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微藻生物能源研究取得產(chǎn)氫耦合產(chǎn)油新進(jìn)展
近日，中科院海洋研究所實(shí)驗(yàn)海洋生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員劉建國(guó)團(tuán)隊(duì)在微藻生物能源研究中取得產(chǎn)氫耦合產(chǎn)油的新進(jìn)展，相關(guān)成果發(fā)表在中科院一區(qū)Top期刊學(xué)術(shù)期刊《清潔生產(chǎn)雜志》上。
微藻中的綠藻因具有光合作用效率高、生長(zhǎng)周期短、高產(chǎn)生物能源與二氧化碳減排相耦合等特點(diǎn)，被認(rèn)為是生產(chǎn)可再生能源的理想生物資源。以往綠藻產(chǎn)能的研究重點(diǎn)關(guān)注于光合產(chǎn)氫和生物柴油兩個(gè)不同側(cè)面的單獨(dú)研究，一方面，綠藻光合產(chǎn)氫和油脂積累的誘導(dǎo)模式不同，前者為硫限制而后者則為氮限制；另一方面，產(chǎn)氫與產(chǎn)油在需求能量物質(zhì)NADPH上存在競(jìng)爭(zhēng)，傳統(tǒng)上認(rèn)為二者之間存在相互競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，此消彼長(zhǎng)難以兼顧，因而鮮見(jiàn)同一藻株協(xié)同產(chǎn)氫與油脂積累的報(bào)道。
海洋所藻類生物技術(shù)團(tuán)隊(duì)篩選出一株原殼小球藻，可在氮限制條件下產(chǎn)氫，其產(chǎn)氫量與傳統(tǒng)缺硫誘導(dǎo)下的經(jīng)典模式藻株萊茵衣藻相當(dāng)，在密閉隔氧+氮限制可誘導(dǎo)原殼小球藻同步光合產(chǎn)氫和油脂積累，其機(jī)制為：（1）氮限制使光合暗反應(yīng)關(guān)鍵酶Rubisco降解，造成光合光反應(yīng)電子和能量（NADPH）的積累，進(jìn)而誘導(dǎo)活性氧產(chǎn)生；（2）在此狀態(tài)下，細(xì)胞呼吸耗氧大于光合放氧，在密閉條件下產(chǎn)生厭氧環(huán)境，誘導(dǎo)氫酶活化，光合作用光反應(yīng)過(guò)剩電子大量流向氫酶，實(shí)現(xiàn)高效光合產(chǎn)氫；（3）厭氧發(fā)生后，缺氧抑制呼吸電子傳遞，反饋抑制TCA循環(huán)，造成脂肪酸合成底物乙酰輔酶A積累。細(xì)胞中乙酰輔酶A和NADPH的積累為油脂合成提供了底物和能量，同時(shí)活性氧的大量產(chǎn)生可誘導(dǎo)油脂合成相關(guān)酶的高表達(dá)，進(jìn)而有利于油脂的積累。因此原殼小球藻可在高效光合產(chǎn)氫的同時(shí)實(shí)現(xiàn)油脂大量積累。
該研究同時(shí)兼顧光合產(chǎn)氫和油脂積累，有利于推動(dòng)從單一產(chǎn)能向協(xié)同調(diào)控多個(gè)產(chǎn)能過(guò)程的轉(zhuǎn)變，為降低微藻生物能源生產(chǎn)成本、發(fā)掘微藻開(kāi)發(fā)應(yīng)用潛能、提高整體生產(chǎn)效率提供了新思路和方法。
相關(guān)研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2022.132169
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