蓝藻的作用用途

蓝藻是最早的光合放氧生物,对地球表面从无氧的大气环境变为有氧环境起了巨大的作用。有不少蓝藻(如鱼腥藻)可以直接固定大气中的氮(原因:含有固氮酶,可直接进行生物固氮),以提高土壤肥力,使作物增产。还有的蓝藻为人们的食品,如著名的发菜和普通念珠藻(地木耳)、螺旋藻等。
据物理学家组织网报道,美国加州大学戴维斯分校的化学家通过基因工程对蓝藻进行了改造,使其能生产出丁二醇,这是一种用于制造燃料和塑料的前化学品,也是生产生物化工原料以替代化石燃料的第一步。相关论文发表在2013年1月7日的美国《国家科学院学报》上。
论文领导作者、加州大学戴维斯分校化学副教授渥美翔太(音译)说:“大部分化学原材料都是来自石油和天然气,我们需要其他资源。”美国能源部已经定下目标,到2025年要有1/4的工业化学品由生物过程产生。
生物反应都会形成碳—碳键,以二氧化碳为原料,利用阳光供给能量来反应,这就是光合作用。蓝藻以这种方式在地球上已经生存了30多亿年。用蓝藻来生产化学品有很多好处,比如不与人类争夺粮食,克服了用玉米生产乙醇的缺点。但要用蓝藻作为化学原料也面临一个难题,就是产量太低不易转化。
研究小组利用网上数据库发现了几种酶,恰好能执行他们正在寻找的化学反应。他们将能合成这些酶的DNA(脱氧核糖核酸)引入了蓝藻细胞,随后逐步地构建出了一条“三步骤”的反应路径,能使蓝藻将二氧化碳转化为2,3丁二醇,这是一种用于制造涂料、溶剂、塑料和燃料的化学品。
渥美翔太说,由于这些酶在不同生物体内可能有不同的工作方式。在实验测试之前,无法预测化学路径的运行情况。经过3个星期的生长后,每升这种蓝藻的培养介质能产出2.4克2,3丁二醇——这是迄今将蓝藻用于化学生产所达到的最高产量,对商业开发而言也很有潜力。
渥美翔太的实验室正在与日本化学制造商旭化成公司合作,希望能继续优化系统,进一步提高产量,并对其他产品进行实验,同时探索该技术的放大途径。

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