碳增加了藻类的油生产

藻类衣藻的共焦图像

藻类衣原体的共聚焦图像显示油滴积聚(金色点)。红色代表叶绿素自发荧光。

通过给藻类喂食更多的碳,布鲁克海文国家实验室的科学家们增加了这些微生物的整体新陈代谢,导致随着这些微生物的持续生长,石油产量也随之增加。

厄普顿,纽约——美国能源部布鲁克海文国家实验室的科学家们推翻了两种长期以来对藻类产油的误解,他们表示,通过给微生物喂食更多的碳来提高它们的整体新陈代谢,可以在藻类继续生长的同时增加石油产量。结果- - - - - -这篇论文于2012年5月28日在线发表在《植物与细胞生理学》杂志上- 可能指向新的方式将光合绿藻变成微小的“绿色工厂”,用于生产替代燃料的原料。

“我们对藻类感兴趣,因为它们非常迅速地生长,可以将二氧化碳有效地转化为淀粉和油等碳链分子,”纸张的牵头作者Crookhaven Biogart Chang Cheng Xu说。含有淀粉的能量密度的八倍,特别是藻类油可以是制造生物柴油和其他可再生燃料的理想原料。

但将微型藻类转化为石油生产工厂存在一些问题。

首先,当微生物为了光合作用吸收二氧化碳时,它们优先将碳转化为淀粉,而不是油。“正常情况下,藻类产油非常少,”徐说。

藻类的培养被证明可以增加石油产量,以应对过量的碳。

Brookhaven研究人员Jilian Fan,Changugeng Xu,以及成都燕与藻类的培养,显示出响应过量碳的石油生产。

在目前的研究之前,科学家们知道提示支持石油产量的平衡是饿死某些关键营养素的藻类,如氮。石油产量会增加,但藻类将停止生长 - 不受欢迎的连续生产条件。

另一个问题是,科学家们对藻类中油脂生物化学的细节了解不多。yabovip2021布鲁克海文生物化学家约翰·尚克林(John Shanklin)说:“我们认为我们所知道的很多东西都是从对高等植物进行的研究中推断出来的。”尚克林是对植物油脂生产进行了广泛研究的合著者之一。最近的研究暗示了微生物藻类和它们更复杂的光合作用亲戚之间的巨大差异。

徐说:“我们的目标是尽可能了解所有影响藻类产油的因素,包括那些控制淀粉和油之间代谢转换的因素,看看我们能否在不阻止藻类生长的情况下将平衡转移到产油上。”

科学家们在各种营养条件下培养了莱茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)——一种藻类的“果蝇”——使用或不使用会限制特定生化途径的抑制剂。他们还研究了一种缺乏淀粉合成能力的突变衣藻。通过比较两种菌株在不同条件下随时间积累的石油量,他们能够了解为什么碳优先分解成淀粉而不是油,以及如何影响这个过程。

主要发现是将藻类喂养更多碳(以醋酸盐形式)迅速最大化淀粉的生产,以至于任何额外的碳被引入高档油生产的点。并且,最显着的是,在过量的碳条件下和没有营养剥夺的情况下,微生物在生产油时保持生长。

“这倾覆了以前举行的藻类生长和增加的石油产量相互排斥的教条,”徐说。

详细研究主要由Brookhaven Research Associates Jilian Fan和Chengshi Yan进行,表明碳的数量是确定产生多少油的关键因素:更多的​​碳导致更多的油;较少的碳有限公司生产。这是另一个意外,因为许多增加石油产量的方法都集中于酶参与生产脂肪酸和油的作用。在这项研究中,抑制酶产生对油输出影响不大。

Shanklin说:“这是藻类和高等植物之间巨大差异的一个例子。”

在植物中,直接参与油生物合成途径的酶是石油生产中的限制因素。在藻类中,限制步骤不在油脂生物合成本身,但进一步回到中央代谢。

徐指出,这与我们在人类新陈代谢中看到的情况并没有太大不同:摄入更多富含碳的碳水化合物会推动我们的新陈代谢,从而增加油脂(脂肪)的产生和储存。

徐说:“在某些方面,我们更像藻类而不是高等植物,这有点令人惊讶。”他指出,其他领域的科学家可能对这项研究揭示的代谢转换细节感兴趣。

但Brookhaven团队的下一步将在藻类和植物中的碳分区差异更加密切。这部分工作将由代谢助焊剂研究专家联合作者Jorg Schwender领导。该团队还将致力于将模型藻类物种中学到的内容翻译成有助于提高商业藻类菌株的产量为生物燃料生产的商业藻类产量的信息。

这项研究是由美国能源部科学办公室和能源部能源效率和可再生能源办公室资助的。

图片来源:布鲁克海文国家实验室

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