论文部分内容阅读
集胞藻6803具有结构单一、生物学背景清晰、镍铁双向氢酶光能利用率高等特点，其类囊体膜上含有的镍铁双向氧酶，能够接受底物和电子将氢质子催化产生氢气，是研究微藻产氢不可多得的理想材料。与大多数氢酶一样，集胞藻6803中的镍铁双向氢酶对氧气敏感，而集胞藻6803的光合放氧能力强，释放的大量氧气可导致镍铁双向氢酶的失活，降低集胞藻6803的产氢能力。因此降低氧气是提高集胞藻6803产氢的首要前提。 传统的产氧体系中，集胞藻6803只能在黑暗厌氧条件下短暂产氢。NaHSO3能够通过光氧化作用消除有氧代谢过程中产生的超氧阴离子，降低细胞中氧气含量。我们的研究结果表明:在8.0 mM NaHSO3作用下，氧气消耗速率上升，细胞液溶解氧含量迅速降低至零，形成厌氧环境。氧气含量的降低提高了细胞中氢酶的活性，此时，产氢速率达到4.2 nmol mgChl-1 min-1。因此，在光照空气条件下，8.0 mM NaHSO3可使集胞藻6803进行持续的光合产氢，产氢时间持续24小时。借助这一平台，在不改变藻株产氧属性的前提下，我们在集胞藻6803转座子插入的突变体库中筛选出了△HoxY突变株，进一步证明了这一平台用于突变体库中高产氢藻株筛选体系的可行性。 由于集胞藻6803产氢的环境条件苛刻，会对细胞能产生胁迫，使细胞的活性降低。在低光氩气背景下，野生型集胞藻6803在50 mM NaHSO3处理下氢酶酶活和表达量显著提高，氧气积累量达到6.2μmol。但是，高浓度NaHSO3给细胞带来严重的非生理胁迫，导致光系统Ⅱ和光系统Ⅰ等蛋白复合体活性的下调甚至细胞活性的降低，此时“不依赖于光系统Ⅱ途径”为氢酶产氢主要电子来源。同时，厌氧环境中，NaHSO3处理没有提高M55藻株氢气积累量，野生型集胞藻6803和M55藻株的对比结果表明，NDH-1复合体介导的围绕光系统Ⅰ循环电子传递有效的抵御了NaHSO3带来的非生理胁迫，一定程度上起到了维持细胞活性的作用，从而为细胞产氢提供保证。 综上所述，利用NaHSO3有效解决了集胞藻6803光下不产氢的问题，同时，一定浓度的NaHSO3的的处理，使得集胞藻6803进行持续的光合产氢成为可能，从而为研究集胞藻6803的光合产氢提供了可操作的平台，也为蓝藻产氢理论研究和其产氢途径的应用推广提供了一定的基础。