我们这个时代面临的巨大全球性挑战，包括气候变化、能源安全和自然资源稀缺，推动了从线性化石经济向可持续的生物循环经济的转型。采取这一步骤需要进一步发展生产可再生燃料和化学品的新兴技术。

 

光合微生物，如蓝藻和藻类，在满足我们对可再生化学品的需求和减少全球对化石燃料的依赖方面显示出巨大潜力。这些微生物有能力利用太阳能将二氧化碳转化为生物质和各种不同的能量丰富的有机化合物。蓝藻细菌也有能力持有新的合成生产途径，使他们的功能作为活细胞工厂生产的目标化学品和燃料。

 

乙烯是最重要的有机商品化学品之一，全球年需求量超过1.5亿吨。它是生产塑料、纤维和其他有机材料的主要基础材料。

 

“在我们的研究中，杏耀主管我们使用了基因工程蓝藻细菌Synechocystis sp. PCC 6803，它表达从植物病原体Pseudomonas syringae获得的乙烯形成酶(EFE)。蓝藻细胞中EFE的存在使它们能够利用太阳能和空气中的二氧化碳产生乙烯。

 

乙烯具有很高的能量密度，这使它成为一种吸引人的燃料来源。目前，乙烯是通过化石烃原料的蒸汽裂解生产的，这导致了大量的二氧化碳排放到环境中。因此，开发绿色合成乙烯的方法是十分重要的。

 

“尽管已经报道了产生乙烯的重组蓝藻菌的非常有希望的结果，但可用的光能生产系统的总体效率在工业应用上仍然很低。”工程蓝藻的乙烯产量是降低成本和提高效率最关键的变量，”博士后研究员Sindhujaa Vajravel说。

 

然而，蓝藻有几个限制有效生产，因为他们主要积累生物量，而不是期望的产品。

 

“它们拥有一个巨大的光合光收集天线，这导致了悬浮培养物的自遮光和有限的光分布，从而降低了生产力。”最大的限制是细胞的生产周期很短，只有几天，”副教授阿拉维迪亚瓦-里内解释说。

 

为了解决这两个问题，研究人员在薄层海藻酸聚合物基质中诱捕了能产生乙烯的蓝藻细菌细胞。这种方法极大地限制了细胞的生长，从而有效地促进了乙烯生物合成的光合代谢产物的通量。它还提高了在低光条件下利用光线，并强烈促进细胞的健康。因此，杏耀平台总代理人工生物膜实现了长达40天的乙烯光能生产，光能转化乙烯的效率比传统悬浮液高出3.5倍。

 

这些发现为进一步发展高效固态光合细胞工厂生产乙烯提供了新的可能性，并将此过程扩大到工业水平。