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                一項可能大大提升制漿效率的技術論文發表在《Science》雜志

                閱讀次數:     發布時間:2023-08-28 16:16:52

                      據法國《費加羅報》網站7月14日報道,在談到樹木時,美國北卡羅來納州立大學教授、生物化學家魯道夫·巴蘭古毫不掩飾贊賞之意:“它們的壽命非常長,有時長達幾個世紀,遭受各種規模的氣候變化,而經歷所

                ?       有這些的同時,樹木還一直停留在同一個地方:這種物理和化學上的韌性令人難以置信。只有一點麻煩的是,當把樹木制作成紙或尿布時,它的特性會使過程復雜化。”

                ?       作為Crispr基因編輯技術開拓者之一的這位法國研究員認為已經找到了上述問題的解決辦法。在《科學》7月13日發表的一篇研究文章中,他的實驗室以及他的同事、遺傳學家杰克·王宣布已培育出有可能提高林業部門經濟生產力的楊樹,同時減少其生態足跡。

                ?       這一挑戰的核心部分是木質素。它與纖維素和半纖維素一起,是構成木材的三種主要成分之一,使木材具有聞名的堅固性。但要把松樹或楊樹變成紙,就必須把它提取出來。盡管取得了一些進展,但這一過程仍然需要將其加熱到170攝氏度,并使其受到堿或硫的侵蝕,產生大量的廢物。2021年,在開采的約17億噸原材料中,有一半產生了廢料,包括高污染的黑液。

                ?       最近20年來,遺傳學家們強調了許多基因在這種木質素生產中的作用。但為了優化配方,北卡羅來納州立大學的團隊使用了兩種有用的工具。首先是人工智能:研究人員要求一個神經網絡,利用杰克·王的實驗室已經積累的對21個目的基因的認知,檢查了大約7萬個可能的突變組合。
                減少至少15%的木質素,但也改變其成分,使其抵抗力降低,同時增加碳水化合物的含量:上述三項限制首先催生了347種生物信息組合。通過進一步提高他們的需求,研究人員最終選擇了七種策略,通過同時修改4到6個基因,木質素可以減少35%。


                ?       巴蘭古強調:“但計算機預測只有在得到實際證實的情況下才有價值。”這一次,是在Crispr基因編輯技術的幫助下,從電腦轉化為實驗室數據然后又在溫室中試驗。禁用某些基因、減少其他基因的表……這七種策略導致了147個品系的生產和種植。

                ?       經過6個月的生長,大約3米高的一種新型的毛果楊給出了結果。木質素方面取得了巨大成功:木質素減少可達50%。其有著令人鼓舞的物理表現,木材的彈性和密度沒有或幾乎沒有變化。相反,70%的品系的尺寸顯著下降,這可能會影響產量。巴蘭古總結說:“因此,我們將關注剩下的30%。”
                這涉及宣布的目標之一:提高產量。對整個過程的經濟模型得出的結論是,木材中木質素的減少將使同樣的工廠能夠多處理40%的紙漿,并使紙漿生產更多的纖維。論文作者們稱預期的收益——至少是原來的3倍——是“驚人的”。他們保證說,更好的一點是,這一過程將大大減少污染物,并減少20%的造紙工業的碳足跡。

                 

                ?       曾開展過此類研究的法國研究員吉勒·皮拉特贊揚說:“他們取得的成果讓人印象深刻。但他們還必須在實地予以確認。”樹木將可能受到不利天氣和生物條件的限制,要抵御大風、寒冷、炎熱和害蟲等等。巴蘭古解釋說:“這也是我們不想過于降低木質素水平的原因。我們保持了其他楊樹品種或其他物種中木質素的比例。”該研究團隊警告說,新的研究階段需要數年時間。在監管限制和樹木生長時間之間,“根據不同物種”,他設想的商業化時間在最好的情況下是13至25年。在楊樹之后,他的團隊已經在研究松樹和桉樹等造紙工業的其他寵兒。它們同樣也會經過Crispr技術編輯。

                ?       得到2020年諾貝爾獎的這一技術已經改變了生物學實驗室?,F在,它受到尋找新療法的醫生和農學家的青睞,他們相信農業的未來在于這種修改基因組的新技術。樹木可以為此提供一個新的技術應用場景。
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