地球上的绿藻植物（一言不合就放氢气的植物--莱茵衣藻）

地球人都知道，绿色植物可以产生氧气，但是很少有人知道，一些植物除了产生氧气还可以产生氢气。也许有人纳闷了，氧气可以供人类或者其他动物呼吸，氢气有什么用呢，植物产生这玩意儿有何用处呢？

实际上氢气老兄的用处可大了去了，现如今，每天为了维持高速发展的现代化生活，无数能源工厂开足马力为大城市输送源源不断的能量，由此排出的滚滚浓烟遮天蔽日，人们小时候记忆中湛蓝的天空正在远去，每天带着口罩生活在PM2.5的阴霾下，心中一万只草泥马在奔腾：丫的，什么时候可以关了这些该死的工厂？工厂是万万不能关的，否则没有电、煤气，你吃饭、喝水甚至上厕所都成问题，我们可以做的就是寻找清洁高效无污染的替代能源，淘汰诸如煤炭、石油这些不可再生、产生温室气体的传统化石能源。

那么问题来了，哪些能源可以用来替代呢，你可能会说风能、水能、地热能，其实还有一个不错的选择--氢能。这是因为氢能有诸多好处：燃烧产物水清洁无污染，且可循环利用；氢能可压缩、可存储、易运输；氢能能量密度极大，是汽油的3倍。同时，产生这些氢气的绿藻在地球分布广泛，并且利用的是源源不断的太阳能，这是可持续产能的理想模式。其中，莱茵衣藻因为其繁殖速度快、生长周期短、易培养、遗传背景清晰，被美国能源部列为生物制氢的模式物种。由于衣藻分布广泛、生长速度快、培养成本低廉，设想将来可以在不适宜的耕作的土地上广泛架设透明管道、建立大规模培养衣藻的农场，直接利用太阳能来持续产氢，获得人类源源不断的方便使用的氢气，没有PM2.5、没有雾霾、没有有毒有害工业废气，想想那样的未来生活是不是有点小激动呢。

普通光学显微镜下的莱茵衣藻，可见鞭毛、细胞核、叶绿体和伸缩泡等结构

莱茵衣藻（学名：Chlamydomonas reinhardtii）是一种单细胞藻类，具有鞭毛、细胞核、叶绿体和线粒体等结构，因此有三套遗传物质。鞭毛可以摆动使其朝着趋光或者避光运动，因此它是介于植物和动物之间的生物。

在3000倍电镜下的莱茵衣藻，大小约为5um，头部2根鞭毛十分明显

它的基因组已经于2007年由美国能源部的联合基因组研究中心（JGI）解析，其大小约为120M，约有18000个基因，跟3G的人类基因组相比，其基因数目相差并不太大。

其实，早在20世纪30年代，莱茵衣藻在无氧条件下产生氢气的现象就曾作为重大发现发表在Nature上。但是随后的研究发现产氢的活性受到氧气的抑制，即在富氧的正常条件下，并不产生氢气，只有在无氧条件下才产生少量氢气，难以应用于工业化生产，到了20世纪70年代，在全球能源危机和环境污染的背景下，微型绿藻产氢的研究又重新受到重视。回到前面的问题，衣藻产氢对它自己有什么用呢？其实，莱茵衣藻在无氧条件下产氢的现象被看作是莱茵衣藻面对缺氧胁迫环境的应急反应，产生的氢气只是副产物。正常条件下，同其他绿色植物一样通过光合作用制造有机物从而获得能量；一旦面临缺氧环境，就通过产氢代谢途径，启动新的能量供应转化程序。因此，无论是在富氧还是缺氧环境，无论大自然出多么大的难题，我们的衣藻总是可以 坚强的活下去，总是可以安安静静的做一个美男子。

但是科学家们还是要跨过产氢酶受到大气中氧气抑制这道屏障，才能真正的发挥莱茵衣藻的产氢作用，到目前为止，很多学者通过基因工程手段获得高产氢突变藻株，已经可以达到20~215ml/L.h，并且可以维持24~72h才开始下降的产氢状况。不过，这离我们工业化生物制氢的梦想依然很遥远，科研工作者们依然有很远的路要走。

参考文献：The Chlamydomonas genome reveals the evolution of key animal and plant functions., Science (New York, N.Y.). 2007 Oct 12; 318 5848 245-50

图片引自：http://image.so.com/i?src=360pic_normal&q=莱茵衣藻