穿上「外衣」的綠藻 光合作用時也能產氫

2021-01-08 科普頻道

  綠藻產氫的顯色反應(左邊是三氧化鎢的原來顏色,右邊則由於產氫變色)

  電鏡下看到的穿上二氧化矽外衣的綠藻

  ■新知

  氫能綠色環保,是十分理想的零碳能源。

  但是,氫氣當前主要從石油中製取,成本非常高。科學家們一直在探索:能否藉助自然界中現成的「設備」,來製造氫氣。

  浙江大學研究人員通過跨學科合作,給綠藻細胞披上一層二氧化矽「外衣」,使其能在自然條件下持續不斷地利用光合作用,高效產氫,每升綠藻可以產生17毫升氫氣。這是生物光合產氫領域取得的一次重要突破,為化學手段改造光合生物,進而實現光生物產氫,提供了全新的思路。

  相關論文發表在近期出版的德國《應用化學》上。

  30多年前,科學家就發現綠藻細胞中存在著一種氫酶。當它被激活後,綠藻進行光合作用時就能產生氫氣。

  「但是氫酶對氧氣非常敏感,在正常光照條件下,氫酶會迅速失去活性,綠藻產生的只能是氧氣。」11月9日,課題組負責人徐旭榮副教授接受科技日報記者採訪時說,氫酶被激活產生氫氣這種情況,是綠藻在應對缺氧的狀況下,產生的一種應激反應。

  能否對綠藻進行改造,隔絕氧氣,喚醒氫酶呢?

  徐旭榮的合作者之一,浙大化學系唐睿康教授有一項絕活——能通過生物礦化手段,給細胞「穿」上一層外衣,在不改變生物原本屬性的情況下,賦予細胞新的性能。

  如果綠藻也被「包裹」起來,是否可以人為製造缺氧環境呢?

  課題組嘗試用二氧化矽去包裹綠藻。

  實驗發現了有趣的現象:當「穿」著二氧化矽外衣的綠藻逐漸粘合在一起,形成了一個個綠藻團聚體時,科學家在培養綠藻的試管上方,用探針檢測,既探測到了氧氣,也探測到了氫氣。

  實驗證實,在正常的光照條件下,綠藻團聚體能持續地產生氫氣,目前最長時間可達72小時。

  「在電子顯微鏡下,我們看到直徑大約100微米的綠藻複合體,裡面包含大約5000個左右綠藻。」課題組博士生熊威解釋說。

  目前,研究團隊正在試圖破解綠藻生長失控的難題。「72小時以後,如果『抱團』的綠藻越來越多,綠藻團就會解散,產氫的過程又會停止。」熊威說,他們正在尋找新方法,能控制綠藻的繁殖,那樣離工業應用又近了一步。(通訊員周煒 本報記者林莉君)

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