繼往開來守護(hù)藻種資源
繼往開來守護(hù)藻種資源
—— 記中國科學(xué)院淡水藻種庫的傳承和發(fā)展
作為享有國際盛譽(yù)的藻類學(xué)家和中國藻類學(xué)奠基人之一，饒欽止先生在藻類分類與系統(tǒng)發(fā)育等諸多領(lǐng)域取得卓越的學(xué)術(shù)成就的同時(shí)，還特別關(guān)心藻類實(shí)驗(yàn)生物學(xué)以及藻類資源收集和應(yīng)用。饒先生不僅采集大量藻類標(biāo)本、提供分類鑒定等專業(yè)指導(dǎo)，更是提攜后學(xué)、關(guān)心和支持以黎尚豪先生、俞敏娟教授為代表的后輩學(xué)人開展藻種資源的收集和保藏。經(jīng)過一代又一代藻類學(xué)人的努力，將其建設(shè)成為國內(nèi)最早、規(guī)模最大、運(yùn)行良好的藻種資源庫。
中國科學(xué)院淡水藻種庫 (The Freshwater Algae Culture Collection at the Institute of Hydrobiology, FACHB)是我國淡水藻種資源保藏、利用和管理的專門機(jī)構(gòu)，設(shè)在中國科學(xué)院水生生物研究所，為獨(dú)立的科技支撐平臺。開展我國淡水藻種資源的收集、鑒定、保藏、供應(yīng)、功能挖掘、評價(jià)以及國際合作交流。淡水藻種庫前身是中國科學(xué)院水生生物研究所藻類研究室藻種保藏室，始建于上世紀(jì)五十年代后期，正式成立于1973年，1996年作為首批成員單位，加入新成立的中國科學(xué)院典型培養(yǎng)物保藏委員會，2004年加入世界微生物數(shù)據(jù)中心 (WDCM)，2008年代表中國成為亞太藻種保藏庫網(wǎng)絡(luò)發(fā)起成員 (AOACC)，2019年成為新組建的國家水生生物種質(zhì)資源庫的重要成員。
經(jīng)過幾十年來的發(fā)展，保藏隸屬于9門170余屬3000余株淡水、海洋以及咸水藻類。特別是近年來，針對日益嚴(yán)重的環(huán)境和能源問題，藻種庫聚焦目標(biāo)，著重采集并大量分離保藏我國典型區(qū)域和典型生境的水華藻類、荒漠藻類和能源藻類等。分離并保藏來自淡水、咸水、土壤、空氣、高原和溫泉等多種不同生境的藻種。作為開放性的國家資源庫，在進(jìn)行藻種資源保藏和整理的同時(shí)，藻種庫積極開展藻種提供、寄存、鑒定、人員培訓(xùn)以及技術(shù)支持等對外服務(wù)和共享。隨著對藻種資源需求的不斷提高，近年來藻種庫對外提供藻種的數(shù)量也不斷增多。近年來，每年為300余家單位提供2000余株藻種，支持百余篇學(xué)術(shù)文章的發(fā)表。自2012年以來，每年舉辦1-2期培訓(xùn)課程，累計(jì)為來自全國各地高校、科研院所、公司企業(yè)、環(huán)境監(jiān)測中心、水務(wù)集團(tuán)、環(huán)保企業(yè)和社會團(tuán)體的600多人次提供技術(shù)培訓(xùn)。
獲得無菌的純種藻株，是深入開展藻類生理生化、遺傳和毒性等研究的基礎(chǔ)。藻種的無菌化程度也是衡量藻株質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)之一，為了提高保藏藻株的質(zhì)量，淡水藻種庫近年來在藻種無菌化方面努力探索，根據(jù)藻株的不同特性設(shè)計(jì)不同的純化方案，通過氨芐青霉素、頭孢青霉素、卡納霉素、多菌靈和放線菌酮等多種抗生素優(yōu)化組合、聯(lián)合處理，已成功去除230余株藻種的霉菌污染，并得到40余株完全無菌藻株。
藻類種質(zhì)資源的長期保存是開展藻類理論和應(yīng)用研究的重要基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的繼代保藏藻類種質(zhì)的方法存在費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、容易污染、后續(xù)成本高以及形態(tài)、基因信息改變和生理生化特性退化等弊病。發(fā)展藻類超低溫保藏技術(shù)，將活的藻類細(xì)胞保藏在超低溫環(huán)境中 (通常指保藏在液氮中)，克服常規(guī)傳代保藏的上述缺點(diǎn)。目前，藻種庫已對庫藏的1200余株藻種進(jìn)行了低溫保藏，并建立經(jīng)濟(jì)微藻超低溫保藏技術(shù)參數(shù)數(shù)據(jù)庫，對收集保藏的小球藻、紅球藻、螺旋藻等17種130個(gè)品系的經(jīng)濟(jì)微藻，系統(tǒng)地進(jìn)行了超低溫保藏條件 (保護(hù)劑、降溫速率、預(yù)凍存溫度等) 的篩選，使60%的藻株復(fù)蘇存活率達(dá)到50%以上，對藻種凍存前后的生長速率、油脂含量和光合活性進(jìn)行測定。
藻種篩選和評價(jià)是淡水藻種庫重要的工作內(nèi)容，為微藻產(chǎn)業(yè)化持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展提供助力。近年來，開展了針對藻類生長、固碳等生理特性和目標(biāo)產(chǎn)物特性的高通量篩選和評價(jià)，建立室內(nèi)/外評價(jià)技術(shù)、活性產(chǎn)物評價(jià)技術(shù)，運(yùn)用層次分析法選取優(yōu)良藻株進(jìn)行中試規(guī)模培養(yǎng)，形成擁有自主產(chǎn)權(quán)的優(yōu)質(zhì)固碳藻種選育技術(shù)體系與藻種信息數(shù)據(jù)庫。從這些藻種中，已選育出一批生長等性能適應(yīng)戶外規(guī)模培養(yǎng)的優(yōu)良微藻，如極大螺旋藻FACHB-438、鈍頂螺旋藻FACHB-439，紅球藻FACHB-712、葛仙米FACHB-599等，得到產(chǎn)業(yè)界的肯定和推廣。另外，還積極與微藻產(chǎn)業(yè)部門合作，以解決產(chǎn)業(yè)部門的實(shí)際問題出發(fā)，支持和服務(wù)微藻產(chǎn)業(yè)部門。為企業(yè)分離、純化和篩選出了具備適合當(dāng)?shù)貤l件、高產(chǎn)蝦青素、抗逆性強(qiáng)等優(yōu)良特點(diǎn)的雨生紅球藻，已建成紅球藻培養(yǎng)擴(kuò)培實(shí)驗(yàn)室300 m2，室外生產(chǎn)基地30畝 (包括平板反應(yīng)器、管道反應(yīng)器)；同時(shí)，利用研究建立的一種生物酶催化破壁提取微藻油脂的方法以及從雨生紅球藻提取蝦青素的方法，改進(jìn)了蝦青素提取工藝流程，提高了效率。
針對制約微藻固碳產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的技術(shù)瓶頸和產(chǎn)業(yè)瓶頸問題，突破微藻固碳、高值產(chǎn)品開發(fā)及其資源綜合利用的關(guān)鍵技術(shù)，藻種庫在科技部863計(jì)劃支持下開展固碳藻種的品種選育，獲得一批擁有重要應(yīng)用價(jià)值的優(yōu)良藻種和微藻高值產(chǎn)品。將微藻的高效固碳性能耦聯(lián)煙道氣二氧化碳的生物固碳減排，利用生物質(zhì)電廠產(chǎn)生的煙道氣開展微藻固碳研究，篩選出能利用煙道氣CO2的螺旋藻、小球藻等藻株，優(yōu)化了戶外養(yǎng)殖工藝，從而構(gòu)建了利用煙道氣進(jìn)行微藻高效、低成本養(yǎng)殖的新的技術(shù)模式。新養(yǎng)殖模式的推廣，在突破藻類產(chǎn)業(yè)升級瓶頸的同時(shí)，也將實(shí)現(xiàn)固碳減排的環(huán)境效益，為國家碳減排的宏觀決策提供科學(xué)和技術(shù)支撐。
活體生物資源是珍貴的戰(zhàn)略生物資源，對科學(xué)研究和產(chǎn)業(yè)發(fā)展至關(guān)重要。饒欽止、黎尚豪等老一輩先生們以他們的遠(yuǎn)見卓識，篳路藍(lán)縷建立并推動了中國淡水藻類學(xué)研究，促成了藻類資源保藏從無到有、從小到大。這個(gè)重要的科研平臺，將會在生物技術(shù)蓬勃發(fā)展的大潮中發(fā)揮更大的作用，為我國藻類學(xué)研究和產(chǎn)業(yè)進(jìn)步做出新的貢獻(xiàn)。
圖1饒欽止先生與美國德州UTEX藻種庫前主任Richard Starr交流
圖2 淡水藻種庫保藏區(qū)域
圖3 淡水藻種庫發(fā)展歷程
圖4 1996年中科院典型培養(yǎng)物保藏委員會成立，藻種庫作為首批成員單位，庫主任宋立榮研究員參加
圖5 從不同環(huán)境采集和分離到的藻類
圖6 積極與微藻產(chǎn)業(yè)部門合作，開展優(yōu)良雨生紅球藻藻株篩選，協(xié)助建設(shè)培養(yǎng)工藝流程和設(shè)施
圖7 篩選出能利用煙道氣CO2的藻株開展室內(nèi)測試和戶外中試
作者簡介：
宋立榮 中國科學(xué)院水生生物研究所研究員，博士生導(dǎo)師，主要研究淡水藻類資源和生理生態(tài)。
張琪 中國科學(xué)院水生生物研究所高級實(shí)驗(yàn)師，主要研究淡水藻類分類和藻種保藏。
出處：《生命世界》, 2020, 02: 10-13.(注：因?yàn)樾鹿诜窝?，推遲出版)
