一个国际科学家团队发现了一种新的植物酶，这种酶最终可能在利用作物废料生产纤维素生物燃料以及化学品和塑料方面取得突破。
咖啡酰莽草酸酯酶（CSE）是一种酶，可以通过关闭其基因来控制木质素的形成。木质素是一种使植物坚硬的细胞网状结构。它也是一种坚韧的物质，使得从农业废料中提取糖来制造生物燃料变得困难。因此，它多年来一直是商业化生产的障碍。
该论文的合著者、根特大学和比利时生命科学研究所VIB的植物生物技术研究员Wout Boerjan说，植物制造木质素的一系列步骤已经研究了几十年。但直到现在，CSE仍然是一个难以捉摸的因素。
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“多年来它一直被忽视，”Boerjan解释说。
该论文的另一位作者、能源部大湖生物能源研究中心的教授约翰·拉尔夫说，直到最近，科学家们还认为另一个基因负责制造木质素。
大多数生物燃料都以糖为基础。一旦提取出来，糖就会发酵成酒精——如乙醇或丁醇——然后可以用作燃料。通过“下调”或关闭导致木质素形成的CSE基因的功能，研究人员能够改造一种小型开花植物，使其每克茎材料产生的木质素减少36%。
Boerjan说，这足以使糖的产量提高四倍。
这种植物——拟南芥（Arabidopsis thaliana），芥菜科的一种植物——多年来一直被研究人员研究，因为它经常被用作研究植物生物结构的典范。通过阻止聚合物的产生，研究人员发现其木质素的分子结构发生了改变，复杂性降低，从而更容易消化，可以转化为燃料。
纤维素商业化的缓慢之路
两周前，INEOS Bio宣布其位于佛罗里达州维罗海滩的工厂已开始商业化生产用庭院废料制成的纤维素乙醇。另外一些纤维素乙醇工厂计划在明年开始生产，它们将用玉米秸秆、麦秸和城市垃圾制造生物燃料（气候导报，8月5日）。
根据联邦可再生燃料标准，美国必须在2022年前将生物燃料产量提高到360亿加仑。该法律颁布时，美国环保署预计360亿加仑中的160亿加仑将是纤维素生物燃料。但迄今为止，市场上纤维素燃料的量微乎其微。
环保署最近将其2013年的纤维素目标从拟议的1400万加仑乙醇当量修改为最终要求的600万加仑（绿色导报，8月6日）。
许多公司都因成本高昂而停滞不前，困难重重也使得小型公司难以从小规模跃升至商业规模。
Boerjan解释说：“主要瓶颈是预处理”，指的是通过烹饪或其他方式软化植物材料的昂贵过程，以便提取和转化糖。“[该行业]希望以廉价的方式生产产品。”
一家为生物燃料生产制造酶的荷兰公司诺维信的发言人说，“制浆顽固性”，即分解坚韧植物物质的困难，多年来一直是该行业面临的难题。因此，公司需要添加更多的化学品来促进工作。
诺维信生物质应用部门研发主管马茨·托里-史密斯（未参与该研究）说，下一步是确保这些基因改造不会对植物产生负面影响。
托里-史密斯补充说：“要证明这些修改不会影响植物维持其结构的能力，还有很多工作要做。尽管如此，我们强烈鼓励在该领域进行研究，并认为它是生物燃料生产的重要支持技术。”
下一个实验可能是杨树
大湖生物能源研究中心的拉尔夫说，认为这一特定发现可以改变生物燃料的制造方式还为时过早，但它可以为如何制造更好的生物燃料作物铺平道路。
他说：“我认为在某个时候，你会看到更容易预处理的植物。”
但是下调基因也可能阻碍更高的产量。木质素存在于两种类型的细胞中：构成植物结构的纤维细胞和构成在植物中输送水分的管道的细胞。对CSE进行改造以改变木质素的形成可能会影响植物内部的水分流动，并决定其生长情况。
Boerjan说：“我们希望仅通过下调纤维细胞中的基因来克服产量损失。”他补充说，杨树是很有希望的生物燃料原料，可能是下一个进行下调实验的对象。
来自比利时、英国和美国的18位研究人员参与了这项研究。该论文发表在本周的科学杂志上，该杂志由美国科学促进会出版。
经环境与能源出版有限责任公司许可，转载自气候导报。www.eenews.net，202-628-6500