The relationship between photosystem II regulation and hydrogen production in Chlamydomonas reinhardtii under nitrogen or sulfur deprivation

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Some microalgae are capable of light-dependent hydrogen production after a period of anaerobic adaptation, thus performing biophotolysis of water. The hydrogen production rate at the initial moment reaches the maximum rate of photosynthesis. However, this process is short-lived: the oxygen released during photosynthesis quickly inactivates the key enzyme of biophotolysis, hydrogenase, and inhibits its expression. Approaches have been developed to achieve sustained hydrogen production by microalgae. The most studied are approaches based on transferring microalgae to nutrient-deficient conditions. However, it is known that hydrogen production under nutrient deficiency is always accompanied by a decrease in the activity of photosystem II (PSII). Several mechanisms of PSII activity suppression have been described in the literature, and there is no consensus on which mechanism is the determining one. The aim of this work was to test the hypothesis that the implementation of a particular mechanism of PSII suppression depends not only on the type of stress but also on the growth conditions. For this purpose, a photoautotrophic culture of the microalga Chlamydomonas reinhardtii was grown under nitrogen or sulfur deficiency under different light regimes, and the implementation of the following mechanisms of PSII activity suppression was analyzed: over-reduction of the plastoquinone pool (coupled with over-reduction of the entire photosynthetic electron transport chain), decoupling of PSII (based on the kinetics of ascorbate accumulation and the JIP test), the violaxanthin cycle, anaerobic stress associated with the creation of a reducing redox potential of the culture suspension. It was found that the key mechanism determining hydrogen production is over-reduction of the plastoquinone pool. Other mechanisms are also implemented under various conditions but do not show a clear correlation with hydrogen production. The results obtained indicate that stress caused by starvation of cultures is a convenient approach for studying hydrogen production by microalgae, but due to the low activity of PSII, it is impractical. New approaches are required to create industrial systems based on microalgae, allowing the full realization of the photosynthetic potential of microalgae.

About the authors

V. I. Grechanik

Institute of Basic Biological Problems, Federal Research Center "Pushchino Scientific Center for Biological Research of the Russian Academy of Sciences"

Author for correspondence.
Email: vi.semina@gmail.com
Pushchino, Russia

M. A. Bol'shakov

Institute of Basic Biological Problems, Federal Research Center "Pushchino Scientific Center for Biological Research of the Russian Academy of Sciences"

Email: vi.semina@gmail.com
Pushchino, Russia

A. A. Tsygankov

Institute of Basic Biological Problems, Federal Research Center "Pushchino Scientific Center for Biological Research of the Russian Academy of Sciences"

Email: vi.semina@gmail.com
Pushchino, Russia

References

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Таблица П1. Изменение параметров JIP теста при выращивании культур при недостатке азота и различном освещении.
Download (368KB)
3. Таблица П2. Изменение параметров JIP теста при выращивании культур при недостатке серы и различном освещении.
Download (557KB)

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».