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微藻生物能源研究取得產氫耦合產油新進展
近日，中科院海洋研究所實驗海洋生物學重點實驗室研究員劉建國團隊在微藻生物能源研究中取得產氫耦合產油的新進展，相關成果發表在中科院一區Top期刊學術期刊《清潔生產雜志》上。
微藻中的綠藻因具有光合作用效率高、生長周期短、高產生物能源與二氧化碳減排相耦合等特點，被認為是生產可再生能源的理想生物資源。以往綠藻產能的研究重點關注于光合產氫和生物柴油兩個不同側面的單獨研究，一方面，綠藻光合產氫和油脂積累的誘導模式不同，前者為硫限制而后者則為氮限制；另一方面，產氫與產油在需求能量物質NADPH上存在競爭，傳統上認為二者之間存在相互競爭關系，此消彼長難以兼顧，因而鮮見同一藻株協同產氫與油脂積累的報道。
海洋所藻類生物技術團隊篩選出一株原殼小球藻，可在氮限制條件下產氫，其產氫量與傳統缺硫誘導下的經典模式藻株萊茵衣藻相當，在密閉隔氧+氮限制可誘導原殼小球藻同步光合產氫和油脂積累，其機制為：（1）氮限制使光合暗反應關鍵酶Rubisco降解，造成光合光反應電子和能量（NADPH）的積累，進而誘導活性氧產生；（2）在此狀態下，細胞呼吸耗氧大于光合放氧，在密閉條件下產生厭氧環境，誘導氫酶活化，光合作用光反應過剩電子大量流向氫酶，實現高效光合產氫；（3）厭氧發生后，缺氧抑制呼吸電子傳遞，反饋抑制TCA循環，造成脂肪酸合成底物乙酰輔酶A積累。細胞中乙酰輔酶A和NADPH的積累為油脂合成提供了底物和能量，同時活性氧的大量產生可誘導油脂合成相關酶的高表達，進而有利于油脂的積累。因此原殼小球藻可在高效光合產氫的同時實現油脂大量積累。
該研究同時兼顧光合產氫和油脂積累，有利于推動從單一產能向協同調控多個產能過程的轉變，為降低微藻生物能源生產成本、發掘微藻開發應用潛能、提高整體生產效率提供了新思路和方法。
相關研究得到了國家自然科學基金等項目的資助。
相關論文信息：https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2022.132169
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