为什么这种有前途的生物燃料作物需要暑假

密歇根州立大学的研究人员已经解决了一个难题，可以帮助柳枝稷充分发挥其作为低成本、可持续生物燃料作物的潜力，并遏制我们对化石燃料的依赖。

柳枝稷的吸引力之一是它是常年性的，低维护的，并且原产于美国东部的许多州，包括密歇根州。但它也有一种特殊的行为，阻碍了研究人员 - 至少到目前为止。

密歇根州立大学植物生物学系的伯克利沃克团队揭示了为什么柳枝稷在仲夏(其生长季节)停止进行光合作用，限制了它产生的生物燃料量。

这些知识发表在《植物科学前沿》杂志上，是克服这一怪癖和充分利用柳枝稷的关键部分。

“我们想要更大的工厂，所以能够破解这一点并解除这个限制，这就是目标，”博士后研究员，该团队研究的主要作者Mauricio Tejera-Nieves说。

Tejera-Nieves，Walker和他们的同事发现了柳枝稷根茎中这种局限性的解释。这些是生活在植物根部地下的小节结构。如果你曾经切过姜或切过姜丝，你就拿着根茎。

根茎以淀粉的形式储存食物，以帮助植物度过冬天，而淀粉是由光合作用产生的糖制成的。一旦柳枝稷根茎富含淀粉，它们就会向植物发出信号，停止制造糖并通过光合作用增加生物质。

Tejera-Nieves将根茎比作银行，尽管有点不寻常。

“想象一下，接到银行的电话，他们告诉你，'嘿，你的账户已经满了。你可以休假，休假，做任何你想做的事。停止工作，因为我们没有储存更多的钱，'“Tejera-Nieves说。“这是一个非常保守的策略，但它适用于柳枝稷。它在自然界中进行光合作用的时间越长，动物就越有可能吃掉它或发生其他不好的事情。

尽管这种进化策略在自然界中对植物有利，但对于想要将柳枝稷的生物质发酵成生物燃料的人类来说，这是一个劣势。但是，通过了解这种行为的根本原因，研究人员可以开始寻找解决方法。

“现在我们可以开始寻找育种解决方案，”自然科学学院助理教授沃克说，他也在密歇根州立大学能源部植物研究实验室工作。“我们可以开始寻找对光合作用有永不满足的胃口的植物。

“你为什么要这么做?”

柳枝稷尚未加入包括玉米和甘蔗在内的植物作为生物燃料的商业化来源。

但这是有道理的，因为这些已建立的作物有一个巨大的开端，MSU团队说。几千年来，农民一直在选择和繁殖这些作物的版本，这些作物具有对我们具有吸引力的品质，例如更高的糖含量。

相比之下，人类对柳枝稷作为生物燃料来源的兴趣要晚得多。因此，柳枝稷表现出一些研究人员想要消除的次优行为是很自然的，比如在没有解释的情况下停止光合作用。

“植物大约到了季节中期，然后说，'好吧，我们完成了，'”沃克说。

“作为一名研究人员，你实际上是在问，'你为什么要这样做?天气温暖，太阳出来了，你的叶子是绿色的。发生了什么?'“Tejera-Nieves说。

Tejera-Nieves加入了Walker的团队，提出了一个假设来回答这个问题，以及在五大湖生物能源研究中心(GLBRC)的支持下进行测试的方法。他怀疑缺水可能起了作用。

除了授予Tejera-Nieves奖学金外，GLBRC还在MSU的W.K. Kellogg生物站的田野中建造了所谓的降雨排除避难所。它们完全符合其名称所承诺的：它们排除雨水。避难所下面的植物保持干燥，而外面的邻居可以自由地吸收洒水、淋浴和风暴。

避难所是测试Tejera-Nieves想法的理想场所，即使它并没有完全按照他最初的预测进行。

“如果限水是这种行为的原因，那么庇护所下的植物会表现不佳，”Tejera-Nieves说。“但他们没有。经过六个月的限水，庇护所下的植物和外面的植物一样快乐。

所以，他需要更深入地挖掘——字面意思——看看根茎中发生了什么。他发现所有植物的淀粉水平随着时间的推移而增长，直到它们达到峰值水平，然后保持平稳。一旦发生这种情况，植物叶子中的光合作用就会关闭。

“一旦根茎充满，植物就会停止，”Tejera-Nieves说。

“你可以在数据中清楚地看到它，”沃克说。“这些植物在夏天进行光合作用，为冬天节省碳，一旦它们足够，它们就会关闭。

该团队的下一步之一是更好地了解协调这种光合作用关闭的分子机制。这些知识可以揭示更多关于如何覆盖植物行为的线索，并且可能证明对柳枝稷以外的生物燃料作物非常方便。

“你会看到多年生植物的光合作用有类似的趋势，”沃克说。“我们必须确定，但我们认为这可能是相同的机制。

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