Nature.com saytiga tashrif buyurganingiz uchun tashakkur.Siz cheklangan CSS-ni qo'llab-quvvatlaydigan brauzer versiyasidan foydalanmoqdasiz.Eng yaxshi tajriba uchun yangilangan brauzerdan foydalanishni tavsiya qilamiz (yoki Internet Explorer-da Moslik rejimini o'chirib qo'ying).Bundan tashqari, doimiy qo'llab-quvvatlashni ta'minlash uchun biz saytni uslublar va JavaScriptlarsiz ko'rsatamiz.
Bir vaqtning o'zida uchta slayddan iborat karuselni ko'rsatadi.Bir vaqtning o'zida uchta slayd bo'ylab harakatlanish uchun "Oldingi" va "Keyingi" tugmalaridan foydalaning yoki bir vaqtning o'zida uchta slayd bo'ylab harakatlanish uchun oxiridagi slayder tugmalaridan foydalaning.
Parij kelishuvi maqsadlariga erishish uchun uglerodni ushlash va saqlash juda muhimdir.Fotosintez - bu uglerodni ushlash uchun tabiatning texnologiyasi.Likenlardan ilhom olib, biz loofa shimgichga surtilgan akril lateks polimeridan foydalangan holda 3D siyanobakteriyalarning fotosintetik biokompozitini (ya'ni likenni taqlid qiluvchi) ishlab chiqdik.Biokompozit tomonidan CO2 ni olish tezligi 1,57 ± 0,08 g CO2 g-1 biomassa d-1 ni tashkil etdi.Qabul qilish darajasi tajriba boshida quruq biomassaga asoslanadi va yangi biomassani etishtirish uchun ishlatiladigan CO2, shuningdek, uglevodlar kabi saqlash birikmalarida mavjud bo'lgan CO2 ni o'z ichiga oladi.Ushbu o'zlashtirish tezligi atala nazorati choralaridan 14-20 baravar yuqori edi va potentsial ravishda yiliga 570 t CO2 t-1 biomassasini qo'lga kiritish uchun kengaytirilishi mumkin, bu 5,5-8,17 × 106 gektar erdan foydalanishga teng, 8-12 GtCO2 ni olib tashlash. Yiliga CO2.Aksincha, uglerodni ushlash va saqlash bilan o'rmon bioenergiyasi 0,4-1,2 × 109 ga.Biokompozit 12 hafta davomida qo'shimcha oziq moddalar yoki suvsiz funktsional qoldi, shundan so'ng tajriba to'xtatildi.Insoniyatning iqlim o'zgarishiga qarshi kurash bo'yicha ko'p qirrali texnologik pozitsiyasi doirasida ishlab chiqilgan va optimallashtirilgan siyanobakterial biokompozitlar suv, ozuqa moddalari va erdan foydalanish yo'qotilishini kamaytirish bilan birga CO2 ni olib tashlashni ko'paytirish uchun barqaror va kengaytiriladigan joylashtirish potentsialiga ega.
Iqlim o'zgarishi global biologik xilma-xillik, ekotizim barqarorligi va odamlar uchun haqiqiy tahdiddir.Uning eng yomon ta'sirini yumshatish uchun muvofiqlashtirilgan va keng ko'lamli dekarburizatsiya dasturlari kerak va, albatta, atmosferadan issiqxona gazlarini to'g'ridan-to'g'ri olib tashlashning qandaydir shakllari talab qilinadi.Elektr energiyasi ishlab chiqarishning ijobiy dekarbonizatsiyasiga qaramay2,3, hozirgi vaqtda atmosferadagi karbonat angidrid (CO2) 4 ni kamaytirish bo'yicha iqtisodiy jihatdan barqaror texnologik echimlar mavjud emas, garchi chiqindi gazni tortib olish rivojlanmoqda5.Ko'lamli va amaliy muhandislik echimlari o'rniga, odamlar uglerodni ushlash uchun tabiiy muhandislarga murojaat qilishlari kerak - fotosintetik organizmlar (fototrof organizmlar).Fotosintez - bu tabiatning uglerod sekvestrlash texnologiyasi, ammo uning antropogen uglerod boyitishini vaqt oralig'ida qaytarish qobiliyati shubhali, fermentlar samarasiz va tegishli miqyosda joylashtirish qobiliyati shubhali.Fototrofiya uchun potentsial yo'l o'rmon ekish bo'lib, u CO21 chiqindilarini kamaytirishga yordam beradigan salbiy emissiya texnologiyasi sifatida uglerodni ushlab turish va saqlash (BECCS) bilan bioenergiya uchun daraxtlarni kesadi.Biroq, asosiy usul sifatida BECCS dan foydalangan holda Parij kelishuvi bo'yicha 1,5 ° C harorat ko'rsatkichiga erishish uchun 0,4 dan 1,2 × 109 ga maydon talab qilinadi, bu hozirgi global haydaladigan erlarning 25-75% ga teng6.Bundan tashqari, CO2 o'g'itlashning global ta'siri bilan bog'liq noaniqlik o'rmon plantatsiyalarining potentsial umumiy samaradorligini shubha ostiga qo'yadi7.Agar biz Parij kelishuvida belgilangan harorat ko'rsatkichlariga erishmoqchi bo'lsak, har yili atmosferadan 100 soniya GtCO2 issiqxona gazlari (GGR) olib tashlanishi kerak.Buyuk Britaniya tadqiqot va innovatsiyalar departamenti yaqinda GGR8 bo'yicha beshta loyihani moliyalashtirishni e'lon qildi, shu jumladan torf erlarini boshqarish, tog 'jinslarini ob-havoni yaxshilash, daraxt ekish, bioko'mir va BECCS jarayonini oziqlantirish uchun ko'p yillik o'simliklar.Atmosferadan yiliga 130 MtCO2 dan ortiqni olib tashlash xarajatlari yiliga 10-100 AQSh dollari/tCO2, torf yerlarini qayta tiklash uchun yiliga 0,2-8,1 MtCO2, tog' jinslarining nurashi uchun yiliga 52-480 AQSh dollari/tCO2 va 12-27 MtCO2 ni tashkil qiladi. , 0,4-30 AQSh dollari/yil.tCO2, 3,6 MtCO2/yil, o‘rmon maydonining 1% o‘sishi, 0,4-30 AQSh dollari/tCO2, 6-41 MtCO2/yil, bioko‘mir, 140-270 AQSh dollari/tCO2, 20 –70 Mt CO2 doimiy ekinlardan foydalangan holda yiliga. BECCS9.
Ushbu yondashuvlarning kombinatsiyasi potentsial ravishda yiliga 130 Mt CO2 ko'rsatkichiga erishishi mumkin, ammo toshlarni parchalash va BECCS xarajatlari yuqori va bioko'mir, nisbatan arzon va erdan foydalanish bilan bog'liq bo'lmasa ham, bioko'mir ishlab chiqarish jarayoni uchun xom ashyoni talab qiladi.boshqa GGR texnologiyalarini joylashtirish uchun ushbu ishlanma va raqamni taklif qiladi.
Quruqlikda yechim izlash o‘rniga suvni, ayniqsa mikroalglar va siyanobakteriyalar kabi bir hujayrali fototroflarni izlang10.Yosunlar (shu jumladan siyanobakteriyalar) dunyodagi karbonat angidridning taxminan 50% ni egallaydi, garchi ular dunyo biomassasining atigi 1% ni tashkil qiladi11.Siyanobakteriyalar tabiatning asl biogeo-muhandislari bo'lib, kislorodli fotosintez orqali nafas olish metabolizmi va ko'p hujayrali hayot evolyutsiyasi uchun asos yaratadi12.Uglerodni ushlash uchun siyanobakteriyalardan foydalanish g'oyasi yangi emas, ammo jismoniy joylashtirishning innovatsion usullari bu qadimgi organizmlar uchun yangi ufqlarni ochadi.
Mikroalglar va siyanobakteriyalardan sanoat maqsadlarida foydalanishda ochiq suv havzalari va fotobioreaktorlar standart aktivlardir.Ushbu madaniyat tizimlari suspenziya kulturasidan foydalanadi, unda hujayralar o'sish muhitida erkin suzadi14;ammo, suv havzalari va fotobioreaktorlar CO2 massasining yomon uzatilishi, er va suvdan intensiv foydalanish, biofoulingga moyillik, yuqori qurilish va foydalanish xarajatlari kabi ko'plab kamchiliklarga ega15,16.Suspenziya kulturalaridan foydalanmaydigan biofilm bioreaktorlari suv va makon nuqtai nazaridan ancha tejamkor, lekin qurib ketish xavfi ostida, bioplyonkaning ajralishiga (shuning uchun faol biomassaning yo'qolishiga) moyil bo'ladi va biofoulingga teng darajada moyil bo'ladi17.
CO2 qabul qilish tezligini oshirish va atala va biofilm reaktorlarini cheklaydigan muammolarni hal qilish uchun yangi yondashuvlar zarur.Bunday yondashuvlardan biri likenlardan ilhomlangan fotosintetik biokompozitlardir.Likenlar - zamburug'lar va fotobiontlar (mikrosuv o'tlari va/yoki siyanobakteriyalar) majmuasi bo'lib, ular Yer yuzasining taxminan 12% ni egallaydi18.Qo'ziqorinlar fotobiotik substratni jismoniy qo'llab-quvvatlaydi, himoya qiladi va bog'laydi, bu esa o'z navbatida qo'ziqorinlarni uglerod bilan ta'minlaydi (ortiqcha fotosintetik mahsulotlar sifatida).Taklif etilayotgan biokompozit "lixen mimetikasi" bo'lib, unda siyanobakteriyalarning konsentrlangan populyatsiyasi tashuvchi substratda yupqa bioqoplam shaklida immobilizatsiya qilinadi.Hujayralarga qo'shimcha ravishda, bioqoplamada qo'ziqorin o'rnini bosadigan polimer matritsasi mavjud.Suvga asoslangan polimer emulsiyalari yoki "latekslar" ga afzallik beriladi, chunki ular biologik mos, bardoshli, arzon, ishlov berish oson va savdoda mavjud19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26.
Hujayralarning lateks polimerlari bilan biriktirilishiga lateks tarkibi va plyonka hosil bo'lish jarayoni katta ta'sir ko'rsatadi.Emulsiya polimerizatsiyasi sintetik kauchuk, yopishtiruvchi qoplamalar, plomba moddalari, beton qo'shimchalar, qog'oz va to'qimachilik qoplamalari va lateks bo'yoqlarini ishlab chiqarish uchun ishlatiladigan geterogen jarayondir27.U boshqa polimerizatsiya usullariga nisbatan bir qator afzalliklarga ega, masalan, yuqori reaksiya tezligi va monomerni konvertatsiya qilish samaradorligi, shuningdek, mahsulotni nazorat qilish qulayligi27,28.Monomerlarni tanlash hosil bo'lgan polimer plyonkasining kerakli xossalariga bog'liq bo'lib, aralash monomer tizimlari (ya'ni, sopolimerizatsiya) uchun polimerning xossalarini hosil bo'lgan polimer materialini hosil qiluvchi monomerlarning turli nisbatlarini tanlash orqali o'zgartirish mumkin.Butil akrilat va stirol eng keng tarqalgan akril lateks monomerlari qatoriga kiradi va bu erda ishlatiladi.Bundan tashqari, birlashtiruvchi vositalar (masalan, Texanol) ko'pincha bir tekis plyonka hosil bo'lishini rag'batlantirish uchun ishlatiladi, ular polimer lateks xususiyatlarini kuchli va "uzluksiz" (birlashtiruvchi) qoplama hosil qilish uchun o'zgartirishi mumkin.Dastlabki kontseptsiyani isbotlovchi tadqiqotimizda lufa shimgichga qo'llaniladigan tijorat lateks bo'yoq yordamida yuqori sirt maydoni, yuqori g'ovakli 3D biokompoziti ishlab chiqarilgan.Uzoq va uzluksiz manipulyatsiyalardan so'ng (sakkiz hafta) biokompozit siyanobakteriyalarni loofa iskalasida ushlab turish qobiliyatini cheklanganligini ko'rsatdi, chunki hujayra o'sishi lateksning strukturaviy yaxlitligini zaiflashtirdi.Joriy tadqiqotda biz polimer degradatsiyasini yo'qotmasdan uglerodni ushlash dasturlarida doimiy foydalanish uchun ma'lum kimyoning bir qator akril lateks polimerlarini ishlab chiqishni maqsad qildik.Bunda biz tasdiqlangan biokompozitlarga nisbatan yaxshilangan biologik samaradorlikni va mexanik egiluvchanlikni sezilarli darajada oshiradigan likenga o'xshash polimer matritsa elementlarini yaratish qobiliyatini namoyish etdik.Keyinchalik optimallashtirish uglerodni ushlash uchun biokompozitlarni o'zlashtirishni tezlashtiradi, ayniqsa CO2 sekvestrini kuchaytirish uchun metabolik o'zgartirilgan siyanobakteriyalar bilan birlashganda.
Uchta polimer formulasi (H = "qattiq", N = "normal", S = "yumshoq") va uchta turdagi Texanol (0, 4, 12% v/v) bo'lgan to'qqizta lateks zaharlilik va kuchlanish korrelyatsiyasi uchun sinovdan o'tkazildi.Yopishtiruvchi.ikkita siyanobakteriyadan.Lateks turi S. elongatus PCC 7942 (Shirer-Ray-Hare testi, lateks: DF=2, H=23.157, P=<0.001) va CCAP 1479/1A (ikki tomonlama ANOVA, lateks: DF=2, F) ga sezilarli taʼsir koʻrsatdi. = 103,93, P = <0,001) (1a-rasm).Teksanol kontsentratsiyasi S. elongatus PCC 7942 ning o'sishiga sezilarli ta'sir ko'rsatmadi, faqat N-lateks toksik bo'lmagan (1a-rasm), 0 N va 4 N mos ravishda 26% va 35% o'sishini saqlab qoldi (Mann- Whitney U, 0 N va 4 N: W = 13,50, P = 0,245; 0 N nazoratga qarshi: W = 25,0, P = 0,061; 4 N nazoratga qarshi: W = 25,0, P = 0,061) va 12 N o'sish sur'atlari bilan taqqoslangan. biologik nazoratga (Mann-Whitney universiteti, 12 N qarshi nazorat: W = 17,0, P = 0,885).S. elongatus CCAP 1479/1A uchun lateks aralashmasi ham, teksanol kontsentratsiyasi ham muhim omillar edi va ikkalasi o'rtasida sezilarli o'zaro ta'sir kuzatildi (ikki tomonlama ANOVA, lateks: DF=2, F=103,93, P=<0,001, Teksanol : DF=2, F=5,96, P=0,01, Lateks*Texanol: DF=4, F=3,41, P=0,03).0 N va barcha "yumshoq" latekslar o'sishni rag'batlantirdi (1a-rasm).Stirol tarkibining pasayishi bilan o'sishni yaxshilash tendentsiyasi mavjud.
Toksiklik va siyanobakteriyalarning (Synechococcus elongatus PCC 7942 va CCAP 1479/1A) lateks formulalariga yopishish sinovi, shisha o'tish harorati (Tg) va toksiklik va yopishqoqlik ma'lumotlariga asoslangan qaror matritsasi bilan bog'liqlik.(a) Toksiklik sinovi suspenziya kulturalarini nazorat qilish uchun normallashtirilgan siyanobakteriyalarning foiz o'sishining alohida uchastkalari yordamida amalga oshirildi.* bilan belgilangan muolajalar nazorat usullaridan sezilarli farq qiladi.(b) Tg lateksga nisbatan siyanobakteriyalarning o'sishi ma'lumotlari (o'rtacha ± SD; n = 3).(c) biokompozit yopishqoqlik testidan chiqarilgan siyanobakteriyalarning umumiy soni.(d) Lateksning Tg ga nisbatan yopishqoqlik ma'lumotlari (o'rtacha ± StDev; n = 3).e Toksiklik va yopishqoqlik ma'lumotlariga asoslangan qaror matritsasi.Stirolning butil akrilatga nisbati "qattiq" (H) lateks uchun 1: 3, "normal" (N) uchun 1: 1 va "yumshoq" (S) uchun 3: 1 ni tashkil qiladi.Lateks kodidagi oldingi raqamlar Texanol tarkibiga mos keladi.
Ko'pgina hollarda, teksanol kontsentratsiyasi ortishi bilan hujayra hayotiyligi pasaydi, ammo shtammlarning hech biri uchun sezilarli korrelyatsiya yo'q edi (CCAP 1479/1A: DF = 25, r = -0,208, P = 0,299; PCC 7942: DF = 25, r = – 0,127, P = 0,527).Shaklda.1b hujayra o'sishi va shisha o'tish harorati (Tg) o'rtasidagi munosabatni ko'rsatadi.Teksanol kontsentratsiyasi va Tg qiymatlari o'rtasida kuchli salbiy bog'liqlik mavjud (H-lateks: DF = 7, r = -0,989, P =<0,001; N-lateks: DF = 7, r = -0,964, P =<0,001 ;S- lateks: DF=7, r=-0,946, P=<0,001).Ma'lumotlar shuni ko'rsatdiki, S. elongatus PCC 7942 ning o'sishi uchun optimal Tg 17 ° C atrofida bo'lgan (1b-rasm), S. elongatus CCAP 1479/1A esa 0 ° C dan past Tg ni afzal ko'rgan (1b-rasm).Faqat S. elongatus CCAP 1479/1A Tg va toksiklik ma'lumotlari o'rtasida kuchli salbiy korrelyatsiyaga ega edi (DF = 25, r = -0,857, P =<0,001).
Barcha latekslar yaxshi yopishqoqlikka ega edi va ularning hech biri 72 soatdan keyin hujayralarning 1% dan ko'prog'ini chiqarmadi (1c-rasm).S. elongatusning ikkita shtammining latekslari o'rtasida sezilarli farq yo'q edi (PCC 7942: Scheirer-Ray-Hara testi, Latex*Texanol, DF=4, H=0,903; P=0,924; CCAP 1479/1A: Scheirer- Ray testi).– Quyon testi, lateks*teksanol, DF=4, H=3,277, P=0,513).Texanol kontsentratsiyasi oshishi bilan ko'proq hujayralar ajralib chiqadi (1c-rasm).S. elongatus PCC 7942 (DF=25, r=-0,660, P=<0,001) bilan solishtirganda (1d-rasm).Bundan tashqari, Tg va ikkita shtammning hujayra yopishishi o'rtasida statistik bog'liqlik yo'q edi (PCC 7942: DF = 25, r = 0,301, P = 0,127; CCAP 1479/1A: DF = 25, r = 0,287, P = 0,147).
Ikkala shtamm uchun ham "qattiq" lateks polimerlari samarasiz edi.Bundan farqli o'laroq, 4N va 12N S. elongatus PCC 7942 ga nisbatan eng yaxshi natija ko'rsatdi, 4S va 12S esa CCAP 1479/1A ga qarshi eng yaxshi natija ko'rsatdi (1e-rasm), garchi polimer matritsasini yanada optimallashtirish uchun aniq joy mavjud.Ushbu polimerlar yarim partiyali aniq CO2 qabul qilish sinovlarida ishlatilgan.
Fotofiziologiya suvli lateks tarkibida to'xtatilgan hujayralar yordamida 7 kun davomida kuzatildi.Umuman olganda, ko'rinadigan fotosintez tezligi (PS) va maksimal PSII kvant rentabelligi (Fv/Fm) vaqt o'tishi bilan pasayadi, ammo bu pasayish notekisdir va ba'zi PS ma'lumotlar to'plamlari ikki fazali javobni ko'rsatadi, bu qisman javobni ko'rsatadi, ammo real vaqtda tiklanish. qisqaroq PS faoliyati (2a va 3b-rasm).Ikki fazali Fv / Fm javobi kamroq aniq edi (2b va 3b-rasmlar).
(a) Synechococcus elongatus PCC 7942 ning ko'rinadigan fotosintez tezligi (PS) va (b) nazorat suspenziyasi madaniyatiga nisbatan lateks formulalariga javoban maksimal PSII kvant rentabelligi (Fv/Fm).Stirolning butil akrilatga nisbati "qattiq" (H) lateks uchun 1: 3, "normal" (N) uchun 1: 1 va "yumshoq" (S) uchun 3: 1 ni tashkil qiladi.Lateks kodidagi oldingi raqamlar Texanol tarkibiga mos keladi.(o'rtacha ± standart og'ish; n = 3).
(a) Synechococcus elongatus CCAP 1479/1A ning ko'rinadigan fotosintez tezligi (PS) va (b) maksimal PSII kvant rentabelligi (Fv/Fm) nazorat suspenziyasi kulturalariga nisbatan lateks formulalariga javoban.Stirolning butil akrilatga nisbati "qattiq" (H) lateks uchun 1: 3, "normal" (N) uchun 1: 1 va "yumshoq" (S) uchun 3: 1 ni tashkil qiladi.Lateks kodidagi oldingi raqamlar Texanol tarkibiga mos keladi.(o'rtacha ± standart og'ish; n = 3).
S. elongatus PCC 7942 uchun lateks tarkibi va Texanol konsentratsiyasi vaqt o'tishi bilan PS ga ta'sir qilmadi (GLM, Latex*Texanol*Time, DF = 28, F = 1,49, P = 0,07), garchi kompozitsion muhim omil bo'lgan (GLM)., lateks * vaqt, DF = 14, F = 3,14, P = <0,001) (2a-rasm).Vaqt o'tishi bilan Texanol kontsentratsiyasining sezilarli ta'siri yo'q (GLM, Texanol * vaqt, DF = 14, F = 1,63, P = 0,078).Fv/Fm (GLM, Latex*Texanol*Time, DF=28, F=4.54, P=<0.001) ga taʼsir qiluvchi sezilarli shovqin bor edi.Lateks formulasi va teksanol kontsentratsiyasi o'rtasidagi o'zaro ta'sir Fv / Fm ga sezilarli ta'sir ko'rsatdi (GLM, Latex * Texanol, DF = 4, F = 180,42, P = <0,001).Har bir parametr vaqt oʻtishi bilan Fv/Fm ga ham taʼsir qiladi (GLM, Latex*Time, DF=14, F=9.91, P=<0.001 va Texanol*Time, DF=14, F=10.71, P=< 0.001).Latex 12H eng past o'rtacha PS va Fv/Fm qiymatlarini saqlab qoldi (2b-rasm), bu polimerning zaharliroq ekanligini ko'rsatadi.
S. elongatus CCAP 1479/1A ning PS si sezilarli darajada farq qildi (GLM, lateks * Texanol * vaqt, DF = 28, F = 2,75, P = <0,001), teksanol konsentratsiyasidan ko'ra lateks tarkibi bilan (GLM, Latex * vaqt, DF) =14, F=6,38, P=<0,001, GLM, Teksanol*vaqt, DF=14, F=1,26, P=0,239)."Yumshoq" polimerlar 0S va 4S nazorat suspenziyalariga qaraganda PS unumdorligining bir oz yuqoriroq darajasini saqlab qoldi (Mann-Whitney U, 0S boshqaruvlarga qarshi, W = 686.0, P = 0.044, 4S nazoratga qarshi, W = 713, P = 0.01) va saqlab turdi. yaxshilangan Fv./Fm (3a-rasm) Fotosistem II ga yanada samarali transportni ko'rsatadi.CCAP 1479/1A hujayralarining Fv/Fm qiymatlari uchun vaqt o'tishi bilan sezilarli lateks farqi bor edi (GLM, Latex*Texanol*Time, DF=28, F=6,00, P=<0,001) (3b-rasm).).
Shaklda.4 har bir shtamm uchun hujayra o'sishi funktsiyasi sifatida 7 kunlik davrda o'rtacha PS va Fv/Fm ni ko'rsatadi.S. elongatus PCC 7942 aniq naqshga ega emas edi (4a va b-rasm), ammo CCAP 1479/1A PS (4c-rasm) va Fv/Fm (4d-rasm) qiymatlari o'rtasidagi parabolik munosabatni ko'rsatdi. stirol va butil akrilat nisbati o'zgarishi bilan o'sib boradi.
Lateks preparatlarida Synechococcus longumning o'sishi va fotofiziologiyasi o'rtasidagi bog'liqlik.(a) Ko'rinib turgan fotosintez tezligiga (PS), (b) PCC 7942 bo'yicha maksimal PSII kvant rentabelligi (Fv/Fm) bo'yicha tuzilgan zaharlilik ma'lumotlari.Stirolning butil akrilatga nisbati "qattiq" (H) lateks uchun 1: 3, "normal" (N) uchun 1: 1 va "yumshoq" (S) uchun 3: 1 ni tashkil qiladi.Lateks kodidagi oldingi raqamlar Texanol tarkibiga mos keladi.(o'rtacha ± standart og'ish; n = 3).
Biokompozit PCC 7942 dastlabki to'rt hafta davomida hujayralarni sezilarli darajada yuvish bilan hujayralarni ushlab turishga cheklangan ta'sir ko'rsatdi (5-rasm).CO2 qabul qilishning dastlabki bosqichidan so'ng, 12 N lateks bilan biriktirilgan hujayralar CO2 ni chiqara boshladi va bu naqsh 4 va 14 kunlar orasida saqlanib qoldi (5b-rasm).Ushbu ma'lumotlar pigment rangi o'zgarishi kuzatuvlariga mos keladi.18-kundan boshlab CO2ning aniq qabul qilinishi yana boshlandi. Hujayra chiqarilishiga qaramay (5a-rasm), PCC 7942 12 N biokompoziti hali ham 28 kun davomida nazorat suspenziyasidan ko'proq CO2 to'pladi (Mann-Whitney U-testi, W = 2275,5; P = 0,066).CO2 ning lateks 12 N va 4 N tomonidan yutilish tezligi d-1 biomassasining 0,51 ± 0,34 va 1,18 ± 0,29 g CO2 g-1 ni tashkil qiladi.Davolash va vaqt darajalari o'rtasida statistik jihatdan sezilarli farq bor edi (Chairer-Ray-Hare testi, davolash: DF = 2, H = 70,62, P = <0,001 vaqt: DF = 13, H = 23,63, P = 0,034), lekin bu emas edi.davolash va vaqt o'rtasida sezilarli bog'liqlik bor edi (Chairer-Ray-Har testi, vaqt * davolash: DF = 26, H = 8,70, P = 0,999).
4N va 12N lateksdan foydalangan holda Synechococcus elongatus PCC 7942 biokompozitlarida CO2 ning yarim partiyali qabul qilish sinovlari.(a) Tasvirlarda hujayraning chiqarilishi va pigment rangi o'zgarishi, shuningdek, sinovdan oldin va keyin biokompozitning SEM tasvirlari ko'rsatilgan.Oq nuqtali chiziqlar biokompozitda hujayralar cho'kish joylarini ko'rsatadi.(b) to'rt haftalik davrda CO2 ning umumiy yig'ilishi."Oddiy" (N) lateks stirol va butil akrilatning 1: 1 nisbatiga ega.Lateks kodidagi oldingi raqamlar Texanol tarkibiga mos keladi.(o'rtacha ± standart og'ish; n = 3).
4S va 12S bilan CCAP 1479/1A shtammi uchun hujayrani ushlab turish sezilarli darajada yaxshilandi, ammo vaqt o'tishi bilan pigment asta-sekin rangni o'zgartirdi (6a-rasm).Biokompozit CCAP 1479/1A CO2 ni to'liq 84 kun (12 hafta) davomida qo'shimcha ozuqaviy qo'shimchalarsiz o'zlashtiradi.SEM tahlili (6a-rasm) kichik hujayralar ajralishini vizual kuzatishni tasdiqladi.Dastlab, hujayralar hujayra o'sishiga qaramay, butunligini saqlab qolgan lateks qoplamasi bilan qoplangan.CO2 qabul qilish darajasi nazorat guruhidan sezilarli darajada yuqori edi (Scheirer-Ray-Har testi, davolash: DF = 2; H = 240,59; P = <0,001, vaqt: DF = 42; H = 112; P = <0,001 ) ( 6b-rasm).12S biokompoziti eng yuqori CO2 yutilishiga erishdi (kuniga 1,57 ± 0,08 g CO2 g-1 biomassasi), 4S lateks esa kuniga 1,13 ± 0,41 g CO2 g-1 biomassasini tashkil etdi, ammo ular sezilarli darajada farq qilmadi (Mann-Whitney U). test, W = 1507,50; P = 0,07) va davolash va vaqt o'rtasida sezilarli o'zaro ta'sir yo'q (Shirer-Rey-Hara testi, vaqt * davolash: DF = 82; H = 10,37; P = 1,000).
4N va 12N lateksli Synechococcus elongatus CCAP 1479/1A biokompozitlari yordamida CO2 ning yarmini qabul qilish sinovi.(a) Tasvirlarda hujayraning chiqarilishi va pigment rangi o'zgarishi, shuningdek, sinovdan oldin va keyin biokompozitning SEM tasvirlari ko'rsatilgan.Oq nuqtali chiziqlar biokompozitda hujayralar cho'kish joylarini ko'rsatadi.(b) O'n ikki haftalik davrda CO2ning umumiy yig'ilishi."Yumshoq" (S) lateks stirol va butil akrilatning 1: 1 nisbatiga ega.Lateks kodidagi oldingi raqamlar Texanol tarkibiga mos keladi.(o'rtacha ± standart og'ish; n = 3).
S. elongatus PCC 7942 (Shirer-Ray-Har testi, vaqt*davolash: DF=4, H=3,243, P=0,518) yoki biokompozit S. elongatus CCAP 1479/1A (ikki-ANOVA, vaqt*davolash: DF=8 , F = 1.79, P = 0.119) (S4-rasm).Biokompozit PCC 7942 2-haftada eng yuqori uglevod tarkibiga ega (4 N = 59,4 ± 22,5 og'irlik%, 12 N = 67,9 ± 3,3 og'irlik%), nazorat suspenziyasi esa 4-haftada (nazorat = 59,6 ± 2,84%) eng yuqori uglevod tarkibiga ega edi. w/w).CCAP 1479/1A biokompozitining umumiy uglevod miqdori nazorat suspenziyasi bilan solishtirish mumkin edi, sinov boshlanishidan tashqari, 4-haftada 12S lateksidagi ba'zi o'zgarishlar bilan. 4S uchun va 77,1 ± 17,0 wt% 12S uchun.
Biz biokompozitsiyani biokompozitsiyaga taqlid qilish kontseptsiyasining muhim komponenti sifatida yupqa plyonkali lateks polimer qoplamalarining strukturaviy yaxlitligini oshirish uchun dizayn imkoniyatlarini biomoslashuv yoki ishlashni yo'qotmasdan namoyish etishga kirishdik.Haqiqatan ham, agar hujayra o'sishi bilan bog'liq bo'lgan tizimli qiyinchiliklar bartaraf etilsa, biz boshqa siyanobakteriyalar va mikroalglarni uglerodni ushlash tizimlari bilan taqqoslanadigan eksperimental biokompozitlarimizga nisbatan sezilarli yaxshilanishlarni kutamiz.
Qoplamalar toksik bo'lmagan, bardoshli bo'lishi kerak, hujayraning uzoq muddatli yopishishini qo'llab-quvvatlaydi va CO2 massasini samarali o'tkazish va O2 degasatsiyasini ta'minlash uchun gözenekli bo'lishi kerak.Lateks tipidagi akril polimerlarni tayyorlash oson va ular bo'yoq, to'qimachilik va yopishtiruvchi sanoatda keng qo'llaniladi30.Biz siyanobakteriyalarni stirol / butil akrilat zarralarining o'ziga xos nisbati va Texanolning turli konsentratsiyasi bilan polimerlangan suvga asoslangan akril lateks polimer emulsiyasi bilan birlashtirdik.Stirol va butil akrilat fizik xususiyatlarini, ayniqsa qoplamaning elastikligi va birlashish samaradorligini nazorat qilish uchun tanlangan (kuchli va yuqori yopishqoq qoplama uchun juda muhim), bu "qattiq" va "yumshoq" zarrachalar agregatlarini sintez qilish imkonini beradi.Toksiklik ma'lumotlari shuni ko'rsatadiki, yuqori stirolli "qattiq" lateks siyanobakteriyalarning omon qolishiga yordam bermaydi.Butil akrilatdan farqli o'laroq, stirol suv o'tlari uchun zaharli hisoblanadi32,33.Siyanobakteriyalar shtammlari lateksga mutlaqo boshqacha munosabatda bo'ldi va S. elongatus PCC 7942 uchun optimal shisha o'tish harorati (Tg) aniqlandi, S. elongatus CCAP 1479/1A esa Tg bilan salbiy chiziqli munosabatni ko'rsatdi.
Quritish harorati doimiy bir xil lateks plyonka hosil qilish qobiliyatiga ta'sir qiladi.Agar quritish harorati Minimal plyonka hosil qilish haroratidan (MFFT) past bo'lsa, polimer lateks zarralari to'liq birlashmaydi, natijada faqat zarrachalar interfeysida yopishadi.Olingan plyonkalar yomon yopishqoqlik va mexanik kuchga ega va hatto chang shaklida bo'lishi mumkin29.MFFT Tg bilan chambarchas bog'liq bo'lib, uni monomer tarkibi va Texanol kabi birlashtiruvchi moddalar qo'shilishi bilan nazorat qilish mumkin.Tg natijada paydo bo'lgan qoplamaning ko'pgina fizik xususiyatlarini aniqlaydi, ular rezina yoki shishasimon holatda bo'lishi mumkin34.Flori-Foks tenglamasiga35 ko'ra, Tg monomer turiga va nisbiy foiz tarkibiga bog'liq.Koalesentning qo'shilishi lateks zarralarining Tg ni vaqti-vaqti bilan bostirish orqali MFFTni pasaytirishi mumkin, bu esa past haroratlarda plyonka hosil bo'lishiga imkon beradi, lekin baribir qattiq va kuchli qoplama hosil qiladi, chunki birlashma vaqt o'tishi bilan asta-sekin bug'lanadi yoki ekstrakte qilingan 36 .
Texanol kontsentratsiyasini oshirish, quritish paytida zarrachalar tomonidan so'rilishi tufayli polimer zarralarini yumshatish (Tg'ni kamaytirish) orqali plyonka hosil bo'lishiga yordam beradi va shu bilan yopishqoq plyonka va hujayra yopishish kuchini oshiradi.Biokompozit atrof-muhit haroratida (~ 18-20 ° C) quritilganligi sababli, "qattiq" lateksning Tg (30 dan 55 ° C) quritish haroratidan yuqori, ya'ni zarrachalarning birlashishi optimal bo'lmasligi mumkin, natijada Vitreus, yomon mexanik va yopishqoq xususiyatlar, cheklangan elastiklik va diffuziya30 bo'lib qoladigan B plyonkalari oxir-oqibat hujayralarning ko'proq yo'qolishiga olib keladi."Oddiy" va "yumshoq" polimerlardan plyonka hosil bo'lishi polimer plyonkaning Tg darajasida yoki undan pastda sodir bo'ladi va plyonka hosil bo'lishi yaxshilangan koalessensiya bilan yaxshilanadi, natijada mexanik, yopishqoq va yopishtiruvchi xususiyatlar yaxshilangan doimiy polimer plyonkalari paydo bo'ladi.Olingan plyonka CO2 ni ushlash tajribalari davomida rezina bo'lib qoladi, chunki uning Tg atrof-muhit harorati 30 ga yaqin (“normal” aralash: 12 dan 20 ºC) yoki ancha past (“yumshoq” aralash: -21 dan -13 °C ) ."Qattiq" lateks (3,4 dan 2,9 kgf mm-1) "oddiy" lateksdan (1,0 - 0,9 kgf mm-1) uch baravar qattiqroqdir."Yumshoq" latekslarning qattiqligini ularning xona haroratida haddan tashqari kauchukligi va yopishqoqligi tufayli mikroqattiqlik bilan o'lchash mumkin emas.Yuzaki zaryad ham yopishish yaqinligiga ta'sir qilishi mumkin, ammo mazmunli ma'lumotni taqdim etish uchun ko'proq ma'lumotlar talab qilinadi.Biroq, barcha latekslar hujayralarni samarali ushlab turdi, 1% dan kamroq qismini chiqaradi.
Vaqt o'tishi bilan fotosintezning mahsuldorligi pasayadi.Polistirolga ta'sir qilish membrananing buzilishiga va oksidlovchi stressga olib keladi38,39,40,41.0S va 4S taʼsirida boʻlgan S. elongatus CCAP 1479/1A ning Fv/Fm qiymatlari suspenziya nazorati bilan solishtirganda deyarli ikki baravar yuqori boʻlgan, bu 4S biokompozitining CO2 yutilish tezligiga, shuningdek, past o'rtacha PS qiymatlari.qiymatlar.Yuqori Fv/Fm qiymatlari elektronning PSII ga o'tishi ko'proq fotonlarni42 etkazib berishi mumkinligini ko'rsatadi, bu esa CO2 fiksatsiya tezligining oshishiga olib kelishi mumkin.Ammo shuni ta'kidlash kerakki, fotofiziologik ma'lumotlar suvli lateks eritmalarida to'xtatilgan hujayralardan olingan va ular etuk biokompozitlar bilan to'g'ridan-to'g'ri taqqoslanmasligi mumkin.
Agar lateks yorug'lik va/yoki gaz almashinuvi uchun to'siq yaratsa, bu yorug'lik va CO2 cheklanishiga olib keladi, bu hujayra stressini keltirib chiqarishi va ish faoliyatini kamaytirishi mumkin, agar u O2 chiqishiga ta'sir qilsa, fotonafas olish39.Davolangan qoplamalarning yorug'lik o'tkazuvchanligi baholandi: "qattiq" lateks 440 va 480 nm oralig'ida yorug'lik o'tkazuvchanligining biroz pasayishini ko'rsatdi (qisman plyonkaning birlashishi yaxshilanganligi sababli teksanol kontsentratsiyasini oshirish orqali yaxshilandi), "yumshoq" va "muntazam" ” lateks yorug'lik o'tkazuvchanligining biroz pasayishini ko'rsatdi.sezilarli yo'qotishlarni ko'rsatmaydi.Tahlillar, shuningdek, barcha inkubatsiyalar past yorug'lik intensivligida (30,5 mkmol m-2 s-1) amalga oshirildi, shuning uchun polimer matritsasidan kelib chiqqan har qanday fotosintetik faol nurlanish kompensatsiya qilinadi va hatto fotoinhibisyonning oldini olishda foydali bo'lishi mumkin.yorug'lik intensivligiga zarar etkazishda.
Biokompozit CCAP 1479/1A 84 kunlik sinov davomida ozuqa moddalari almashinuvisiz yoki biomassaning sezilarli yo'qotilishisiz ishladi, bu tadqiqotning asosiy maqsadi hisoblanadi.Hujayra depigmentatsiyasi uzoq muddatli omon qolish (dam olish holati) uchun azot ochligiga javoban xloroz jarayoni bilan bog'liq bo'lishi mumkin, bu esa azotning etarli miqdorda to'planishiga erishilgandan so'ng hujayralar o'sishini tiklashga yordam beradi.SEM tasvirlari hujayralar hujayra bo'linishiga qaramay, qoplama ichida qolganligini tasdiqladi, bu "yumshoq" lateksning elastikligini namoyish etdi va shu bilan eksperimental versiyadan aniq ustunlikni ko'rsatdi."Yumshoq" lateks tarkibida taxminan 70% butil akrilat (og'irlik bo'yicha) mavjud bo'lib, bu quritishdan keyin moslashuvchan qoplama uchun belgilangan konsentratsiyadan ancha yuqoridir44.
CO2 ni aniq qabul qilish nazorat suspenziyasidan sezilarli darajada yuqori edi (S. elongatus CCAP 1479/1A va PCC 7942 uchun mos ravishda 14-20 va 3-8 baravar yuqori).Ilgari biz CO2 massasini uzatish modelidan foydalangan holda, yuqori CO2 yutilishining asosiy drayveri biokompozit31 yuzasida keskin CO2 kontsentratsiyasi gradienti ekanligini va biokompozitning ishlashi massa o'tkazuvchanligiga qarshilik bilan cheklanishi mumkinligini ko'rsatdi.Qoplamaning g'ovakligi va o'tkazuvchanligini oshirish uchun lateks tarkibiga toksik bo'lmagan, plyonka hosil qilmaydigan ingredientlarni kiritish orqali bu muammoni bartaraf etish mumkin26, ammo hujayralarni ushlab turish buzilgan bo'lishi mumkin, chunki bu strategiya muqarrar ravishda zaif plyonkaga olib keladi20.Kimyoviy tarkibi polimerizatsiya jarayonida g'ovaklikni oshirish uchun o'zgartirilishi mumkin, bu, ayniqsa, sanoat ishlab chiqarishi va miqyosi jihatidan eng yaxshi variant45.
Mikroalglar va siyanobakteriyalardan olingan biokompozitlardan foydalangan holda so'nggi tadqiqotlar bilan solishtirganda yangi biokompozitning ishlashi hujayra yuklanish tezligini sozlashda afzalliklarni ko'rsatdi (1-jadval) 21,46 va uzoqroq tahlil qilish vaqtlari (84 kun 15 soatga nisbatan46 va 3 hafta21).
Hujayralardagi uglevodlarning hajmli tarkibi siyanobakteriyalardan foydalangan holda boshqa tadqiqotlar bilan solishtiriladi47,48,49,50 va BECCS fermentatsiya jarayonlari49,51 yoki biologik parchalanadigan moddalar ishlab chiqarish kabi uglerodni ushlash va utilizatsiya/qayta tiklash ilovalari uchun potentsial mezon sifatida ishlatiladi. bioplastika52.Ushbu tadqiqotning mantiqiy asosi sifatida biz, hatto BECCS manfiy emissiya kontseptsiyasida ko'rib chiqilgan o'rmonlarni barpo etish iqlim o'zgarishi uchun davo emas va dunyodagi haydaladigan erlarning xavotirli qismini iste'mol qiladi, deb taxmin qilamiz6.Fikrlash tajribasi sifatida, 2100 yilga kelib global haroratning 1,5°C53 gacha (yiliga 8-12 GtCO2) ko‘tarilishini cheklash uchun atmosferadan 640 dan 950 gacha GtCO2 olib tashlanishi kerakligi taxmin qilingan edi.Bunga yaxshiroq ishlaydigan biokompozit (yiliga 574,08 ± 30,19 t CO2 t-1 biomassasi-1) bilan erishish uchun hajmni 5,5 × 1010 dan 8,2 × 1010 m3 gacha (qiyoslash mumkin bo'lgan fotosintetik samaradorlik bilan) 1926 milliard litrdan 2 litrgacha kengaytirish kerak bo'ladi. polimer.1 m3 biokompozitlar 1 m2 er maydonini egallagan deb faraz qilsak, maqsadli yillik umumiy CO2 ni o'zlashtirish uchun zarur bo'lgan maydon 5,5 dan 8,17 million gektargacha bo'ladi, bu erlarning hayoti uchun mos bo'lgan 0,18-0,27% ga teng. tropiklar va er maydonini qisqartiradi.BECCSga bo'lgan ehtiyoj 98-99% ga.Shuni ta'kidlash kerakki, nazariy tortishish nisbati past nurda qayd etilgan CO2 yutilishiga asoslanadi.Biokompozit kuchliroq tabiiy yorug'likka duchor bo'lishi bilanoq, CO2 ni olish tezligi oshadi, bu esa er talablarini yanada kamaytiradi va tarozilarni biokompozit kontseptsiyasiga aylantiradi.Biroq, amalga oshirish doimiy orqa yorug'lik intensivligi va davomiyligi uchun ekvatorda bo'lishi kerak.
CO2 o'g'itlashning global ta'siri, ya'ni CO2 mavjudligining ko'payishi natijasida o'simliklar hosildorligining oshishi, ehtimol, asosiy tuproq ozuqa moddalari (N va P) va suv resurslaridagi o'zgarishlar tufayli ko'pchilik erlarda kamaydi7.Bu shuni anglatadiki, havodagi CO2 kontsentratsiyasining yuqori bo'lishiga qaramay, quruqlikdagi fotosintez CO2 so'rilishini oshirishga olib kelmasligi mumkin.Shu nuqtai nazardan, BECCS kabi yerga asoslangan iqlim o'zgarishini yumshatish strategiyalari muvaffaqiyatga erishish ehtimoli kamroq.Agar ushbu global hodisa tasdiqlansa, bizning likenlardan ilhomlangan biokompozitimiz bir hujayrali suv fotosintetik mikroblarini "er osti agentlari" ga aylantiradigan asosiy boylik bo'lishi mumkin.Ko'pgina quruqlikdagi o'simliklar CO2 ni C3 fotosintezi orqali tuzatadi, C4 o'simliklari issiqroq, quruqroq yashash joylari uchun qulayroqdir va yuqori CO254 qisman bosimida samaraliroqdir.Siyanobakteriyalar C3 o'simliklarida karbonat angidridning kamayishi haqidagi xavotirli bashoratlarni bartaraf eta oladigan alternativani taklif qiladi.Siyanobakteriyalar uglerodni boyitishning samarali mexanizmini ishlab chiqish orqali fotorespirator cheklovlarni engib o'tishdi, bunda CO2 ning yuqori qisman bosimlari atrofdagi karboksisomalar ichida ribuloza-1,5-bisfosfat karboksilaza/oksigenaza (RuBisCo) tomonidan taqdim etiladi va saqlanadi.Agar siyanobakterial biokompozitlarni ishlab chiqarishni ko'paytirish mumkin bo'lsa, bu iqlim o'zgarishiga qarshi kurashda insoniyat uchun muhim qurolga aylanishi mumkin.
Biokompozitlar (lixen taqlidlari) an'anaviy mikroalglar va siyanobakteriyalar suspenziyasi kulturalariga nisbatan aniq afzalliklarga ega bo'lib, yuqori CO2 qabul qilish tezligini ta'minlaydi, ifloslanish xavfini minimallashtiradi va raqobatbardosh CO2 oldini olishni va'da qiladi.Xarajatlar yer, suv va ozuqa moddalaridan foydalanishni sezilarli darajada kamaytiradi56.Ushbu tadqiqot yuqori samarali biomoslashuvchan lateksni ishlab chiqish va ishlab chiqarishning maqsadga muvofiqligini ko'rsatadi, bu esa nomzod substrat sifatida loofa shimgichi bilan birlashganda, hujayra yo'qotilishini minimal darajada ushlab turgan holda, operatsiya oylari davomida samarali va samarali CO2 yutilishini ta'minlaydi.Biokompozitlar nazariy jihatdan yiliga taxminan 570 t CO2 t-1 biomassani qo'lga kiritishi mumkin va iqlim o'zgarishiga javob berishda BECCS o'rmonzorlashtirish strategiyasidan muhimroq bo'lishi mumkin.Polimer tarkibini yanada optimallashtirish, yuqori yorug'lik intensivligida sinovdan o'tkazish va metabolik muhandislik bilan birgalikda tabiatning asl biogeo-muhandislari yana bir bor yordamga kelishlari mumkin.
Akril lateks polimerlari stirol monomerlari, butil akrilat va akril kislota aralashmasidan foydalangan holda tayyorlandi va pH 0,1 M natriy gidroksid bilan 7 ga o'rnatildi (2-jadval).Stirol va butil akrilat polimer zanjirlarining asosiy qismini tashkil qiladi, akril kislota esa lateks zarralarini suspenziyada saqlashga yordam beradi57.Lateksning strukturaviy xossalari mos ravishda "qattiq" va "yumshoq" xususiyatlarni ta'minlovchi stirol va butil akrilat nisbatlarini o'zgartirish orqali boshqariladigan shisha o'tish harorati (Tg) bilan belgilanadi58.Oddiy akril lateks polimeri 50:50 stirol: butil akrilat 30 dir, shuning uchun ushbu tadqiqotda ushbu nisbatga ega lateks "normal" lateks deb ataldi va stirol miqdori yuqori bo'lgan lateks stirol miqdori past bo'lgan lateks deb nomlandi. ."yumshoq" "qattiq" deb ataladi.
30 ta monomer tomchilarini barqarorlashtirish uchun distillangan suv (174 g), natriy bikarbonat (0,5 g) va Rhodapex Ab/20 sirt faol moddasi (30,92 g) (Solvay) yordamida birlamchi emulsiya tayyorlandi.Shprits pompasi bilan shisha shpritsdan (Science Glass Engineering) foydalanib, 2-jadvalda keltirilgan stirol, butil akrilat va akril kislotani o'z ichiga olgan ikkilamchi alikot birlamchi emulsiyaga 4 soat davomida 100 ml h-1 tezlikda tomchilab qo'shildi (Cole). -Palmer, Vernon tog'i, Illinoys).dH2O va ammoniy persulfat (100 ml, 3% og'irlik) yordamida polimerizatsiya tashabbuskori 59 eritmasini tayyorlang.
Tarkibida dH2O (206 g), natriy gidrokarbonat (1 g) va Rhodapex Ab/20 (4,42 g) bo'lgan eritmani zanglamaydigan po'latdan yasalgan pervanel bilan ustki aralashtirgich (Heidolph Hei-TORQUE qiymati 100) yordamida aralashtiramiz va 82°C ga qizdiring. VWR Scientific 1137P isitiladigan suv hammomida suv ko'ylagi bilan qoplangan idish.Monomer (28,21 g) va tashabbuskor (20,60 g) ning kamaytirilgan og'irlikdagi eritmasi ko'ylagi bilan qoplangan idishga tomchilab qo'shildi va 20 daqiqa davomida aralashtiriladi.Qolgan monomer (150 ml h-1) va tashabbuskor (27 ml h-1) eritmalarini 10 ml shprits va 100 ml idishda 5 soat davomida suv ko'ylagiga qo'shilmaguncha zarrachalarni suspenziyada ushlab turish uchun yaxshilab aralashtiring. .shprits pompasi bilan yakunlanadi.Aralashtirgich tezligi atala saqlanishini ta'minlash uchun atala hajmining oshishi hisobiga oshirildi.Boshlovchi va emulsiya qo'shilgandan so'ng, reaktsiya harorati 85 ° C ga ko'tarildi, 30 daqiqa davomida 450 rpm da yaxshilab aralashtiriladi, so'ngra 65 ° C gacha sovutiladi.Sovutgandan so'ng, lateksga ikkita siljish eritmasi qo'shildi: tert-butil gidroperoksid (t-BHP) (suvda 70%) (5 g, og'irlik bo'yicha 14%) va izoaskorbin kislota (5 g, og'irlik bo'yicha 10%)..t-BHP tomchilab qo'shing va 20 daqiqaga qoldiring.Keyin eritorbin kislotasi shprits pompasi yordamida 10 ml shpritsdan 4 ml / soat tezlikda qo'shildi.Keyin lateks eritmasi xona haroratiga sovutildi va 0,1M natriy gidroksid bilan pH 7 ga sozlandi.
2,2,4-Trimetil-1,3-pentandiol monoizobutirat (Texanol) - lateks bo'yoqlari uchun past zaharli biologik parchalanadigan birlashtiruvchi 37,60 - shprits va nasos bilan uch hajmda qo'shilgan (0, 4, 12% v/v) quritish paytida plyonka hosil bo'lishini osonlashtirish uchun lateks aralashmasi uchun birlashtiruvchi vosita sifatida37.Qattiq lateks ulushi har bir polimerdan 100 µl ni oldindan tortilgan alyuminiy folga qopqoqlariga solib, pechda 100°C da 24 soat davomida quritish orqali aniqlandi.
Yorug'lik o'tkazuvchanligi uchun har bir lateks aralashmasi mikroskop plyonkasiga 100 mikron plyonkalar hosil qilish uchun kalibrlangan zanglamaydigan po'latdan tomchi kub yordamida qo'llanilgan va 20 ° C da 48 soat davomida quritilgan.Yorug'lik o'tkazuvchanligi (fotosintetik faol nurlanishga yo'naltirilgan, l 400-700 nm) 30 Vt lyuminestsent chiroqdan 35 sm masofada sensori bo'lgan ILT950 SpectriLight spektroradiometrida o'lchandi (Sylvania Luxline Plus, n = 6) - bu erda yorug'lik Manba siyanobakteriyalar va organizmlar edi. Kompozit materiallar saqlanib qolgan.SpectrILight III dasturiy ta'minotining 3.5 versiyasi l 400–700 nm61 diapazonida yorug'lik va uzatishni qayd etish uchun ishlatilgan.Barcha namunalar sensorning tepasiga joylashtirildi va qoplanmagan shisha slaydlar nazorat sifatida ishlatilgan.
Lateks namunalari silikon pishirish idishiga qo'shildi va qattiqlik uchun sinovdan o'tkazilgunga qadar 24 soat davomida quritilishiga ruxsat berildi.Quritilgan lateks namunasini x10 mikroskop ostida po'lat qopqoq ustiga qo'ying.Fokuslangandan so'ng, namunalar Buehler Micromet II mikroqattiqlik tekshirgichida baholandi.Namuna 100 dan 200 grammgacha bo'lgan kuchga duchor bo'ldi va namunada olmos cho'tkasi hosil qilish uchun yuklash vaqti 7 soniyaga o'rnatildi.Chop etish qo'shimcha shakl o'lchash dasturiga ega Bruker Alicona × 10 mikroskop ob'ektiv yordamida tahlil qilindi.Har bir lateksning qattiqligini hisoblash uchun Vickers qattiqlik formulasi (1- tenglama) ishlatilgan, bu erda HV - Vikers soni, F - qo'llaniladigan kuch va d - lateksning balandligi va kengligidan hisoblangan diagonallarning o'rtacha qiymati.chegara qiymati."Yumshoq" lateksni indentatsiya sinovi paytida yopishqoqlik va cho'zilish tufayli o'lchash mumkin emas.
Lateks tarkibining shisha o'tish haroratini (Tg) aniqlash uchun polimer namunalari silika jelli idishlarga solingan, 24 soat davomida quritilgan, 0,005 g gacha tortilgan va namunali idishlarga joylashtirilgan.Idish qopqog'i yopilgan va differentsial skanerlash kolorimetriga (PerkinElmer DSC 8500, Intercooler II, Pyris ma'lumotlarni tahlil qilish dasturi) 62 joylashtirilgan.Issiqlik oqimi usuli mos yozuvlar stakanlari va namunali stakanlarni haroratni o'lchash uchun o'rnatilgan harorat probi bilan bir xil pechga joylashtirish uchun ishlatiladi.Barqaror egri chiziq hosil qilish uchun jami ikkita rampa ishlatilgan.Namuna usuli bir necha marta daqiqada 20 ° C tezlikda -20 ° C dan 180 ° C gacha ko'tarildi.Har bir boshlang'ich va tugash nuqtasi haroratning kechikishini hisobga olish uchun 1 daqiqa davomida saqlanadi.
Biokompozitning CO2 ni yutish qobiliyatini baholash uchun namunalar tayyorlandi va avvalgi tadqiqotimizdagi kabi sinovdan o'tkazildi31.Quritilgan va avtoklavlangan ro'mol taxminan 1 × 1 × 5 sm o'lchamdagi chiziqlar bilan kesilgan va tortilgan.Har bir siyanobakteriya shtammining ikkita eng samarali bioqoplamasidan 600 µl ni har bir loofa chizig‘ining bir uchiga qo‘llang, taxminan 1 × 1 × 3 sm qoplang va qorong‘i joyda 24 soat davomida 20°C da quriting.Loofahning makro gözenekli tuzilishi tufayli formulaning bir qismi isrof qilingan, shuning uchun hujayra yuklash samaradorligi 100% emas edi.Ushbu muammoni bartaraf etish uchun quruq preparatning loofadagi og'irligi aniqlandi va mos yozuvlar quruq preparatiga normallashtirildi.Loofa, lateks va steril ozuqa vositasidan tashkil topgan abiotik nazorat xuddi shunday tarzda tayyorlangan.
Yarim partiyali CO2 qabul qilish testini o'tkazish uchun biokompozitni (n = 3) 50 ml shisha naychaga joylashtiring, shunda biokompozitning bir uchi (biologik qoplamasiz) 5 ml o'sish muhiti bilan aloqada bo'lib, ozuqa moddalarining o'sishiga imkon beradi. kapillyar ta'sir orqali tashiladi..Shisha diametri 20 mm bo'lgan butil kauchuk tiqin bilan yopilgan va kumush rangli alyuminiy qopqoq bilan o'ralgan.Muhrlangandan so'ng, gaz o'tkazmaydigan shpritsga biriktirilgan steril igna bilan 45 ml 5% CO2 / havo yuboring.Nazorat suspenziyasining hujayra zichligi (n = 3) ozuqaviy muhitdagi biokompozitning hujayra yukiga teng edi.Sinovlar 18 ± 2 ° C haroratda 16:8 fotoperiod va 30,5 mkmol m-2 s-1 fotoperiod bilan o'tkazildi.Bosh bo'shlig'i har ikki kunda gaz o'tkazmaydigan shprits bilan olib tashlandi va so'rilgan CO2 foizini aniqlash uchun infraqizil assimilyatsiya qiluvchi GEOTech G100 bilan CO2 o'lchagich bilan tahlil qilindi.Teng hajmdagi CO2 gaz aralashmasini qo'shing.
% CO2 Fix quyidagi tarzda hisoblanadi: % CO2 Fix = 5% (v/v) – % CO2 (2 tenglama) yozing, bunda P = bosim, V = hajm, T = harorat va R = ideal gaz doimiysi.
Siyanobakteriyalar va biokompozitlarning nazorat suspenziyalari uchun CO2 ni qabul qilish darajasi biologik bo'lmagan nazorat uchun normallashtirildi.G biomassaning funksional birligi yuvinish ro'molida harakatsizlangan quruq biomassa miqdoridir.Hujayra fiksatsiyasidan oldin va keyin loofa namunalarini tortish yo'li bilan aniqlanadi.Preparatlarni quritishdan oldin va keyin alohida tortish va hujayra preparatining zichligini hisoblash yo'li bilan hujayra yuk massasini (biomasa ekvivalenti) hisobga olish (3-tenglama).Hujayra preparatlari fiksatsiya paytida bir hil bo'ladi deb taxmin qilinadi.
Statistik tahlil uchun Minitab 18 va RealStatistics plaginiga ega Microsoft Excel dasturidan foydalanilgan.Oddiylik Anderson-Darling testi yordamida, dispersiyalarning tengligi esa Leven testi yordamida tekshirildi.Ushbu taxminlarni qondiradigan ma'lumotlar ikki tomonlama dispersiya tahlili (ANOVA) yordamida Tukey testidan so'ng post hoc tahlil sifatida tahlil qilindi.Oddiylik va teng dispersiya haqidagi taxminlarga javob bermaydigan ikki tomonlama ma'lumotlar Shirer-Ray-Hara testi va keyin Mann-Whitney U-testi yordamida davolanishlar orasidagi ahamiyatni aniqlash uchun tahlil qilindi.Umumiy chiziqli aralash (GLM) modellari odatiy bo'lmagan ma'lumotlar uchun uchta omil bilan ishlatilgan, bu erda ma'lumotlar Jonson transformatsiyasi yordamida o'zgartirilgan63.Texanol kontsentratsiyasi, shisha o'tish harorati va lateks toksikligi va yopishqoqlik ma'lumotlari o'rtasidagi munosabatni baholash uchun Pearson mahsulotlarining momentli korrelyatsiyasi amalga oshirildi.
Yuborilgan vaqt: 2023 yil 05-yanvar