鹽堿地上的芝麻開門

2010年7月，柳枝稷的全基因組圖譜測序完成，一篇學術論文低調地刊登在《科學》雜志上。雖然沒有像水稻基因組那樣的大量媒體報道和關注，但這項工作，卻可能是改變人類能量獲取方式的浩大工程的一個開端。

要糧食，還是要乙醇?

使用生物能源并不是什么新鮮事，世界上第一輛汽車的油箱里就裝滿了酒精。只是后來人們發現了石油，有了石油這種產量豐富、價格低廉并且可以提供強勁動力的燃料，酒精才無奈地離開了汽車油箱。如今，在經歷了歷次石油危機和大規模環境污染事故之后，酒精再次在汽車發動機里找到了發揮熱度的空間。

汽油里面加乙醇也不是什么新鮮事了，越來越多的加油站開始提供乙醇。巴西有50%以上的燃料是生物乙醇，美國汽油中的乙醇添加量標準為10%，我國汽油中的乙醇添加量也在日益提高，已經有9個省市的添加量達到了10%。

目前，獲取乙醇燃料，最常用的原料還是糖和淀粉。沒辦法，誰讓人類用糖(葡萄)制作的酒精有6000年歷史，而用淀粉(谷物)來釀酒也有2000年以上的歷史了。完整的工藝、成熟的發酵微生物、對各生產環節的清晰認識，使得建設一座供汽車喝的特供酒廠，變得輕車熟路。

但要種出能做成酒精的農作物，前提是需要有充足的耕地，這在我國目前人口眾多的情況下，就像飄渺的美夢。截至2007年，我國的人均耕地面積已經下降到了1.4畝，連世界人均耕地面積的1/3都夠不上。即便是最合理地使用生物乙醇，不造成任何浪費，也會造成對糧食供給的巨大壓力。根據聯合國糧農組織的統計，2006年農產品價格指數增幅為8%，2007年增幅為24%，而2008年首季度已經高達53%。雖然氣候等因素對這幾年糧價上漲起了一定作用，但燃料用糧食比率的增大，對于糧價的上漲無疑起了巨大的推動作用。

另外，只使用作物中的淀粉、蔗糖和油脂也是件奢侈的事情，畢竟在植物固定的能量物質中，這些物質只占10%-20%。如果是只滿足我們的飯碗，倒還可以去粗取精，但現在要灌滿油箱，這樣的粗放收獲顯然是不現實的。2006年全球種植玉米、甘蔗和油菜的耕地面積約為193萬公頃，按照每公頃生物燃料的平均產量，我們可以從這些農田里收獲3.3億噸的生物燃料，不過這些在世界能源的餐桌上只能勉強地算作一道甜點，因為這只相當于2007年世界原油產量的8%和同期世界能源消費的2.3%。

不僅如此，生物乙醇的生產也需要消耗大量能源，原料運輸、處理、純化都需要能源。看來，用糧食喂汽車的方案幾乎已經走到了盡頭，我們必須尋找新的能源供給方式。

放棄淀粉吧，我們有纖維素

如果只利用植物中的淀粉和糖類，我們只能利用所有植物生產的能量的10%-20%，儲存著超過80%能量的秸稈、莖葉部分都得不到有效利用。因此，這也是目前新興的第二代生物燃料的開發方向。

植物秸稈、莖葉中的有效成分是纖維素。從化學成分上來講，纖維素和淀粉也是親兄弟，它們都是由葡萄糖合成，不過纖維素長鏈糾纏在一起形成緊密的植物纖維，這些纖維給植物枝葉提供了強力支撐，也給其中的能量打上了封印。

要想獲得纖維素乙醇，第一步就需要獲得純凈的纖維素。如果把植物比作鋼筋混凝土大廈，作為植物支撐系統的重要構件，纖維素就像鋼筋。它們的外側還覆蓋著木質素、半纖維這樣的混凝土。要想將纖維素抽出來使用，就需要將這些附屬物都去掉，這是生產纖維素乙醇的第一步，也是目前技術的瓶頸所在。

目前最常用的方法是用氫氧化鈉等堿液、或者稀酸來進行預處理，為了取得更好的效果，有些地方還將預處理在高壓下進行——這個過程被形象地稱為“爆破”。可是問題在于這樣的處理條件對設備的要求很高，畢竟，耐酸堿、耐高壓的容器需要一筆不菲的投資。通常，目前的纖維素乙醇工廠，要運轉百年才能收回投資。

只要獲得了純凈的纖維素，接下來的事情就比較簡單了。用纖維素酶將纖維素分解成葡萄糖，這種技術人類是從天然的高效處理設備——白蟻那里學來的。那些昆蟲是存在了上億年的啃木頭、消化纖維素的天然機器，人類正是模仿白蟻腸道中纖維素酶的運作程序，將大量纖維素轉化成了葡萄糖。在這之后，就可以像釀造葡萄酒那樣“釀制”工業乙醇了。

雖然困難重重，但是纖維素乙醇還是顯示出了“不爭奪口糧、有效利用植物能源”等優越性，只是，如果僅以農作物秸稈作為原料，必然受到季節性供應的限制。正因如此，專門提供纖維素的、四季均可收割且產量相對穩定的能源植物被納入了開發日程。

柳枝稷的真功夫

柳枝稷就是這樣的能源工程植物。就在十多年前，柳枝稷還是生長在北美荒原上的野草，而今天，它已經成為生物能源開發的樣板植物。

之所以選這種禾本科植物(柳枝稷與玉米、水稻是一家，同屬禾本科，但它沒有可以做面包的籽粒)，首要的一點就是它們對生活環境不挑不撿，不管是貧瘠、鹽堿、干旱都不會影響它們的生活，它甚至能在礫石遍布的荒灘上扎根。另外，柳枝稷的生長期很長，大有野草“割”不盡、春風吹又生的架勢。一般來講，一次種植，可以連續收獲10年，其間也不需要刻意打理，只要掌握好收割時間就好了。

不僅如此，柳枝稷還是生產能量效率極高的C4植物。植物光合作用的重要原料是二氧化碳，二氧化碳的濃度是制約能源生產的一個關鍵因素，可惜正常大氣中的二氧化碳濃度是極低的(僅有約0.03%)。而C4植物能夠收集空氣中的二氧化碳，然后再將其濃縮后傳輸到維管束鞘附近，維持光合作用的高效運轉。

除了收集能量的效率高，柳枝稷的另一個優點是能量容易被處理。柳枝稷體內，需要處理掉的雜質——木質素的含量僅為6%-9%，遠低于玉米秸稈和甘蔗，相對的，其纖維素豐富。目前，柳枝稷全基因組測序已完成，如果能從基因組中解讀出信息，以轉基因手段來降低木質素和半纖維素含量，也許，這棵能源草就是打開鹽堿地能量寶藏大門的鑰匙。

(本文作者為植物學博士)