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科学家对绿藻的光合作用进行了基因改造,用于生成廉价的氢气

   日期:2020-05-18     来源:孜然实验室    浏览:284    评论:0    
核心提示:最近科学家在实验室中取得了突破,通过改造绿藻的光合系统,生产出了氢气。植物的光合作用可分为光反应和碳反应两个步骤,光反应利用阳光的能量将水分子分解为氢和氧,氧结合成氧气释放到空气中,碳反应利用上一步生成的氢和二氧化碳生成葡萄糖和水。
  
 氢是一种必不可少的商品,每年在全球生产超过6000万吨。但是,其中95%以上是通过化石燃料的蒸汽重整制得的,这个过程消耗大量能源,并且会产生二氧化碳。用这种方式生产的氢气因成本和环保的因素很难用于氢动力车辆。
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于是,科学家将注意力投向了生物制氢。

众所周知,光合作用吸收二氧化碳,释放氧气,并且将能量主要以碳水化合物的形式储存起来。如果我们能利用光和水制得氢气,那将产生重大影响。

最近科学家在实验室中取得了突破,通过改造绿藻的光合系统,生产出了氢气。

植物的光合作用可分为光反应和碳反应两个步骤,光反应利用阳光的能量将水分子分解为氢和氧,氧结合成氧气释放到空气中,碳反应利用上一步生成的氢和二氧化碳生成葡萄糖和水。

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此外,植物有两套光合作用系统同时进行光合作用,光系统I(PSI)和光系统II(PSII)。它们分别通过不同的色素-蛋白质复合物来实现。光系统I的吸收高峰波长700nm,光系统Ⅱ的吸收高峰为波长680nm。

莱茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)是一种单细胞绿藻,直径约10微米,拥有一种氢化酶,该酶利用从铁氧还蛋白中获得的电子,将电子从PSI运送到各个目的地。一个问题是氢化酶会因为PSII不断产生的氧气而迅速失去活性。

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莱茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)

科学家在重新设计光系统I方面取得了突破,他们创建了PSI和氢化酶的基因嵌合体,使它们在衣藻体内产生并保持活性。这个新组件可以将电子导向质子同时远离二氧化碳(碳反应)。

经改造(PSI-加氢酶)的衣藻能够以高速率产生氢气,并且持续数天。

这种方法如果能替代大部分的氢气生产,则可以极大地节省化石燃料,同时减少二氧化碳释放。

最终,经基因改造的微生物可以成为一种廉价且可再生的生物工厂。

 
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