微藻仿生硅礦化及其應用.pdf

1、能源危機和環(huán)境破壞是已成為當今人類發(fā)展所面臨的兩大全球性問題。進入工業(yè)化社會以來，人類對化石能源的使用，在給人類社會帶來巨大發(fā)展的同時，也給地球帶來了嚴峻的環(huán)境問題。隨著化石能源的不斷消耗殆盡和日益嚴峻的環(huán)境污染，開發(fā)和利用可再生能源，改善能源結構，已成為全球可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分。生物燃料是目前唯一能大規(guī)模替代化石燃料的清潔可再生能源產品，而微藻又被認為是最有前景的生物燃料的原料之一，其作用已越來越引起人們的廣泛關注和重視。微藻

2、在提供生物能源的同時，可以固定二氧化碳，減少溫室氣體，但微藻的大量繁殖也會給環(huán)境帶來破壞和污染，比如水華的爆發(fā)。微藻的利用與防治，根本在于微藻的性質，如何對微藻進行改性，對于微藻的利用與防治有著重要的意義。
　　在生物進化的過程中，生命體漸漸學會通過生物礦化形成具有復雜層級結構的有機-無機復合材料，并利用這些材料的性質去實現(xiàn)各種不同功能，以適應不同的生存環(huán)境。例如硅藻利用硅礦化形成具有精細納米結構的二氧化硅外殼，這個精致的二氧化硅

3、外殼不僅可以為硅藻提供機械保護功能，還能提供光子晶體的功能，提高光合效率。生物礦化就是生物體通過生物大分子的調控生成無機礦物的過程。受到生物礦化現(xiàn)象的啟發(fā)，近年來，通過仿生礦化的手段改造生命體逐漸成為一個的研究方向，因此，我們設想通過仿生礦化的手段實現(xiàn)對微藻細胞的改性，并探索了功能化改性在微藻利用與防治中的應用。全文共分五章:
　　第一章緒論是對微藻和仿生礦化的背景及本論文的研究線路進行概述。首先簡單介紹了微藻的種類，然后對微藻生

4、物能源和微藻與環(huán)境的相互作用進行了重點敘述，并歸納了現(xiàn)有的微藻改性策略;隨后引入仿生礦化的策略，先從生物礦化的形式、生物礦物的種類和生物礦化的調控策略三個方面介紹了生物礦化，然后介紹仿生礦化的基本原理，接下來歸納總結了仿生礦化在生命體改造中的相關應用;最后提出了本論文的研究思路和目標。
　　第二章中我們利用藍藻細胞為模型體系探索細胞表面的仿生礦化對光合作用的影響。我們通過層層自組裝并結合仿生硅礦化的手段對藍藻細胞進行了二氧化硅殼化

5、修飾，研究了二氧化硅礦物殼對藍藻光合活性的影響，并重點關注了二氧化硅外殼對藍藻細胞緩解強光脅迫的作用。實驗結果顯示擁有二氧化硅外殼的藍藻細胞在強光下體現(xiàn)出更強的光合作用能力，從而有助于生物質的積累，對生物能源的利用有重要的意義。
　　第三章中我們將研究對象變成了綠藻，研究目標變成了促進綠藻的光合產氫。我們選擇商業(yè)化的小球藻為實驗對象，通過仿生硅礦化誘導了小球藻的聚集，并通過適當的聚集，實現(xiàn)了小球藻細胞在空間上的放氧和產氫的功能分化

6、，從而實現(xiàn)了小球藻聚集體在有氧條件下可持續(xù)的光合產氫。該研究第一次實現(xiàn)了在自然的有氧條件下的可持續(xù)光合產氫，為生物光合產氫的研究和微藻生物能源的制造提供了全新的思路，并且這種基于化學-材料的策略也有望拓展到誘導其它微生物的功能轉變。
　　第四章中我們將研究對象又換回了藍藻，但研究目標變成了控制藍藻的增殖。我們選擇太湖藍藻爆發(fā)時的優(yōu)勢種——微囊藻為實驗對象，受到自然界中硅藻的啟發(fā)，借鑒仿生硅礦化的策略，利用帶胺基的陽離子聚電解質和二