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基因工程让木材生产乙醇成为可能

来源:人民网
摘要:为了将木料变为一种新能源,科学家们正在使用一种目前仍富有争议的基因技术来改变木材成份。木材中含有的一种被称为木质素的化合物,这种化学成分会妨碍木材中的纤维素转化为乙醇类生物燃料。科学家们的目标就是减少其中的木质素含量。Chiang)新近开发出一种转基因树,这种树含有的木质素仅有同类树的一半。...

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  诗人乔伊斯?莫尔基曾写道:“树是上帝之手的杰作”。姑且承认这一对树的起源的看法。然而,基因技术让工程师们有了改造树的能力。



  为了将木料变为一种新能源,科学家们正在使用一种目前仍富有争议的基因技术来改变木材成份。木材中含有的一种被称为木质素的化合物,这种化学成分会妨碍木材中的纤维素转化为乙醇类生物燃料。科学家们的目标就是减少其中的木质素含量。



  在北卡州立大学森林生物技术研究小组主任文森特?蒋(Vincent  L.  Chiang)新近开发出一种转基因树,这种树含有的木质素仅有同类树的一半。他认为这种低木质素的转基因树将会极大地帮助解决能源需求问题。



  环保主义者则认为该项试验会带来很大的生态风险。木质素不仅能在结构上加强其硬度,还能帮助抵御有害物。从事改变木质结构的一些科学家也坦言,如果木质素减少的太厉害,确实会使得树更加脆弱和不稳定。



  英国哥伦比亚大学的副教授肖恩?曼斯菲尔德(Shawn  Mansfield)认为低木质素的树种不会有实际应用。他说:“如果低木质素的树种能够经受住自然选择的淘汰,那么他们现在应该已然存在于野外,而不仅仅是在温室里。”



  业内人士坦承他们可能面临的阻力。许多人将树视为质朴的大自然的象征,他们不会接受将树象玉米和大豆那样被改造的做法。



  美国北卡森林生物工程研究所的执行所长苏珊?麦考德(Susan  McCord)则认为:“在转基因上,普通公众不会将树和农作物同等看待。其实林务员也是如此,与森林有着密切关系的人对树有着特别的情感。他们不会将树和庄稼等同视之。”



  乙醇主要产自于玉米粒中的淀粉。增加乙醇供应,可以改变一个国家的能源结构,为此,科学家们正将目前转向纤维素——植物细胞壁中物质,纤维素的成分可以替代淀粉。



  对于树的这种开发利用方式,拥护者们有着充分的理由:“树为纤维素提供了优良的来源,而且还可以有效地吸收二氧化碳,帮助人类应对温室效应。此外,树还可以像农作物一样在每年给定的时期内按需采伐。



  然而,要实现这样的替代还存在着一个技术瓶颈。乙醇的生成过程是,由酶与纤维素结合,发生反应,将纤维素分解,产生糖,糖然后再转化为乙醇。由于纤维素被细胞壁中的另外一种成分——木质素所覆盖,就使得这一过程尤为艰难。纸浆以及造纸厂通常是使用酸以及蒸汽来分解木质素,要想生产乙醇,生产商或许也不得不采取同样的措施。



  如果树木中含有少量木质素,那么这些工序将可以简化甚至不需要这些工序,这将大大节约乙醇的生产成本。



  基因工程可以让科学家防止木质素的生成。  蒋博士称在树的正常生长所允许的范围内,木质素的含量最高可降低50%。



  对生物燃料的关注重新激起了大家对于森林生物技术的兴起,能源部也为此投入了资金。长期以来,受到技术、成本的制约,以及对环境问题的担忧,这一学科领域曾一度式微。



  该学科的复兴使得安妮?彼得门(Anne  Petermann)坐立难安,她是“反基因造树运动”的领导人物。她说道:“有一些居心叵测的人正在狡猾的巧借‘能源问题’这个千载难逢的机遇向公众兜售仍然富有争议的遗传工程技术!



  美国有一个公司正在孜孜不倦地从事森林木材的遗传工程技术开发。这个叫阿伯基因(ArborGen)的生物技术公司规模虽小,然而极有背景,由林木行业的三大巨头公司共同持股。阿伯基因公司正在开发一种低木质素的桉树并寄望在南美洲寻求销售空间,因为在南美洲快速生长的树种已经被用于纸浆和纸的生产。此外,该公司也在致力于开发一种能在寒流中生存的遗传工程桉树,希望他们能在美国更广袤的地区生存。



  阿伯基因公司的技术总监莫德?海因茨(Maud  Hinchee)信心十足地说:“在5到10年的时间里,你即可在市面上看到转基因树。” 迄今两种遗传工程树已经从农业部那里作为农作物获得批准:抗环斑病的番木瓜树和抗李子瘟疫病毒的李子树。目前仅有一种遗传工程树已经在中国获得正式批准并落户,抗昆虫的白杨树已广泛种植。



  转基因树树面临着农作物未曾有过的一个问题:树在野外可以自然生长,不象农作物,如果没有农民的悉心照料可能会死掉。  生物学家克莱尔?威廉斯(Claire  Williams)讲道,风可将诸如松树之类的树的花粉送到数百英里之外的地方,使得转基因树低木质素的特性很容易向野生的树种扩散。另外,树的寿命一般很长,所以很难对这种转基因树的长期影响进行评估。



  批评者还认为:“转基因树通常只能在种植园中生长,没有自然森林的美丽和相应的野生生物群种。”



  转基因树研究的支持者们反驳道:“培育树耗时较长,常规的栽培相当困难。”  “唯一的有效之道就是通过遗传工程技术来驯化这些树,使其更易于在土地上生长。当这种被驯化的树普及开来以后,我们就不用再开采自然森林。”分子树生物学副教授理查德.梅兰如是说。他认为在能源生产中开发生长速度较快的树可以有效减少对大自然森林的需求。



  有些专家认为这种低木质素的树还需进一步的野外实地试验。  2002年发表于《自然生物技术》的一篇论文声称,在英国和法国有一项逾四年的有关低木质素树的大型野外试验,该研究结果表明:这些树在自然条件下可以正常生长,对于抗害虫也并没有变脆弱的表现。



  美国内布拉斯加州林肯市的遗传学者杰弗里  F.帕得森的研究甚至有一项出人意料的发现:与类似的品种相比,较低木质素含量的高粱属的植物对于一种特殊的菌类具备更强的防御能力。



  北卡罗来纳州的蒋博士称,他的树在温室中长势正常。他发现较低木质素的树可以生产更多的纤维素,这对酒精、纸浆和纸的生产将大有裨益,而不至于损害树的强度。  他还透露,相关的一些田野试验在美国以外其实也在进行。



  阿伯基因公司的目标是减少10%到20%的木质素,这是一个安全的限度。可再生能源工程实验试的研究者们的思路与减少木质素的做法大相径庭。他们在能源部140万美元为期三年的资助下,正着眼于改变木质素的结构。



  木质素由两种醇组成。纸浆和纸厂很清楚,其中一种醇比较容易移除。科学家们打算通过激活或者抑制不同基因,生产出具有不同醇组合方式的树种。他们还打算进一步试验这些树种生产乙醇的难易程度。在择定最佳结构组合的树以后,他们将会继续努力,希望能使这种树在无需要基因改造的情况下在野外自行繁衍。



  然而称这种想法可行恐怕还为时尚早。“我相信结果肯定是好的,”  梅兰博士说,“人类终将会依靠由转基因树组成的人造林来解决能源供给。”(王菲)
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