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“綠藻俠”有什么本事?
來源:綠色節(jié)能網(wǎng)
2015-11-22 12:01
        通過跨學(xué)科合作,科學(xué)家們?yōu)榫G藻細(xì)胞披上一層二氧化硅“外衣”,使其能在自然條件下持續(xù)利用光合作用產(chǎn)氫,每升“綠藻俠”可產(chǎn)生17毫升氫氣。這是生物光合產(chǎn)氫領(lǐng)域取得的一次重

要突破,為化學(xué)手段改造光合生物進(jìn)而實(shí)現(xiàn)光生物產(chǎn)氫提出了全新的思路。
 
     浙江大學(xué)求是高等研究院徐旭榮副教授課題組,聯(lián)合浙大化學(xué)系教授唐睿康、上海師范大學(xué)藻類光合作用與生物能源轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)室教授馬為民開展了這項(xiàng)研究工作。
 
  沉睡的“氫酶”
 
  作為一類零碳能源,氫能綠色環(huán)保,十分理想。可氫氣從哪里來呢?當(dāng)前,氫氣主要來源于石化產(chǎn)業(yè),從石油中制取。科學(xué)家們一直在探索,能否借助自然界中現(xiàn)成的“設(shè)備”,利用太陽能分解水來產(chǎn)生氫氣?
 
  藻類細(xì)胞的希望很大。30多年前 ,科學(xué)家發(fā)現(xiàn)綠藻細(xì)胞中除了進(jìn)行光合作用的光系統(tǒng)I和II以外,還存在著一種氫酶。“當(dāng)氫酶被激活后,綠藻就能在進(jìn)行光合作用的時候產(chǎn)生氫氣,然而氫酶對氧氣非常敏感,在有氧的情況下,氫酶迅速失去活性。所以在正常光照條件下,綠藻通常是進(jìn)行光合作用,產(chǎn)生氧氣。”徐旭榮老師說,實(shí)際上氫酶被激活而產(chǎn)生氫氣,是綠藻應(yīng)對缺氧等“脅迫”狀況下產(chǎn)生的一種應(yīng)激反應(yīng),能否對綠藻進(jìn)行改造,隔絕氧氣,重新“喚醒”氫酶呢?
 
  徐旭榮的合作者之一,化學(xué)系的唐睿康教授長期從事生物礦化研究。他有一項(xiàng)“絕活”,即通過生物礦化手段,給細(xì)胞“穿”上一層外衣,從而賦予細(xì)胞不同的性能。“如果綠藻也被‘包裹’起來,是否可以人為制造缺氧環(huán)境呢?”
 
  “綠藻俠”抱團(tuán)產(chǎn)氫
 
  課題組嘗試用二氧化硅去包裹綠藻。和預(yù)想不一樣的是,單個的綠藻細(xì)胞不能產(chǎn)氫,只是進(jìn)行正常的光合作用,產(chǎn)生氧氣。但他們“意外”發(fā)現(xiàn),當(dāng)一個個“穿”著二氧化硅的綠藻逐漸粘合在一起,形成了一個個綠藻復(fù)合體時,在培養(yǎng)綠藻的試管上方,探針既探測到了氧氣,也探測到了氫氣。實(shí)驗(yàn)證實(shí),在正常的光照條件下,綠藻團(tuán)能持續(xù)地產(chǎn)生氫氣,目前最長時間可達(dá)
72小時。
 
  “在電子顯微鏡下,我們看到直徑大約100微米的綠藻復(fù)合體,里面包含大約5000個左右綠藻。”課題組博士生熊威解釋說,處于復(fù)合體內(nèi)部的那部分綠藻,因?yàn)榭臻g密閉,它們光合作用產(chǎn)生的氧氣恰好被呼吸作用消耗掉,不會有“多余”的氧氣去抑制氫酶。“外層的綠藻進(jìn)行正常的光合作用產(chǎn)生氧氣但同時隔絕內(nèi)部細(xì)胞和外界的接觸;內(nèi)部的綠藻通過光合產(chǎn)氧和呼吸作用
的平衡制造出一個既能維持綠藻細(xì)胞光合活性但同時能夠激活氫酶的無氧條件,通過這樣的方式激活氫酶從而實(shí)現(xiàn)了光合產(chǎn)氫,其產(chǎn)氫效率等同于正常的光合作用。”在此之前,科學(xué)界也有讓綠藻產(chǎn)氫的各種嘗試。最經(jīng)典的要數(shù)美國加州大學(xué)伯克利分校學(xué)者的兩步法間接光解水制氫工藝,第一步是綠藻進(jìn)行光合作用,固定二氧化碳,釋放氧氣,獲得生物量的積累;第二步是在無硫、厭氧的環(huán)境中誘導(dǎo)氫酶的高表達(dá)。美國能源部認(rèn)為這項(xiàng)技術(shù)有望最終達(dá)到市場可接受的生產(chǎn)成本。
 
  “兩步法是從‘時間’上對產(chǎn)氧和產(chǎn)氫過程進(jìn)行分隔來實(shí)現(xiàn)綠藻產(chǎn)氫,而我們的方法則是通過‘空間’上對產(chǎn)氧和產(chǎn)氫過程進(jìn)行分離,實(shí)現(xiàn)了細(xì)胞的空間功能分化。”唐睿康說,相比之前的方法,仿生硅化的手段沒有破壞綠藻正常的生命過程,能實(shí)現(xiàn)持續(xù)產(chǎn)氫,在工藝上更具操作性與便捷性。
 
  目前,研究團(tuán)隊(duì)正在試圖破解綠藻生長失控的難題。“72小時以后,如果‘抱團(tuán)’的綠藻越來越多,綠藻團(tuán)就會解散,產(chǎn)氫的過程又會停止。”熊威說,他們正在尋找方法,能控制綠藻
的繁殖,那樣就又離工業(yè)應(yīng)用近了一步。
 
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2016年2月16日 17:47 花雨黯 [山西省稷山县网友]

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2016年2月16日 14:33 吞花 [辽宁省中山区网友]

不错呀。。看起来。。

2016年2月16日 11:27 爱与诚 [贵州省从江县网友]

很有意思

2016年2月16日 9:46 安之若素 [内蒙古自治区市辖区网友]

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