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文献分享| 哈工大黄鑫团队验证藻类细胞的制氢历程取得重大进展

 更新时间:2024-05-23 点击量:51

      202344日,哈尔滨工业大学黄鑫团队在《Nature Communications宣布了一篇题为Algal cell bionics as a step towards photosynthesis-independent hydrogen production的研究论文。该论文揭示了藻类细胞仿生学对非光相助用制氢的重要意义。

 藻类细胞爆发氢气的工程化早在1942年就开始了,基于利用光能捕获系统中的电子,在光合电子通报链的还原端驱动氢酶活性。然而,光合产氢是短暂的,通常仅在黑暗-灼烁转换期间连续几分钟,因为陪同爆发的光合氧强烈抑制了氢酶的活性。因此开发了基于厌氧发酵、呼吸增强、营养剥夺和耐氧氢化酶基因工程的战略,以消除氧气爆发的负面影响。别的,最近的研究标明,诱导藻类细胞聚集,作为在空气中创立局部缺氧条件的战略是可行的。

 本研究中开发了一种细胞仿生要领,将活体藻类细胞与导电聚合物的超薄外壳以及碳酸钙外骨骼相结合,形成一个离散的细胞微情况,能够连续进行光合和非光相助用氢气。外貌增强的藻类细胞引起氧气消耗,并提供结构和化学稳定性,配合爆发了局部缺氧条件和与之相陪同的氢酶活性,使其可以在空气中爆发作用。

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 为了证实外部电子在氧浓度降低情况下的光合反应,作者丈量了叶绿素荧光瞬态曲线和荧光动力学参数,以评估PSII对光能的吸收和捕获,以及随后的光合电子转移历程。荧光实验标明,关于在外部介质中添加EYTEOAPPy/CaCO3包被细胞,叶绿素荧光曲线中的Fm增加,标明PSIID1卵白的活性增强,从而有助于PSII电子受体的更高效率。别的,视察到了提高的电子传输量子产率(φEo),标明从PSII捕获的光能更高效地用于随后的通报历程。结合增强的Sm值,可以推测PQ库被扩大,更多电子通过光相助用链通报。别的,PSII反应中心的密度也增加,如每个CSm上减少的PSII中心数(RC/CSm)的改善所示。在光系统的特定能量通量方面,关于保存EYTEOAPPy/CaCO3包被细胞,单位引发截面(CSm)的吸收能量(ABS/CSm)和捕获能量(TRo/CSm)均获得增强,标明叶绿素吸收了更多光能,然后用于QA的还原。别的,单位CSm的电子转移能量(ETo/CSm)和还原终点电子受体(REo/CSm)也增加,标明还原的QA与电子传输的再氧化改善,并且更多的电子抵达了电子通报链的末端。这些视察结果揭示了外部电子加入了小球藻细胞光相助用途径,并提高了光能吸收、捕获和通报的所有效率。因此,基于吸收(PIabs)、截面(PIcs)和能量转换(PItotal)的性能指数以及Fv/Fm值均获得了显著改善,标明PPy/CaCO3包被小球藻细胞乐成内化了外部电子,并增强了光活性。

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本研究中荧光实验所用的仪器是由北京云顶国际礼仪科技有限公司自主研发的叶绿素荧光(Yaxin-1161G),该仪器是一款对叶绿素荧光动力学历程实现全面丈量的精密仪器。丈量历程都在人工光源下,最大限度制止了外界杂散光的滋扰。以瞬态荧光要领为基础,结合调制与非调制的功效形成Yaxin-1161G的丈量要领。它是对PSPS事情状况进行剖析的探针性工具,对荧光动力学的快相和慢相均可视察。更先进的产品已经上市,划分有Yaxin-1165植物荧光动力学丈量系统和Yaxin-1168藻类荧光动力学丈量系统。

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 本研究展示了一种细胞仿生学要领来增强绿色氢能的爆发,将人工生物氢爆发途径与自然光相助用集成到外貌增强的藻类细胞中;诨钕赴途酆衔/无机杂化质料主动接口的要领,可以提供新的生物强化平台,并有助于开发新型的细胞活体质料和微生物细胞工厂,这些工厂在可连续能源生产和绿色生物制造中具有潜在应用。

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