新型高粱变种在石油产量上优于大豆

高级生物能源和生物产品创新中心（CABBI）的研究人员开发了一种新的高粱变种，其在石油生产方面的表现优于大豆，作为可再生燃料的清洁来源具有巨大潜力

长期以来，科学家们一直致力于创造新的可持续植物油来源，即三酰基甘油（TAG），以满足对可持续航空燃料（SAF）和可再生柴油等可再生燃料日益增长的需求

目前，油棕和大豆等油籽为可再生燃料提供了大部分TAG，但仅靠这些来源无法满足未来的全球需求。为了解决这个问题，研究人员一直在改造高粱等高生物量草来生产石油。这些草的光合作用效率很高，产生大量的生物质，可以在恶劣的气候下生长，使它们成为极好的候选者

在发表在《植物生物技术杂志》上的新研究中，CABBI科学家强调了实验室到现场管道输送TAG含量高的高粱的实用性。研究人员改造高粱，使其在田间条件下叶片中积累高达5.5%的干重TAG，茎中积累3.5%的干重，分别是未改性高粱的78倍和58倍。这种产量每公顷可以提供比大豆多1.4倍的石油，使其成为一种有前景的可再生燃料新原料

内布拉斯加大学植物科学创新中心主任、该论文的通讯作者之一Edgar Cahoon说：“这项工作是一个大型团队努力的结晶，展示了如何利用基础研究开发新的作物原料来满足全球能源需求。”。Cahoon与内布拉斯加大学生物化学系高级研究员、该论文的主要作者Kiyoul Park合作；内布拉斯加大学尤金·W·普莱斯生物技术杰出教授汤姆·克莱门特；以及许多其他CABBI专家

与油棕和大豆等富含油脂的植物种子和果实相比，TAG通常只在植物的营养器官（叶子和茎）中积累，作为对膜损伤的应激反应

为了设计用于植物油积累的高粱，研究人员使用了“推拉保护”策略，CABBI研究人员此前曾使用该策略来增加其他植物的植物油积累。他们引入了基因，将更多的碳从光合作用“推”到石油生产中，将脂肪酸“拉”到TAG分子中，并“保护”储存的石油不被分解。这种方法建立在之前其他作物的成功基础上，重点研究高粱的耐热性和耐旱性，以及人们熟知的基因组

通过使用先进的基因转移方法，CABBI科学家改造了高粱品系，当在内布拉斯加州东部研究、推广和教育中心的田地里种植时，这些品系不仅在多代人中保持了稳定的石油产量，而且避免了其他生物质作物类似研究中出现的生物量减少

Cahoon说：“CABBI的广泛专业知识使我们能够从实验室中汲取概念，并将其付诸实践，用于新的生物能源和生物制品原料的现场生产。”

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这些新设计的油高粱生产线为可再生柴油和SAF提供了潜在的新原料来源，减少了对传统油料作物的依赖，同时满足了对可再生能源日益增长的需求。这种油高粱也有可能为农民提供新的收入来源和市场。油高粱生物加工开辟了刺激生物经济和支持农村活力的新途径

研究小组将继续研究如何进一步提高石油产量，以实现CABBI种植干重含10%TAG的作物的目标

布鲁克海文国家实验室植物科学组高级科学家、该论文的另一位通讯作者Jörg Schwender说：“进一步提高TAG产量的基础将取决于对研究中应用的‘推拉保护’代谢工程方法的影响的深入分析。”。“例如，在目前的研究中，研究小组使用了全转录组霰弹枪测序（或RNA测序），这是一种同时分析组织样本中数千个基因活性的技术。”

这项分析发现，油高粱品系增加了叶片中一种分解脂质的酶的产量，因此也可能攻击TAG。利用同位素示踪剂对代谢通量的进一步分析证实，尽管油高粱叶片中的脂质生成速率较高，但同时降解速度更快。这些发现可能会转化为进一步提高油位的精细工程策略。该研究小组旨在改进这种方法，使高粱成为一种可靠、可持续的生物燃料原料 More information: Kiyoul Park et al, Development of vegetative oil sorghum: From lab‐to‐field, Plant Biotechnology Journal (2024). DOI: 10.1111/pbi.14527

Journal information: Plant Biotechnology Journal