NaHSO3增强蓝藻突变株Δ135光合产氢能力的机理研究

作     者：熊松林 

作者单位：上海师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：魏兰珍

授予年度：2021年

学科分类：09[农学] 0903[农学-农业资源与环境] 

主      题：光合产氢 亚硫酸氢钠 PSⅡ 集胞藻6803 

摘      要：由于传统化石能源储备有限,且在使用过程中会造成环境污染,因此,发展绿色环保的清洁能源已成为人们的共识。在众多的清洁能源中,光合产氢是微藻利用太阳能和水生产氢气的过程。考虑到这种产氢方法清洁无污染,因此,具有很高的发展潜力。然而,目前微藻光合产氢的工业化生产还面临着一些挑战,一是微藻在光合作用过程中会放出氧气,而氢化酶对氧气极为敏感;二是微藻氢代谢途径复杂,需要让氢化酶从光合电子传递链上获得更充足的电子。因此,探索微藻光合产氢的厌氧技术,以及对影响微藻氢代谢的关键调控位点,对未来微藻光合产氢的工业化生产具有重要的理论和实践意义。根据以往的研究发现,当用适当浓度的NaHSO处理微藻细胞时,经过高光培养后的微藻细胞产生的超氧阴离子,会与加入的NaHSO发生反应,间接地降低了细胞内的氧气含量,从而激活氢化酶活性,增加微藻光合产氢水平。在成功创造厌氧环境后,氢化酶得到的电子数量将直接影响光合产氢的效率,因此,人们希望在厌氧背景下,维持微藻PSⅡ活性在较高水平,以实现更持续的微藻光合产氢。本论文就是在添加NaHSO诱导产氢的背景下进行的,我们选用遗传学背景清晰的集胞藻6803作为实验材料,通过高光添加NaHSO3诱导产氢法对集胞藻6803(Synechocystis *** PCC 6803)转座子突变体库进行筛选,得到一株生长比野生型好且具有较高PSⅡ活性的突变株Δ135,并发现该未知功能的基因位点135缺失后显著提升了集胞藻6803的光合产氢水平。我们发现在高光下Δ135具有比野生型生长更慢更容易发黄的表型,但PSⅡ的活性却好于野生型;高光下Δ135的PSI活性受损,此时Δ135的细胞内产生了比野生型更多的超氧阴离子,而在藻液中加入一定浓度的NaHSO之后,在12小时内Δ135的PSI活性恢复到与野生型相似的水平。进一步研究发现,加入NaHSO后Δ135藻液里的溶解氧更快地降到零,也就是更快地进入厌氧状态,进而保留了更多的PSⅡ活性,实现持续时间更长的光合产氢,突变株36h的产氢积累量大约是野生型的1.6倍。通过在产氢过程中添加PSⅡ抑制剂林肯霉素(Lin),碳同化抑制剂乙醇醛(GA)和PSI循环电子传递抑制剂抗霉素A(AA),我们确认了集胞藻6803光合产氢的电子源主要来自PSⅡ光解水,Δ135比野生型光合产氢更高的根本原因是其拥有更高的PSⅡ活性,为氢化酶提供了更充足的电子源。本文通过对NaHSO背景下的突变株Δ135高产氢的原因进行探索,希望对未来微藻光合产氢的工业化应用提供理论参考。