生物质能团队在生物能源及植物修复重金属污染研究上取得新突破

作者：李天奇

近日，生物质能团队彭良才老师指导的伊朗籍博士留学生Meysam Madadi的研究论文Modified lignocellulose and rich starch for complete saccharification to maximize bioethanol in cytochimera potato straw被分析化学与高分子科学领域国际知名期刊Carbohydrate Polymers接收。去年11月，该生还在环境科学领域国际著名期刊Journal of Hazardous Materials上发表了题为Using Amaranthus green proteins as universal biosurfactant and biosorbent for effective enzymatic degradation of diverse lignocellulose residues and efficient multiple trace metals remediation of farming lands的学术论文。

植物细胞壁是由纤维素、半纤维素、木质素、果胶等高分子聚合物组成，通过高强度的预处理，可以降解转化为生物能源和生物材料。然而，由于细胞壁的天然抗降解性，预处理成本高、酶解转化效率低，难以产业化。为探究一条绿色高效的降解转化途径，生物质能团队与湖北文理学院、内蒙古大学、中国农业大学、浙江大学、浙江农林大学等单位合作，以8种代表性草本和木本能源植物秸秆作为研究对象，研究出了一种温和绿色的预处理方法，发现苋菜绿色组织中提取的蛋白，可以作为纤维素酶辅助蛋白，通过特异性结合木质素，减少木质素对纤维素酶的无效吸附，从而大幅提高木质纤维素的酶解糖化效率。另一方面，我国农田重金属污染对食品安全和人体健康造成严重影响，植物修复被认为是一种消除重金属污染的绿色生物技术，但是，植物修复的分子机制尚不清楚。生物质能团队发现苋菜蛋白对多种微量金属（镉、铅和砷）具有高效吸附能力，其能够与重金属进行化学键结合，从而有效解除重金属污染土壤对作物生长的胁迫，为中低浓度重金属污染秸秆无害化处理与燃料乙醇生产相结合的新思路。

生物质能团队近年来在植物细胞壁遗传改良与生物能源、重金属修复、碳源分配相关研究取得了一系列重要成果。发现水稻、小麦、玉米、油菜秸秆和芒草茎秆等农林废弃物的绿色预处理与高效酶促降解机制（GCBBioenergy, 2020;Biotechnol Biofuels, 2019;Sustain Energ Fuels, 2019;Renew Energ, 2019）、生物乙醇转化和重金属修复耦合及调控机制（Ind Crop Prod, 2020;Green Chem, 2019; Sci Total Environ, 2019）、生物质产量积累和降解转化的协同调控机制（J Eep Bot,2020）、纤维素和木质素定向改良与生物能源化利用途径（GCBBioenergy, 2020;Biotechnol Biofuels, 2019; Cellulose, 2019;Green Chem, 2018）、蔗糖合酶在水稻高产稳产、抗虫抗病中的生物学功能及调控机理（Carbohyd Polym, 2019），纤维素合酶类家族在植物激素和生长发育中的关键作用（Plant Mol Biol, 2019; JEep Bot,2018），细胞壁多糖原位示踪技术（Talanta, 2020; Carbohyd Polym, 2018）等，并将多年来在优质能源作物选育和植物细胞壁遗传改良、绿色预处理研发、纤维素复合酶高产菌株选育、葡萄糖木糖共发酵酵母遗传改良、高值生物产品开发等方面的探索进行了全面综述（Renew Sust Energ Rev, 2021）。