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该综述聚焦温带海洋性气候（5-20°C）下光合沼气提质的藻类筛选，提出 7 项关键标准（高 pH、高碱度、耐高 CO?、混合营养培养等）。经评估，鱼腥藻属（Anabaena）和席藻属（Phormidium）表现最佳，还探讨了适应性实验室进化（ALE）等优化策略以提升藻类性能。
1. 引言
可再生燃料对实现气候目标至关重要，生物甲烷作为天然气的可持续替代品备受关注。传统沼气提质技术能耗高、成本高，而光合沼气提质技术利用藻类吸收 CO?，兼具经济与环境效益。在温带海洋性气候（年均温 5-20°C，如日本、欧洲和北美西北海岸）下，筛选能在低温等严苛条件下持续生长的藻类是关键。本研究首次针对此类气候，通过多标准决策评估筛选合适藻种，并探索提升藻类性能的创新方法。
2. 光合沼气提质的基本原理
2.1 气泡柱中的沼气提质
气泡柱利用富含碳酸盐的高 pH 碱性液体吸收沼气中的 CO?和 H?S。CO?溶解形成碳酸氢盐（HCO??），高 pH（>9.5）、高碱度（>1.3g 无机碳 / L）等条件可提升 CO?吸收效率至 95% 以上。H?S 与碳酸盐反应被去除，溶解氧辅助硫沉淀生成硫酸根离子（SO?2?）。
2.2 藻类培养与碳酸盐 - 碳酸氢盐循环
藻类通过光生物反应器吸收碳酸氢盐，利用碳酸酐酶（CA）将其转化为 CO?和氢氧根离子（OH?），CO?经 RuBisCO 固定，OH?与 HCO??反应再生碳酸盐循环利用。不同藻类的碳浓缩机制（CCM）存在差异，蓝藻通过多种转运系统摄取无机碳，微藻则通过被动扩散和主动转运结合的方式。维持低 CO?浓度（<3%）和高 pH 可促进碳酸酐酶活性，提升碳吸收效率。
2.3 藻类收获与生物炼制
藻类收获方法包括离心、浮选、絮凝等。离心效率高但能耗大，浮选适用于丝状藻类，絮凝分为化学、生物等类型，高 pH 可诱导单细胞藻类自絮凝。收获后提取高价值代谢物（如类胡萝卜素、藻胆蛋白等）是提升经济性的关键。
3. 藻类筛选的决定因素
3.1 高 pH 生长能力
operational pH 需 > 9.5，耐碱藻类如螺旋藻（Spirulina）、盐生杜氏藻（Dunaliella salina）可在 pH 9-11 生长，高 pH 还能抑制杂菌污染。
3.2 高碱度适应能力
碱度影响 CO?/H?S 传质，藻类需能在 1.5-2.5g 无机碳 / L 碱度下生长，如盐生皮果藻（Picocystis salinarum）在高碱度下仍具高生物量生产力。
3.3 高 CO?耐受性
藻类需耐受 > 20% 的 CO?浓度，如钝顶螺旋藻（Arthrospira platensis）、普通小球藻（Chlorella vulgaris）等表现出较强耐受性。
3.4 混合营养培养能力
混合营养模式结合光合与异养，可利用废水等低成本培养基提升生物量，如添加蔗糖可促进藻胆蛋白生产，但需平衡无机碳固定效率。
3.5 低温生长能力
筛选适温 5-20°C 的藻类是温带应用的关键，如 Neochloris oleoabundans 经适应后可在 10°C 生长。
3.6 易收获性
丝状藻类如鱼腥藻（Anabaena）可通过浮选轻松收获，降低成本。
3.7 高价值代谢物生产
藻类可产生类胡萝卜素（如 β- 胡萝卜素）、藻胆蛋白（如藻蓝蛋白）、多不饱和脂肪酸（PUFAs）等高价值物质，其产量受环境因素调控。
4. 温带海洋性气候下的最佳藻类筛选
采用普格矩阵（Pugh Matrix）对 26 种藻类评估，鱼腥藻属（Anabaena sp.）和席藻属（Phormidium sp.）满足所有 7 项标准，排名第一。颤藻属（Oscillatoria sp.）、盐泽螺旋藻（Spirulina subsalsa）等表现次之，虽部分指标缺乏数据，但基于同类藻类推测其适应性。
5. 提升藻类性能的关键策略
5.1 适应性实验室进化（ALE）
通过连续培养使藻类在特定压力（如低温、高 CO?）下积累有益突变，如螺旋藻经 ALE 后 ATP 合成相关基因上调，小球藻（Chlorella sp.）耐酚能力提升。批次培养操作简单，恒化器培养可维持稳定生长。
5.2 生长条件与营养调控
利用温度、光照、营养胁迫等诱导高价值代谢物合成，如高盐和氮缺乏促进 β- 胡萝卜素积累，低光强和高温利于藻胆蛋白生产。两阶段培养法先优化生物量，再诱导代谢物积累，平衡生长与产物合成。
6. 未来展望
未来需筛选本土藻种，探索混合培养提升生态韧性，降低培养成本，评估季节变化对系统的影响，进一步优化代谢物提取工艺，以实现光合沼气提质技术的商业化应用。
7. 结论
鱼腥藻属和席藻属是温带海洋性气候下光合沼气提质的最佳藻种，结合适应性进化和环境调控可提升其性能。后续研究应聚焦混合培养和生物炼制，以优化系统效率与经济性。
