光驱动Pseudomonas stutzeri-CdS半人工光合系统固氮产氨效果与机制

摘要：

基于微生物-半导体的半人工光合系统能高选择性、高效地利用太阳能驱动微生物固碳、产氢及反硝化,受到了广泛的关注.然而,利用半人工光合系统驱动微生物固氮产氨却鲜见报道.本研究成功构建了Pseudomonas stutzeri-CdS(P.stutzeri-CdS)半人工光合系统,其具有捕获光能并还原N2成氨的能力.光照时,CdS产生的光电子传递至胞内,参与P.stutzeri固氮过程.结果显示,光照5天后,P.stutzeri-CdS系统中NH4+的产量达(2.03±0.07) mg/L,是对照组的2.91～7.37倍.光照系统表现出了明显的乙炔还原酶活性,产生的乙烯量是对照组的6.2～100倍,证明了P.stutzeri-CdS光照过程中的固氮酶活性.同时,实时荧光定量PCR技术进一步证实了光照时,P.stutzeri-CdS中固氮酶基因nifA,nifD,nifH, nifK的相对表达丰度呈显著上调(1.41～2.35).蛋白酶K添加处理实验表明,该系统中胞外光电子传递至胞内不依赖于胞外蛋白,可能为小分子氧化还原介体介导的传递过程.本研究为发展高效、经济、绿色的氨生产提供了一种新思路,为理解自然界的氮循环过程提供新视角.

关键词：半人工光合系统、生物固氮、太阳能、Pseudomonas stutzeri、硫化镉(CdS)

所属期刊栏目：51

分类号：O643;X703.1;Q936

资助基金：国家自然科学基金;国家自然科学基金

在线出版日期：2021-05-28（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共11页

页码：435-445