FMT150在藻(zao)類生(sheng)物(wu)質(zhi)能源研究中的應(ying)用(yong)

開(kai)發(fa)藻(zao)類生(sheng)物(wu)質(zhi)能源是(shi)新(xin)能(neng)源戰(zhan)略(lve)的重要議(yi)題(ti)，不(bu)僅(jin)可以生(sheng)產(chan)新(xin)能(neng)源替代(dai)石油(you)化石能(neng)源，還(hai)可以固(gu)定碳(tan)，因(yin)此對(dui)碳(tan)中和(he)具有(you)重要意義(yi)，目(mu)前(qian)世界(jie)上多(duo)國(guo)均已經(jing)開(kai)展(zhan)相(xiang)關(guan)研究。

FMT150是將(jiang)光(guang)生(sheng)物(wu)反(fan)應(ying)器(qi)技術與(yu)藻(zao)類生(sheng)理(li)監測技術結(jie)合起(qi)來(lai)的系(xi)統，集(ji)成了(le)目(mu)前(qian)幾(ji)乎(hu)所有(you)主(zhu)要的藻(zao)類在線(xian)培養與(yu)生(sheng)理(li)監測技術，不(bu)僅(jin)可以精(jing)確控制(zhi)溫(wen)度、光質(zhi)、光強(qiang)、培養周期(qi)等(deng)，還(hai)可同(tong)時在線(xian)監測溫度、PH值、溶(rong)解(jie)氧(yang)、光密度、葉綠素(su)熒光(guang)等參數，本期(qi)摘(zhai)選相關(guan)案(an)例分享給(gei)各位讀(du)者(zhe)。

1 重組光(guang)合(he)作(zuo)用(yong)：壹(yi)種在細(xi)胞(bao)內(nei)產(chan)生(sheng)H₂的光(guang)系統I-氫化酶(mei)嵌(qian)合體(ti)

Andrey Kanygin等人（2020）選取(qu)萊(lai)茵(yin)衣藻(zao)（Chlamydomonas reinhardtii）作為實(shi)驗對(dui)象(xiang)，利用(yong)基(ji)因(yin)手段(duan)，將(jiang)藻(zao)類氫化酶(mei)表(biao)達到(dao)光系統I的PsaC蛋白上，形成光系(xi)統(tong)I-氫化酶(mei)嵌(qian)合體(ti)，阻(zu)斷(duan)並(bing)改變光合(he)電子(zi)傳遞(di)鏈(lian)走(zou)向(xiang)，使之(zhi)產(chan)生(sheng)更(geng)多(duo)的氫氣(qi)。

根據(ju)研究需要，作(zuo)者(zhe)將(jiang)萊(lai)茵(yin)衣藻(zao)分為(wei)3個類型(xing)，分別是野(ye)生(sheng)型(xing)（WT），缺(que)乏內(nei)源性(xing)氫化酶(mei)的突變體(ti)（hydA），以及含有(you)氫化酶(mei)表(biao)達的ΨH1，從下(xia)圖(tu)中可以看(kan)出，在6小(xiao)時黑暗環境(jing)下(xia)，hydA型(xing)萊(lai)茵(yin)衣藻(zao)產(chan)生(sheng)的氫氣(qi)幾(ji)乎(hu)可以忽(hu)略(lve)不(bu)計(ji)，ΨH1產(chan)生(sheng)的氫氣(qi)約(yue)為(wei)WT的60%，這(zhe)說明(ming)重組後的光(guang)系統I-氫化酶(mei)嵌(qian)合體(ti)*可以從(cong)供體(ti)Fd接(jie)受電子(zi)；在光照條(tiao)件(jian)下(xia)最(zui)初(chu)的1小(xiao)時WT產(chan)生(sheng)氫氣(qi)的平(ping)均速率(lv)為(wei)28 ± 8 µmol H₂ h^-1 (mg Chl)^-1，之(zhi)後很快降(jiang)到(dao)可以忽(hu)略(lve)不(bu)計(ji)的水(shui)平，hydA沒有(you)氫氣(qi)產(chan)生(sheng)，ΨH1則在6小(xiao)時內(nei)以(yi)25 ± 6 µmol H₂ h^-1 (mg Chl)^-1的速率(lv)持續產(chan)生(sheng)氫氣(qi)。

在該(gai)實(shi)驗中，研究人員(yuan)使(shi)用(yong)FMT150培養和(he)控制(zhi)藻(zao)類生(sheng)長(chang)，並(bing)利用(yong)膜入口質(zhi)譜(pu)儀（MIMS）檢(jian)測藻(zao)液(ye)中氫氣(qi)和(he)氧(yang)氣在接(jie)受光照時的瞬(shun)間變化。

2 可持續生物烷烴(ting)氣(qi)體(ti)生產(chan)和(he)可再生能源的低(di)碳(tan)戰(zhan)略(lve)

鑒(jian)於(yu)當前(qian)和今後嚴(yan)峻(jun)的能(neng)源危(wei)機(ji)和(he)碳(tan)排放(fang)因(yin)素(su)，Mohamed Amer和清華(hua)大(da)學陳(chen)國(guo)強(qiang)等(deng)人（2020）利用(yong)FMT150作為培養和(he)反(fan)應(ying)容(rong)器(qi)，對工(gong)業菌株大(da)腸(chang)桿菌（E. coli）、嗜(shi)鹽(yan)單胞菌（Halomonas）、集(ji)胞藻(zao)（Synechocystis）所產(chan)生(sheng)的丙烷(wan)和(he)丁(ding)烷氣進行研究，並(bing)構(gou)思(si)出適(shi)用(yong)於(yu)發(fa)達和(he)發(fa)展中國(guo)家(jia)可持續生物烷烴(ting)氣(qi)體(ti)生產(chan)和(he)可再生能源的量(liang)產(chan)流程圖。

3 用(yong)於(yu)室外光(guang)生(sheng)物反(fan)應(ying)器(qi)的微藻(zao)油(you)生(sheng)產(chan)開(kai)發(fa)

Norsker等人（2021）對微擬(ni)球(qiu)藻(zao)屬(shu)（Nannochloropsis sp.）在內(nei)的10種藻(zao)類的微藻(zao)油(you)產(chan)量(liang)進行中試(shi)規(gui)模(mo)研究和篩選，以總(zong)脂肪(fang)酸(suan) (TFA) 濃(nong)度和體(ti)積TFA生產(chan)率(lv)作(zuo)為(wei)重要的衡(heng)量(liang)指(zhi)標，結(jie)果表明(ming)TFA 濃(nong)度範圍為(wei)5至40% DW，而TFA產(chan)率(lv)範(fan)圍為(wei)0至204 mg TFA L^-1 day^-1。

為了(le)確(que)定最(zui)小(xiao)接(jie)種生(sheng)物(wu)量(liang)密度，研究人員(yuan)以(yi)FMT150作為反(fan)應(ying)容(rong)器(qi)，通(tong)過(guo)逐步(bu)提高(gao)光照和(he)稀(xi)釋(shi)直到(dao)量(liang)子(zi)產(chan)額(e)QY和稀釋率(lv)接(jie)近0為止(zhi)，從(cong)下(xia)表(biao)可以看(kan)出相(xiang)較於(yu)210 μmol photons m⁻² s⁻¹，300 μmol photons m⁻² s⁻¹ 35 °C條(tiao)件(jian)下(xia)其(qi)稀釋率(lv)和(he)量(liang)子(zi)產(chan)額(e)均(jun)明(ming)顯降(jiang)低，因(yin)此得(de)出後者為最(zui)大(da)允許培養條(tiao)件(jian)的結(jie)論。

部分參考文獻(xian)

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.

易科泰相關(guan)產(chan)品(pin)技術方(fang)案(an)

AlgaTech高(gao)通(tong)量(liang)藻(zao)類表(biao)型(xing)分析(xi)平(ping)臺(tai)

AquaPen手持式藻(zao)類熒(ying)光(guang)測量(liang)儀(yi)

AlgaeTron藻(zao)類培養箱(xiang)

AOM藻(zao)類熒(ying)光(guang)在線(xian)監測系統

FL6000雙調制(zhi)葉綠素(su)熒光(guang)儀

FluorCam便攜(xie)式熒(ying)光成(cheng)像(xiang)

FluorPen/Monitoring Pen熒光儀

FMT150藻(zao)類培養與(yu)在線(xian)監測

FKM多(duo)光(guang)譜(pu)熒光(guang)動(dong)態(tai)顯微成(cheng)像(xiang)系(xi)統(tong)

MC1000 8通(tong)道藻(zao)類培養與(yu)在線(xian)監測

基於(yu)RF-O2技術的藻(zao)類光(guang)合(he)作用(yong)與(yu)光(guang)合(he)呼(hu)吸測量(liang)系(xi)統集(ji)成

基於(yu)FMT150光養生物(wu)反(fan)應(ying)器(qi)技術的系(xi)統集(ji)成

基於(yu)MC1000藻(zao)類多(duo)通(tong)道培養監測的系(xi)統集(ji)成

定制(zhi)各(ge)種大(da)型(xing)光(guang)養生(sheng)物(wu)反(fan)應(ying)器(qi)