金屬有機框架材料可提高光合作用固碳效率

2023-09-12 10:15:12


(資料圖)

在自然光合作用中,植物利用太陽(yáng)光、水、二氧化碳合成生物質(zhì)。但是,植物的光合作用效率主要受到光照質(zhì)量和二氧化碳捕集與傳輸方面因素的限制,制約了光合作用合成生物質(zhì)的效率。近日,中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所李燦院士、副研究員王旺銀等在提高微藻光合作用固碳方面取得了新進(jìn)展。團隊發(fā)現利用金屬有機框架材料(MOFs)直接空氣捕集二氧化碳與生物碳濃縮耦合機制,強化了環(huán)境到細胞的二氧化碳傳質(zhì),微藻光合作用固碳效率由5.1%提高至9.8%。相關(guān)成果發(fā)表在《自然—通訊》上。

李燦研究團隊前期通過(guò)添加胞外人工電子梭,提高了光吸收飽和點(diǎn),解除了光抑制,并在光合細胞內引入納米金,研究了暗反應固碳酶催化的限制因素。而目前,在大氣水平二氧化碳濃度下,如何捕集濃縮二氧化碳并高效傳輸到Rubisco酶提高固碳反應動(dòng)力學(xué),仍然是植物光合作用研究領(lǐng)域的挑戰課題。

提高效率示意圖。大連化物所供圖

本工作中,研究者提出了化學(xué)與生物雜合的策略,在光合微藻表面自組裝多孔材料MOFs,實(shí)現了二氧化碳的直接空氣捕集與生物轉化。研究發(fā)現,MOF材料通過(guò)靜電作用在小球藻表面自組裝,將空氣中的二氧化碳捕獲并富集在微藻細胞,使微藻光合放氧速率對二氧化碳的親和力提高了82%。團隊通過(guò)酶動(dòng)力學(xué)實(shí)驗發(fā)現,小球藻分泌的胞外碳酸酐酶可將MOFs捕集的二氧化碳水合為碳酸氫根,生物膜上的轉運蛋白將碳酸氫根運輸到葉綠體中的蛋白核內,從而提升了小球藻Rubisco酶周?chē)亩趸紳舛?。該效應誘導固碳關(guān)鍵酶Rubisco的表達量提高,加快了小球藻光合固碳速率。而MOFs捕集二氧化碳的功能使得微藻細胞在強化暗反應的同時(shí),也緩解了光反應在光脅迫下遭受的抑制。光能到生物質(zhì)的表觀(guān)轉化效率從5.1%提高至9.8%。

該策略是人工方法改進(jìn)自然光合作用的一個(gè)新嘗試。

相關(guān)論文信息:https://doi.org/10.1038/s41467-023-40839-0

標簽:

關(guān)閉
新聞速遞