新發現有助提高草料營養轉化和能源轉化效率

編譯：龔晶 北京市農林科學院農業信息與經濟研究所

植物生物質含有很高的熱值，但其中大部分構成了堅固的細胞壁，它造成了一種難以下咽的口感，但也因此幫助牧草經受住了覓食者的破壞，持續繁衍超過六千萬年，是一種無可比擬的進化優勢。

但問題在於，堅固的細胞壁使得牧草難以被牛羊的瘤胃消化，也難以被生物能精鍊廠加工成乙醇燃料。

但現在，來自英國、巴西和美國的一個跨國研究小組已經鎖定了一種參與細胞壁硬化的基因，抑制這個基因使糖的釋放量增加了高達60％。今天《新植物學家》（New Phytologist）報道了他們的發現。

英國洛桑研究所（Rothamsted Research）的植物生物學家、研究小組聯合負責人羅文·米切爾（RowanMitchell）說：「這一發現可能影響全世界，因為每個國家都在使用草料飼養動物，世界各地的多個生物燃料廠也在使用這種原料。」

巴西農業研究公司（Brazilian Agricultural Research Corporation, Embrap）旗下的Embrap農業能源基因與生物技術實驗室（Laboratory of Geneticsand Biotechnology at Embrapa Agroenergy）首席研究員、研究小組聯合負責人雨果·莫里那利（Hugo Molinari）說：「僅在巴西，這項技術的潛在生物燃料市場和飼料市場去年的估值就分別達到13億雷亞爾（4億美元）和6,100萬雷亞爾。」

米切爾指出，草料作物的生物質年產量達數十億噸，它的一個主要特性——可消化性決定了生產生物燃料的經濟性和動物飼料的營養價值。細胞壁硬度增加或阿魏酸化會降低草料的可消化性。

米切爾說：「我們在10年前確定了草的特定基因作為控制細胞壁阿魏醯化的候選基因。但事實證明，要證明這些基因具有這種作用非常困難，儘管很多實驗室進行了這種嘗試。現在我們為其中一個基因提供了第一項有力的證據。」

在研究小組的轉基因植物中，轉基因將負責阿魏酸轉化的內源基因的活性抑制到了其正常水平的20％左右。通過這種方式，所生產的生物質的阿魏醯化程度比其他未轉基因植物的更低。

米切爾指出：「這種抑制並未顯著影響植物的生物質產量或阿魏醯化程度較低的轉基因植物的外觀。從科學的角度來看，我們現在想要探究這個基因是如何介導阿魏醯化的，這樣我們就知道能否進一步提高這個過程的效率。」

這一發現毫無疑問是巴西的福音。在這個國家，新興的生物能源工業利用其他草料作物（如玉米秸稈和甘蔗渣滓）的剩餘物和專門作為能源作物種植的甘蔗生產乙醇。生物乙醇生產效率的提高將有助於替代化石燃料，減少溫室氣體排放。

莫里那利指出：「在經濟和環境方面，更高效的覓食有利於我們的畜牧業，在水解過程中分解生物質所需的人造酶減少有利於生物燃料行業。」

對於聯合作者和行業先驅約翰·拉夫（John Ralph）來說，這個發現是來之不易、期盼已久的。這位威斯康星大學麥迪遜分校（Universityof Wisconsin-Madison）生化教授兼美國能源部（US Department of Energy）的五大湖生物能源研究中心（Great Lakes Bioenergy Research Center）教授指出：「大約在20年前，各研究小組就迫切地想要找出阿魏醯蛋白/基因。」

「自20世紀90年代初以來，我們的研究小組一直對植物細胞壁中的阿魏酸交聯感興趣，並開發出了在此次研究中用於表徵的核磁共振法。「這是個難度很大的發現。」（來源：英國洛桑研究中心 北京市農林科學院農業信息與經濟研究所報道）

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