南非尼爾森曼德拉城市大學(xué)(NMMU)化學(xué)技術(shù)研究所（InnoVenton）與開(kāi)普敦大學(xué)化工系合作設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的海藻生物質(zhì)液化反應(yīng)器近日面世，該反應(yīng)器可以將海藻類(lèi)生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成生物油和其他產(chǎn)品。曼德拉大學(xué)希望在今年就能將這項(xiàng)綠色技術(shù)推廣到工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域。 

　　InnoVenton主任本茲利教授解釋說(shuō)，該液化反應(yīng)器的原理是將生物質(zhì)和催化劑在理想的反應(yīng)條件下混合在一起，通過(guò)微藻類(lèi)將大氣中的二氧化碳轉(zhuǎn)化成生物油、氫氣、富含糖類(lèi)和蛋白質(zhì)的水溶液。生物質(zhì)的直接液化是大量化學(xué)反應(yīng)的組合，其中包括水解反應(yīng)、脫氧化反應(yīng)以及將小分子組合成大分子的聚合反應(yīng)等。對(duì)于海藻類(lèi)生物質(zhì)，在催化劑的作用下，上述反應(yīng)就可以在溫和的溫度和壓力條件下實(shí)現(xiàn)。

　　InnoVenton的工作是通過(guò)創(chuàng)新的反應(yīng)器設(shè)計(jì)和催化劑優(yōu)化來(lái)增加生物質(zhì)與催化劑的接觸，同時(shí)減少能量輸入。本茲利說(shuō)，在通過(guò)微藻類(lèi)制備生物燃料的商業(yè)化利用方面，一個(gè)最大的障礙就是如何最大化的利用藻類(lèi)生物質(zhì)所含有的碳。他們?cè)O(shè)計(jì)的反應(yīng)器與眾不同之處在于，通過(guò)該反應(yīng)器進(jìn)行直接液化，可以達(dá)到很高的碳利用率，這是其他方法難以實(shí)現(xiàn)的。

　　另外，藻類(lèi)養(yǎng)殖成本的很大一部分來(lái)自營(yíng)養(yǎng)肥料，目前一些利用藻類(lèi)制造生物柴油的廠家，往往把剩余的（含有很多養(yǎng)分的）生物質(zhì)當(dāng)作動(dòng)物飼料等低附加值副產(chǎn)品出售。而通過(guò)他們?cè)O(shè)計(jì)的反應(yīng)器將海藻生物質(zhì)直接液化，不僅最大限度地提取利用其中的碳，剩余的營(yíng)養(yǎng)成分還可以回收和循環(huán)使用，從而大大降低了海藻養(yǎng)殖成本。

　　本茲利說(shuō)，這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用也面臨一些挑戰(zhàn)。其中之一就是海藻養(yǎng)殖，包括如何提高海藻生物質(zhì)的生產(chǎn)速度以使其更具經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)使資金投入和運(yùn)行成本保持在一個(gè)合理的水平上；以及選擇能夠在南非高（太陽(yáng)）輻射和高溫條件下以理想狀態(tài)生長(zhǎng)的藻類(lèi)等。另外一大挑戰(zhàn)是，要找到一種合適的催化劑，能在水中將微藻類(lèi)生物質(zhì)液化，同時(shí)又在較低能量輸入的情況下提供足夠的轉(zhuǎn)化效率。

　　本茲利表示，目前在許多方面已經(jīng)取得了進(jìn)展，他對(duì)第一代海藻液化技術(shù)進(jìn)行工業(yè)規(guī)模示范的前景充滿信心。

　
　　在為交通運(yùn)輸提供碳中性（平衡）燃料這條漫長(zhǎng)且艱難的道路上，美國(guó)能源部正尋求多種途徑力圖實(shí)現(xiàn)自己的目標(biāo)。能源部的努力包括探尋自然界中潛在的新型燃料資源，它們包括從陸地上可作為纖維質(zhì)原料的植物（如快速生長(zhǎng)的樹(shù)木和多年生牧草）到水中及其他生長(zhǎng)環(huán)境中的產(chǎn)油生物（如海藻和細(xì)菌），極具多樣性。  
 

　　對(duì)生物燃料研究人員而言，近期美國(guó)《科學(xué)》雜志刊登的一項(xiàng)成果無(wú)疑是一條喜訊。根據(jù)該雜志的報(bào)道，美國(guó)能源部聯(lián)合基因組研究所（JGI）和索爾克研究所領(lǐng)導(dǎo)的研究人員破譯了carteri團(tuán)藻（Volvox）的基因組。carteri團(tuán)藻是一種多細(xì)胞海藻，它通過(guò)光合作用獲取光能。

　　藻類(lèi)光合作用藏“玄機(jī)”

　　據(jù)悉，美國(guó)能源部之所以大力支持光合成生物體內(nèi)復(fù)雜機(jī)制的研究，為的是更好地認(rèn)識(shí)生物體如何將陽(yáng)光轉(zhuǎn)換成能量，以及光合成細(xì)胞如何控制生物的新陳代謝過(guò)程。這些信息有助于未來(lái)可再生生物燃料的生產(chǎn)。 
  

　　在《科學(xué)》雜志刊登的文章中，研究人員將團(tuán)藻基因組同其近親單細(xì)胞萊茵衣藻（Chlamydomonas reinhardtii）的基因組進(jìn)行了比較。3年前，聯(lián)合基因組研究所曾破譯了萊茵衣藻的基因組。衣藻是人們深入研究的潛在的海藻生物燃料資源。團(tuán)藻和衣藻均屬于團(tuán)藻目家族，團(tuán)藻基因測(cè)序的重要價(jià)值在于它可以作為衣藻基因參照物（對(duì)比物），研究人員通過(guò)數(shù)據(jù)比較來(lái)研究它們的光合作用機(jī)理以及多細(xì)胞生物的演化。    

　　與衣藻不同，團(tuán)藻包含兩種細(xì)胞：一種是數(shù)量較少的生殖細(xì)胞，另一種則是數(shù)量較多的體細(xì)胞。生殖細(xì)胞能夠分化形成新的菌落，與此同時(shí)，體細(xì)胞則提供機(jī)動(dòng)力，并分泌能導(dǎo)致生物體擴(kuò)展的細(xì)胞外基質(zhì)。團(tuán)藻內(nèi)兩種細(xì)胞的分工使得團(tuán)藻比衣藻生長(zhǎng)和游動(dòng)都要快，從而幫助團(tuán)藻能夠躲避捕食者，同時(shí)在更深的水域獲取營(yíng)養(yǎng)。  
 

　　文章第一合著者、索爾克研究所科學(xué)家吉姆·伍曼表示，團(tuán)藻特別令人著迷的地方是它如何有選擇地減少光合作用或調(diào)節(jié)光合作用以支持另一種細(xì)胞。雖然目前人們還沒(méi)有很好地認(rèn)識(shí)團(tuán)藻的這一特性，但該特性有可能幫助人們通過(guò)轉(zhuǎn)基因工程讓光合生物進(jìn)行相應(yīng)變化，生產(chǎn)生物燃料或其他產(chǎn)品。

　　并不是“越小越簡(jiǎn)單”

　　聯(lián)合基因組研究所生物信息學(xué)家西蒙·普魯克尼克解釋說(shuō)，研究團(tuán)藻目生物的興趣點(diǎn)在于單細(xì)胞祖先在較短的進(jìn)化時(shí)間段演化成多細(xì)胞和復(fù)雜的細(xì)胞過(guò)程。研究人員發(fā)現(xiàn)，盡管團(tuán)藻和衣藻兩種生物的復(fù)雜程度和生命史存在很大差異，二者的基因組卻有相似的蛋白編碼潛能。與萊茵衣藻相比，專(zhuān)家在團(tuán)藻細(xì)胞內(nèi)只發(fā)現(xiàn)了很少該生物特有的基因，也就是說(shuō)，多細(xì)胞的團(tuán)藻基因組缺乏創(chuàng)新。因此，越小越簡(jiǎn)單的理念開(kāi)始受到挑戰(zhàn)，科研人員由此推斷，從單細(xì)胞生物演變?yōu)槎嗉?xì)胞生物并非必須大幅提高基因的數(shù)目，在這種演變中，基因如何以及何時(shí)編碼合成特定的蛋白才具有決定意義。相信隨著更多的單分子生物的基因組被破譯，人們對(duì)此將會(huì)有更多的了解。
   

　　分析顯示，大約有1800個(gè)蛋白質(zhì)家族屬于團(tuán)藻和衣藻所獨(dú)有。這些蛋白質(zhì)家族是多細(xì)胞物種生長(zhǎng)和發(fā)生形態(tài)變化的基因物質(zhì)資源，尤其是經(jīng)查明，某些蛋白質(zhì)家族與多細(xì)胞體相關(guān)。團(tuán)藻和衣藻在利用這些蛋白質(zhì)家族方面的不同之處將是人們未來(lái)準(zhǔn)備研究的問(wèn)題。伍曼表示，團(tuán)藻基因組為衣藻基因組工程以及精確認(rèn)識(shí)形態(tài)進(jìn)化和蛋白質(zhì)創(chuàng)新增加了巨大的價(jià)值，現(xiàn)在人們需要靜下來(lái)研究這些基因的功能。   

　　普魯克尼克認(rèn)為，團(tuán)藻和衣藻作為易駕馭的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ缴铮鼈兊男畔⒖梢员蝗藗儚V泛使用，包括那些對(duì)團(tuán)藻生物學(xué)不感興趣的研究人員。他表示，團(tuán)藻基因組是指導(dǎo)其對(duì)目標(biāo)領(lǐng)域進(jìn)行深入研究的極好資源。

　　華盛頓大學(xué)名譽(yù)教授大衛(wèi)·科克預(yù)計(jì)，由于團(tuán)藻基因組的破譯，在未來(lái)5年里，研究團(tuán)藻的群體人數(shù)將迅速增加。他說(shuō)：“認(rèn)識(shí)多細(xì)胞體的起源是我畢生的興趣，隨著基因組測(cè)序完成，這項(xiàng)工作開(kāi)始起步了。現(xiàn)在，人們可以輕而易舉地獲得更多的答案。真希望自己出生得晚些，這樣可以成為研究的參與者。不過(guò)，我將在一旁為研究者歡呼。”