我国微藻资源开发30年蝉变之路

刘建国, 徐 冉

(1. 中国科学院海洋研究所实验海洋生物学重点实验室, 青岛 266071;2. 红球藻种质培育与虾青素制品开发国家地方联合工程研究中心, 楚雄 650012;3.青岛海洋科学与技术国家实验室海洋生物学与生物技术功能实验室, 青岛 266071)

我国微藻资源开发30年蝉变之路

刘建国1,2,3, 徐 冉1,2,3

(1. 中国科学院海洋研究所实验海洋生物学重点实验室, 青岛 266071;2. 红球藻种质培育与虾青素制品开发国家地方联合工程研究中心, 楚雄 650012;3.青岛海洋科学与技术国家实验室海洋生物学与生物技术功能实验室, 青岛 266071)

针对我国微藻产业30年孕育历程，分别从培养模式转变、培养设施创制、细胞周期与培养调控模式、关键参数优化与调控、敌害生物危害与防治策略、种质与种子工程、产业体系构建和产业人员队伍建设等主要侧面进行回顾，同时概述了产业孕育过程中所遇到的主要瓶颈问题及解决思路方法，也对下一步发展趋势予以展望，以期为我国微藻产业可持续发展提供借鉴与参考思路。

微藻；规模化培养；工艺创新；生物危害防治；体系完善

微藻诞生于数亿万年前天地之初，虽然种类多、数量丰盈，但却个体微小、分布散，以至于长期被忽视。然而，微藻具光合效率高、繁殖快、生产周期短，能高效捕获环境CO2和净化水体中的富营养化物质的特点，能适应各种不同的生长环境，在遗传信息、生化组成、生态分布、代谢途径等方面具有多样性、复杂性和特殊性，有可能开发出人类大量需求、结构特异的高附加值生物活性成分(如萜类、氨基杂环、大环内酯、维生素、胡萝卜素及其衍生物、高度不饱和脂肪酸、多糖及其衍生物、核苷酸、特殊属性蛋白和多肽等)，具有极高的营养和药学价值[1]。

经过近30年不断探索和孕育，我国微藻产业从无到有、规模初成，尤其红球藻的规模化生产作为转折性标志，突破了系列限制性屏障问题[2]，打破以往该资源开发受限于生长快、抗逆性强和耐污能力高的3种微藻(小球藻、螺旋藻和盐藻)的困局，微藻也从以单纯生产初生代谢物质为主的生物量获取，走向以产品(次生代谢物质的高附加值活性成分、功能性营养品，以及生物饵料和生物能源生产等)多样化生产并举的新阶段；微藻资源开发正处于从传统农业向工业化转变的关键起飞冲天阶段。在此之际，有必要回顾30年微藻产业发展历程，多角度概括具体的蝉变羽化进展，目的为微藻资源开发提供可借鉴的生产模式与支撑技术，以期进一步明确该产业可持续发展的方向。

1 规模培养主要模式的转变

我国微藻资源开发始于20世纪60年代初(饥荒年代)的小球藻生产及水产育苗中的微藻饵料培养，但真正的微藻产业化应源于80年代中期的螺旋藻和盐藻规模培养。随着时代与技术发展，微藻产业化培养模式已从20世纪80年代的单纯光自养(如螺旋藻、盐藻)，到21世纪呈光自养为主、辅以发酵异养或兼养的多样化发展态势，目前转向异养发酵与自养相结合的培养模式(如小球藻和红球藻)[3-4]。

期间，伴随着我国经济实力与供电能力的提高，微藻培养模式也从最初依靠人工搅拌的简易开放培养池(如土池、石灰池、水泥池和塑料池)，转向借助机械搅拌的跑道池(由平底的跑道池→凹底的跑道池)，再走向半封闭塑料大棚跑道池→各种类型的封闭光生物反应器(平板、柱状和管道光生物反应器)，现在基本确定为大型封闭式平行管道光生物反应器(图1)。在实际生产中，以生产初生物质(蛋白、碳水化合物等)为主要目标的微藻资源开发，多选用抗逆能力强、生长快和耐污的微藻种类(如螺旋藻、小球藻、微拟球藻和盐藻)，其规模化培养依然延续采用传统的开放式跑道池；而以生产次生物质和高附加值产品为目标的(如红球藻)，其规模化培养除个别还依赖于传统开放式跑道池外，更多地依赖于大型封闭式平行管道光生物反应器装置；而小球藻的规模化培养不仅可以采用开放式跑道池，还可以采用异养模式的发酵罐，以及耦合异养与自养的兼养模式的各类生物反应器。

同时，在微藻规模化培养的气体交换上，开放体系从完全静止的培养模式，转向了通空气培养和通加富CO2空气的培养模式；对于封闭的光生物反应器系统而言，无论CO2过低还是O2过高都将限制(或抑制)光合作用速率，影响微藻的整体培养效果。为此，封闭光生物反应器必需配备气体交换装置，有效添加CO2以补充光合消耗的碳源，同时尽可能地解析体系内部光合释放的O2，以减少高氧对微藻的损伤作用。

图1 用于微藻规模培养的主要光生物反应器类型

1：在塑料温室大棚内的跑道池；2：在塑料温室大棚内的玻璃平板光生物反应器；3：在塑料温室大棚内的柱状光生物反应器系统；4：平行管道光生物反应器

在光温控制上，由最初完全依靠自然光温变化微藻培养，到有意识地选择到光照更充沛、温度更适宜的地域开展微藻规模化培养，以及更主动地覆盖温室大棚改变藻液的温度波动规律，进而逐渐向人工调节培养温度和增加光照的培养模式转变。

30年来，微藻规模培养不同模式的转变，也是从靠天吃饭的传统农业模式，向更精密与精细可控的工业化模式的逐级过渡，建立可全自动化人工控制光/温/气体和营养盐，构建微藻规模化培养(植物细胞阳光工厂)，更加高效和有目的地开发微藻资源，将是该行业下一步发展的总体趋势。

2 规模化培养设施的创制

与发酵罐在工业微生物产业发展中发挥的重要支撑作用一样，光生物反应器作为关键设备也决定着微藻资源开发成败。微藻规模开发之初完全依赖于开放培养池，能够成功培养的微藻很少，只有生长快、抗逆性强或耐污染的小球藻、螺旋藻和盐藻这3种微藻实现了产业化。目前所构建起的大型封闭式平行管道光生物反应器，可适用于绝大多数微藻的规模化培养。微藻培养设施从开放到完全封闭、从实验型到生产型，历经各种类型的平板、柱状和管道等光生物反应器，反应器体积由升级小型规模设备逐级扩大为数百升的中小试论证装置、再至吨级甚至数十吨产业化设施、以及数百上千吨的整体配套的平行管道光生物反应器生产系统(图2)[5-6]。上述设备体积增加与生产成本下降只是表观性的关键问题，而其技术难度在于如何保持设备比表面积不降低，克服气体交换困难、以及解决自动化清洗。此外，近年来针对某些可固定化丝状微藻开发，还自行研制出独具特色的生物幕(膜)反应器[7]。

微藻属光自养生物，其细胞生长都需要光线，这也决定了构建培养微藻的大型光生物反应器需采用高透光性材料。而高透光性材料(如玻璃、有机玻璃、塑料等)通常既不耐高温又不耐高压，不仅难以持续通过增高实现规模扩大，也不宜于利用高温措施消毒灭菌；而依赖于增粗实现反应器规模放大，难免引起比表面积大幅下降，进而导致光线难以进入反应器体系内，严重限制微藻光合与细胞生长；依赖延长管道方式方法体积常造成气体交换率快速下降。此外，在大型光生物反应器内部还存在很多培养死角区，细胞极易贴壁生长，很难有效清洗。近几年，适宜于微藻规模化培养的大型管道光生物反应器已在我国研制成功，突破了管道长度不超过百米的限制，使管道总长度有效延长到数千米，也使培养设备单元达到吨级甚至几十吨级规模，并保持体表面积并不下降；同时，建立起可自动清洗管道内贴壁细胞的系统，减少了培养死角，不仅避免了细胞贴壁沉积到管壁，能够保持管道高透光性，还减少了细胞贴壁所引起的变质、死亡以及由此引发的生物污染，有利于保障培养体系的均一性和高效运转，提高了微藻综合培养效率。需要指出，上述自动清洗系统减少了分拆/清洗/组装与消毒等繁杂过程，不仅省力/降低劳动强度/减少污染，还节约清洗时间，相对增加培养时间与批次；另外，自主研制出针对光生物反应器管节处死角的特制连接件，有效减少了管节间死角区，降低该区的细胞附壁、沉降与死亡腐败，进而减少敌害生物污染。

图2 整体配套的全封闭微藻培养系统(云南爱尔发生物技术

Fig 2 The closed microalgal culture system (Yunnan Alphy Biotech Co., Ltd， Both parallel tubular photobioreactors and the gas-exchange systems were awarded Chinese national excellent invention patents in 2014 and 2016 respectively)

光生物反应器设备单元上述进展有效解决了微藻规模放大过程中存在的系列共性问题，也摆脱了以往微藻培养跑道池对平整土地过度依赖的局面，为利用非耕土地资源(荒山/丘陵/盐碱地/沙漠/甚至城市建筑房顶等)，细胞工程规模化培养微藻资源带来了可能，有2项发明技术先后获得了国家优秀发明专利奖[5-6]。进一步完善光生物反应器单元设备的各项工作性能，如增加管道内流体运动轨迹、形成湍流、提高混匀程度、提升动力泵输送能力、降低机械剪切力、增加特定的人工光源、有效调节温度等，在此基础上组建机械化程度更高的整体配套生产系统，降低劳动强力，综合提高生产管理效率，将是微藻资源工业化生产开发的努力方向。预计随着培养规模放大、生产标准化和加工成本下降，将为利用各类水资源细胞工程开发更多的微藻资源，生产水产饵料、微藻蛋白、高附加值产品以及可再生能源提供硬件支撑。

3 生活周期与培养调控模式

微藻多为单细胞自养生物，其生活周期及繁殖方式相对简单。对于以获取生物质为主的微藻规模化培养中，基本上选择细胞生长快、耐污性强、可大量生产蛋白质和糖类等初级代谢产物的微藻种类(如螺旋藻、小球藻和饵料微藻等)。在实际生产性培养中通常尽可能地将细胞控制在快速生长的对数生长期，待藻细胞达到一定密度或在对数生长后期批次收获，可获得更高的产量。

对于以获取次生物质为目标的微藻规模化培养，仅有提高生物量是远远不够的，还需提高其次生物质含量。而次生物质积累与生物质增加通常并不同步，有时甚至相冲突，故难以同时满足。为此，在实际生产中一般通过调节营养元素，让其先生长再积累，并于稳定期末收获藻细胞；二步串联培养是更具针对性的策略，即将藻细胞生长和累积过程分开，采用不同的优化模式条件维持细胞快速生长或诱导细胞大量积累次生物质[7]。相对而言，前一种策略适宜于规模化培养抗逆能力高或耐生物污染强的微藻，例如在高盐、高温、高光强条件下可大量积累β-胡萝卜素的盐藻。在上述强胁迫逆境下其他生物难以存活，因此可较容易地防止微藻培养中的敌害生物。而二步串联培养更适用于抗逆性相对较差、耐污性也不强的微藻规模化培养，比如在氮磷亏缺下能大量积累油脂的某些富油藻类更适宜采用该培养模式，事实上二步串联培养也是国内外微藻生物能源开发所探讨的重点。

除此之外，某些微藻生活周期比较复杂，存在不同类型、可相互转化的细胞，只有在特殊条件下的特定细胞才大量积累高附加值的生物活性物质。这类微藻(如红球藻)生长繁殖速率通常较慢、虽能抗逆但不耐污染，建立其规模化开发模式更困难。红球藻主要存在游动细胞与不动细胞2个阶段，有细胞营养繁殖(出芽、二分裂)与孢子无性繁殖等多种繁殖方式，并且细胞之间可以相互转化(图3)。不同阶段的细胞的繁殖方式、生长速率和虾青素积累能力差异很大，游动细胞生长繁殖相对较快但并不累积虾青素，而不动细胞可大量积累虾青素但其生长繁殖速率却很低。在实际生产中，红球藻细胞生长、细胞转化与虾青素积累难以同时兼顾，需有针对性地创建基于生活周期的开发模式。即第一步优化培养参数，让细胞在游动阶段快速繁殖，获取充足生物量；第二步改变培养参数诱导游动细胞转化为不动细胞，进而创造适宜的培养环境条件使不动细胞大量累积虾青素(图4)[8]。

图3 红球藻生活史中各种细胞类型及繁殖方式

a：游动细胞；b：营养繁殖(2分裂)中的游动细胞；c～e：游动细胞通过孢子囊进行无性生殖(其中，c孢子囊内含2个游动孢子，d囊内含4个游动孢子，e囊内含8个游动孢子)；f：不动细胞；g～j：不动细胞通过孢子囊进行无性生殖(其中，g孢子囊内含2个不动孢子，h囊内含4个不动孢子，i囊内含8个不动孢子；j囊内>16个不动孢子)；k～o：不动细胞通过孢子囊无性生殖(其中，k囊内含4个游动孢子，l囊内含8个待释放的游动孢子，m孢子囊释放8个游动孢子的瞬间，n囊内含16个游动孢子，o囊内含>16个游动孢子)；p：营养繁殖(出芽)中的不动细胞；q～r：孢子囊内处于不等分裂的游动孢子；s：孢子囊内某些孢子发生自溶；t：释放孢子后的囊壳

上述不同的规模化培养案例，可为下一步微藻资源开发提供启示和借鉴模式，即在微藻生产中，需先确定培养微藻的产业化目的、弄清微藻的生长繁殖和代谢等基本生物学特征，更有针对性地选择合适的模式开展产业化生产。综上所述，可以从中看出微藻开发逐步从简单粗放的散养，转向过程细化与精细调控的总体发展趋势，这也是微藻资源开发从靠天吃饭的传统农业，逐步走向工业化控制生产所必需实现的跨越。

图4 红球藻生活周期与二步串联培养[8]

4 关键参数优化与调控

在微藻资源开发链条中，存在从藻种→规模化培养→生产加工的众多环节。无论微藻生长、还是活性物质积累和加工等都受物理、化学和生物等诸多因素的综合影响。上述各个环节的协调平衡发展(图5)、以及众多相关理化参数的优化与调控程度，通常决定着微藻培养(特别是户外规模化培养)成败，也是微藻资源开发从原始粗放、靠天吃饭的纯农业模式，逐渐走向先进成熟、精细可控的工业化转变的重要标志。

就物理因素而言，主要涉及光照(光照辐射强度与光照时间)、温度(昼夜温差和年际温度变化)、天气晴阴、降雨和蒸发、水土状况和风沙尘埃等。选择良好的自然生境，对微藻产量增加和品质提高都会产生事半功倍的作用。对上述物理因素的综合考量，也是微藻规模化培养选址中需要重点考察的内容。厂址一旦确定，除全人工控制外，上述物理因素基本上就大致确定，常难以大幅改变与优化。以我国螺旋藻生产企业为例，在20世纪80、90年代产业起步阶段的，企业的地域分布相对较散；而2000年左右成立的厂家，多有意识地向南方亚热带地区偏移；在2010年前后，更多的企业则落户在北方内蒙古地区。在亚热带养殖螺旋藻的企业主要集中在福建、广东、广西、江西、云南和海南，其最典型的自然生境是常年积温偏高，特别是海南地区温度最高，非常适宜于在高温下可快速生长的螺旋藻的规模化生产；而该地区培养螺旋藻自然生境的不足在于雨季较长，多云和降雨一定程度上也降低了该藻产量的增加；而云南高原地区在养殖螺旋藻中的环境优势在于常年温度变化较少、四季如春且阳光充沛。至于近年来螺旋藻产业在北方内蒙古兴起，在于该地区虽冬季低温季节较长，但夏季却具有辐射强、光照时间长、白天温度高、昼夜温差大的综合优势。与南方的户外养殖模式不同，以北地方螺旋藻规模培养在传统开放跑道池基础上，还借助温室大棚技术提升藻液温度，不仅增加了初春和秋末季节的养殖期，还有利于该藻光合与藻体的快速生长。此外，塑料温室的半封闭性能，也部分降低了风沙尘埃的入侵，有利于产品质量的改善和提高。

图5 微藻资源开发的基本共性环节

影响微藻培养的化学因素很多，主要包括各类营养盐(氮、磷、碳源及其他营养盐和各类微量元素)、pH值、植物生长调节剂及微藻细胞产生反馈调节细胞生长的信号物质等。不同微藻在维持生长所需要的化学营养参数差异很大，即使同一微藻对上述化学因素也有较宽泛的适应范围，寻找更适宜的化学因子参数是开展微藻规模培养优化与调控的重要部分，也是考量微藻培养技术强弱的主要参考内容，其高低好坏直接影响着微藻规模培养产量大小、成本高低和产品市场竞争力。以螺旋藻为例，我国规模化养殖最初单靠Zarrok培养基配方赢天下，经过30多年实践积累了大量经验，各企业依据具体养殖地的水土特点、季节气候不同、培养品系甚至藻的生长状况进行了差异化调整，其中小苏打的调整最大，使用量大幅下降，另外改用人工添加CO2气体，而钙镁用量因水质差异而不同等。相对而言，在单纯以生物质获取为主的微藻培养中，其化学调控还比较少；在以次生生物活性物质开发为目标，尤其培养生活周期复杂的微藻资源开发中，通过营养盐改变进行的化学调控更明显、精细与复杂。如红球藻虾青素开发中，从开始寻求最适营养盐配方的一步培养，逐步过渡到目前的多级串联培养。首先，提供充足的氮磷无机碳源等适宜条件，调控藻细胞处于游动细胞阶段，实现快速繁殖以获取生物质；然后，改变培养参数完成从游动细胞向不动细胞的转变；最后，利用低氮和强光等胁迫，调节细胞代谢发生改变，促进虾青素的大量积累。

就生物学因素而言，主要涉及敌害生物污染控制和优良微藻种质选育，分别在第五、六部分中予以阐述。需要强调，任何物理还是化学参数的优化与调整均不是绝对的，而是相对于其他参数恒定而言的。任何其他培养理化参数变化，都将反过来对其或多或少地产生影响。因此，选择最适宜于培养环境与模式，反复循环优化培养参数，不断弥补限制培养的短板，使细胞生长更快或积累更多目的产物，为微藻规模培养需要不断探讨的重点内容，也是产业化逐渐走向成熟的过程。

5 敌害生物危害与防治策略

微藻在水生态系统中处于最底层的第一生产力，是浮游动物的天然饵料。无论开放还是封闭的微藻培养体系，一旦遭受敌害生物(包括原生动物及其他微藻)污染，常常对微藻细胞产生摄食、竞争与抑制等多重作用，不仅使微藻产量和产品质量大幅下降，甚至导致整个培养体系彻底失败而颗粒无收。同时，残存于培养体系内的敌害生物常常成为后续培养的污染源不断形成恶性循环，而成为严重制约微藻产业发展的限制性屏障。小体积培养易于控制上述污染，但在规模化培养中却难以完全控制和杜绝来自于水源、空气、肥料、仪器等途径的污染，长期以来国内外对此缺乏十分有效的控制方法。在目前小球藻和螺旋藻规模化培养中，为减少敌害生物危害，最通常的做法是添加足够的碳酸铵盐。碳酸铵不仅提供藻体生长所需的碳源和氮源，同时使某些敌害生物处于氨中毒状态，抑制其爆发式增长，可在一定程度上达到防控目的。另一更有效的控制策略是采用天然、可快速降解、无毒但对某些敌害生物却具有选择性毒性的植物源有机杀虫剂[9-10]，实验和中试论证结果表明其杀虫效果和经济可行性高[11]，但受药剂生产能力限制目前尚未在规模化生产中推广应用。

在细胞生长环境更为温和适中、繁殖速度也较慢的多数微藻资源开发中，敌害生物污染问题更为突出。建立以综合预防为主的工艺措施，有效控制来自于培养设备(如光生物反应器)、支撑管道系统、各类营养物质、气体、水体、营养液以及周围环境、甚至操作过程中的敌害生物污染，是决定产业化成败的重要限制性因素。红球藻虾青素的产业化开发成功，将这类微藻的产业化从以往传统的粗放式培养模式，带入到精工细作的单种(甚至无菌)培养的新阶段，也将微藻细胞培养引向工业微生物开发模式，并使藻类细胞自养与微生物异养技术逐步靠拢，形成相互借鉴的细胞工程微藻资源开发态势，这也将成为微藻资源开发的新趋势。

6 种质与种子工程

我国微藻种质资源经过几十年的不断丰富，特别是近几年受惠于微藻生物能源项目资助下的大规模采集分离，微藻种类和数量都有大幅度增加，不仅拥有数以千计的各类淡水微藻、海水微藻种质，还有很多微藻(主要是蓝藻和衣藻模式藻株)突变体[12]。目前很多大学和研究机构建立了各自的微藻种质库，某些从事水产饵料和微藻活性物质开发的微藻企业也建立了经济藻种保存室，这些微藻种质主要集中在中科院水生所、海洋所、南海所、武汉植物园、中国海洋大学、厦门大学、暨南大学等研究机构与大学中。需要指出，我国微藻资源开发还缺乏农业生产中的优良品种，目前开发的微藻多以筛选野生种质为主[13]。而微藻种质的人工培育工作相对薄弱，仅限于前期物理或化学诱变育种。到目前为止还缺乏国家认可的微藻优良品种，甚至没有微藻种质评价和审定机构。系统性地开展微藻特别是经济微藻的良种化，选育优良种质、培育良种可为微藻产业发展提供动能，也将是该产业发展的重要方向。

微藻属孢子植物，不像高等植物可开花产生果实种子，微藻资源开发缺乏传统农业可长期储藏与批量运输的“种子”，这也决定了微藻资源的规模化不可能一蹴而就，短期迅速扩大，而只能依靠细胞的营养繁殖和无性生殖等方式在适宜的季节逐渐增殖和一步步地放大，“种子”问题成为制约微藻资源开发规模化发展的重要瓶颈。为此，针对微藻构建种子工程，采用发酵或其他工程技术高密度快速繁殖细胞[14-15]，形成至少可短期储存的微藻活细胞，作为定向批量提供开展微藻资源开发的“种子”，将极大地促进微藻资源规模化生产，这也是该产业走向成熟的重要标志和下一步需突破的内容。

7 产业体系建设

30多年来，我国微藻资源开发的产业体系从无到有，经历摸索与缓慢起步阶段，目前并正走向快速发展期。事实上，在我国微藻资源开发之初甚至缺少最基本的教科书，在仅有几个可开设微藻课程的大专院校中多采用油印讲义，相关知识大多为微藻分类和系统演化内容，而生理生化内容甚少，关于实际培养和加工内容几乎没有涉及。通过近20年的摸索发展，特别是结合水产育苗的饵料培养，实际生产经验不断丰富，相关产业技术逐步提炼和规范化，现已发展到相关标准制定与执行的新阶段。近年来，已经完成红球藻、小球藻和螺旋藻等多种微藻标准的制定和审核，相关企业标准、地方标准、行业标准和国家标准陆续颁布执行，其中包括通用技术标准，也有具体的产品质量标准、以及相关分析与检测标准。

微藻资源开发总体上已从20世纪末片面追求产量与产品数量，逐渐转向全面提升产品质量，其关键时间节点与事件分别为2003年非典与2012年螺旋藻铅风波。非典之前社会对微藻缺乏认知，微藻市场推广与开拓以强调微藻蛋白质营养为主；从非典到铅风波的10年间，逐渐转向突出微藻增强免疫力为主，并以微藻可积累特殊的天然高附加值物质(如类胡萝卜素、多不饱和脂肪酸)作为突破方向，同时也更加关注微藻产品的维生素与矿物质含量；而铅风波之后进一步转向全面完善微藻产品的质量，比如如何降低钙镁灰分(特别是其中铅砷汞镉等各类重金属)含量，有效控制微藻原料生产和产品加工中的微生物菌群与数量，以及避免苯并芘、塑化剂和药品残留等其他毒性物质的污染[16]。

在上述微藻资源开发过程中，微藻产品日益增多(从生产水产饲料和营养添加与强化剂，到生产功能性食品、健字甚至准字号微藻产品)并逐渐成为市场中的新生成员。同时微藻体系建设也日趋完善，先后建立起比较科学规范的培养模式和工艺流程、生产管理规则、ISO质量管理体系，形成大量的专业性分析化验方法和技术专利，多种微藻也获得了新食品资源许可和新产品认证，目前各种类型的标准化建设方兴未艾[17]。预计下一步针对微藻的优良种质培育和微藻产品质量技术监督，也将成为微藻产业体系建设的重要组成部分。

8 产业人员队伍建设

随着微藻产业的孕育，产业人员队伍也逐渐形成壮大和专业化。在20世纪90年代之前，我国微藻资源开发基本上还附属于水产动物养殖中，主要侧重于微藻饵料的培养，相关工作大多也由水产育苗技术人员临时兼顾。到20世纪90年代中期，随着螺旋藻产业化成功和规模化扩大，微藻产业逐渐从水产业中独立出来[18]。进入21世纪特别是2003年的非典之后，微藻独特营养价值和提高免疫力逐渐得到社会认知，市场上微藻产品的需求逐步增加，我国微藻产业雏形乍现，随后随着对微藻生物能源、高效捕获CO2及红球藻虾青素开发的普遍关注，从事微藻研究、生产和开发的人员队伍进一步增加[19]。1)微藻科研队伍，已从最初集中在武汉与青岛扩散到北京、广州、南京等主要城市，尽管各地从事微藻研究的机构与人数不一，但尚未开展微藻研发的省市已几乎没有。2)从事微藻生产加工的产业人员已经分布在全国20余个省市，相对而言我国西部和东北省份的人员队伍相对较弱。3)在专门从事微藻科研的研究生队伍培养上，从20世纪80年代中后期开始招收微藻专业研究生，直到90年代末微藻专业的招生数量相对很少，这批研究生毕业后大多留在科研机构和大学中工作，并成为目前我国微藻产业发展与人才培养的重要骨干力量，另一部分毕业生选择了出国进修深造和工作，近几年已陆续有不少学者回国就职并作为重要的领军人物从事微藻研发工作。4)微藻产品营销市场遍布全国各地，东南沿海地区大中城市相对而言较多。5)在藻类学会中，从事微藻研发的队伍日益壮大，目前已成为学会成员的主力。6)微藻产业协会和联盟成立，协会人员队伍发展迅速、活动多样、交流活跃。7)专门从事微藻开发的国家和省市级工程(技术)研究中心(实验室)，近年来也开始成立，如国家发改委批复成立了红球藻种质培育与虾青素制品开发国家地方联合工程研究中心，云南省批复成立了红球藻工程中心，国投集团成立国投微藻生物科技中心等。8)在资本市场上，专门从事微藻资源开发的企业也有了身影，爱尔发(834118)于2015年底率先在新三板成功上市。

综上所述，回顾我国微藻资源开发产业的30年发展与蝉变历程，不难看出我国已形成了微藻产业的各类技术，也实现了该产业从无到有的跨越，初步衔接了产业全程发展各个环节，并维持了各个环节的平衡发展，基本完成了微藻产业的孕育和羽化过程，目前正处于进一步硬化变强与等待冲天一飞的新阶段。相信微藻产业将在国民经济建设、提高社会人群营养健康水平、解决环境与新能源问题中发挥越来越重要的作用。

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30-year′s footprint and process of microalgal development in China

LIU Jian-guo1,2,3, XU Ran1,2,3

(1. Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071; 2.National-Local Joint Engineering Research Center for Haematococcus pluvialis and Astaxanthin Products, Yunnan Alphy Biotech Co., Ltd.,Chuxiong 650012; 3.Laboratory for Marine Biology and Biotechnology, Qingdao National Laboratory for Marine Science and Technology, Qingdao 266071, China)

The 30-year progressive history of microalgal industry in China covering every aspects of the bioresource exploitation and utilization including the change of cultivation modes, equipment innovation, cell cycle regulation, growth optimization, contamination and pollution control, germplasm screening, and industrial system construction as well as the practitioner team training was brief reviewed. Meanwhile, the crucial problems encountered the microalgal mass cultivation, some key techniques and the possible solving strategies were then discussed. Further developing trend of Chinese microalgal industry was also prospected, using the new developed Haematococcus cultivation model.

microalgae; industrial cultivation; technological innovation; biological contamination control; system perfecting

2016-11-06；

2017-02-20

国家自然科学基金(31572639)；中国科学院战略生物资源网络计划活性天然化合物发现、评价与转化(ZSTH-024)项目

刘建国，博士，研究员，博士生导师，主要从事藻类与藻类生物技术研究，E-mail：jgliu@qdio.ac.cn

Q949.2

A

2095-1736(2017)02-0009-07

doi∶10.3969/j.issn.2095-1736.2017.02.009