优化海水培养基中钙镁浓度：助力小球藻高效生长与自絮凝采收的关键之举

为解决海水培养基中高碳酸氢盐浓度引发 CaCO3沉淀影响微藻培养及采收问题，研究人员开展优化 Ca2+和 Mg2+浓度的研究。结果确定适宜浓度，提升了小球藻生物量和采收效率，为微藻产业发展提供技术支持。

　　在当今时代，人类活动排放的二氧化碳（CO₂）越来越多，这就像一场笼罩在地球生态和人类生活上空的阴霾，严重威胁着生态的可持续发展和人类的未来。为了应对这一挑战，基于微藻的碳捕获、利用与封存（CCUS）技术应运而生，成为解决 CO₂减排问题的 “希望之星” 。这项技术不仅能将 CO₂转化为生物能源和有价值的产品，还能助力全球生物经济的发展。

然而，在微藻养殖的过程中，难题却接踵而至。当使用高碳酸氢盐浓度的海水培养基培养海洋微藻时，微藻通过光合作用吸收环境中的氢离子并消耗碳酸氢盐，这会导致培养系统的 pH 值显著升高。在自然海水培养基中，升高的碳酸根离子（CO₃^2–）浓度会与钙离子（Ca²⁺）和镁离子（Mg²⁺）形成沉淀。这些沉淀就像一个个 “捣蛋鬼”，不仅会附着在光生物反应器（PBR）内，增加清洁和维护的难度，还会造成细胞沉降，限制微藻的代谢，从而降低生物量。另一方面，Ca²⁺和 Mg²⁺在微藻的絮凝采收过程中又起着关键作用。浓度过高或过低，都会对微藻的生长或絮凝效果产生负面影响。因此，如何平衡微藻生长和采收之间的关系，成为了亟待解决的问题。

为了攻克这些难题，来自国内的研究人员开展了一项极具意义的研究。他们旨在确定既能支持海洋小球藻（Chlorella sp）快速生长，又能实现高效絮凝，同时还能避免过早沉淀的 Ca²⁺和 Mg²⁺浓度。研究人员首先进行了一系列控制室内实验，接着又进行了室外中试规模的验证。

在研究过程中，研究人员用到了多种关键技术方法。在室内实验阶段，通过实验室分析量化 Ca²⁺和 Mg²⁺对小球藻生长动力学、光合性能、胞外聚合物（EPS）产生、沉淀生成和自絮凝效率的影响。利用扫描电子显微镜（SEM）对高碳酸氢盐浓度诱导的碱性条件下的沉淀形态进行表征。在室外实验阶段，开发了经济高效的海上浮动光生物反应器，用于使用优化离子浓度的海水进行规模化培养。

下面来看看具体的研究结果：

• Ca²⁺和 Mg²⁺对生物量和 pH 的影响：培养基中 Ca²⁺和 Mg²⁺的浓度显著影响海洋小球藻的生长。随着 Ca²⁺和 Mg²⁺浓度逐渐升高，小球藻的最终干重（DCW）呈现先上升后下降的趋势。当 Ca²⁺和 Mg²⁺浓度达到一定适宜水平时，小球藻的生物量达到峰值。
• 优化浓度及自絮凝效率：研究优化出 Ca²⁺的适宜浓度范围为 0.5–1.0 mmol/L，Mg²⁺的适宜浓度范围为 2.5–5.0 mmol/L。在这个浓度下，后续将 pH 值调节到 11 时，小球藻的自絮凝效率大于 90%。
• 室外培养的成效：在浮动光生物反应器中进行室外培养时，使用优化 Ca²⁺和 Mg²⁺浓度的处理后海水，小球藻的生产力达到 9.36 g/m^?2/ 天，比未处理海水（4.42 g/m^?2/ 天 ）高出 112%。

综合研究结果，研究人员得出结论：优化海水培养基中的 Ca²⁺（0.5–1.0 mmol/L）和 Mg²⁺（2.5–5.0 mmol/L），可以在促进小球藻生长、避免沉淀和实现高效絮凝之间达到平衡，从而提升海洋小球藻的培养效果。在低成本浮动光生物反应器中的中试试验表明，与未处理海水相比，生物量生产力提高了 112%，验证了该策略的可扩展性。此外，高碱度诱导的沉淀长期稳定，这意味着微藻诱导的沉淀有可能作为潜在的碳汇，为海洋负碳排放做出贡献。

这项研究意义重大。它为海洋微藻的规模化培养提供了关键的技术支持，优化后的钙镁离子浓度及培养策略有助于提高微藻的生物量和采收效率，降低生产成本，推动微藻产业的发展。同时，研究中发现的微藻诱导沉淀可作为碳汇的现象，也为海洋负碳排放研究开辟了新的方向，为缓解全球气候变化提供了新的思路。该研究成果发表在《Bioresource Technology》上，无疑将在相关领域引起广泛关注，为后续的研究和实践提供重要的参考依据。