河南大学王强团队在Critical Reviews in Environmental Science and Technology（CREST，《环境科技评论》）期刊发表题为“微藻生物膜碳氮固存作为经济和环境可持续性的工具（Microalgae biofilm carbon and nitrogen sequestration as a tool for economic and environmental sustainability; DOI: 10.1080/10643389.2023.2209492; Published online: 07 May 2023）”的综述。

持续的温室气体排放对海洋生态系统产生了不利影响，如海洋酸化和全球气候变暖。这不仅影响海洋生态环境，而且可能损害海洋作为碳汇的可持续性。因此，捕获和储存温室气体对于缓解或消除这些不利影响非常重要。而微藻生物膜具有适应不同环境条件并利用温室气体快速生长的特点，是一种应用前景良好的固存温室气体的方法。本文综述了微藻生物膜的固碳和固氮过程在经济和环境可持续性等方面的潜在优势。分析表明，使用废水作为培养微藻生物膜的介质，具有良好的成本效益，这将提高利用微藻生物膜进行温室气体固存的经济可行性。但需要注意的是，微藻生物膜的系统结构可能会受到底物类型、液体流量和环境条件的影响。而这种动态性会限制其固碳效率。虽然目前的研究尚未对其运营成本进行过精确的测算，但综合分析仍表明，使用微藻生物膜捕获温室气体有利于保护生态环境和可持续发展，所生产的生物资源将有助于减少全球经济体对化石资源的依赖。

图1 图文摘要（Graphic Abstract）

大量的温室气体排放对海洋生态系统产生了一系列负面影响，导致了海洋酸化和全球气候变暖，降低了海洋吸收二氧化碳的生态功能。这些环境污染物不仅对联合国提出的关于环境污染的可持续发展目标构成限制和威胁，如SDG3.9旨在到2030年减少因排放环境污染物导致的环境退化，避免对其他SDG的实现造成负面影响，如SDG13、SDG3、SDG2和SDG11。因此，为了实现SDG30的目标，我们必须减少这些污染物的产生和排放。全球各地已经采取多项措施以限制和减少温室气体的排放，例如征收碳税、建立低排放区和依赖非化石能源。同时，捕获和储存温室气体也是备受关注的重要手段。

然而，传统的碳固存技术存在较多局限性，如能耗高、运输成本高、碳固存的时效性低以及存在泄露风险。而微藻具有更高的固碳效率，利用微藻生物膜进行固碳则可以避免这些限制。微藻生物膜由微藻及其他微生物附着在惰性生物膜上所形成，是复杂的、高度动态的和结构化的组合，是一种更好的固碳方式（图2）。由于无需传统固碳过程中所需的高昂维护资金和运营成本，这种固碳方式具有良好的经济可行性。微藻生物膜还能产生大量的生物质，并可以用于生产有价值的生物资源，如食品、生物燃料、化妆品和药品等（图3）。此外，微藻生物膜能够适应不同环境条件并快速生长，且固碳效率大约是其他陆地生物的10~50倍，具有良好的应用前景。

图2 微藻生物膜在温室气体封存中的作用

图3 利用微藻生物膜封存温室气体的重要性概述

最新的研究表明，微藻生物膜作为温室气体固存的工具，有助于维护生态系统的健康。由于微藻生物膜能够利用温室气体进行生物质生产，因此固存温室气体的过程将创造出新的生物系统。而将废水处理与温室气体固存进行整合，能够提高微藻生物膜系统的效率和经济可行性。废水作为化学触发器，会对微藻生物膜产生应激和影响，导致微藻生物膜的形态和生理功能发生变化，同时也会触发代谢产物的产生和积累，这些代谢产物也是具有利用价值的生物资源。需要注意的是，微藻生物膜结构的动态性会受到底物类型、液体流动和环境条件的直接影响，可能限制废水处理与温室气体固存的效率。此外，古细菌、细菌、真菌和原生动物等其它微生物的参与，可能增加其它微生物主导该系统的风险，降低温室气体减排的效果和必需代谢产物的积累效率。总之，深入研究微藻生物膜系统的结构与调控机制，有助于更好地利用这一技术进行废弃物固存减排，并生产更多的生物质资源。

第一作者简介：

Adamu Yunusa Ugya，河南大学生命科学学院作物逆境适应与改良国家重点实验室博士后研究员。2021年毕业于吉林大学新能源与环境学院，获博士学位。主要研究方向为生态学、植物科学和生物技术。

通讯作者简介：

王 强，河南大学生命科学学院教授。于2002年在中国科学院北京植物研究所获得博士学位，2002年至2010年期间先后在以色列希伯来大学、美国田纳西大学、阿肯色大学和密西根州立大学从事独立研究工作。主持科技部重点研发计划和“973”、国家自然科学基金、省重点和创新群体项目等国家和省部级项目二十余项。在Nat Commun、Mol Plant、New Phyto、Bio Rev等领域重要期刊发表通讯作者论文70余篇。主要研究领域：微藻光合作用与合成生物学、生物能源与生物减排。