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来自植物界的“石油”,利用光合作用就能合成

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日本海洋研究开发机构地球环境部门的原田尚美部长与丰桥技术科学大学应用化学与生命工学系的广濑侑助教和生理学研究所生体分子结构研究部门的村田和义特聘教授共同宣布,已确认在北冰洋科研航海中采集的一种定鞭藻类浮游植物 “Dicrateria rotunda” 具有与石油相当的饱和碳氢化合物合成能力。

这是通过对该浮游植物进行分离和培养并调查碳氢化合物的成分后发现的。人类发现能合成碳原子数为10~38、与石油相当的碳氢化合物的生物尚属首次。该成果有助于实现生物燃料开发。

根据多张Dicrateria rotunda北冰洋藻株ARC1电子显微镜图像重建的三维结构。这种藻类有两个叶绿体,利用两根鞭毛游动。

研究团队2013年利用海洋地球研究船“未来号”开展北冰洋科研航海,目的是调查随着北冰洋的海冰减少,生长在白令海的一种定鞭藻(赫氏圆石藻:Emiliania huxleyi)是否进入了北冰洋并开始在那里繁殖,未来号于8月至10月在楚科奇海(北纬70度0分6秒,西经168度44分96秒处)采集了浮游植物群。对于可以分离培养的浮游植物,通过进行分离培养分别进行了详细调查。

由此发现其中的Dicrateria rotunda北冰洋藻株ARC1合成了碳原子数为10~38的一系列饱和碳氢化合物。这些成分与汽油(碳原子数为10~15)、柴油(碳原子数为16~20)和燃料油(碳原子数为21以上)基本相同。

该藻属还广泛分布于太平洋和大西洋等其他海域。因此研究团队又针对日本和法国收集保存的浮游植物中的10种同属品种调查了碳氢化合物的成分。

确认11个品种全部具有合成能力

研究发现,包括Dicrateria rotunda在内的11个品种全部具有合成碳原子数为10~38的一系列碳氢化合物的能力。还发现这些藻株的特点是,能更多地合成碳原子数为10和11的短碳数饱和碳氢化合物。

此外,研究团队还利用北冰洋藻株ARC1,改变光、温度和氮营养盐浓度等条件,调查了产生的碳氢化合物量的变化。研究发现,当光合作用停止的黑暗条件和缺乏氮营养盐的条件下,Dicrateria rotunda 的细胞体积会缩小,饱和碳氢化合物的总量增加5倍左右。

一般来说,饱和碳氢化合物被作为能量储存时,在无法进行光合作用的黑暗条件下会被消耗,细胞内的含量会下降,但 Dicrateria rotunda 在黑暗条件下一系列的饱和碳氢化合物量会增加。这表明它不具备能量储存物质的功能。

据近年来的研究报告,在蓝藻(光合细菌)中,碳原子数为15-19的饱和碳氢化合物通过积累在叶绿体的类囊体膜和细胞膜中来提高灵活性。北极藻株ARC1被认为可能也是通过在压力条件下提高灵活性来防止细胞和叶绿体缩小的。

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