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科學(xué)家對(duì)綠藻的光合作用進(jìn)行了基因改造,用于生成廉價(jià)的氫氣

 愛(ài)存文 2020-05-16
氫是一種必不可少的商品,每年在全球生產(chǎn)超過(guò)6000萬(wàn)噸。但是,其中95%以上是通過(guò)化石燃料的蒸汽重整制得的,這個(gè)過(guò)程消耗大量能源,并且會(huì)產(chǎn)生二氧化碳。用這種方式生產(chǎn)的氫氣因成本和環(huán)保的因素很難用于氫動(dòng)力車輛。
于是,科學(xué)家將注意力投向了生物制氫。
眾所周知,光合作用吸收二氧化碳,釋放氧氣,并且將能量主要以碳水化合物的形式儲(chǔ)存起來(lái)。如果我們能利用光和水制得氫氣,那將產(chǎn)生重大影響。
最近科學(xué)家在實(shí)驗(yàn)室中取得了突破,通過(guò)改造綠藻的光合系統(tǒng),生產(chǎn)出了氫氣。
植物的光合作用可分為光反應(yīng)和碳反應(yīng)兩個(gè)步驟,光反應(yīng)利用陽(yáng)光的能量將水分子分解為氫和氧,氧結(jié)合成氧氣釋放到空氣中,碳反應(yīng)利用上一步生成的氫和二氧化碳生成葡萄糖和水。
此外,植物有兩套光合作用系統(tǒng)同時(shí)進(jìn)行光合作用,光系統(tǒng)I(PSI)和光系統(tǒng)II(PSII)。它們分別通過(guò)不同的色素-蛋白質(zhì)復(fù)合物來(lái)實(shí)現(xiàn)。光系統(tǒng)I的吸收高峰波長(zhǎng)700nm,光系統(tǒng)Ⅱ的吸收高峰為波長(zhǎng)680nm。
萊茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)是一種單細(xì)胞綠藻,直徑約10微米,擁有一種氫化酶,該酶利用從鐵氧還蛋白中獲得的電子,將電子從PSI運(yùn)送到各個(gè)目的地。一個(gè)問(wèn)題是氫化酶會(huì)因?yàn)镻SII不斷產(chǎn)生的氧氣而迅速失去活性。
萊茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)
科學(xué)家在重新設(shè)計(jì)光系統(tǒng)I方面取得了突破,他們創(chuàng)建了PSI和氫化酶的基因嵌合體,使它們?cè)谝略弩w內(nèi)產(chǎn)生并保持活性。這個(gè)新組件可以將電子導(dǎo)向質(zhì)子同時(shí)遠(yuǎn)離二氧化碳(碳反應(yīng))。
經(jīng)改造(PSI-加氫酶)的衣藻能夠以高速率產(chǎn)生氫氣,并且持續(xù)數(shù)天。
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這種方法如果能替代大部分的氫氣生產(chǎn),則可以極大的節(jié)省化石燃料,同時(shí)減少二氧化碳釋放。
最終,經(jīng)基因改造的微生物可以成為一種廉價(jià)且可再生的生物工廠。

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