Green Carbon创刊号 | 从生物光合，走向生物光伏
英文原题：Turning light into electricity, biologically
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背景介绍
图1 生物光伏的研究和应用：现在和未来
将太阳能转化为电力或燃料，是推动绿色发展、助力碳中和的重要途径。基于光合生物中的光反应能力，可将光合生物改造为生物光伏，用一种新的与环境相容的生物材料，将光能转变为电能。生物光伏是一种环境友好的新型太阳能利用技术，其科学核心是要在光合生物与电化学系统之间建立高效的跨膜电子传递过程。为提高生物光伏效率，一方面需要阐明光合生物天然跨膜电子传递的具体机制，另一方面需要开发提高跨膜电子传递效率的新策略和新方法。
来自中国科学院微生物研究所的朱华伟博士和本刊编委李寅研究员基于近年来的研究成果，在Green Carbon创刊号上发表了题为“Turning light into electricity, biologically”的观点文章。文章回顾了光合生物跨膜电子传递的生理基础和分子机制研究进展，讨论了近年来提高跨膜电子传递效率的不同策略，并展望了生物光伏的研究和应用前景（图1）。
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文章简介
光合生物在光合作用过程中会产生光合电子，其中部分光合电子会被转移到胞外环境中，这种特性称为光依赖的外电活性。那么，光合生物为何要将光合电子转移到胞外环境中？外排的光合电子，究竟是如何从胞内传递到胞外的？胞内的光合电子，向胞外传递的起点和位置在哪里？对这些问题，文章分析指出，光合生物天然外排电子的现象，可能是还原压力胁迫下维持胞内氧化还原平衡的一种生存机制。光合电子向外传递主要依靠内源分泌的电子载体，但其分子机制和具体过程目前尚不清楚。此外，光合电子一般倾向于从质体醌池或光系统I的下游向外传递，同时也具备从激发态反应中心直接向外逃逸的潜力。
尽管光依赖外电活性在光合生物中普遍存在，但其效率非常低，无法满足构铸高效生物光伏系统的要求。为提高光合电子传递效率，近年来各国学者发展了多种生物和非生物策略，如遗传工程重构胞内电子传递路径、微生物组工程实现定向电子传递、电极工程强化界面电子传递、纳米材料工程促进杂合电子传递等，这些策略从不同角度和层面提高了生物光伏的效率。
针对生物光伏技术的未来发展，文章指出要进一步阐明光合生物光依赖电活性的分子和生理机制，提高对光合生物跨膜电子传递路径的理性设计和定向改造能力，进而集成多种生物和非生物策略，提高生物光伏的整体性能，推动该技术实现从低功率电子器件到高功率电子器件的实际应用。
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通讯作者信息
Yin Li
李寅博士，中国生物工程学会一碳生物技术专业委员会主任，《生物工程学报》执行主编和Green Carbon、GCB Bioenergy等多个国际期刊编委。研究团队创制了全染色体编辑的丁醇等化学品高产菌株，创建了最简酶促碳固定循环和多个合成生物固碳系统，开发了基于合成微生物组的高效生物光伏系统，在Science、Nature Communications、PNAS、ACS Catalysis、Metabolic Engineering等期刊发表论文160余篇。
朱华伟博士，中国科学院微生物研究所特别研究助理。研究方向为生物光伏与生物光电转化，以第一作者或通讯作者在Nature Communications、Biotechnology Advances、Green Carbon、Quantitative Biology等期刊发表论文10篇，获得国家自然科学基金和博士后创新人才支持计划等项目资助。
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关于
Green Carbon
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Green Carbon（绿碳，ISSN 2950-1555）是由中国科学院青岛生物能源与过程研究所创办、与科爱集团联合出版的开放获取英文学术期刊，聚焦绿色碳资源的开发与利用、化石碳资源的绿色转化与利用，排放碳资源的固定与利用，以及多尺度碳循环的分析与管理等主题，推动可持续发展领域的科技创新，为全球科研人员提供高质量的、开放的学术交流平台，服务于广大的化学和科学界。期刊将发表原创性研究论文、综述类文章、社论、简短通讯、观点和专题类文章。
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