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科学家对树木进行基因改造 降低制浆造纸难度
时间:2014-07-12 16:32:25    来源:新浪科技    浏览次数:    科技首页    我来说两句()

综合外电4月14日报道,在将来的某一天,使用树木制浆造纸所需耗费的能量将远远少于现在,这要感谢美国科学家利用一种来自中药材的基因对树木进行的基因改造。此项研究由美国能源部大湖生物能研究中心的生物化学家约翰-拉尔夫及其同事进行。拉尔夫表示这种基因能够改变木质素——起到强化细胞壁的作用——使其更容易被工业化学品分解。研究发现刊登在《科学》杂志上。

  木质素是一种聚合物,与纤维素一起增加植物细胞壁的强度,木头的强度便与这种物质有关。在使用植物造纸过程中,木质素必须被溶解,方式是将其分解成碎片。通过这种处理,最后制成的纸就只有纤维素。不过,溶解木质素并不是一件容易的事情,尤其是软木材的木质素。拉尔夫表示:“如果想分解木质素,你必须撕裂木质素‘脊骨’中的一些连结部位。即便是最容易撕裂的连结部位,使用1摩尔苛性钠也需要在170摄氏度温度下耗时两个小时左右。如果使用酸,温度需达到200摄氏度。可见,打破这些连结部位是一件很困难的事情。”

  在早期进行的试管研究中,拉尔夫和同事发现如果改变木质素“脊骨”的结构,便可降低分解这种聚合物的难度。他说:“为了降低使用化学手段分解木质素的难度,我们需要对这种聚合物进行了重新设计,使其更容易降解。”为了做到这一点,研究人员在木质素单体中加入酯键。拉尔夫说:“使用苛性钠分解酯只需要达到室温。”现在,拉尔夫和同事成功培育出含有这种被改造的木质素的白杨。他说:“我们的研究结果显示可以在植物身上做到这一点。”

  拉尔夫表示他们的第一步是找到一种含有特定基因的酶,形成新单体。在中药当归的根部,他们找到了这种天然形成的酶。当归学名“Angelica sinensis”,用于治疗妇科病。这种酶产生的含有酯键的单体可充当一种防御性化合物,而不是形成木质素。在这种酶中,他们找到了起作用的基因,而后利用工程学手段将这种基因植入白杨。

  研究中,他们利用一种启动子序列确保这种基因只在产生木质素的白杨细胞中进行表达。在接受基因工程学改造的白杨长到一岁时,拉尔夫等人砍到白杨并进行检测,以确定是否存在经过改造的木质素。得到肯定的答案之后,他们将白杨木粉碎制浆,结果发现这种木质素很容易分解。

  拉尔夫表示如果采用含有这种木质素的木材造纸,所需耗费的时间更短,所需达到的温度也更低,进而节省造纸消耗的能源。培育出更容易分解的木质素也能够让生物燃料业受益。经过基因改造的植物与野生植物没有本质差异,因此不会影响微生物分解木质素的方式。他说:“植物的天然降解方式与我们采用的化学降解方式截然不同。”

  拉尔夫指出酯具有生物学稳定性,虽然使用强效化学物质很容易将其分解。因此,这种基因改造不太可能影响树木的强度。在证实这些猜测前,他们还需要进行野外实验。研究人员希望将来自当归的可改造木质素的基因植入生物燃料作物以及其他用于造纸的树种,尤其是软木。

  在中药当归的根部,科学家找到一种天然形成的酶,酶中的一种基因可降低分解木质素的难度,进而降低制浆造纸的难度。科学家表示如果采用含有这种木质素的木材造纸,所需耗费的时间更短,所需达到的温度也更低,进而节省造纸消耗的能源。

关键字:科学家,对树木,基因改造 降低制浆,造纸难度
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责任编辑:科学探索
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