综述：生物碳封存与生物能源生产的生物学方法

（编辑推荐）本综述系统探讨了利用植物、藻类和细菌等生物体实现碳捕获与利用（CCU）的技术路径，指出生物法在克服物化法环境风险与高成本方面的优势，并聚焦生物燃料生产及升级的前沿进展，为气候治理提供绿色解决方案。

　　

生物碳封存技术概览

应对气候变化的紧迫性推动了对温室气体（GHGs）减排技术的探索。碳捕获与利用（CCU）技术通过将CO₂
转化为高附加值产品，成为缓解GHGs排放的核心策略。当前碳封存方法可分为物理、化学和生物三大类：物理法依赖海洋/土壤封存或地质储存，化学法则以碳酸氢盐形式固定碳，但二者均存在环境风险与成本过高的问题。相比之下，生物法凭借其生态兼容性和可持续性脱颖而出。

三大生物体系的应用

植物固碳系统
陆生植物通过光合作用将CO₂
转化为生物质，其中C₄
植物（如玉米）和木本植物展现出更高的固碳效率。最新研究通过基因编辑优化Rubisco酶活性，使固碳速率提升达15%。

藻类光合成产油
微藻在单位面积产油量上超越传统油料作物30倍，且可耦合工业废气培养。三角褐指藻（Phaeodactylum tricornutum
）经代谢工程改造后，脂质含量提高至细胞干重的60%，同时实现CO₂
固定率2.5 g/L/day。

细菌合成代谢
化能自养菌（如_{Hydrogenovibrio marinus}
）通过卡尔文循环固定CO₂
，其合成的聚羟基脂肪酸酯（PHA）可作为可降解塑料原料。近期突破在于构建大肠杆菌（E. coli
）电催化系统，直接将CO₂
转化为丁醇，能量转化效率达85%。

生物能源升级技术

热化学转化（如水热液化）将藻类生物质转化为生物原油，热值达35 MJ/kg；而微生物燃料电池（MFC）利用电活性菌群同步处理有机废水并发电，功率密度突破2.5 W/m³
。基因回路调控技术的引入，使蓝细菌光合产氢效率提升至12.6 mmol/h/mg叶绿素。

挑战与展望

当前生物CCU技术仍面临规模化生产成本高、产物分离能耗大等瓶颈。未来方向包括开发嗜极微生物体系、构建人工叶绿体系统，以及通过多组学技术优化代谢网络。值得注意的是，将CRISPR-Cas9应用于藻类脂质合成通路的动态调控，已展现出工业化应用的潜力。