生物燃料的突破

科学家们正在利用生物技术消除用木本植物和草而不是用来制造乙醇的玉米和甘蔗生产生物燃料的障碍。

北卡罗来纳州立大学森林生物技术集团负责今年发表的几个里程碑式的研究成果，该集团在《生物燃料》的一期特刊中总结了生物燃料研究进展和面临的挑战植物生物技术》杂志．

据该研究的主要作者李全子博士说，生产更可持续、更经济的生物燃料的最大障碍来自顽固的植物细胞壁，它们拒绝被分解成生物燃料的成分。细胞壁含有理想的纤维素和半纤维素，这些纤维素被木质素“覆盖”起来，木质素有助于提高木材的强度，但却阻碍了生物燃料的生产。

为了从木材中制造生物燃料，制造商必须去除木质素，并将纤维素转化为乙醇。生产从昂贵的预处理开始，然后使用酶来释放糖，这些糖可以发酵生产乙醇。

李说，生物技术研究集中在几个方面简化这一过程。

科学家们已经找到了改变细胞壁结构的方法，以减少木质素的数量并改变其组成。他们操纵了半纤维素形成的步骤，破坏了木质素和纤维素之间的连接。为了加快生物燃料的生产，他们已经将细胞壁降解酶引入植物中，比如一种细菌基因，这种基因在生物燃料生产过程中，除非在高温下被激活，否则不会影响植物。

北卡罗来纳州立大学的团队已经创造出了木质素含量降低的转基因树木——这是一个不小的成就。

“通常情况下，当你减少木质素时，植物的生长会受到负面影响，这也会减少生物量的产量，”李说。“然而，我们现在知道，我们可以生产出细胞壁坚固、发育正常、但木质素更少的转基因植物。”

高能量含量的速生树木可以在边际土地上生长而不影响作物生产。

北卡罗来纳州立大学与黑杨木(杨树trichocarpa)，一种用于生产生物燃料的模范树种。自然资源学院(College of Natural Resources)的森林生物技术小组(Forest Biotechnology Group)的研究人员已经开发出了预测这种变化的工程模型21途径酶影响木质素含量和组成，提供等价物GPS方向指导未来的研究．

这种综合的方法，包括基因、蛋白质、植物化合物和数学模型，符合系统生物学的观点，这是未来突破的关键，李说。

“在许多领域已经取得了进展，但我们仍然缺乏对细胞壁是如何形成的完全了解。我们必须更好地了解控制其形成的因素，以生产更好的生物燃料生物质。”

该研究得到了国家自然科学基金(31370593)和东南太阳基金竞争基金的资助，以及自然资源学院森林生物技术小组联席主任Vincent L. Chiang的国家科学基金(db -0922391)的资助。