短期光抑制诱导小球藻在完全培养基中长期光解产氢的研究

来自俄罗斯的研究人员通过将小球藻(Chlorella sorokiniana)固定于藻酸盐中，在完全矿质培养基上开展光自养条件下长期产氢研究。通过1000 μmol photons m?2?s?1强光预处理30分钟抑制光合活性后，在40 μmol/(m2?s)光照下实现持续产氢：无氩气保护时产氢9天(0.1 mol H2/m2)，氩气环境下可持续51天(0.55 mol H2/m2)。研究发现该体系能在16% O2条件下产氢，揭示了光抑制与线粒体/叶绿体耗氧途径激活的协同作用，为生物制氢技术突破提供新思路。

　　

这项突破性研究首次展示了固定于藻酸盐的小球藻(Chlorella sorokiniana)在完全矿质培养基中的"光开关"现象：通过1000 μmol photons m^?2?s^?1强光预处理30分钟实现短期光抑制后，竟能在常规光照条件(40 μmol/(m²?s))下开启长达51天的马拉松式产氢之旅。

研究团队设计了两组对照实验：普通空气环境下，这些"微型氢能工厂"持续运转9天，累计产出0.1 mol H₂/m²；而当通入氩气创造无氧环境时，产氢续航力暴增5倍，总产量达到0.55 mol H₂/m²。更令人惊讶的是，这些藻类在16%氧气浓度下仍保持产氢能力，暗示着光抑制可能激活了线粒体和叶绿体的双重耗氧机制。

深入机制研究发现，这些"光合特工"展现出独特的适应策略：电子传递链(ETC)速率下降的同时，光系统II(PSII)天线尺寸增大，并发展出非光化学淬灭(NPQ)保护机制，使PSII活性维持在理想范围(Fv/Fm=0.4-0.6)。通过特异性抑制剂实验揭开了产氢途径的动态变化：二氯苯基二甲脲(DCMU)实验显示PSII对氢化酶反应的贡献从首日的30%提升至第四日的50%；而添加二溴百里香醌(DBMIB)则使产氢效率骤降90%，证实了质体醌(PQ)库在电子传递中的核心作用。

这项研究为破解"光合作用-产氢代谢"的耦联机制提供了新范式，通过巧妙的"先抑制后激活"策略，使微藻在常规培养条件下实现持续生物制氢，为清洁能源开发开辟了崭新路径。