境，而且还大大降低了培育藻类的成本，真可谓一箭三雕!

可以预料，用藻类来生产生物柴油，以解决人类面临的能源危机，并和处理工业生产中排放的CO₂结合起来的新思路新技术，其前途将是非常广阔的。

现代分子生物学的宠儿

藻类在现代分子生物学的科学研究中也有非常重要的价值，特别是原核的蓝藻类，它们的细胞结构和遗传特性与革兰氏阴性细菌类似，部分种类具有天然的转化系统和有效重组系统，是许多植物分子生物学研究的重要模式。自1980年以来，克隆的已知功能的蓝藻基因大约在130种以上，在分子遗传学和基因工程的研究上也取得了很多成果，如将毒蛋白基因转入组囊藻和鱼腥藻中，可以用来毒死蚊子的幼虫孑孓，进而达到控制和消灭蚊子的目的；将金属硫蛋白基因转入鱼腥藻或集胞藻中，可以用于处理受到重金属污染的水体，净化水质；将β－羟基聚合酶基因转入聚球藻，可用于降解塑料；将人肿瘤坏死因子α－基因、人尿激酶原基因、人表皮生长因子等转入鱼腥藻或聚球藻等原核藻类可以用来制备重组药物，治疗疾病等。

除了原核藻类外，科学家在真核藻类中也开展了很多分子生物学的研究工作，并取得了一定进展，其中比较突出的是对绿藻中衣藻的研究，该种藻类被认为是真核藻类遗传转化的重要模式。其他还有对椭圆小球藻、小环藻、金藻等的研究。

上述这些研究表明，藻类在分子生物学研究和基因工程的研究中具有重要的科学价值，它们为分子生物学、遗传学和基因工程的研究提供了新的天地。

保健良药

作为人类的食物来源之一，已知的可食用藻类有很多，如海带、紫菜、裙带菜、发菜等。值得一提的是，有些藻类不仅具有丰富的营养，而且还具有保健和医药价值。李时珍的《本草纲目》中就记述了16种藻类及其药用功能，特别是对海带的描述更为详细。现代研究表明，海带中含有藻胶酸和昆布素，有降血脂作用；海带氨酸具有降压的作用；其中的氯化钾和甘露醇有利尿消肿作用；海带中所含的大量钙和胶质，对放射性物质极具亲和力，可以吸附放射性物质，使其随粪便排出体外，进而减少放射性物质在体内的积聚，防止这些物质诱发癌症；海带中的钙还可以抑制脂肪酸和胆酸对肠黏膜的不良刺激，具有防癌作用。

也正因为海带中的物质对人体有诸多益处，所以时至今日，我国医药界仍然把海带作为治疗或预防单纯性甲状腺肿、青春期甲状腺肿的食物之一。

此外，从小球藻和其他一些藻中提取的抗菌素，对某些病菌有明显的抑制作用。据说，在委内瑞拉的一个麻风病医疗所，医生用浓缩的小球藻膳食治疗麻风病的试验取得了很好的效果，小球藻明显改善了病人的身体状况。

从杜氏藻中提取的β－胡萝卜素，对肿瘤有很强的抑制转化作用。鹧鸪菜可以打蛔虫。

风靡全球的螺旋藻更是家喻户晓，其蛋白质含量高达60％～70％，含有人体必须的全部氨基酸，而且易消化，所含的胡萝卜素也很高，是胡萝卜的15倍。螺旋藻水溶性多糖和糖蛋白都有抗辐射、抗氧化、提高免疫力、促进淋巴细胞转化和抑制癌细胞增殖的作用，普遍被人们当作提高免疫力和降血脂，以及配合放射性治疗的辅助性保健食品。

还有一种雨生红球藻，富含虾青素，该物质的抗氧化功能很强，能清除体内因紫外线照射而产生的自由基，调节降低由光化学造成的伤害，对紫外线引发的皮肤癌有很好的治疗效果。

鉴于不少藻类营养丰富和具有保健作用，一些藻类制品已经被添加到食品中制成保健品或保健食品。

天然氮肥

藻类在农业上也有重要用途，如一些蓝藻可以直接固定大气中的氮，形成可以被利用的化合物。众所周知，大气中约有4/5是氮气，但它并不能直接为植物所利用。而蓝藻中一些种类(大多数具有异形胞)可以在固氮酶的作用下，将大气中的氮气通过一系列复杂的生化过程还原为可供植物利用的氮化合物。这些氮化物可供固氮蓝藻自身生长发育所需。与此同时，固氮蓝藻在生长发育过程中还不断分泌出氨基酸等含氮化合物，藻体死亡后经分解会释放出大量的氨态氮。这就大大增加了水体或土壤肥力。麦克拉与卡斯特罗用¹⁵N示踪法测定蓝藻的固氮量为每年10～55千克/公顷。英国洛桑试验站波洛埃德“巴尔克”试验区小麦地的不施肥区，蓝藻固氮量每年为12～24千克/公顷。瑞典也测定过含念珠藻较丰富的旱地里的固氮量，据说可以达到每年15～5l千克/公顷。还有研究人员测定森林土壤里的固氮蓝藻的固氮量约为每年10.9千克/公顷。由此可知，固氮蓝藻的固氮量是很可观的。

我国科技工作者曾在水稻田中放养一种叫做满江红的蕨类植物，这种植物漂浮在水面，它的叶子中有一种可以固定大气氮的鱼腥藻与之共生。经过实验研究，稻田中的水稻可以增产7％～15％。现在全世界已发现150多种固氮蓝藻，我国报道过的固氮蓝藻有70多种。中科院水生所等单位还筛选出我国特有的固氮蓝藻藻种，并在湖北省数万亩晚稻田中进行放养试验。结果表明，固氮蓝藻可以提高水稻产量10％～15％。此外，一些藻类还是很好的肥料，如淡水中的轮藻很早就被用作绿肥。一些大型海藻具有丰富的营养成分，可以很快被植物吸收，更是优良的有机肥料，而且其体内还具有一些生长调节物质，这在农业生产中具有重要意义。