微

　　你知道嗎?在遼闊的蔚藍海洋中生長著一類人們?nèi)庋劭床灰姷奈⑿∩铮陲@微鏡下，我們卻能清晰地看到它們千奇百怪的形態(tài)：有的如小球、有的似心形、有的如圓月、有的似銀梭、有的如月牙、有的呈三角形。雖然它們自身的運動能力非常弱，但其特殊的體形能夠很好地適應(yīng)漂浮生活，可隨波逐流地漂浮或懸浮在有光的表層海水中。
　　與陸地上的樹木、作物、雜草類似，此類生物具有葉綠素，能夠進行光合作用，將二氧化碳和海水中的氮、磷等營養(yǎng)成分合成為自身所需的有機物，同時釋放氧氣到大氣中。它們大多是單細胞生物，故人們稱其為單細胞藻類(unicellular algae)；因藻體微小(一般只有千分之幾毫米)，人們又稱其為微藻(Microalgae)。在分類學(xué)上，研究人員常把具有中央體的某些藍藻類植物(例如螺旋藻等)也歸為微藻。
　　目前，在中國海記錄到的海洋微藻約有1800多種。由于不同種類的微藻所含的色素成分(葉綠素、類胡蘿卜素、藻膽素等)及比例各不相同，因而呈現(xiàn)出斑斕的色彩：綠藻因葉綠素a、葉綠素b含量豐富而呈草綠色；藍藻因含較多的葉綠素“藻藍蛋白呈現(xiàn)藍綠色；紅藻主要含有藻紅蛋白而呈現(xiàn)紅色或玫瑰紅色；硅藻和金藻則因含有較多的葉黃素而呈現(xiàn)出黃色、褐色、金褐色或黃褐色。
　　
　　小微藻大用途
　　
　　20世紀(jì)50年代以來的研究證明，微藻是海洋中的主要初級生產(chǎn)者，是海洋食物鏈的基礎(chǔ)，驅(qū)動著整個海洋生態(tài)系統(tǒng)的能量流和物質(zhì)流，直接和間接地養(yǎng)育著幾億噸的海洋動物，因此在海洋生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)中起著十分重要的作用。海洋微藻一旦受到破壞，將危及其他海洋生物及整個海洋生態(tài)系統(tǒng)。
　　微藻對人類社會的生產(chǎn)、生活也有著十分重要的作用。目前，海洋微藻的開發(fā)利用主要集中于以下幾個方面，有些用途已達到工業(yè)化生產(chǎn)水平，比如：作為人類的營養(yǎng)食品和健康食品；作為可再生生物能源，可通過熱解獲得生物質(zhì)燃油，或通過光合作用及其特有的產(chǎn)氫酶系將水分解為氫氣和氧氣；提取色素、藥物及甘油等化學(xué)產(chǎn)品；作為水產(chǎn)動物的餌料和禽畜飼料的添加劑。
　　然而，微藻的用途遠不止這些，消除入海污染物、清潔海洋環(huán)境便是它們近年來頗受關(guān)注的一種新用途。凈化海水養(yǎng)殖業(yè)廢水
　　在當(dāng)今集約化海水養(yǎng)殖業(yè)中，廢水的排放是海水受到污染的一個重要原因。在魚、蝦、貝、蟹等的工廠化養(yǎng)殖和育苗過程中，由于飼料投喂過多，投放的干濕飼料只有約20％被養(yǎng)殖動物食用，過剩的飼料則在養(yǎng)殖水體中擴散累積，引起水體中氮、磷含量升高；同時，養(yǎng)殖動物的代謝作用也會造成水體中氨態(tài)氮和有機氮濃度升高。這樣的廢水一旦排入近岸海域，海水將因無機氮、磷的濃度增加而發(fā)生富營養(yǎng)化或產(chǎn)生赤潮，嚴(yán)重威脅到海洋生物的生長。因此，養(yǎng)殖業(yè)廢水在排放前必須進行有效處理。小小的微藻就能對養(yǎng)殖業(yè)廢水進行有效凈化。
　　微藻生長期間，各種形式的無機氮和有機氮均可被其所利用，磷則主要以磷酸一氫根和磷酸二氫根的形式被它們吸收。當(dāng)微藻被引入養(yǎng)殖業(yè)廢水中時，藻細胞通過光合作用向水中供氧，增加水中的溶解氧，使好氧菌能夠不斷分解有機質(zhì)，進而產(chǎn)生二氧化碳，作為藻細胞光合作用的碳源。因此，在凈化水質(zhì)的過程中，人們常將微藻與細菌聯(lián)合使用，也即我們通常所說的“藻菌共生”。同時，微藻吸收利用氮、磷等營養(yǎng)鹽合成復(fù)雜的有機質(zhì)。這就是微藻凈化養(yǎng)殖業(yè)廢水的機理。
　　微藻光能利用效率高、生長繁殖迅速、產(chǎn)量高等特點，決定了其對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收和累積過程迅速；養(yǎng)殖業(yè)廢水中的污染物濃度比工業(yè)廢水和生活污水低得多，所以只要給微藻提供適宜的生長條件(光照、溫度、pH值等)，即可迅速改善廢水的水質(zhì)。
　　中國海洋大學(xué)的研究人員將一種綠藻——亞心形扁藻
　　(Platymonas subcordiformis)引入光一膜組合式生物反應(yīng)器中，用于去除南美白對蝦養(yǎng)殖廢水中的氮磷營養(yǎng)鹽。通過超濾膜組件良好的分離截留性能，使反應(yīng)器中保持高密度的微藻細胞(藻密度達到2.51×10^{7個細胞／毫升)。連續(xù)運行結(jié)果表明，廢水中無機氮和無機磷的去除率分別達到83％和95.8％；凈化后的水中，無機氮和無機磷濃度均達到《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB3097-1997)的二類標(biāo)準(zhǔn)要求，可以循環(huán)用于海水養(yǎng)殖，大大減輕了近岸海水的氮、磷污染負荷。
　　中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所發(fā)明的專利——“海綿一微藻”集成系統(tǒng)則是首先在工廠化養(yǎng)殖廢水中接種微藻，吸收轉(zhuǎn)化海水中無機氮和無機磷為微藻生物量；接種一定時間后，將海綿放到微藻生物量增加的廢水池中，濾食微藻。通過微藻和海綿生物的聯(lián)合作用，污染水體得到凈化，過量無機氮、磷營養(yǎng)鹽排入海水后引發(fā)的富營養(yǎng)化問題也大大減輕。
　　
　　分解海洋中的有機毒物
　　
　　有機錫化合物特別是三丁基錫(TBT)涂料是一類典型的內(nèi)分泌干擾物，也是對人體健康危害最大的化合物之一。三丁基錫涂料曾在20世紀(jì)后半葉被廣泛用于防止海洋附著生物(藤壺等軟體動物)對船體、海洋建筑及鉆井平臺等的污損。三丁基錫的大量使用，使得沿海各國遇到嚴(yán)重的海洋生物污染問題。這是因為三丁基錫難以被光降解、化學(xué)降解和熱分解，在自然環(huán)境中的殘留期長，而且容易在貝類、魚類等海產(chǎn)品中蓄積。1977-1983年，有機錫污染曾使得法國牡蠣養(yǎng)殖業(yè)幾乎陷于癱瘓。日本于20世紀(jì)80年代進行的全國沿海水產(chǎn)品取樣調(diào)查發(fā)現(xiàn)，有一半以上的樣品三丁基錫殘留量超過基準(zhǔn)值。
　　如今，雖然大多數(shù)國家已明令禁止有機錫涂料的生產(chǎn)和使用，但是，海水和底泥中的有機錫含量仍無明顯下降，經(jīng)由食物鏈進入人體并產(chǎn)生毒害的威脅依然存在。
　　科學(xué)家普遍認為，當(dāng)三丁基錫轉(zhuǎn)化為二丁基錫(DBT)或一丁基錫(MBT)后，其毒性將太大降低，然而這種脫丁基反應(yīng)只有在微藻等微生物的細胞色素氧化酶的催化下才能快速完成。
　　國內(nèi)外的研究證實，綠藻門的鐮形纖維藻(AilkistDodesmLl8falcatus)、硅藻門的中肋骨條藻(skeletonema costatl)都能將三丁基錫降解為二丁基錫，綠藻門的小球藻(Chlorellavulgaris)則能使三丁基錫分步脫丁基化為二丁基錫和一丁基錫。根據(jù)香港科技大學(xué)和香港城市大學(xué)的研究，將小球藻接種于含100微克／升三丁基錫的培養(yǎng)體系中，14天后，分別有27％和41％的三丁基錫轉(zhuǎn)化為二丁基錫和一丁基錫；采用海藻酸鹽制備的固定化小球藻則可在24天內(nèi)將60％的三丁基錫轉(zhuǎn)化為二丁基錫和一丁基錫。
　　
　　吸附重金屬廢水
　　
　　隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，大量含有重金屬的工業(yè)廢水以各種途徑進入海洋。當(dāng)溶解性重金屬被海洋生物吸收進入食物鏈后，將對海洋中的高營養(yǎng)級生物甚至人類的健康構(gòu)成威脅。因此，對這些工業(yè)廢水進行有效處理，從源頭削減重金屬的入海量，對于維持良好的海洋環(huán)境和人類社會的和諧發(fā)展十分必要。
　　同常規(guī)的重金屬廢水處理方法(化學(xué)沉淀、溶劑萃取、離子交換、電化學(xué)處理等理化技術(shù))相比，利用海洋微藻作為吸附材料去除重金屬具有非常明顯的優(yōu)點：原料價廉易得；不產(chǎn)生二次污染；吸附容量大，重金屬去除率高；適于處理低濃度(100毫克／升以下)的重金屬廢水；被吸附金屬的洗脫簡便，利于吸附劑再生和金屬回收。近年來，利用微藻富集重金屬已被認為是一項非常有前途的廢水生物凈化技術(shù)。
　　有趣的是，雖然活藻體和死藻體都能吸附廢水中的重金屬離子，但是，利用死藻體吸附重金屬離子比活藻更為簡便、經(jīng)濟和高效。這主要是因為，利用活藻體吸附處理重金屬廢水時，需要供給它們一定的養(yǎng)分，這些營養(yǎng)成分有可能導(dǎo)致水中的有機污染物含量增加；而且廢水中的有毒元素能夠抑制藻細胞生長，使得處理周期延長；另外，活藻體將部分重金屬吸入細胞后，增大了重金屬回收的難度。
　　死藻體則不同于活藻體，其吸附重金屬的機理是：藻細胞壁上的多糖、蛋白質(zhì)、脂類等生物大分子具有羥基、氨基、巰基、磷酸基、咪唑基等帶負電荷的官能團，可通過絡(luò)合作用或靜電引力結(jié)合重金屬陽離子，降低水中溶解態(tài)重金屬離子的濃度。
　　由于死藻體不存在活藻體的上述缺陷，而且其細胞壁的破壞使得細胞內(nèi)更多的官能團暴露出來，與金屬離子接觸的面積也加大，吸附能力明顯增加。例如，螺旋藻干粉(死藻體)比新鮮藻(活藻體)能富集更多的三價鉻；叉鞭金藻干粉對銅離子的去除率高于新鮮的藻液。
　　目前的研究發(fā)現(xiàn)，微藻能有效去除多種重金屬離子，且具有相當(dāng)高的富集效率，對鋅、汞、鎘、銅、鉛等金屬離子的富集倍數(shù)可達數(shù)千倍，適于作為工業(yè)重金屬廢水的高效“清潔劑”。死藻體吸附達到飽和后，可利用少量乙二胺四乙酸(EDTA)溶液或鹽酸溶液，使其中的重金屬在數(shù)小時內(nèi)快速解吸并進行回收再利用。廣闊的應(yīng)用前景
　　海洋中的微藻種類數(shù)以萬計，它們的個體雖然只是一個簡單的細胞，卻對有毒物質(zhì)具有強大的吸收、吸附和降解作用，并以此凈化受到污染的近岸海域環(huán)境，保證海洋生態(tài)系統(tǒng)的平衡與穩(wěn)定。隨著現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展和新的環(huán)境問題不斷出現(xiàn)，可以預(yù)見，在未來的海洋環(huán)境保護中，小小的微藻將展示出更多更具魅力的用途。
　　
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