利用高新生物技術(shù)促進(jìn)生物能源開(kāi)發(fā)

文/北京大學(xué) 林忠平

利用高新生物技術(shù)促進(jìn)生物能源開(kāi)發(fā)

文/北京大學(xué) 林忠平

考察一種耐旱的沙漠植物

人類與自然的和諧發(fā)展離不開(kāi)綠色植物。綠色植物通過(guò)光合作用將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為人類所需的食物和各種原材料，包括能源材料。

由于人類社會(huì)的發(fā)展，對(duì)于能源資源的需求日益迫切，古代植物積累的能源趨于枯竭。同時(shí)，人類大量侵占和破壞原有的綠色空間，導(dǎo)致生物資源短缺。為了獲得可再生能源，人們還期望種植高產(chǎn)糖分、淀粉、脂肪酸的能源植物。在耕地十分有限的情況下，只好開(kāi)發(fā)貧瘠的土地，使植物在惡劣的環(huán)境下生長(zhǎng)，并制造便于轉(zhuǎn)化成能源的產(chǎn)品。這就需要提高能源植物的抗逆性。

在農(nóng)業(yè)史上，人類培育農(nóng)作物往往因地制宜，而忽視了植物抗逆性的增強(qiáng)，許多高產(chǎn)作物往往抗逆性較差。誠(chéng)然，要增強(qiáng)植物的抗低溫、抗干旱、抗鹽堿等能力，還要關(guān)注某些特殊基因功能的發(fā)揮。如今，植物抗逆性基因研究已經(jīng)引起廣泛重視。本人在研究中發(fā)現(xiàn)，從野生物種中獲得的基因，包括WRKY家族的基因，對(duì)于提高植物對(duì)不良環(huán)境的適應(yīng)性有很大作用。

從轉(zhuǎn)化光能和積累生物量總體來(lái)說(shuō)，人們?cè)敢膺x擇光能轉(zhuǎn)化效率高的植物。

例如，巴西廣泛種植甘蔗。人們把蔗糖轉(zhuǎn)化成酒精，在替代石油方面發(fā)揮了很大作用。美國(guó)對(duì)swich grass等高光效的能源植物有很多研究。在我國(guó)，大家十分關(guān)注甜高粱和芒草一類的植物。這些都屬于光能轉(zhuǎn)化率高的碳四植物。雖然人們對(duì)于提高植物能量轉(zhuǎn)化率方面做了有益嘗試，但是對(duì)目前植物中的主要成分纖維素如何進(jìn)行降解和利用依然存在問(wèn)題。

我們看到吃野草的耕牛在田間辛苦勞作，啃食木頭的白蟻卻能旺盛繁殖，這些生物轉(zhuǎn)化纖維素的過(guò)程很值得我們探討。人類應(yīng)該深入研究反芻動(dòng)物牛胃里和白蟻腸道中的微生物作用，研究其中纖維素酶的活力，探討它們?cè)诔亍⒊合赂咝Чぷ鞯脑恚瑥闹谢蛟S能得到有益啟示。

沼氣池里的微生物能夠?qū)⒗w維素轉(zhuǎn)化成可燃的氣體，可能到了寒冬它們的活力就大大降低。因而，培育耐低溫的高效菌株，就十分必要。

人類用大量的能源來(lái)制造各種化學(xué)產(chǎn)物，如塑料。人類健康所需的各種藥物多由植物制造。目前利用生物能源的一個(gè)比較方便的途徑是生物柴油的生成。蓖麻、麻風(fēng)樹(shù)、油茶都是很好的生成生物柴油的植物。然而目前對(duì)這類植物的選育還存在不足，不同品系的植株產(chǎn)量和積累脂肪酸的效率差別很大。能源植物的思路應(yīng)當(dāng)拓寬，能否通過(guò)植物吸收光能直接轉(zhuǎn)化出各類產(chǎn)物呢？

有一種珍稀物種叫四合木，有高含量的脂肪酸，這是自然的恩賜。我們要保護(hù)這個(gè)物種，研究其合成脂肪酸的機(jī)制，研究其基因功能，利用別的植物生物反應(yīng)器來(lái)制造脂肪酸。

橡膠樹(shù)能夠流出橡膠，橡膠草也會(huì)生成類似的成分。目前已經(jīng)開(kāi)始研究生物塑料的合成過(guò)程。使高等植物或藻類通過(guò)phbB基因先合成聚-3-羥基鏈烷酸酯(polyhydroxyalkanoate, PHA)，而最終合成生物可降解的塑料。這是一項(xiàng)對(duì)環(huán)境保護(hù)非常有益的技術(shù)。

藻類是單細(xì)胞的綠色植物。它的優(yōu)點(diǎn)是光能轉(zhuǎn)化效率高，繁殖快，不占用耕地，而且脂肪酸含量高，有的接近50%，人稱“未來(lái)的綠色石油”。誠(chéng)然，藻體的收集方式等還有許多需要探索的地方。

人類的需求是多樣的，如果我們借助綠色植物獲得能量，借助這種綠色的生物反應(yīng)器來(lái)制造各種復(fù)雜的產(chǎn)品，應(yīng)是很好的辦法。有人稱這種基因操控技術(shù)為分子耕作（molecular farming）。

目前我們對(duì)生物能源的利用還處在低水平階段。其實(shí)，生物能源的利用除了政策因素之外，還受技術(shù)發(fā)展水平的制約。從這個(gè)意義上說(shuō)，亟待發(fā)展高新生物技術(shù)，而基因工程在生物能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的應(yīng)用前景是十分廣闊的。

責(zé)編/龐貝

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