利用高新生物技術促進生物能源開發

文/北京大學 林忠平

利用高新生物技術促進生物能源開發

文/北京大學 林忠平

考察一種耐旱的沙漠植物

人類與自然的和諧發展離不開綠色植物。綠色植物通過光合作用將太陽能轉化為人類所需的食物和各種原材料，包括能源材料。

由于人類社會的發展，對于能源資源的需求日益迫切，古代植物積累的能源趨于枯竭。同時，人類大量侵占和破壞原有的綠色空間，導致生物資源短缺。為了獲得可再生能源，人們還期望種植高產糖分、淀粉、脂肪酸的能源植物。在耕地十分有限的情況下，只好開發貧瘠的土地，使植物在惡劣的環境下生長，并制造便于轉化成能源的產品。這就需要提高能源植物的抗逆性。

在農業史上，人類培育農作物往往因地制宜，而忽視了植物抗逆性的增強，許多高產作物往往抗逆性較差。誠然，要增強植物的抗低溫、抗干旱、抗鹽堿等能力，還要關注某些特殊基因功能的發揮。如今，植物抗逆性基因研究已經引起廣泛重視。本人在研究中發現，從野生物種中獲得的基因，包括WRKY家族的基因，對于提高植物對不良環境的適應性有很大作用。

從轉化光能和積累生物量總體來說，人們愿意選擇光能轉化效率高的植物。

例如，巴西廣泛種植甘蔗。人們把蔗糖轉化成酒精，在替代石油方面發揮了很大作用。美國對swich grass等高光效的能源植物有很多研究。在我國，大家十分關注甜高粱和芒草一類的植物。這些都屬于光能轉化率高的碳四植物。雖然人們對于提高植物能量轉化率方面做了有益嘗試，但是對目前植物中的主要成分纖維素如何進行降解和利用依然存在問題。

我們看到吃野草的耕牛在田間辛苦勞作，啃食木頭的白蟻卻能旺盛繁殖，這些生物轉化纖維素的過程很值得我們探討。人類應該深入研究反芻動物牛胃里和白蟻腸道中的微生物作用，研究其中纖維素酶的活力，探討它們在常溫、常壓下高效工作的原理，從中或許能得到有益啟示。

沼氣池里的微生物能夠將纖維素轉化成可燃的氣體，可能到了寒冬它們的活力就大大降低。因而，培育耐低溫的高效菌株，就十分必要。

人類用大量的能源來制造各種化學產物，如塑料。人類健康所需的各種藥物多由植物制造。目前利用生物能源的一個比較方便的途徑是生物柴油的生成。蓖麻、麻風樹、油茶都是很好的生成生物柴油的植物。然而目前對這類植物的選育還存在不足，不同品系的植株產量和積累脂肪酸的效率差別很大。能源植物的思路應當拓寬，能否通過植物吸收光能直接轉化出各類產物呢？

有一種珍稀物種叫四合木，有高含量的脂肪酸，這是自然的恩賜。我們要保護這個物種，研究其合成脂肪酸的機制，研究其基因功能，利用別的植物生物反應器來制造脂肪酸。

橡膠樹能夠流出橡膠，橡膠草也會生成類似的成分。目前已經開始研究生物塑料的合成過程。使高等植物或藻類通過phbB基因先合成聚-3-羥基鏈烷酸酯(polyhydroxyalkanoate, PHA)，而最終合成生物可降解的塑料。這是一項對環境保護非常有益的技術。

藻類是單細胞的綠色植物。它的優點是光能轉化效率高，繁殖快，不占用耕地，而且脂肪酸含量高，有的接近50%，人稱“未來的綠色石油”。誠然，藻體的收集方式等還有許多需要探索的地方。

人類的需求是多樣的，如果我們借助綠色植物獲得能量，借助這種綠色的生物反應器來制造各種復雜的產品，應是很好的辦法。有人稱這種基因操控技術為分子耕作（molecular farming）。

目前我們對生物能源的利用還處在低水平階段。其實，生物能源的利用除了政策因素之外，還受技術發展水平的制約。從這個意義上說，亟待發展高新生物技術，而基因工程在生物能源產業發展中的應用前景是十分廣闊的。

責編/龐貝

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