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展還是自從2000年后發(fā)現(xiàn)缺硫能夠極大促進綠藻產(chǎn)氫開始的。

近期，德國科研人員在Planta上撰文報道了一種新的促進微藻產(chǎn)氫的方法：缺氮處理也可以促進微藻產(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對于氧氣極度敏感，但是當(dāng)對萊茵衣藻進行缺硫培養(yǎng)時，能夠持續(xù)產(chǎn)生相對較高的光合產(chǎn)氫量。此時一個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。本文中作者對衣藻進行缺氮處理，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，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