“中国内蒙古螺旋藻产业发展高峰论坛”系列报道一：人类最精美的潜力食物—螺旋藻

　　2021年 6月15日，鄂托克旗政府举办了“中国内蒙古螺旋藻产业发展高峰论坛”研讨会，来自全国的螺旋藻专家、教授、企业代表分别做了主题报告。与会专家们进行了热烈的讨论，此次论坛是我国螺旋藻产业发展20年来首次论坛，为推动我国螺旋藻事业健康发展起到了巨大的推进作用。

　　螺旋藻产品营养应用价值挖掘潜力巨大。鄂托克旗依托地缘优势，拥有世界上最优质的螺旋藻资源，建有内蒙古自治区第一家技术力量雄厚、设备先进、功能齐全的螺旋藻专门检测和研发机构，拥有生产规模和加工能力跃居世界首位的螺旋藻园区，为内蒙古建设国家重要农畜产品生产加工基地推波助澜。

　　研讨会上，专家们高屋建瓴，以顶层设计思路为当地螺旋藻健康发展把脉定舵。专家们的真知灼见为我们献上了一道道饕餮盛宴。笔者有幸参加了此次研讨会。为了让此次研讨会的重要成果形成文献，笔者经过几个月约稿、整理，特推出“中国内蒙古螺旋藻产业发展高峰论坛”系列报道。( 王桂桃庞靖)

“中国内蒙古螺旋藻产业发展高峰论坛”系列报道一——

人类最精美的潜力食物—螺旋藻

　　文| 缪坚人

一、天工开物地球上最早的绿色生命

　螺旋藻(Spirulina)是一种深青色的丝状微藻，这是一种在低倍显微镜下可以看清楚的,由多细胞单列构成的纤细螺旋状藻体。在生物学分类上,螺旋藻归属于蓝藻门、蓝藻纲、段殖体目、颤藻科、螺旋藻属。国际上也有许多专家根据其细胞生理结构类同于细菌而称之谓蓝细菌(Cyanobacterium);也有人观其形态似地龙,而戏称为“蚯蚓藻”。这种奇妙的低等生物,是一种界乎动物与植物之间的一种生命形式。说它是动物,它恰似超级植物,能以其体内丰富的叶绿素a 进行高出常规农作物光合效率10余倍的光合作用;说它是植物,每条藻丝体喜欢独立游离,并在它的培养液中微微扭转和作伸屈运动,而且用人工方法愈促进其运动,生长繁殖愈快。更为奇妙的是，螺旋藻的最佳生长环境温度竟与人的体温相接近,它持久保存的遗传基因组恰好是大自然为地球人提供的一切所需营养的关键之钥。

　　蓝藻螺旋藻在地球上首先以“绿色生物”出现并大量繁殖,至少已有36亿年的历史。20世纪70年代中期，科学家们在澳大利亚北部匹尔巴拉地区的考察中,发现了一些极古老的微体化石,经考证,这些化石是一群蓝细菌的遗迹。专家推证这是今日螺旋藻最早先祖的遗骸,其年代至少已有35亿年。这一发现,大大地扩展了人类关于地球上最早生命起源的知识。1993年7月,450名科学家在西班牙巴塞罗那召开的生命起源国际讨论会上，都持一种倾向性观点,认为地球上最早出现的绿色原始生命是一种能够自我复制无性繁殖的蓝细菌。从20世纪60年代初螺旋藻被发现以来，经过许多科学家从多方面的研究考证,被认定为这是地球上最早发生的一种生物有机体,或许这也是最早形成以DNA和RNA复制繁殖的绿色生命。

　　早在我们的这个蔚蓝色的星球处于“混沌初开”的地质年代,大气呈现一片棕红色的帷幔,其中没有任何游离氧气,充满大气的只是氮气、二氧化碳(其浓度是今天的100倍)、氢气和甲烷气组成的弥雾;那时的海水仅只是含铁、硫元素和其它化合物的溶液。当时的地球就靠着这些物质吸收太阳的热幅射能。同时,这些大气物质和海水中的化学元素互相起着去氧与吸氧的化学反应,控制着任何游离氧气的出现。

　　尽管如此,大气中稠密的CO2和甲烷气,形成了千百万年的“温室效应”毕竟助长了生命的滋生。终于在这种混沌的原始“培养液”(碳酸盐和二氧化碳)环境中,首次越出了早先已以酶反应存在的氨基酸形式,出现了一种含有叶绿素、能进行光合自养的原核生物(无明显细胞核的生物)——蓝细菌(Cyanobacterium)和随后进化来的蓝藻螺旋藻(Blue-green Alga, Spirulina)。在这种亘古独特的环境条件下,蓝藻螺旋藻一俟出现,即以消耗周围环境中的无机盐为其营养食物,以其细胞色素捕获的太阳光能对吸收的二氧化碳和水分子进行还原,转化为糖原以及其它能量物质并释放出氧气。这些青青的生物具有了遗传信息物质,并通过细胞分裂而衍展其遗传物质。于是这些微生物在比较温热的适生环境中,迅速繁殖而得以世代衍续,并以其顽强的生命力开始占领并主宰陆地的表层和湖沼。在起初的地质年代,它们在光合反应中放出的氧气,很快被海洋中大量的吸氧物质(铁、硫等化学元素)吸收掉;随之,与之应运而生的甲烷细菌也开始滋生,它们的任务好像是生来就伺机把死亡的含碳素的蓝藻“噬食”掉,并重新转化成甲烷气和二氧化碳,这样,因蓝藻进行光合作用而消耗掉的二氧化碳，由于甲烷细菌对于蓝藻残体的噬食而向大气放还二氧化碳,于是形成了碳酸气的生物性循环。

　　科学家们的考证发现,蓝藻微生物是地球上从死物界到生物界发生并得以进化的最古老的链环。正是这种生物“放氧器”,在经过了多少亿年的辛勤“工作”后,才使得地球大气的氧气逐渐有了蓄积。大约又经过了10亿年的过程,待到海洋中的一切能够吸氧的物质差不多殆尽(饱和变成了氧化物),地球到了这一地质年代,大气中的氧气浓度才加快了蓄积进程而迅速上升。大约在23亿年以前，大气中的氧气浓度含量达到了1%,而此时的甲烷气,这种产生温室效应的气体,则从大气中逐渐消退,于是地球进入了从灼热逐渐变冷的阶段。

　　然而,地球在创造生命的进程中没有停步。这是因为生物的光合作用已经点燃了生命之火,光合作用的效率比酶的反应要高出20倍,地球上的生物效应变得更加热烈起来。经过生物自身为适应环境而不断的进化和随着大气中氧气的蓄积,有核细胞开始出现了。这种强大而复杂的生命形式真核生物,如微藻中的绿藻一经出现.即开始了以其原始的光合器进行光化学反应,这就是光合作用的基本单元 —— 叶绿体。地球上一自叶绿体诞生，地球迅速变得美丽而富饶起来。地球从生物的光合作用中进一步得到了高浓度氧气的支持,生态环境随之发生了显著的变化。到了大约6亿年以前，地球进入到了她目前的这个状态,于是爆发了以真核生物为基础的多样化生物物种和它们的大量有性繁殖,它们需要在高浓度氧气环境中生存的条件此时已得到了满足。其时的氧气浓度已达到并稳定在21%，地球上的高等动植物逐渐进化,各种大生物如树木、恐龙开始出现,大自然的一切生机发生了,地球上的一切生命开始兴旺活跃起来。

　　螺旋藻以其顽强的太古基因在地球上持续生存与繁殖，在随后的地质年代和历史年代里,它曾经成为孕育地球人与古代文化的摇篮。玛雅文化考古学家发现,900多年前突然消逝的、曾经在中美洲繁荣约1000年的玛雅人,就是以螺旋藻和玉米为主食,他们不但留下了博南帕克神庙等伟大的建筑和辉煌的科学文化,还遗留下了许许多多密布的螺旋藻生产渠道。他们的邻居—墨西哥德克斯科科湖沼区的居民亦沿用螺旋藻作为食物。这一事实在400多年前入侵的西班牙殖民者的笔记中就已作了描述,早有了历史的注脚。

　　1960年,当一队由比利时组织的科学探险队,在深入非洲撒哈拉大沙漠来到乍得湖畔时,他们发现：在如此干旱燥热的地方,竟生息繁衍着一支健壮的坎纽布部落。他们见到当地人在季风来临时,从湖沼中捞来青色的“藻花”，被支放在沙地上晾干,再揉进花生粉,做成香喷喷的“地叶”(dihe')作为主食。有的家庭制作得多了甚至拿到集市上去交易。若干世纪以来,非洲乍得湖畔地区的居民即以此为食物。随队的一位名叫J·Leonard的植物学家,从湖沼中取样带回欧洲,样本经法国国家石油研究所G·Clement博士在实验室加以培养和分析,她(他)们惊奇地发现：世界上竟有如此神奇的生物,其蛋白质含量竟高达65%,而且其氨基酸组成十分有序合理,几乎包涵了人体所需要的各种必需氨基酸。更令人称奇的是：螺旋藻的维生素、多糖、不饱和脂肪及矿物质元素等营养物十分丰富,简直就像是大自然为人类早就准备好的一份“超级营养包”。这一发现一经报道,立即引起了世界微藻生物科学家和生物技术开发商的广泛兴趣和开发热情。一些国际权威机构的食品检验分析一致证明：螺旋藻的粗蛋白质含量高达68—72%,其氨基酸组成,基本上与联合国粮农组织(FAO)和世界卫生组织(WHO)推荐的营养标准相符合。而且螺旋藻与以往所研究和开发的小球藻(Chlorella)、栅列藻(Scenedesmus)等绿藻类有显著的不同：其形成细胞壁结构的纤维素极少,不需要经过复杂的加工即可被人和动物直接消化吸收。1974年,联合国召开的世界食品会议正式宣布：螺旋藻是未来最好的食物。从这次会议以后,科学家们进一步研究发现：螺旋藻在作为医药、食品和重要的有机化工产品开发利用方面,具有十分广阔的开发前景。

　　20世纪70年代以来,美国、法国、德国、日本、以色列、意大利、印度等国的食品与化学开发研究机构,对螺旋藻的化学营养成分先后进行了全面的评价。联合国工业发展组织(UNIDO)出于食品安全性的考虑,于1978—1980年,聘请G·Chamorro和E.W.Becker等专家,进行了为期100周的毒性学检测和试验,得出的结论是：“螺旋藻以10、20、30%的日粮水平,在所做的常规亚急性试验、慢性毒性学试验、繁殖与泌乳试验、诱变试验和畸胎发生试验中,均不产生任何生理参数方面的异常。在为期两年,历经三代试验动物的试验取得的繁殖与泌乳研究结果证明,在受胎、妊娠、幼仔生活力和授乳等方面均未见异常。”UNIDO公布的这一结论,实际上为全世界螺旋藻的生物技术开发利用大开了绿灯。所以螺旋藻得到了联合国工业发展组织(UNIDO)、联合国粮农组织(FAO)和世界食品协会一致的推荐。

二、大自然赐于人类的一个超级营养包

　　人工培养生产的优质螺旋藻比天然生长的要纯净,在外观色泽上与其它鲜嫩绿色植物,如菠菜一样,呈深青色,无任何刺激性异味。经喷雾干燥的藻粉有如奶粉一般匀润,发散出香酥气味。无论是新鲜藻泥或藻粉,均可直接调制食用。

　　螺旋藻的营养价值,不同于一般食品那样仅含有某种单一的或某几种营养素,它是一种复方全价营养,并且与人体直接需要的营养物相一致。特别是蛋白质、氨基酸、维生素、不饱和脂肪酸、矿物质等在螺旋藻藻体中天然配伍,浑然一体。所以说在人类的食物资源中,螺旋藻是一种能够综合提供人体基本体能和组织结构所需要的超级生物营养包。

　　螺旋藻的化学成份和营养学意义基本上可以归纳为以下几个方面：

人体极易消化吸收的优质水溶性蛋白质

　　到目前为止,世界上还没有一种可食生物能与螺旋藻蛋白质相媲美。首先是其含量高达68—72%，在人类的常规蛋白质食品中,牛肉、鱼类的蛋白含量仅不过18—20%;鸡蛋只含12%;大豆的粗蛋白质含量33%。至于常规食物大米、小麦的蛋白质只含7—12%。还有与众不同的是,螺旋藻的蛋白质基本上是水溶性的。据丹麦科学家B.O.依加姆博士等在印度所做的联合分析试验表明：水溶性的螺旋藻蛋白质,不但质量高,而且其真消化率(TD)值高达75%,生物学值(BV)达68%。特别有意义的是,螺旋藻蛋白质中含有较丰富的赖氨酸、苏氨酸和含硫氨基酸(蛋氨酸+胱氨酸)等人和动物必需氨基酸,而这正是醇溶性的谷物蛋白质所缺乏的。因此,把螺旋藻用作食品,可以起到与其它植物性蛋白质的互补作用,尤其可以帮助克服人们通常食用的谷类蛋白质营养价值低的问题。此外,螺旋藻与其他生物不一般,其细胞壁是由多糖组成,几乎不含有纤维素。因此,螺旋藻被食用后,其包涵的营养物绝大部分可以被人体迅速消化和吸收。据消化试验测定：在18个小时内，85%的藻体蛋白质及其氨基酸和维生素类在人体内被消化吸收并得到转化利用。螺旋藻的可消化率达83—95%,净蛋白质利用率53—61%,相当于乳酪的85—92%。

　　其实,从人体消化生理学来说,人体直接需要的不是蛋白质本身,而是从蛋白质消化出来的各种氨基酸。螺旋藻含有人体需要的全部18种氨基酸,其中8种是人体必需氨基酸(现在WHO又增加了精氨酸和组氨酸2种为必需氨基酸),螺旋藻的各项必需氨基酸的指标均能达到联合国粮农组织(FAO)和世界卫生组织(WHO)的推荐标准。

　　氨基酸在人体内参与蛋白质、糖原(动物淀粉)的生成和能量的贮存。虽然许多常规食品中也包涵有某几种氨基酸营养成份,但在人体的生理合成代谢过程中,很难从常规食品中积攒到生成特定生命蛋白质的全部氨基酸,而且只要其中的某一种氨基酸缺失,机体所需要的特定蛋白质便不能被合成。人体中一些特殊的功能性蛋白质—酶类,在生成动物淀粉(糖原)以及在转化糖类以释放能量的活动过程中，亦取决于肝脏和肾脏中的某些色素和氨基酸的存量;氨基酸在大脑化学物质多肽和荷尔蒙的生成中也是十分重要的,它对于制造人体胰岛素的内分泌腺系统也具有重要的调节功能。在这方面,螺旋藻能满足人体对于各种氨基酸的基本需求。

　　螺旋藻还是天然色素藻蓝蛋白的宝库：每10克藻粉中就含藻蓝素1700毫克。藻蓝素及其伴生的其它色素有助于合成调节人体代谢的多种重要的酶。同时藻蓝蛋白对于抑制癌细胞生长和促进人体正常细胞的新生具有重要的调控作用。此外,螺旋藻的核糖核酸(RNA)占藻体总量的3.5%,去氧核糖核酸(DNA)占1%。所以螺旋藻包涵的蛋白质与核酸是一种优质、速效、安全、适合人体需要的完整蛋白质,这对于中老年人、贫血症患者以及胃肠功能衰退变弱的人来说,具有很重要的营养学意义。

浓缩人体必需的各种维生素

　　螺旋藻的维妙之处还在于它浓缩有满足人类生命活动最需要的多种重要的维生素。在螺旋藻重要的直接维生素中,首先是维生素B12的含量很高。在世界上迄今为止所发现的植物资源中，螺旋藻是天然维生素B12含量最丰富的一种生物,在每千克干藻中含有5毫克之多，而且其可利用率高达20%，远远超过一切其它资源的维生素B12。在藻体中其它重要的B族维生素还有VB1(硫胺素),每100克干藻中含5.5毫克;VB2(核黄素)4毫克,其含量水平分别达美国FDA和我国国家推荐标准的100%和80%;其它如B6(吡哆素或抗皮炎素)0.8毫克;此外,在每100克干藻中还含有尼克酸14.6毫克,肌醇35毫克,叶酸0.05毫克，d-Ca-泛酸1.1毫克。因此,身体状况正常成年人每日只需食用3克螺旋藻,这些B族维生素即可得到基本的满足。

　　众所周知,β-胡萝卜素(维生素A的前体)对于提高人体的免疫防御系统具有很大的功效。螺旋藻含有丰富的类胡萝卜素,在每公斤干藻中含有约4,000毫克,这一含量比天然胡萝卜高出18倍。其中以β-胡萝卜素对于人体健康最具有意义,其含量多达170毫克/100克干藻,即约94630国际单位。据世界卫生组织(WHO)研究人员测算,被体内消化吸收的β-胡萝卜素约有16%转化为维生素A，直接参与人体中重要的合成代谢和作为人体重要的抗氧化剂。在每20克螺旋藻中含有30毫克β-胡萝卜素,而等量的猪肝只含有16毫克，牛肝的含量只有它的1/4。所以成年人每天祗需食用2.5克螺旋藻,即可充分满足体内代谢的需要。近代医学证明,β-胡萝卜素是一种不可须臾缺乏的维生素，因为人与动物的机体自身不能制造胡萝卜素，所以它们在营养学上和对于人类的健康尤其具有特殊重要的作用。据美国《科学新闻》报导,哈佛大学医学院的迈克尔·冈察亚诺及其同事,经多年临床观察和研究发现：β-胡萝卜素对于防止和治疗动脉粥样硬化具有极好的效果。这种情形在我国也是一样,现在已有许多生活优裕或饮食习惯不良的人,由于过多地摄入低密度的脂蛋白食物,这种脂蛋白与血液的活性氧相互反应,对人体产生严重的危害——破坏血细胞的排列,加速血栓形成,即血栓症,这是心肌梗塞发生的主要因素。β-胡萝卜素的抗氧化特性主要是它能够防止特别有害的低密度脂蛋白的形成。所以食用螺旋藻,不但有强化血管的功能,并且能降低血清胆固醇,预防动脉硬化、血栓症、心肌梗塞等疾病。

含量丰富的天然不饱和脂肪酸-γ-亚麻酸

　　螺旋藻也是迄今发现的在自养生物中唯一含有丰富γ-亚麻酸的生物。在螺旋藻所含的类脂物中,差不多全是人体需要的重要的不饱和脂肪酸类,而其胆固醇含量极微。螺旋藻的多不饱和脂肪酸(PUFA)的主要组成部分是γ-亚麻酸(18,3 GLA)和双聚γ-亚麻酸(DGLA)。在每千克藻粉中,γ-亚麻酸含量高达11970毫克,约占其干藻质量的1.25%,占藻体脂肪酸类的20—30%。

　　临床医学证明,不饱和脂肪酸在体内首先在δ-6-脱饱和酶的作用下转化成GLA(γ-亚麻酸),然后GLA又转化成DGLA,乃至生成PGE1,也就是前列腺素E1。前列腺素在人体内起到多种重要的调节功能,如调节血压，调节胆固醇合成,控制炎症发生以及细胞增殖等。尤其是γ-亚麻酸降低血浆胆固醇的作用比亚麻酸LA强170倍。由于许多疾病，如糖尿病、老年症、病毒感染和特异反应紊乱等,都会干扰人体内δ-6-酶的功能而限制GLA的生成。因此通过食用螺旋藻可以直接补充GLA,有助于改善心血管系统机能、生成人体荷尔蒙,对于中老年人恢复机体健康和增进体质具有显著的作用。

　　螺旋藻所含的不饱和脂肪酸花生四烯酸(20碳4烯酸)和22碳6烯酸(脑黄金)能预防和治疗多种间质性硬化症,有对于血小板的抗凝聚作用和抑制钠盐引发的高血压等。所以服用螺旋藻最大的好处是可以减少动脉粥样硬化和冠状动脉血栓发生的风险。

生物性络合多种重要的矿物质元素

　　螺旋藻在其生长过程中需要吸收与络合它生理需要的各种矿物质和微量元素,因此在藻产品中的矿物质和微量元素约占其总量的9%。其中铁的含量为一般含铁食物的20倍。铁元素对于人体红细胞的生成具有决定性意义。缺铁性贫血是一种世界病,以妇女和儿童居多。螺旋藻中之生物络合性铁,在人体中极易被消化吸收,其吸收率比从蔬菜和肉类获得的含铁量高2倍。通常食用10克螺旋藻,人体可以获得15毫克的有机铁——相当于美国推荐的补铁标准80%的量。除了铁之外,螺旋藻还含有强筋固骨的活性钙和提高肌肉神经传导性的活性镁。1978年至1980年,德国临床医学专家的研究结果已多次报导,螺旋藻经硒、锌剂富集处理后,硒、锌的含量可提高数十倍。这种富硒螺旋藻和富锌螺旋藻,对于防治儿童生长发育过程中该种矿物质和微量元素缺乏症,具有很好的临床医学意义。此外,螺旋藻对于碘的络合功能尤其强大,而且螺旋藻的生物性络合碘，其生理作用远超过无机碘盐且无任何毒副作用,它被人体吸收后直接存在于甲状腺荷尔蒙中,其中T4占52%,T3占18%。这对于促进青少年生长发育具有明显的作用。

人体的“爱国者导弹”—超氧化物歧化酶(SOD)

　　螺旋藻蛋白质因其主要是水溶性蛋白质,它含有比其它生物产品或制剂更多种重要的活性酶,其中最为重要的是超氧化物歧化酶,即SOD(superoxide dismutase)。据美国厄斯赖思(螺旋藻)公司测定,每10克螺旋藻干物质中,含有10000至37000单位的活性SOD。

　　SOD是自然界动植物和好气微生物中普遍存在的一种重要的生命物质。这是一种活性金属元素蛋白质。这种活性酶能专门促使超氧自由基发生歧化反应,蜕变为无害的分子氧与过氧化氢。因此可以说SOD是自由基的克星。现代医学证实,人体的衰退变化是过氧化自由基直接损害人体蛋白质、核酸、细胞膜和细胞器的结果。因此,对于人类和一切好气生物来说,没有SOD的存在,生命就不存在,缺少SOD,生命就将受到严重的威胁。现代医学研究还证明,SOD是人体内的一种最重要的细胞保护酶,既能防辐射损伤,也能有效地抵抗过氧化自由基,延缓细胞衰老,调节机体代谢和提高人体的自身免疫功能。螺旋藻是供应人体必需SOD最理想的天然食品,而且螺旋藻SOD的分子量比作为食物的动物血液或肝脏的SOD更小,因此更容易被人体吸收,能更全面地调节人体的各种代谢机能。

强大的体能潜力—动物淀粉多糖类

　　水溶性的葡聚糖——多糖,是螺旋藻的碳水化合物存在的主要形式。螺旋藻的碳水化合物含量达14%,主要是动物淀粉性多糖,而其植物性淀粉含量极少。

　　螺旋藻的神奇之处在于其糖原能直接存贮于人体的肝脏与肌肉组织中,可随时调用,以供给人体代谢需要。螺旋藻糖原能促进血液循环,激活体内荷尔蒙的产生,尤其是肾上腺素与胰岛素的产生,提高神经系统的反应速度和促进肌肉增生。通过食用螺旋藻可以随时“现场”向肌肉提供糖原能量,产生爆发力和经久的耐力,既不增加胰腺的负担,又不会产生低血糖。这一优点对于运动员、演员和其他体能消耗量大的劳动者来说,具有十分重要的运动医学意义。近几年来,墨西哥和美国的奥林匹克运动员都把螺旋藻食品作为参赛前和参赛时的必备食物,取得了明显好的运动成绩。

补血造血的天然血红素资源—叶绿素a

　　螺旋藻是天然叶绿素a 的资源宝库,量多而质优。其叶绿素a 的含量约占藻体的1.1%,是大多数陆生植物的2—3倍。在每千克螺旋藻中，含有叶绿素a 约7600毫克,这一点也是20世纪60年代开发的小球藻及其它绿色食品无法媲美的。在那类绿藻食品中虽然也含有叶绿素,但多半是无营养学意义的叶绿素b，远不能起到补血作用。只有螺旋藻叶绿素a 堪称是“绿色的血液”。研究发现,一般植物细胞的叶绿体仅限制在细胞中某个位置,而螺旋藻的叶绿素则广泛分布在细胞质中,它与血红蛋白在人体的血液中自由移动十分相似,而且叶绿素a与血红蛋白的结构也十分相似:叶绿素a分子中卟啉的中心位置是活性镁离子,而血红蛋白的卟啉中心是铁离子,所以从叶绿素a 到血红素的转变可以立刻到位。临床医学试验证明，螺旋藻以其丰富的叶绿素a和藻细胞里的铁离子,对于人体补血、造血和增强、活化组织细胞，具有显著的效果。

三、实现可持续发展战略的巨大希望所在

　　当今世界日益紧迫的人口、资源与环境问题已成为困扰人类生存与发展的共同话题。其中首要的问题是人口增长速度过快,这是造成全球粮食与营养供需不济的重大原因。据联合国人口调查统计,2000年全球人口总数已超过60亿,并且以每12年增加10亿人口的速度增长,预测到2045 年将会超过96亿,而地球的实际承载能力已经到了祇能养活今后25年内迅速增加的人口的程度。中国目前已超过12.5亿人口,预计到2030年还将净增4亿多人口,相应地，届时全国粮食年综合生产能力必须从目前的5000亿公斤至少增加到7500亿公斤;也就是说,即使在保持住现有耕地面积的情况下,粮食单产水平还要比现在再提高55%以上。更何况近代工业化和城镇化的发展,耕地减少的速度也在加快。面对这种严峻形势的挑战,我们在21世纪除了在常规农业中挖掘潜力,进一步提高复种指数和单产水平之外,只有继续进行绿色革命,开辟可持续发展的非常规农业之路,以寻求人类食物营养的全面解决方案。在这方面可供选择的是,大力采用生物技术,发展微生物农业,使人类的食品与营养资源获得新的突破性的发展。

　　其实,生物学家们早就认识到,在自然界的绿色宝库里,还深深蕴藏着人类营养需求的重大基因组资源。早在1949年,Spoehr 氏和 Milner 氏等生物科学家就曾建议,开发微生物与藻类蛋白质资源,将是一条走出常规农业困境,帮助克服全球性营养不足的光辉道路。本世纪50—60年代,全世界曾有众多的生物科学工作者,不约而同地奔向藻类王国——这一高光效、高营养质量的低等生物界。他们认为,许多单细胞生物尤其是微藻类的粗蛋白质含量都在30-50%, 甚或更高,祇要人们的生物技术运用得当,完全可以做到生物质(Biomass)的年收获产量超出25吨/公顷,可以比常规农业单位面积的产量高出4-5倍,甚至更多。

　　人们不禁要问：这种以微生物生产方式来制造人类的食物营养,其生产过程是否有如常规农业那么简单,投入物是否廉价与取之不尽，对人类的生态环境将造成何种结果?

　　显然,人们关心的这一问题正是21世纪要解决的最重大的课题。因为当今世界人类赖以生存的自然资源由于人类自身的侵扰而在不断地恶化,空气、水源、土壤日益受到污染,其结果已经给人类带来了严重的困扰。在这种情况下,当代微藻类之中的螺旋藻生产恰好可以解脱PRED(人口、资源、环境与发展)问题的困境。国内外生物科技工作者最近20年的开发研究证明：螺旋藻是一种最佳资源节约型的食物生产体系,首先是螺旋藻所使用的是最简单的投入物—水,可以反复利用;最廉价的投入物是太阳辐射能和地球环境中最丰富的二氧化碳,除此之外的投入物祗是少量作为氮源的尿素或硝酸盐,以及钾盐等其它极少量的盐类,从而可以高产率生产出优质的蛋白质营养物,而无任何有害副产物。当代我国许多地方已经建立的螺旋藻产业,整个生产实现了工业化过程，而且仍与常规农业一样,不产生废气、废水与废物,对于周围环境无污染之虞。

　　我们进一步从人类的生存环境发展来考虑,微藻螺旋藻的开发利用具有极为深远的意义。因为人类未来赖以进行食物生产的最大的自然资源仍然是太阳辐射能和愈来愈浓厚的大气二氧化碳。科学家计算,地球表面每年接受的太阳辐射能大约为5.5×1023卡,或100千卡/cm2·年。众所周知,光合作用是地球上最宏大的化学反应,但整个地球的绿色植物实际利用太阳辐射能的效率却祇有万分之几。即便如此,地球上的绿色植物每年进行的光合作用,仍将200亿吨的碳从大气CO2直接转化成碳水化合物(植物性糖类)。人类近百年来由于工业化活动的结果,使大气中的CO2含量增长了25%。有人测算,全球二氧化碳一年的排放量超过65亿吨,如果长此下去,到2100年CO2的年排放量将会达到300亿吨。那时,CO2在大气中的含量将要增加2倍多。这种高浓度的大气CO2对于人类的生存环境将是一种严重的灾难,然而对于植物来说却是一种良好的"气肥"。虽然如此，一些有远见的战略科学家指出，21世纪的常规农业增长潜力已经走到了尽头。人们如果仍旧依靠常规农业来进行种植,即使再扩大耕地面积一倍多,采用超高产育种,也不可能指望获得2倍或3倍的生产率以满足人口呈几何级数增长的需求。在这样的情形下,开发利用具有极高太阳辐射能与极高CO2转化机制的光合自养性微生物,将是增加人类未来食物与改善生存环境的一条最重要的途径。

　　微藻螺旋藻正是这样一种具有极高光能转化率和CO2同化机制的微藻生物。经研究测定,该藻的光能转化率高达18%,而一般农作物中最高的C4作物(如玉米、高粱、甘蔗等)祇达到3-5%,水稻和小麦等C3作物祇能达到1%。而且,螺旋藻有比任何植物更高的CO2同化机制,能大量吸收利用周围环境中的CO2和氨氮,转化生成糖原,进而在细胞内转化成蛋白质。螺旋藻的这种超高光能转化率的特点,正是人类进一步利用太阳能来制造食物的巨大潜力所在。

　　根据笔者所在的江西省农业科学院课题组多年的培养试验,以及国内许多地方开办的螺旋藻产业企业多年的生产实践,螺旋藻的大规模生产达到每日每亩培养池面积7-8千克干藻的生物产率，已是在近代生产技术条件下普遍可以达到的收获水平。以此计算的年生物产量(以实际生产6个月计)可以达到18-20吨干藻/公顷。也就是说,从每公顷土地上约可收获蛋白质12吨左右。这一产量数字与常规作物相比,已十分令人鼓舞。因为1公顷小麦约收4.5吨,折收蛋白质约0.45吨;1公顷水稻约收6吨,折收蛋白质约0.6吨;1公顷马铃薯可收获约40吨,折收蛋白质约0.8吨。甚至有植物蛋白质之王美称的大豆,以每公顷收获3吨计，折收蛋白质也只有1吨。而近年螺旋藻的最佳产量,已达到25吨/公顷。尽管这一产量记录是以短季收获的生物量来折算全年产量的,但这毕竟已贴近现实生产率水平,也是人们完全可以期望获得的产量了。

　　事实上，国内外螺旋藻开发从中试生产到大规模工业化生产，已经形成了成熟的生产技术路线。日本早在20世纪70年代初即从法国引进了螺旋藻生产技术,在我国台湾岛以北的宫古岛上建立了养殖生产池，成功地进行了年产10余吨螺旋藻的商业化生产;80年代初以来,以色列在内盖夫半干旱的沙漠区建成了螺旋藻生产培养系统;美国则在夏威夷岛和加利福尼亚内陆区,分别建成了生产规模达7公顷面积的培养池，年产藻粉600多吨。从20世纪80年代初开始,我国的螺旋藻生物技术列入农业部的科技计划和国家“七五”科技计划,已成功地研究开发出一整套适合我国国情的生产技术制式。目前国内正在推行的螺旋藻生产制式,基本上是采用江西省农科院在80年代初倡导和建立的敞开式浅池环流生产系统,目前已有国内许多地方推广应用。这种制式的优点是基础建设简单,可以不占用良田,祗要有充足的阳光,良好的水源水质,即可以在通常的农业生产季节内进行螺旋藻生产。近几年笔者继续通过创新实践,发明并研制出全封闭式管道化生物光合反应器系统,使螺旋藻生产做到不拘任何地理区域与任何气候条件,在任何季节都可以进行大生物量生产。这种制式尤其可以使螺旋藻作为高能量营养的战略性食品,让我们的战士在粮食与蔬菜不济的高山哨卡、海岛驻防地进行螺旋藻生产。

　　1995年以来，我国的螺旋藻生产单位已发展到遍布全国,从海南岛的三亚到东北大庆油田和内蒙的阿拉善盟;从黄海、东海之滨的山东、上海到内地的云南程海，都已建起了螺旋藻培养生产基地。据统计,2003年全国的螺旋藻厂家已发展到100多家,年总产藻粉达到1500余吨。在江苏、福建和广西等一些省区,甚至有不少农民个体户也成功地办起了螺旋藻养殖场,年产藻粉少则2吨左右,多的达到10数吨。这种情况说明,螺旋藻养殖,作为一种成熟的生产技术已为我国广大群众所掌握。因此，有理由认为，微螺旋藻作为一种非常规农业完全可以在我国进行大规模的开发与利用。

　　( 本文为作者参加中国螺旋藻产业论坛报告,1994年,北京)