玉米中發(fā)現(xiàn)新“建筑”

對美國經(jīng)濟中最重要的農(nóng)業(yè)植物——玉米的最新研究表明，這種植物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與以前認為的不同，這有助于優(yōu)化玉米轉(zhuǎn)化為乙醇的方式。

“我們的經(jīng)濟依賴于乙醇，所以我們還沒有對玉米的分子結(jié)構(gòu)有一個全面和更準確的了解，這很有趣，”路易斯安那州立大學化學助理教授王拓說，他將領(lǐng)導(dǎo)這項研究。1月21日發(fā)表在《自然通訊》上?！澳壳?，幾乎所有汽油都含有10%左右的乙醇。美國玉米總產(chǎn)量的三分之一，即每年約50億蒲式耳，用于乙醇生產(chǎn)。即使我們最終能夠?qū)⒁掖忌a(chǎn)的效率提高1%或2%，也能為社會帶來顯著的效益?！?

王和他的同事們第一個使用高分辨率技術(shù)在原子水平上研究完整的玉米植物莖。LSU團隊包括博士后研究員康雪和兩名研究生，分別是來自斯里蘭卡科倫坡的Malithadick Wella Widange和來自肯尼亞納庫魯?shù)腁lex Kirui。

在過去，纖維素被認為是一種厚而堅硬的復(fù)合碳水化合物，它在玉米和其他植物中起著支架的作用，并與一種叫做木質(zhì)素的防水聚合物直接相連。然而，王和他的同事發(fā)現(xiàn)木質(zhì)素與植物中的纖維素接觸有限。相反，一種叫做木聚糖的強復(fù)合碳水化合物將纖維素和木質(zhì)素連接成膠水。

以前認為纖維素、木質(zhì)素和木聚糖分子是混合的，但科學家發(fā)現(xiàn)它們各自有獨立的結(jié)構(gòu)域，這些結(jié)構(gòu)域具有不同的功能。

“我很驚訝。我們的研究結(jié)果實際上違反了教科書，”王說。

木質(zhì)素具有防水性能，是植物的重要結(jié)構(gòu)成分。木質(zhì)素也對乙醇生產(chǎn)提出了挑戰(zhàn)，因為它可以阻止糖在植物中轉(zhuǎn)化為乙醇。關(guān)于如何分解植物結(jié)構(gòu)或培育更易消化的植物來生產(chǎn)乙醇或其他生物燃料，已經(jīng)做了大量的研究。然而，這項研究并沒有完全了解植物的分子結(jié)構(gòu)。

“乙醇生產(chǎn)方法的許多任務(wù)可能需要進一步優(yōu)化，但它為改進我們處理這種有價值產(chǎn)品的方式提供了新的機會，”王說。

這意味著可以設(shè)計更好的酶或化學物質(zhì)來更有效地分解植物生物質(zhì)的核心。這些新方法也可以應(yīng)用于其他植物和生物的生物量。

除了玉米，王和他的同事分析了另外三種植物：水稻和柳枝稷，它們也被用于生物燃料生產(chǎn)，以及模式植物擬南芥，這是一種與卷心菜相關(guān)的開花植物?？茖W家發(fā)現(xiàn)這四種植物的分子結(jié)構(gòu)相似。

他們通過使用路易斯安那州立大學的固態(tài)核磁共振光譜儀和佛羅里達州塔拉哈西國家科學基金會的國家強磁場實驗室發(fā)現(xiàn)了這一點。以前使用顯微鏡或化學分析的研究沒有顯示出原始的原子結(jié)構(gòu)和完整的植物細胞結(jié)構(gòu)。王和他的同事是第一個直接測量這些完整植物分子結(jié)構(gòu)的人。

現(xiàn)在他們正在分析桉樹、楊樹和云杉的木材，這將有助于改善造紙生產(chǎn)和材料開發(fā)行業(yè)。

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