【科研动态】研究发现缺氮能够促进绿藻产氢

近些年来国内外寻找新能源的热情日益高涨，其中生物能源就是大家关注的焦点之一。利用微藻裂解水产生氢气是科学家追求的一种非常理想的产氢途径。尽管从1970年代就开始受到关注，但真正取得突破性进展还是自从2000年后发现缺硫能够极大促进绿藻产氢开始的。

近期，德国科研人员在Planta上撰文报道了一种新的促进微藻产氢的方法：缺氮处理也可以促进微藻产氢。（Philipps G, Happe T, Hemschemeier A., Nitrogen deprivation results in photosynthetic hydrogen production in Chlamydomonas reinhardtii. Planta, 2011, in press）

单细胞绿藻莱茵衣藻能够通过光合电子传递利用[FeFe]-氢酶HYD1从铁氧还蛋白PetF接受电子从而产氢。尽管HYD1对于氧气极度敏感，但是当对莱茵衣藻进行缺硫培养时，能够持续产生相对较高的光合产氢量。此时一个重要的电子源来自淀粉的氧化以及随即的电子向PQ库的非光化学传递。本文中作者对衣藻进行缺氮处理，这种处理能够导致淀粉和脂类在绿藻体内的积累。光系统II （PSII） 的光化学活性在起初的时间里维持较高的水平，这就导致与缺硫细胞相比PSII高活性能多持续约2天。此外，尽管缺氮细胞中积累了大量的淀粉，但产氢量和淀粉降解量均明显低于缺硫细胞。从缺硫和缺氮这两种培养条件转换到黑暗条件时，淀粉降解的速率具有可比性。在缺硫条件下，用甲基紫精 （MV） 处理光照的细胞能够显著提高光系统II的光化学活性，但在缺氮细胞中，甲基紫精的效果变得非常次要。在莱茵衣藻中，由缺氮和低铁氧还蛋白量导致的细胞色素b6f复合体的降解可能是阻止糖类转化为氢能的瓶颈因素。

图1 （a） 氢气积累量，（b） 离体的氢酶活性，（c） 缺氮和缺硫细胞的HYD1免疫分析

图2 甲酸盐、乙醇在培养基中的浓度变化以及糖类在缺氮和缺硫细胞中的浓度变化

图3 缺硫和缺氮细胞中 （a） PSII量子产量和 （b） D1蛋白含量

图4 光照的缺硫或缺氮细胞经过或未经甲基紫精处理的PSII量子效率