«Мы показали, что можно сочетать некоторые из наиболее экономически желаемых черт каждого типа древесины», — говорит Джон Ральф, руководитель отдела растений Центра биоэнергетических исследований Великих озер (GLBRC) и профессор биохимии Университета Висконсин-Мэдисон.
По словам Ральфа, изменение того, что когда-то было жестким и быстрым различием между древесиной хвойных и лиственных пород, которые перерабатываются в отдельные потоки продукции, может создать возможности для многомиллиардных отраслей, которые перерабатывают биомассу с целью получения прибыли.
Как и большинство растений, деревья лиственных пород, такие как береза или тополь, содержат лигнин, печально известный труднообрабатываемый «клей», придающий тканям растений их структуру и прочность.
Лигнин получают из связывающих молекул, называемых G- и S-мономерами, при этом S-мономеры производят более простой и легко разлагаемый лигнин. Поскольку древесина твердых пород содержит как G-, так и S-мономеры, они традиционно ценились за их относительно простую переработку в целлюлозу или бумагу.
С другой стороны, мягкие породы древесины, такие как сосна или ель, получают свой лигнин только из G-мономеров, производя лигнин, который гораздо труднее разлагается и который затрудняет переработку древесины мягких пород. Однако их промышленным преимуществом является их длинные волокна, которые особенно хорошо подходят для использования в производстве прочных бумажных продуктов, таких как транспортные контейнеры и пакеты для продуктов.
Кроме того, сахар, содержащийся в древесине хвойных пород, легче и в большем объеме превращается в этанол, что делает древесину хвойных пород потенциально лучшим сырьем для производства биотоплива.
Ральф и его коллеги, в том числе первый автор Армин Вагнер из Scion, одного из исследовательских институтов Новой Зеландии, и Фачуанг Лу из GLBRC, использовали модель, называемую системой «трахеарный элемент» (TE), чтобы доказать, что можно сконструировать условно длинные -волокнистая древесина хвойных пород, содержащая лигнин, который легче перерабатывать, что содержится в лиственных породах.
Система TE побуждает культивируемые в суспензии клетки создавать вторичные клеточные стенки, характерные для стенок настоящих древесных волокон. В этом исследовании исследователи трансформировали клетки сосны хвойных пород в системе TE путем введения генов двух ключевых ферментов, которые, как известно, производят лигнин в цветковых растениях, показав, что полученная древесина хвойных пород способна производить и включать S-мономеры, необходимые для производства древесины лиственных пород. -тип лигнина в его клеточной стенке.
Затем исследователи попытаются использовать те же подходы для создания реальных заводов по производству древесины хвойных пород для производства S-мономеров и S / G лигнинов. Ожидается переход от модели к установке.
«Если бы мы могли реализовать это на реальных плантациях хвойных пород древесины, мы могли бы снизить интенсивность процессов предварительной обработки и повысить урожайность в различных отраслях», — говорит Ральф. «Но есть и ощутимая польза для окружающей среды: обработка биомассы быстрее и эффективнее сокращает значительное количество отходов и энергии."
Исследование было частично профинансировано GLBRC, одним из трех исследовательских центров по биоэнергетике Министерства энергетики, созданных для трансформационных прорывов, которые лягут в основу новой технологии целлюлозного биотоплива.