近些年來國內(nèi)外尋找新能源的熱情日益高漲，其中生物能源就是大家關(guān)注的焦點(diǎn)之一。利用微藻裂解水產(chǎn)生氫氣是科學(xué)家追求的一種非常理想的產(chǎn)氫途徑。盡管從1970年代就開始受到關(guān)注，但真正取得突破性進(jìn)展還是自從2000年后發(fā)現(xiàn)缺硫能夠極大促進(jìn)綠藻產(chǎn)氫開始的。
近期，德國科研人員在Planta上撰文報(bào)道了一種新的促進(jìn)微藻產(chǎn)氫的方法：缺氮處理也可以促進(jìn)微藻產(chǎn)氫。(Philipps G, Happe T, Hemschemeier A., Nitrogen deprivation results in photosynthetic hydrogen production in Chlamydomonas reinhardtii. Planta, 2011, in press)
單細(xì)胞綠藻萊茵衣藻能夠通過光合電子傳遞利用[FeFe]-氫酶HYD1從鐵氧還蛋白PetF接受電子從而產(chǎn)氫。盡管HYD1對(duì)于氧氣極度敏感，但是當(dāng)對(duì)萊茵衣藻進(jìn)行缺硫培養(yǎng)時(shí)，能夠持續(xù)產(chǎn)生相對(duì)較高的光合產(chǎn)氫量。此時(shí)一個(gè)重要的電子源來自淀粉的氧化以及隨即的電子向PQ庫的非光化學(xué)傳遞。本文中作者對(duì)衣藻進(jìn)行缺氮處理，這種處理能夠?qū)е碌矸酆椭愒诰G藻體內(nèi)的積累。光系統(tǒng)II (PSII) 的光化學(xué)活性在起初的時(shí)間里維持較高的水平，這就導(dǎo)致與缺硫細(xì)胞相比PSII高活性能多持續(xù)約2天。此外，盡管缺氮細(xì)胞中積累了大量的淀粉，但產(chǎn)氫量和淀粉降解量均明顯低于缺硫細(xì)胞。從缺硫和缺氮這兩種培養(yǎng)條件轉(zhuǎn)換到黑暗條件時(shí)，淀粉降解的速率具有可比性。在缺硫條件下，用甲基紫精 (MV) 處理光照的細(xì)胞能夠顯著提高光系統(tǒng)II的光化學(xué)活性，但在缺氮細(xì)胞中，甲基紫精的效果變得非常次要。在萊茵衣藻中，由缺氮和低鐵氧還蛋白量導(dǎo)致的細(xì)胞色素b6f復(fù)合體的降解可能是阻止糖類轉(zhuǎn)化為氫能的瓶頸因素。
圖1 (a) 氫氣積累量，(b) 離體的氫酶活性，(c) 缺氮和缺硫細(xì)胞的HYD1免疫分析
圖2 甲酸鹽、乙醇在培養(yǎng)基中的濃度變化以及糖類在缺氮和缺硫細(xì)胞中的濃度變化
圖3 缺硫和缺氮細(xì)胞中 (a) PSII量子產(chǎn)量和 (b) D1蛋白含量
圖4 光照的缺硫或缺氮細(xì)胞經(jīng)過或未經(jīng)甲基紫精處理的PSII量子效率
