利用自然生物系统实现生物质高效转化

生物质高效转化利用至今仍是国际上的重要科学难题之一。近年来，研究和利用以白蚁为代表的各类自然生物高效转化系统，为攻克生物质高效经济转化的难题开辟了一条可能的新途径。出席日前在北京召开的以“高效降解生物质的自然生物系统资源利用与仿生”为主题的第395次香山科学会议的专家指出，选择新的研究战略，开辟新的技术路线来解决利用自然生物系统资源，解决生物质高效转化利用中的关键科学问题，对我国在该领域实现基础理论研究和技术创新的重大突破、推进我国生物质能源的产业化发展具有重大战略意义。

  

重要前沿科学问题

  

与会专家围绕自然生物系统资源在生物质高效转化中的科学价值及应用前景；高效木质纤维素降解酶基因工程及酶工程的关键科学问题；高效微生物资源筛选、改造与利用的关键科学问题；模拟自然生物系统高效降解木质纤维素的仿生理论与技术途径等四个中心议题进行了深入的讨论。

  

会议执行主席、江苏大学孙建中教授作了《模拟与利用自然生物系统实现生物质高效转化的前沿科学问题》主题评述报告。孙建中指出，我国生物质转化利用研究必须跳出传统的研究思路，重新认识自然高效生物转化系统资源利用的科学价值。同时，还需要重点解决四个前沿科学问题，包括不同自然生物系统木质纤维素的高效转化机制及其理论价值与仿生应用前景；自然生物系统高效木质纤维素降解酶系统资源挖掘及其工程化利用；高效微生物资源（包括生物共生系统）筛选、改造与利用；自然生物系统高效降解木质纤维素的过程仿生理论基础与实现途径等。

  

会议执行主席、美国华盛顿州立大学陈树林教授在题为《生物质在白蚁肠道中的转化机制和仿生系统的探索》的主题评述报告中，介绍了白蚁对植物胞壁降解机制领域的最新研究进展，指出白蚁因具备相对完善的植物胞壁降解体系而成为最为高效的生物降解系统之一。如果将来自其他生物降解体系的新酶与白蚁体内的酶整合，有可能构建出在主要性能方面超越自然界生物体系的人工降解体系，将会为木质纤维生物质的炼制及利用提供解决方案。其他与会专家在报告中重点介绍了牛瘤胃、天牛和白腐真菌等几个代表性自然生物系统的最新研究进展，认为应当充分学习、借鉴和利用自然生物系统以及相关木质纤维素酶基因资源，改造现有的工业生物质降解转化过程的技术体系，构建经济和高效的木质纤维素处理过程系统,通过创建高效仿生生物反应器理论和相关核心技术体系，为能源产业提供经济、高效和可行的高效转化平台。

  

与会专家提出：通过系统生物学和现代生物技术的手段，实现木质纤维素关键降解酶系基因的定位改造和定向进化，是获得超自然的高活性木质纤维素新酶的有效途径；木质纤维素糖化过程的关键是实现高效、无污染的纤维素原料预处理以及廉价、高效复合纤维素酶系的生产；提出应该从化学、化工和热力学角度出发，通过多产物联产、能量和物质的梯级转化利用、过程强化等手段，实现对高效自然生物系统过程仿生系统的构建。

  

实现基础理论研究与核心技术的根本突破

  

与会专家强调，必须充分认识加强自然生物高效转化系统及其仿生利用研究对我国生物质能源产业发展的重大战略意义。建议我国应该在生物质能源领域或先进生物制造领域进行国家重大专题立项，支持并组织多学科交叉的合作团队，进行系统的基础理论和核心技术研究攻关，抢占生物质能源国际前沿科学研究和产业化应用的制高点，从根本上提升我国生物质转化利用基础理论研究和产业化应用水平。

  

孙建中提出，要制定新的战略，开拓新的技术途径，从系统生物学的角度，通过生物技术、工程技术和仿生技术的结合，深刻全面认识自然生物系统，进而构建从模拟自然生物系统开始并最终面向应用的、一个技术集成的高效转化木质纤维素的仿生系统，使我国生物质高效转化利用在基础理论和核心技术方面实现根本突破，促进我国生物质能源产业化的发展。

  

专家建议，应率先在世界范围内开展重要自然生物系统全基因组（包括白蚁等）的测序研究工作，为生物质高效降解过程仿生装置的实现提供科学基础。建议加强生物质高效转化过程的定性与定量分析的基础研究，提出生物质高效转化系统的评价方法和通用标准显得非常基础和重要，同时也是国际生物质能源领域又一个重要前沿方向。

  

与会专家认为，对自然高效生物转化系统的仿生研究是一个以过程仿生为目标的全新仿生，涉及许多学科领域以及先进生物技术与工程技术的结合，属于国际研究的前沿，其科学价值不仅体现在生物质能源的产业化应用，还将在过程仿生基础理论创新方面在国际上率先实现重要突破。其结果不仅对改进传统的木质纤维素预处理和水解技术提供新的启示、还有可能实现新型生物质经济与高效转化核心技术的整体突破。