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最新研究表明玉米的内部结构与之前的预想不同
日期:2019-02-25 作者:编译:赵静娟 来源:农科智库 点击:
     一项对美国经济最重要的农作物——玉米的最新研究表明玉米的内部结构与之前的预想不同,这一发现可以帮助优化玉米转化成乙醇的方式。
    该项研究将发表于1月21日刊的《自然通讯》(Nature Communications),研究牵头人为路易斯安那州立大学(Louisiana State University, LSU)化学系(Department of Chemistry)助理教授王拓(Tuo Wang),他表示:“我们的经济依赖于乙醇,所以我们直到现在还没有对玉米的分子结构有着全面、更为准确的认知,这是令人着迷的。目前,几乎所有的汽油中都含有10%的乙醇。美国玉米总产量的1/3,即每年大约50亿蒲式耳的玉米会用于乙醇生产。即使我们最终只能提高1%或是2%的乙醇生产效率,对社会也是个巨大贡献。”
    王教授和他的同事们是第一个使用高分辨率技术从原子层面研究完整玉米植物茎秆的团队。路易斯安那州立大学的团队包括博士后研究员薛康(Xue Kang)和两名研究生:来自斯里兰卡首都科伦坡(Colombo)的玛丽塔·迪克维拉·威丹尼兹(Malitha Dickwella Widanage)和来自肯尼亚纳库鲁(Nakuru)的亚历克斯·基瑞(Alex Kirui)。
    之前科学家认为纤维素是一种厚而坚硬的复合糖,在玉米和其他植物中其作用类似于一个支架,直接连接一种叫木质素的防水聚合物。然而,王教授和他的同事们发现,木质素与植物内的纤维素接触有限。相反,一种叫木聚糖的坚硬的复合糖像胶水一样将纤维素和木质素相连。
之前科学家还认为纤维素、木质素和木聚糖分子是混合在一起的,但是最近科学家发现它们有各自的结构域,而且这些域起着不同功能。
    王教授说:“我很惊讶。我们的发现实际上与教科书上的内容不符。”
    具有防水性能的木质素是植物中的关键结构成分。木质素也对乙醇生产构成挑战,因为它会阻止糖分在植物中转化成乙醇。科学家已经做了一项重要研究,试图发现如何分解植物结构或是培植更易消化的植物,以生产乙醇或其他生物燃料。然而,这项研究没有全面了解植物的分子结构。
    王教授说:“乙醇生产方法中有大量工作需要进一步优化,但是这也为我们改进处理乙醇这一重要产品的方式提供了新机会。”
    这意味着科学家可以设计更好的酶或是化学品,有效分解植物生物质的核心。这些新方法也可以应用于其他植物和生物体中的生物质。
    除了玉米,王教授和他的同事们还分析了其他三种植物物种:水稻、同样用于生物燃料生产的柳枝稷和与卷心菜有关的一种开花植物拟南芥。科学家们发现这四种植物的分子结构很相似。
    科学家们通过LSU和位于佛罗里达州塔拉哈西(Tallahassee)的美国国家科学基金会(National Science Foundation)国家高磁场实验室(National High Magnetic Field Laboratory)使用的固态核磁共振光谱仪发现了这一点。之前使用显微镜或是化学分析方法进行的研究没有展示完整本土植物的细胞结构的原子级结构。王教授和他的同事是第一个直接测量这些完整植物分子结构的团队。
    他们正在从桉树、杨树和云杉入手分析木材,帮助提高纸张产量、推动材料开发行业发展。
(来源:路易斯安那州立大学   北京市农林科学院农业信息与经济研究所报道)
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