Везде

ОБНБиохимия Biochemistry

  • ISSN (Print) 0320-9725
  • ISSN (Online) 3034-5294

КРАТКОВРЕМЕННОЕ ФОТОИНГИБИРОВАНИЕ ИНДУЦИРУЕТ ДЛИТЕЛЬНОЕ ФОТООБРАЗОВАНИЕ ВОДОРОДА У ФОТОТРОФНОЙ КУЛЬТУРЫ Chlorella sorokiniana НА ПОЛНОЙ СРЕДЕ

Вы можете
Код статьи
S30345294S0320972525070105-1
DOI
10.7868/S3034529425070105
Тип публикации
Статья
Статус публикации
Опубликовано
Авторы
Волгушева А.А.
  • Аффилиация: Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
Антал Т.К.
  • Аффилиация: Псковский государственный университет
Том/ Выпуск
Том 90 / Номер выпуска 7
Страницы
1018-1027
Аннотация
В работе впервые показана способность иммобилизованной в альгинате культуры Chlorella sorokiniana к длительному образованию водорода (H) при культивировании в строго фотоавтотрофных условиях на полной минеральной среде. Для снижения фотосинтетической активности иммобилизованные клетки предварительно инкубировали в течение 30 минут при высокой интенсивности света (1000 мкмоль фотонов м с). Способность к образованию H оценивали при освещении 40 мкмоль фотонов м с. Культура, не барботированная аргоном, выделяла H в течение 9 дней, общий выход газа составил 0,1 моль H/м. В атмосфере аргона выделение H продолжалось 51 день, а общий выход увеличился до 0,55 моль H/м. Иммобилизованная культура была способна к продукции H при 16%-ном содержании O в газовой фазе, что может быть связано с эффектами фотоингибирования и активации путей поглощения кислорода в митохондриях и хлоропластах. Анализ функционирования электрон-транспортной цепи в клетках микроводоросли выявил снижение скорости электронного транспорта, увеличение размера антенны фотосистемы 2 (ФС2) и развитие процессов нефотохимического тушения, при этом активность ФС2 оставалась умеренно высокой (Fv/Fm = 0,4–0,6). Ингибиторный анализ с использованием 10 M DCMU показал, что вклад ФС2 в гидрогеназную реакцию увеличивался от 30% в первый день эксперимента до 50% к четвёртому дню. При этом добавление 10 M DBMIB приводило к 90%-ному снижению скорости образования H как на первый, так и на четвёртый день.
Ключевые слова
зелёные микроводоросли первичные реакции фотосинтеза фотообразование водорода фотоингибирование гидрогеназа
Дата публикации
04.02.2026
Год выхода
2026
Всего подписок
0
Всего просмотров
56

Библиография

  1. 1. Kalamaras, C. M., and Efstathiou, A. M. (2013) Hydrogen production technologies: current state and future developments, Conf. Papers Energy, 6, 1-9, https://doi.org/10.1155/2013/690627.
  2. 2. Kosourov, S., Böhm, M., Senger, M., Berggren, G., Stensjö, K., Mamedov, F., Lindblad, P., and Allahverdiyeva, Y. (2021) Photosynthetic hydrogen production: Novel protocols, promising engineering approaches and application of semisynthetic hydrogenases, Physiol. Plant., 173, 555-567, https://doi.org/10.1111/ppl.13428.
  3. 3. Tsygankov, A. A. (2007) Biological generation of hydrogen, Russ. J. Gen. Chem., 77, 685-693, https://doi.org/10.1134/S1070363207040317.
  4. 4. Antal, T. K., Krendeleva, T. E., and Rubin, A. B. (2011) Acclimation of green algae to sulfur deficiency: underlying mechanisms and application for hydrogen production, Appl. Microbiol. Biotechnol., 89, 3-15, https://doi.org/10.1007/s00253-010-2879-6.
  5. 5. Volgusheva, A., Styring, S., and Mamedov, F. (2013) Increased photosystem II stability promotes H2 production in sulfur-deprived Chlamydomonas reinhardtii, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 110, 7223-7228, https://doi.org/10.1073/pnas.1220645110.
  6. 6. Antal, T., Petrova, E., Slepnyova, V., Kukarskikh, G., Volgusheva, A., Dubini, A., and Rubin, A. B. (2020) Photosynthetic hydrogen production as acclimation mechanism in nutrient-deprived Chlamydomonas, Algal Res., 49, 101951, https://doi.org/10.1016/j.algal.2020.101951.
  7. 7. Liran, O., Semyatich, R., Milrad, Y., Eilenberg, H., Weiner, I., and Yacoby, I. (2016) Microoxic niches within the thylakoid stroma of air-grown Chlamydomonas reinhardtii protect [FeFe]-hydrogenase and support hydrogen production under fully aerobic environment, Plant Physiol., 172, 264-271, https://doi.org/10.1104/pp.16.01063.
  8. 8. Kosourov, S., Jokel, M., Aro, E. M., Allahverdiyeva, Y. (2018) A new approach for sustained and efficient H2 photoproduction by Chlamydomonas reinhardtii, Energy Environ. Sci., 11, 1431-1436, https://doi.org/10.1039/C8EE00054A.
  9. 9. Milrad, Y., Schweitzer, S., Feldman, Y., and Yacoby, I. (2018) Green algal hydrogenase activity is outcompeted by carbon fixation before inactivation by oxygen takes place, Plant Physiol., 177, 918-926, https://doi.org/10.1104/pp.18.00229.
  10. 10. Hwang, J. H., Kim, H. C., Choi, J. A., Abou-Shanab, R. A. I., Dempsey, B. A., Regan, J. M., Kim, J. R., Song, H., Nam, I. H., Kim, S. N., Lee, W., Park, D., Kim, Y., Choi, J., Ji, M. K., Jung, W., and Jeon, B. H. (2014) Photoautotrophic hydrogen production by eukaryotic microalgae under aerobic conditions, Nat. Commun., 5, 3234, https://doi.org/10.1038/ncomms4234.
  11. 11. Melis, A., Zhang, L., Forestier, M., Ghirardi, M. L., and Seibert, M. (2000) Sustained photobiological hydrogen gas production upon reversible inactivation of oxygen evolution in the green alga Chlamydomonas reinhardtii, Plant Physiol., 122, 127-136, https://doi.org/10.1104/pp.122.1.127.
  12. 12. Tsygankov, A. (2002) Hydrogen photoproduction under continuous illumination by sulfur-deprived, synchronous Chlamydomonas reinhardtii cultures, Int. J. Hydrog. Energy, 27, 1239-1244, https://doi.org/10.1016/S0360-3199 (02)00108-8.
  13. 13. Philipps, G., Happe, T., and Hemschemeier, A. (2012) Nitrogen deprivation results in photosynthetic hydrogen production in Chlamydomonas reinhardtii, Planta, 235, 729-745, https://doi.org/10.1007/s00425-011-1537-2.
  14. 14. He, M., Li, L., Zhang, L., and Liu, J. (2012) The enhancement of hydrogen photoproduction in Chlorella protothecoides exposed to nitrogen limitation and sulfur deprivation, Int. J. Hydrog. Energy, 37, 16903-16915, https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2012.08.121.
  15. 15. Batyrova, K. A., Tsygankov, A. A., and Kosourov, S. N. (2012) Sustained hydrogen photoproduction by phosphorus-deprived Chlamydomonas reinhardtii cultures, Int. J. Hydrog. Energy, 37, 8834-8839, https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2012.01.068.
  16. 16. Papazi, A., Gjindali, A. I., Kastanaki, E., Assimakopoulos, K., Stamatakis, K., and Kotzabasis, K. (2014) Potassium deficiency, a “smart” cellular switch for sustained high yield hydrogen production by the green alga Scenedesmus obliquus, Int. J. Hydrog. Energy, 39, 19452-19464, https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2014.09.096.
  17. 17. Batyrova, K., Gavrisheva, A., Ivanova, E., Liu, J., and Tsygankov, A. (2015) Sustainable hydrogen photoproduction by phosphorus-deprived marine green microalgae Chlorella sp., Int. J. Mol. Sci., 16, 2705-2716, https://doi.org/10.3390/ijms16022705.
  18. 18. Krishna, P. S., Styring, S., Mamedov, F. (2019) Photosystem ratio imbalance promotes direct sustainable H2 production in Chlamydomonas reinhardtii, Green Chem., 21, 4683-4690, https://doi.org/10.1039/C9GC01416K.
  19. 19. Khosravitabar, F., and Mamedov, F. (2023) Partial inhibition of the inter-photosystem electron transfer at cytochrome b6f complex promotes periodic surges of hydrogen evolution in Chlamydomonas reinhardtii, Int. J. Hydrog. Energy, 48, 36314-36326, https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2023.06.050.
  20. 20. Kosourov, S. N., and Seibert, M. (2009) Hydrogen photoproduction by nutrient-deprived Chlamydomonas reinhardtii cells immobilized within thin alginate films under aerobic and anaerobic conditions, Biotech Bioeng., 102, 50-58, https://doi.org/10.1002/bit.22050.
  21. 21. Volgusheva, A., Kosourov, S., Lynch, F., and Allahverdiyeva, Y. (2019) Immobilized heterocysts as microbial factories for sustainable nitrogen fixation, J. Biotechnol., 306, 100016, https://doi.org/10.1016/j.btecx.2020.100016.
  22. 22. Tsygankov, A., and Kosourov, S. (2014) Immobilization of photosynthetic microorganisms for efficient hydrogen production, In Microbial BioEnergy: Hydrogen Production (Zannoni, D., and De Philippis, R., eds), Dordrecht, Springer Netherlands, p. 321-347, https://doi.org/10.1007/978-94-017-8554-9_14.
  23. 23. Tsygankov, A., Kosourov, S., Tolstygina, I., Ghirardi, M., and Seibert, M. (2006) Hydrogen production by sulfurdeprived Chlamydomonas reinhardtii under photoautotrophic conditions, Int. J. Hydrog. Energy, 31, 1574-1584, https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2006.06.024.
  24. 24. Tolstygina, I. V., Antal, T. K., Kosourov, S. N., Krendeleva, T. E., Rubin, A. B., and Tsygankov, A. A. (2009) Hydrogen production by photoautotrophic sulfur deprived Chlamydomonas reinhardtii pre-grown and incubated under high light, Biotechnol. Bioeng., 102, 1055-1061, https://doi.org/10.1002/bit.22148.
  25. 25. Solovchenko, A., Pogosyan, S., Chivkunova, O., Selyakh, I., Semenova, L., Voronova, E., et al. (2014) Phycoremediation of alcohol distillery wastewater with a novel Chlorella sorokiniana strain cultivated in a photobioreactor monitored on-line via chlorophyll fluorescence, Algal Res., 6, 234-241, https://doi.org/10.1016/j.algal.2014.01.002.
  26. 26. Harris, E. H. (1989) The Chlamydomonas sourcebook: A Comprehensive Guide to Biology and Laboratory Use, San Diego, Academic Press, 780 pp.
  27. 27. Lichtenthaler, H. K. (1987) Chlorophylls and carotenoids: Pigments of photosynthetic biomembranes, in Methods in Enzymology, Elsevier, p. 350-382.
  28. 28. Gfeller, R. P., and Gibbs, M. (1984) Fermentative metabolism of Chlamydomonas reinhardtii: I. Analysis of Fermentative Products from Starch in Dark and Light, Plant Physiol., 75, 212-218, https://doi.org/10.1104/pp.75.1.212.
  29. 29. Lazár, D. (2006) The polyphasic chlorophyll a fluorescence rise measured under high intensity of exciting light, Funct. Plant Biol., 33, 9-30, https://doi.org/10.1071/FP05095.
  30. 30. Strasser, R. J., Tsimilli-Michael, M., Qiang, S., and Goltsev, V. (2010) Simultaneous in vivo recording of prompt and delayed fluorescence and 820-nm reflection changes during drying and after rehydration of the resurrection plant Haberlea rhodopensis, Biochim. Biophys. Acta, 1797, 1313-1326, https://doi.org/10.1016/j.bbabio. 2010.03.008.
  31. 31. Nagy, V., Podmaniczki, A., Vidal-Meireles, A., Tengölics, R., Kovács, L., Rákhely, G., Scoma, A., and Tóth, S. Z. (2018) Water-splitting-based, sustainable and efficient H2 production in green algae as achieved by substrate limitation of the Calvin-Benson-Bassham cycle, Biotechnol. Biofuels, 11, 69, https://doi.org/10.1186/s13068-018-1069-0.
  32. 32. Markov, S., Eivazova, E., and Greenwood, J. (2006) Photostimulation of H2 production in the green alga Chlamydomonas reinhardtii upon photoinhibition of its O2-evolving system, Int. J. Hydrog. Energy, 31, 1314-1317, https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2005.11.017.
  33. 33. Petrova, E. V., Kukarskikh, G. P., Krendeleva, T. E., and Antal, T. K. (2020) The mechanisms and role of photosynthetic hydrogen production by green microalgae, Microbiology, 89, 251-265, https://doi.org/10.1134/S0026261720030169.
QR
Перевести

Индексирование

Scopus

Scopus

Scopus

Crossref

Scopus

Высшая аттестационная комиссия

При Министерстве образования и науки Российской Федерации

Scopus

Научная электронная библиотека