从藻类中提炼石油,助力生物燃料发展

2019-12-26 674藻类

日本一个研究小组揭示了微藻细胞内合成石油的机理。从藻类中提炼石油,助力生物燃料发展。这些发现发表在4月4日的《科学报告》上。

这项研究是由来自神户大学科学技术与创新研究生院的HASUNUMA Tomohisa教授和学术研究员KATO Yuichi领导的一个小组进行的。

研究背景

20世纪石油化工行业发展迅速,导致全球范围内的化石资源枯竭和气候变化。为了解决这些问题,实现一个可持续和环保的社会,我们必须利用可再生的生物质,如植物和藻类。

地球上的生物量大约是我们目前消耗能量的10倍。这些生物量中大约有一半生长在水生环境中,而微藻等海洋生物质能在不消耗耕地和饮用水的情况下生产石油。

微藻可以在光、水、二氧化碳和少量矿物质的作用下生长,它们的细胞分裂得很快,这意味着它们比陆地生物群落收获得更快。藻类也可以全年收获,可能提供更稳定的能源供应。

许多种类的藻类能够产生大量的油脂,但这是研究人员首次在分子水平上捕捉到藻类细胞产生油脂时发生的代谢变化。

从藻类中提炼石油,助力生物燃料发展

Hasunuma教授的团队在研究海洋微藻时发现,衣藻sp. JSC4是一种新发现的绿藻,它生长速度快,脂质含量高。研究小组开发了一种名为“动态代谢图谱”的分析方法,并利用它来分析JSC4,发现这种物种是如何在其细胞内产生油的。

Hasunuma教授的团队用二氧化碳作为唯一的碳源培育JSC4。培养开始后4天,超过55%的细胞重量由碳水化合物(主要是淀粉)组成。当盐水占培养液的1-2%时,团队发现碳水化合物减少,油增加,培养开始7天后,超过45%的细胞重量变成了油。

JSC4具有较高的细胞生长速率,培养液中脂质生成速率大大超过了以往的实验。在培养初期,细胞内观察到淀粉颗粒,但在盐水中这些颗粒消失,可见大量的油滴。

通过动态代谢图谱,研究小组发现糖的生物合成途径(在产生淀粉时被激活)变慢了,该途径被激活以合成油类的组成成分三酰基甘油。换句话说,海水的加入改变了从淀粉生产到石油生产的途径。他们还阐明,在盐水溶液中,一种分解淀粉的酶的激活增加了。

研究意义

藻类中提炼石油,助力生物燃料发展。这一代谢机制的发现不仅是一个重要的生物学发现,而且可以通过改进藻类的培养方法来提高生物燃料的产量。基于这些发现,该团队将继续寻找通过开发更有效的种植方法和通过基因工程来增加可持续石油产量的方法。

引用

Kobe University. "Making oil from algae: Towards more efficient biofuels." ScienceDaily. ScienceDaily, 19 April 2017.
www.sciencedaily.com/releases/2017/04/170419093146.htm.

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