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氢气（H2）是一种有前景的可持续能源载体，而其通过光合作用水分解实现直接生产具有吸引力。然而，尽管经过数十年的工程改造，蓝藻长期光合产氢仍然效率低下。在此，我们系统剖析了决定集胞藻 Synechocystis sp. PCC 6803 持续 H2 产生的分层且状态依赖性的约束架构。我们表明，氢化酶过表达缓解了主要的酶学限制，进而暴露出 ATP/NADPH 平衡以及竞争性电子汇作为连续的代谢约束。受蓝藻噬菌体策略启发，我们构建了基于合成 CP12 的调控蛋白，将光合电子从 CO2 固定重定向至 H2 生产。将这些干预措施结合后，与此前的基准系统相比，H2 产量提高了两个数量级以上，表明持续 H2 生产需要对代谢与调控进行协同管理，而非仅消除单一瓶颈。然而，克服这些约束也促进了代谢适应和遗传不稳定性，揭示了最大化 H2 产量与长期代谢稳定性之间的权衡。
蓝藻能量代谢的多层级工程促进了光合产氢，同时揭示了其限制因素 | bioRxiv
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蓝藻能量代谢的多层级工程促进了光合产氢，同时揭示了其限制因素
Marvin Amadeus Itzenhäuser 、 Samuel Grimm 、 Lara Ruprecht 、 Johanna Wiedener 、 Fabian Brandenburg 、 Ron Stauder 、 Pål William Wallace 、 Jens Olaf Krömer 、 Andreas Schmid 、 查看 ORCID 个人资料 Stephan Klähn
doi： https://doi.org/10.64898/2026.07.21.739770
Marvin Amadeus Itzenhäuser 1 德国莱比锡，亥姆霍兹环境研究中心（UFZ）太阳材料生物技术系； 在 Google Scholar 上查找该作者 在 PubMed 上查找该作者 在持有人为作者/资助方，已授予 bioRxiv 许可，使该预印本可永久展示。 保留所有权利。未经许可不得再次使用。
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发布于 2026 年 7 月 22 日。 下载 PDF 补充材料 电子邮件
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📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.07.21.739770v1?rss=1
🏷️ 蓝藻工程改造 光合产氢 能量代谢 电子流重定向 代谢约束 遗传不稳定性