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FMT150在藻類生物質(zhì)能源研究中的應(yīng)用

來源:北京易科泰生態(tài)技術(shù)有限公司   2022年04月06日 11:01  

開發(fā)藻類生物質(zhì)能源是新能源戰(zhàn)略的重要議題,不僅可以生產(chǎn)新能源替代石油化石能源,還可以固定碳,因此對(duì)碳中和具有重要意義,目前世界上多國均已經(jīng)開展相關(guān)研究。

FMT150將光生物反應(yīng)器技術(shù)與藻類生理監(jiān)測(cè)技術(shù)結(jié)合起來的系統(tǒng),集成了目前幾乎所有主要的藻類在線培養(yǎng)與生理監(jiān)測(cè)技術(shù),不僅可以精確控制溫度、光質(zhì)、光強(qiáng)、培養(yǎng)周期等,還可同時(shí)在線監(jiān)測(cè)溫度、PH值、溶解氧、光密度、葉綠素?zé)晒獾葏?shù),本期摘選相關(guān)案例分享給各位讀者。

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1 重組光合作用:一種在細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生H2的光系統(tǒng)I-氫化酶嵌合體

Andrey Kanygin等人(2020)選取萊茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象,利用基因手段,將藻類氫化酶表達(dá)到光系統(tǒng)IPsaC蛋白上,形成光系統(tǒng)I-氫化酶嵌合體,阻斷并改變光合電子傳遞鏈走向,使之產(chǎn)生更多的氫氣。

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根據(jù)研究需要,作者將萊茵衣藻分為3個(gè)類型,分別是野生型(WT),缺乏內(nèi)源性氫化酶的突變體(hydA),以及含有氫化酶表達(dá)的ΨH1,從下圖中可以看出,在6小時(shí)黑暗環(huán)境下,hydA型萊茵衣藻產(chǎn)生的氫氣幾乎可以忽略不計(jì),ΨH1產(chǎn)生的氫氣約為WT60%,這說明重組后的光系統(tǒng)I-氫化酶嵌合體*可以從供體Fd接受電子;在光照條件下最初的1小時(shí)WT產(chǎn)生氫氣的平均速率為28 ± 8 µmol H2 h-1 (mg Chl)-1,之后很快降到可以忽略不計(jì)的水平,hydA沒有氫氣產(chǎn)生,ΨH1則在6小時(shí)內(nèi)以25 ± 6 µmol H2 h-1 (mg Chl)-1的速率持續(xù)產(chǎn)生氫氣。

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在該實(shí)驗(yàn)中,研究人員使用FMT150培養(yǎng)和控制藻類生長,并利用膜入口質(zhì)譜儀(MIMS)檢測(cè)藻液中氫氣和氧氣在接受光照時(shí)的瞬間變化。

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2 可持續(xù)生物烷烴氣體生產(chǎn)和可再生能源的低碳戰(zhàn)略

鑒于當(dāng)前和今后嚴(yán)峻的能源危機(jī)和碳排放因素,Mohamed Amer和清華大學(xué)陳國強(qiáng)等人(2020)利用FMT150作為培養(yǎng)和反應(yīng)容器,對(duì)工業(yè)菌株大腸桿菌(E. coli)、嗜鹽單胞菌(Halomonas)、集胞藻(Synechocystis)所產(chǎn)生的丙烷和丁烷氣進(jìn)行研究,并構(gòu)思出適用于發(fā)達(dá)和發(fā)展中國家可持續(xù)生物烷烴氣體生產(chǎn)和可再生能源的量產(chǎn)流程圖。


3 用于室外光生物反應(yīng)器的微藻油生產(chǎn)開發(fā)

Norsker等人(2021)對(duì)微擬球藻屬(Nannochloropsis sp.)在內(nèi)的10種藻類的微藻油產(chǎn)量進(jìn)行中試規(guī)模研究和篩選,以總脂肪酸 (TFA) 濃度和體積TFA生產(chǎn)率作為重要的衡量指標(biāo),結(jié)果表明TFA 濃度范圍為540% DW,而TFA產(chǎn)率范圍為0204 mg TFA L-1 day-1。

為了確定最小接種生物量密度,研究人員以FMT150作為反應(yīng)容器,通過逐步提高光照和稀釋直到量子產(chǎn)額QY和稀釋率接近0為止,從下表可以看出相較于210 μmol photons m?2 s?1,300 μmol photons m?2 s?1 35 °C條件下其稀釋率和量子產(chǎn)額均明顯降低,因此得出后者為最大允許培養(yǎng)條件的結(jié)論。

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部分參考文獻(xiàn)

1.Kanygin A, et al. 2020. Rewiring photosynthesis: a photosystem I-hydrogenase chimera that makes H2 in vivo. Energy & Environmental Science 13: 2903-2914.

2.Amer M, et al. 2020. Low Carbon Strategies for Sustainable Bio-alkane Gas Production and Renewable Energy. Energy & Environmental Science 13(6): 1818-1831.

3.Norsker NH, et al. 2021. Developing microalgal oil production for an outdoor photobioreactor. Journal of Applied Phycology. doi: 10.1007/S10811-021-02374-7.

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