【正文】 錳簇是植物利用水 、 二氧化碳和陽光制造碳水化合物和氧氣的中心樞紐 。 Environmental Science 2, 857864 (2021). 基因工程 藍(lán)細(xì)菌合成乙醇 基于光合作用生物產(chǎn)油的探索 脂肪烴生物液體燃料：新型優(yōu)質(zhì)生物液體燃料的發(fā)展趨勢 長鏈脂肪烴 長鏈脂肪醇 脂肪酸乙酯 O HOOSchirmer, A., et al. Science 329, 559562 (2021) 基因工程大腸桿菌合成 脂肪烴 Steen, , et al. Nature 463, 559562 (2021) 基因工程大腸桿菌合成 脂肪醇 與脂肪酸乙酯 ?原核微藻 ?高光效 ?生長速度快 ?遺傳操作體系相對成熟 ?適于大通量的基因工程改造 生物乙醇存在的問題，如：能量密度低；容易揮發(fā)；易溶于水所導(dǎo)致的發(fā)酵過程中對微生物毒性的增加、蒸餾分離過程中除去水相的成本很高與運輸過程中對管道的腐蝕等。 Cramer, W. A. (2021) Science 302, 10091014. lumen stroma PC APC PE RPC, 197。太陽能是太陽內(nèi)部進行的核聚變而產(chǎn)生的巨大能量。 按照日均消費量為 桶大約可以使用 。 到達(dá)地球大氣層的太陽能 ， 30%被大氣層反射 ， 19%被大氣層吸收 ，其余的到達(dá)地球表面 ， 其功率為 80萬億 kW， 也就是說太陽每秒鐘照射到地球上的能量就相當(dāng)于燃燒 500萬噸煤釋放的熱量 。 Deisenhofer et al. (1985) Deisenhofer et al. (1995) 197。 Science 303,1831–183(2021). 高等植物的光合作用系統(tǒng) 圖引自： Nield, J. (1997) . Thesis, University of London. UK. Nature (2021) (2021) (2021) (豌豆 ) ??? Major LHCII（ Lhcb1 + 2 + 3） LHCII晶體結(jié)構(gòu)（ 2021, nature） Movie An Icosahedral Proteoliposome Vesicle A LHCII Trimer Movie 人工光合作用 : 利用生物、化學(xué)或物理的手段，模擬光合作用的過程將光解水產(chǎn)生的電子和質(zhì)子轉(zhuǎn)化成直接可以利用的能源 模擬捕光吸收太陽能，固定太陽能（產(chǎn)電） 模擬放氧復(fù)合體的放氧功能（產(chǎn)生質(zhì)子） 模擬氫酶的放氫功能（產(chǎn)生氫氣） 模擬光合作用的探索 美國科學(xué)家利用 光系統(tǒng) I構(gòu)建的太陽能電池光能轉(zhuǎn)換率 12%,壽命 21天 Das et al, Nano Lett. (2021) 利用太陽能發(fā)電 生物光伏電池 日本科學(xué)家利用 光系統(tǒng) II構(gòu)建的太陽能電池 Terasaki et al Thin solid films (2021) 在對于光合膜蛋白的分子改造方面取得了一定的成績 ， 比如 ， 研究了 Loop區(qū)的功能 ， 發(fā)現(xiàn)捕光天線在 Loop區(qū)的結(jié)構(gòu)對于其功能的調(diào)節(jié)起非常重要的作用 ， 同時 ，我們用分子改造的方法 ， 提高了捕光天線的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和功能穩(wěn)定性 ?？闪_和澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織 （ CSIRO） 的格哈德 該成果還需要進一步改進 ， 如改進錳催化劑的穩(wěn)定性和使用壽命 ，提 高 催 化 效 率 ， 進 行 一 些 工 業(yè) 設(shè) 計 以 便 大 規(guī) 模 利 用 等 。 提出了從基礎(chǔ)研究到商業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用的 研究計劃和預(yù)計時間表： 5年內(nèi) 構(gòu)建出有寬泛的吸收波長范圍的 天線 10年內(nèi)能夠修復(fù)光損傷的天線 ,能夠組裝天線到合適的尺寸 , 并與電荷分離單元共組裝 10年內(nèi) 闡明清楚 PSII裂解水的催化機制 , 闡明蛋白骨架在質(zhì)子傳遞 的定向 …… 10年內(nèi)在宿主基質(zhì)中獲得人工燃料生產(chǎn)器官 20年內(nèi)完成有催化活性的單元大規(guī)模自組裝成為納米器件 15到 20年內(nèi)連接催化單元，并整合到太陽能－燃料的轉(zhuǎn)化器件上 10年內(nèi)可展示在千瓦量級（ kW）的可運行的原型，大規(guī)模的示 范系統(tǒng) ( 100MW） 可能在 20年內(nèi)完成 第一個商業(yè)化的系統(tǒng) （ ~2GW）可能在 30年內(nèi) 實現(xiàn)。 Liu JY, et al 1999, JBC. RPE, 197。 ? 太陽能在未來能源結(jié)構(gòu)中比例 : 光合作用 是利用太陽能最好的榜樣 如何利用太陽能 ? (太陽能光伏、太陽熱能 …) 光合作用的貢獻和啟示 光合作用的貢獻 地球每年經(jīng)光合作用產(chǎn)生的物質(zhì)有 1730億噸 ， 蘊含的能量相當(dāng)于 全世界能源消耗總量的 1020倍 光合作用提供并 維持大氣中氧氣的穩(wěn)定 ,它的直接產(chǎn)品是人類和 一切生命物質(zhì)賴以生存和繁衍的基礎(chǔ) (作為食物和用品 的蛋白質(zhì) 、 糖類 、 紡織品 、 橡膠等 ) 光合作用可以 固定空氣中的 CO2從而成為緩解溫室效應(yīng)的重要因素 。 傳統(tǒng)化石能源 （ 煤炭 、 石油和天然氣等 ） 已在人類長期 、 連續(xù)甚至過度的開發(fā)中 ， 正一步步走向枯竭的邊緣 。 中國將是世界上能源需求量增長最快的國家之一 ， 我國能源消耗量將在10年之后超過美國 。 hemin synthesis ? Richard Martin Wilstatter (1915, Chemistry): Chlorophyll purification and structure, carotenoids, etc. 光合作用機理研究 光合作用研究領(lǐng)域的 Nobel Prizes 隨著人們對光合作用了解的越來越多 ,人們對