Microalgae are photosynthetic microorganisms that convert solar energy into chemical energy, which can be redirected physiologically to produce hydrogen (H2). Photosynthetic H2 production by microalgae has many advantages, such as CO2 sequestration; bioremediation of wastewater when it is used as culture medium to grow algal biomass; microalgae growth is not seasonal; cultures can be installed in nonarable lands; and depending on the microalgae species, valuable byproducts can be obtained [1].
H2 production by microalgae is classified into 2 categories: direct photolysis, when H2 is produced from electrons that arise from the water-splitting process of photosynthesis, and indirect photolysis, when H2 is produced from electrons that are derived from the carbohydrate catabolism [2]. In both processes, [Fe]-hydrogenase reduces the electrons to molecular H2 gas. However, hydrogenase expression and its activity are suppressed by oxygen (O2) that is produced by photosynthesis [3]. Thus, during direct photolysis, in addition to generating H2, microalgae produce O2 which in turn inhibits [Fe]-hydrogenase and thus, H2 production.
To address this incompatibility in simultaneous H2 and O2 production, some researchers have focused on identifying or improving genetically engineering microalgae with O2-torelant hydrogenases in which O2 is restricted from gaining access to the catalytic site [4]. Conversely, indirect photolysis is effected when O2 and H2 production are separated by time: oxygenic photosynthesis activity is decreased or inhibited, whereas mitochondrial respiration remains unchanged, consuming the O2 present. Under such conditions, there is a net consumption of O2 by the cells, establishing the anaerobic conditions required to express the O2-sensitive hydrogenase and to carry out H2 production. To alter the photosynthesis:respiration ratio in microalgae, researchers have proposed several strategies, such as the deprivation of sulfur nutrients that reversibly inhibits the PSII [5]; mutants that contain a truncated light-harvesting antenna to increase H2 production [6]; mutants with low sulfate permease activity, which limits sulfates from supplying the chloroplast, resulting in a sulfate-deprived cell phenotype [7]; and starch-over accumulating mutants when H2 production has improved [8]. Nevertheless, none of these methods has achieved commercial maturity.
Thus, simple and economical methods that foster a condition, known as “anaerobic oxygenic photosynthesis” must be developed, in which photosynthetic O2 is consumed as soon as it is released, creating conditions in which anaerobic H2 metabolism occurs [9]. Such O2 consumption would improve the H2 production because both processes—photosynthesis and carbohydrate catabolism—will donate electrons to the hydrogenase. To demonstrate this concept, reducing agents are used to decreasing the generated O2 by photosynthesis and to induce the anaerobic H2 production in microalgae, when photosynthesis and mitochondrial respiration occur simultaneously.
Various agents reduce dissolved O2 in culture media. Sodium sulfite is an inorganic salt with antioxidant and preservative properties, it is oxidized and converted into sodium sulfate and thus scavenge O2. Sulfites affect hydrogenase formation in cultures of Scenedesmus but not its activity [10]. Also, sodium sulfite and sodium bisulfite prevent the accumulation of photosynthetic O2 in Phaeodactylum tricornutum cultures [11]. Sodium thiosulfate is a reducing reagent that scavenges reactive O2 species (ROS) and protects Chlorella sp. and Chlorella sorokiniana cells [12] and [13]. Hydroquinone is a phenol that reacts with molecular O2 (auto-oxidation) in alkali solutions [14] and removes O2 from aqueous medium [15]. The rate of auto-oxidation is pH-dependent, occurring very rapidly at alkaline pH to yield a brown solution but very slowly in acidic medium. Its ecotoxicity is high (
สาหร่ายจะสังเคราะห์แสงจุลชีพที่แปลงพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานเคมีซึ่งสามารถเปลี่ยนเส้นทางเราผลิตไฮโดรเจน ( H2 ) ผลิต H2 การสังเคราะห์แสงของสาหร่ายขนาดเล็กมีข้อดีหลายประการ เช่น การสะสม CO2 ; การบำบัดน้ำเสียเมื่อมันถูกใช้เป็นอาหารเลี้ยงเชื้อเติบโตชีวมวลสาหร่าย ; การเจริญเติบโตสาหร่ายไม่ใช่ฤดูกาล วัฒนธรรมที่สามารถติดตั้งใน nonarable ดินแดน และขึ้นอยู่กับสาหร่ายขนาดเล็กชนิด สารที่มีคุณค่าได้ [ 1 ]ผลิตจากสาหร่ายขนาดเล็กแต่แบ่งออกเป็น 2 หมวดหมู่ : โฟโตไลซิส โดยตรง เมื่อ H2 ที่ผลิตจากอิเล็กตรอนที่เกิดขึ้นจากน้ำแตกกระบวนการสังเคราะห์แสง และโฟโตไลซิสทางอ้อมเมื่อ H2 ที่ผลิตจากอิเล็กตรอนที่ได้จากกระบวนการสลายคาร์โบไฮเดรต [ 2 ] ทั้งในกระบวนการ [ Fc ] - ไฮโดรจีเนสลดก๊าซ H2 อิเล็กตรอนโมเลกุล อย่างไรก็ตาม การแสดงออกไฮโดรจีเนสและกิจกรรมของปราบโดยออกซิเจน ( O2 ) ที่ผลิตโดยกระบวนการสังเคราะห์แสง [ 3 ] ดังนั้น ในโฟโตไลซิสโดยตรง นอกเหนือจากการสร้าง Server ผลิต H2 O2 ซึ่งจะยับยั้ง [ O ] - ไฮโดรจีเนสและ จึง ผลิต H2 .ที่อยู่ : H2 และ O2 พร้อมกันในการผลิตนักวิจัยบางคนเน้นในการระบุหรือการปรับปรุงพันธุกรรมสาหร่ายกับ O2 O2 torelant hydrogenases ซึ่งถูก จำกัด จากการเข้าถึงการเว็บไซต์ [ 1 ] ในทางกลับกัน โฟโตไลซิสทางอ้อมจะมีผลต่อเมื่อ O2 และ H2 ผลิตโดยแยกเวลา : กิจกรรมการสังเคราะห์แสง oxygenic ลดลงหรือยับยั้งการหายใจของไมโตคอนเดรีย ยังคงไม่เปลี่ยนแปลง ในขณะที่การบริโภค O2 ปัจจุบัน ภายใต้เงื่อนไขดังกล่าว มีปริมาณของ O2 โดยเซลล์สุทธิ การใช้เงื่อนไขต้องแสดงไฮโดรจีเนสที่มี O2 และดำเนินการผลิต H2 . การเปลี่ยนอัตราส่วนในการหายใจ การสังเคราะห์แสง : สาหร่าย นักวิจัยได้เสนอหลายกลยุทธ์ เช่น การสูญเสียของกำมะถันธาตุอาหารที่ซึ่งพลิกกลับได้ยับยั้ง psii [ 5 ] ; กลายพันธุ์ที่ประกอบด้วยแสงเก็บเกี่ยวปลายเสาอากาศเพื่อเพิ่มการผลิต H2 [ 6 ] ; กลายพันธุ์กับกิจกรรม permease ซัลเฟตต่ำซึ่ง จำกัด การจากการจัดหาคลอ ) ในเซลล์ที่มีซัลเฟตเปลื้อง [ 7 ] ; และแป้งไปสะสมเมื่อมีการปรับปรุงสายพันธุ์ผลิต H2 [ 8 ] แต่ไม่มีวิธีการเหล่านี้ได้บรรลุวุฒิภาวะเชิงพาณิชย์ดังนั้น วิธีที่ง่ายและประหยัด ให้เกิดสภาพที่เรียกว่า " การสังเคราะห์แสง oxygenic anaerobic " ต้องพัฒนา ซึ่งในการสังเคราะห์แสง O2 จะบริโภคทันทีที่มันถูกปล่อยออกมา การสร้างสภาวะที่ระบบการเผาผลาญ H2 เกิดขึ้น [ 9 ] เช่น การบริโภคจะเพิ่มการผลิต H2 O2 เพราะทั้งกระบวนการสังเคราะห์แสง และ catabolism คาร์โบไฮเดรตจะบริจาคอิเล็กตรอนกับไฮโดรจีเนส . เพื่อแสดงให้เห็นถึงแนวคิดนี้ ตัวแทนจะใช้เพื่อลดการสร้างออกซิเจนจากการสังเคราะห์แสงและเพื่อก่อให้เกิดการผลิต H2 anaerobic ในสาหร่ายการสังเคราะห์แสงและการหายใจของไมโตคอนเดรียเมื่อเกิดขึ้นพร้อมกันตัวแทนต่าง ๆลดละลาย O2 ในสื่อวัฒนธรรม โซเดียมซัลไฟต์ เป็นเกลือที่มีคุณสมบัติต้านอนุมูลอิสระและสารกันบูด มันสลายตัวและเปลี่ยนเป็นโซเดียม ซัลเฟต และจึงหา O2 . กำมะถันมีผลต่อการพัฒนาไฮโดรจีเนสในวัฒนธรรมของซีนเดสมัส แต่ไม่ใช่กิจกรรม [ 10 ] และโซเดียมซัลไฟต์ และ โซเดียมไบซัลไฟต์ ป้องกันการสะสมของการสังเคราะห์แสง O2 ใน phaeodactylum tricornutum วัฒนธรรม [ 11 ] โซเดียมไทโอซัลเฟตเป็นรีเอเจนต์ที่อย่างมีนัยสำคัญลดปฏิกิริยา ( ROS ) O2 ชนิดสาหร่ายและสาหร่าย Chlorella sp . และ ปกป้องเซลล์ sorokiniana [ 12 ] และ [ 13 ] ไฮโดรควิโนนเป็นฟีนอลที่ทำปฏิกิริยากับโมเลกุลออกซิเจน ( อัตโนมัติออกซิเดชัน ) ในสารละลายอัลคาไลน์ [ 14 ] และเอา O2 จากกลางน้ำ [ 15 ] อัตราอัตโนมัติออกซิเดชันคือ pH ขึ้นอยู่กับที่เกิดขึ้นอย่างรวดเร็วมากในสารละลายด่าง pH ผลผลิตน้ำตาลแต่ช้ามากในอาหารที่เป็นกรด ของ ecotoxicity สูง ( < 1 มิลลิกรัม / ลิตร สำหรับสัตว์น้ำ ) ชนิดที่แตกต่างกันระหว่างระบบยู ชนิดไวต่อแสง [ 16 ] ส่วนสาหร่ายสีเขียวชนิด , ยีสต์ , เชื้อรา , และพืชทนไฟ [ 17 ] ผลยับยั้งของสารประกอบฟีนอล เช่น ลิกนิน ปรากฏเป็น algistatic มากกว่า algicidal [ 18 ] ; ดังนั้น ไฮโดรควิโนน อาจมีผลที่คล้ายกันใน Serverสาหร่ายวัฒนธรรมในการทำหน้าที่เป็นสารต้านอนุมูลอิสระที่หาตัวแทนรอส ปกป้องเซลล์กับพวกเขา [ 19 ] ตัวอย่างทั่วไปของสารต้านอนุมูลอิสระในสิ่งมีชีวิตที่เป็นพืช ได้แก่ สี โลหะ สารซัลไฟต์ , 8-12 , และกรดแอสคอร์บิก [ 20 ] และ [ 21 ] ซีสเตอีนเป็น reducing agent ที่ใช้เตรียมใช้สื่อสำหรับการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์บำบัดอย่างเคร่งครัด [ 22 ] กรดอะมิโนที่มีคุณสมบัติลด ประกอบกับขนาดของกลุ่ม ซึ่งมีปฏิกิริยากับขนาดกลุ่มของกรดอะมิโนอื่นเพื่อสร้างพันธะไดซัลไฟด์อิสระ , 2H + ที่ทำปฏิกิริยากับ O2 ในรูปแบบน้ำ กลุ่มไทออลช่วยให้เซลล์ที่จะต่อสู้กับความเครียดออกซิเดชันโดยการจับ reactive O2 ชนิด
การแปล กรุณารอสักครู่..