納(na)米材料促(cu)進(jin)植物/微藻(zao)光合作(zuo)用機(ji)制(zhi)研究

納(na)米材料促(cu)進(jin)植物/微藻(zao)光合作(zuo)用機(ji)制(zhi)研究

-FluoTron多(duo)功(gong)能(neng)高(gao)光譜(pu)成(cheng)像技術、葉(ye)綠(lv)素(su)熒(ying)光(guang)技術

隨(sui)著全(quan)球能(neng)源(yuan)危機(ji)與(yu)氣候(hou)變化的(de)雙(shuang)重(zhong)挑戰加(jia)劇，開發高效(xiao)、可持(chi)續(xu)的(de)碳(tan)中(zhong)和技術成為(wei)科學界(jie)的(de)核(he)心(xin)議(yi)題(ti)之壹。微藻(zao)（如(ru)小球藻(zao)）因其光(guang)合固(gu)碳(tan)能(neng)力(li)、快(kuai)速(su)生物(wu)質積(ji)累特性(xing)及高(gao)附(fu)加(jia)值產(chan)物合成(cheng)潛(qian)力(li)，被(bei)視(shi)為生物能(neng)源(yuan)開發與工業(ye)碳(tan)捕獲的(de)理想(xiang)載體(ti)。然而，傳(chuan)統微藻(zao)培養體(ti)系(xi)受(shou)限(xian)於(yu)光合作(zuo)用效(xiao)率(lv)的(de)天(tian)然瓶頸(jing)——包括(kuo)光(guang)能(neng)吸(xi)收(shou)範(fan)圍狹(xia)窄、光系(xi)統II（PSII）電(dian)子(zi)傳遞速(su)率(lv)不(bu)足，以及(ji)卡(ka)爾文(wen)循環中(zhong)Rubisco酶固(gu)碳(tan)活(huo)性(xing)低下(xia)等問題，導(dao)致(zhi)其規模(mo)化應用(yong)面(mian)臨(lin)經(jing)濟性(xing)與產(chan)能(neng)的(de)雙(shuang)重(zhong)制約。

近(jin)年來，納(na)米材料憑(ping)借其光物理化學性(xing)質，可(ke)精準(zhun)調控(kong)光(guang)合作(zuo)用的(de)關鍵步(bu)驟(zhou)：通(tong)過(guo)拓(tuo)寬(kuan)光(guang)吸收(shou)光譜(pu)範(fan)圍增(zeng)強光捕(bu)獲效率(lv)，通(tong)過(guo)介導電(dian)子(zi)傳遞鏈降低光(guang)系(xi)統間的(de)能(neng)量(liang)損(sun)耗，通(tong)過(guo)仿(fang)生礦(kuang)化策略優(you)化CO₂傳遞與(yu)固(gu)定(ding)路徑(jing)。例如(ru)，石墨(mo)烯量(liang)子(zi)點（GQDs）可通(tong)過(guo)π-π共軛(e)結(jie)構與(yu)PSII反應中(zhong)心(xin)色素(su)分子(zi)耦合，加(jia)速(su)光生(sheng)電(dian)荷(he)分離(li)；金屬氧(yang)化物(wu)納(na)米顆(ke)粒（如(ru)TiO₂、CeO₂）則可(ke)通(tong)過(guo)表(biao)面(mian)氧(yang)空位(wei)調控(kong)活(huo)性(xing)氧（ROS）平衡(heng)，緩(huan)解(jie)光抑制(zhi)效應。

光作(zuo)為藻(zao)類利(li)用(yong)能(neng)量(liang)的(de)主(zhu)要形式，是(shi)影(ying)響(xiang)微藻(zao)生長的(de)最重(zhong)要因素(su)之壹。 光能(neng)通(tong)過(guo)光(guang)合系(xi)統中的(de)光(guang)合色(se)素(su)（包(bao)括(kuo)葉(ye)綠(lv)素(su)、類胡(hu)蘿(luo)蔔(bu)素(su)和藻(zao)膽蛋(dan)白）被(bei)吸(xi)收(shou)與傳(chuan)遞。然而，這些色(se)素(su)對(dui)白(bai)光的(de)吸(xi)收(shou)範(fan)圍最多(duo)僅覆(fu)蓋10%。作(zuo)為主(zhu)要光合色(se)素(su)，葉(ye)綠(lv)素(su)a和b僅對(dui)藍(lan)光（450–480 nm）和紅(hong)光(guang)（605–700 nm）具有雙重(zhong)吸收(shou)峰，為(wei)了(le)太(tai)陽能(neng)利(li)用率(lv)，開發高性(xing)能(neng)光(guang)轉換(huan)材料以(yi)提高(gao)紅(hong)藍(lan)光吸收(shou)效率(lv)，或利(li)用其他波長的(de)光(guang)線(xian)促(cu)進(jin)生長(chang)，可(ke)能(neng)成(cheng)為可(ke)行策略。本(ben)綜述(shu)總結(jie)了納(na)米材料通(tong)過(guo)提高(gao)光(guang)合利(li)用(yong)效率(lv)和去除(chu)活(huo)性(xing)氧的(de)潛(qian)力(li)來(lai)增(zeng)強(qiang)微藻(zao)生長，包(bao)括(kuo)增(zeng)加(jia)藍(lan)光和紅(hong)光(guang)的(de)吸(xi)收(shou)、近(jin)紅(hong)外光的(de)光(guang)譜(pu)轉化、紫(zi)外光的(de)光(guang)譜(pu)轉化等(deng)來增(zeng)強(qiang)光(guang)能(neng)利(li)用效(xiao)率(lv)。

根(gen)據(ju)以(yi)上實驗(yan)研究表(biao)明(ming)，高(gao)光譜(pu)技術、葉(ye)綠(lv)素(su)熒(ying)光(guang)技術能(neng)夠(gou)全(quan)面(mian)評估(gu)植物/微藻(zao)的(de)光(guang)能(neng)利(li)用效(xiao)率(lv)、光合作(zuo)用效(xiao)率(lv)等，同時(shi)可以(yi)實現對納(na)米材料的(de)光(guang)學性(xing)質檢(jian)測，另外高光譜(pu)技術還可(ke)高通(tong)量(liang)篩選(xuan)發射光(guang)譜(pu)與(yu)葉(ye)綠(lv)體(ti)吸收(shou)光譜(pu)相(xiang)匹配的(de)納(na)米材料，為(wei)納(na)米技術在農(nong)業領域(yu)、生(sheng)物(wu)質(zhi)能(neng)源(yuan)領域(yu)的(de)應用(yong)提供了(le)強有力(li)的(de)工具(ju)。

Fluortron多(duo)功(gong)能(neng)高(gao)光譜(pu)成(cheng)像系(xi)統具有多(duo)激(ji)發光葉(ye)綠(lv)素(su)熒(ying)光(guang)高光(guang)譜(pu)成(cheng)像分析、UV-MCF紫外光激發生物(wu)熒光(guang)高(gao)光(guang)譜(pu)成(cheng)像分析、（反射(she)光(guang)）高(gao)光譜(pu)成(cheng)像分析等多(duo)重(zhong)功能(neng)，同時(shi)具備(bei)非(fei)接觸、無損(sun)傷(shang)、實時(shi)性(xing)強、信息(xi)量(liang)豐(feng)富(fu)等(deng)特點，可對(dui)納(na)米材料、微藻(zao)（小球藻(zao)）等進(jin)行全(quan)面(mian)的(de)光(guang)譜(pu)解(jie)析。能(neng)夠(gou)實現微藻(zao)（如(ru)小球藻(zao)）濃度(du)測量(liang)、材料的(de)光(guang)學特征性(xing)質研究、反(fan)映(ying)材料對(dui)光合反(fan)應中(zhong)心(xin)PSⅠ、PSⅡ的(de)影(ying)響(xiang)等(deng)目標，可(ke)結(jie)合葉(ye)綠(lv)素(su)熒(ying)光(guang)技術，探索(suo)納(na)米材料促(cu)進(jin)微藻(zao)（小球藻(zao)）光合作(zuo)用機(ji)制(zhi)。

其他(ta)藻(zao)類研究技術

l 藻(zao)類葉(ye)綠(lv)素(su)熒(ying)光(guang)測量(liang)與(yu)監(jian)測

l 藻(zao)類葉(ye)綠(lv)素(su)熒(ying)光(guang)成像(xiang)與高(gao)光(guang)譜(pu)成(cheng)像

l FKM多(duo)光(guang)譜(pu)熒(ying)光動(dong)態顯微成(cheng)像(xiang)技術

l 藻(zao)類培(pei)養(yang)與在(zai)線(xian)監(jian)測/光養(yang)生(sheng)物(wu)反應器技術

參考(kao)文(wen)獻：

[1]Yuan X ,Gao X ,Liu C , et al.Application of Nanomaterials in the Production of Biomolecules in Microalgae: A Review[J].Marine Drugs,2023,21(11):594-.

[2] Pereira F, Vicente A A, Vaz F, et al. Influence of plasmonic thin-film-coated photobioreactors on microalgal biomass composition[J]. ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 2025.

[3] Li, W.; Wu, S.S.; Zhang, H.R.; Zhang, X.J.; Zhuang, J.L.; Hu, C.F.; Liu, Y.L. Enhanced biological photosynthetic efficiency using light-harvesting engineering with dual-emissive carbon dots.Adv. Funct. Mater.2018,28, 1804004.

[4] Bernhardt, J.R., Sunday, J.M., O’Connor, M.I., 2017. An empirical test of the temperature dependence of carrying capacity. bioRxiv, 210690.