为什么这种有前途的生物燃料作物要放暑假

密歇根州立大学的研究人员解决了一个难题，该难题可以帮助柳枝稷发挥其作为低成本、可持续生物燃料作物的全部潜力，并遏制我们对化石燃料的依赖。

柳枝稷的一大吸引人的特点是它多年生、维护成本低，原产于美国东部的许多州，包括密歇根州。但它也有一种与它相反的奇特行为，这阻碍了研究人员——至少到目前为止是这样。

密歇根州立大学植物生物学系的伯克利·沃克(BerkleyWalker)团队揭示了为什么柳枝稷在夏季中期(它的生长季节)停止进行光合作用，从而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，是克服这一怪癖并充分利用柳枝稷的关键。

“我们想要更大的植物，期间，所以能够破解这个并解除这个限制，这就是目标，”博士后研究员兼该团队研究的主要作者MauricioTejera-Nieves说。

Tejera-Nieves、Walker和他们的同事在柳枝稷的根茎中发现了这种限制的解释。这些是植物根部地下的多节小结构。如果您曾经切过或切过姜，那么您就拥有过根茎。

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。一旦柳枝稷根茎充满淀粉，它们就会向植物发出信号，停止制造糖分并通过光合作用增加生物量。

Tejera-Nieves将根茎比作银行，尽管有点不寻常。

“想象一下，你的银行打来电话，他们告诉你，‘嘿，你的账户已经满了。你可以去度假，休假，做任何你想做的事。停止工作，因为我们不再存钱了，’“特赫拉-尼维斯说。“这是一种非常保守的策略，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，动物吃掉它或发生其他不良事件的可能性就越大。”

尽管这种进化策略在自然界中发挥了植物的优势，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却是不利的。不过，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植物研究实验室工作。“我们可以开始寻找对光合作用有着永不满足需求的植物。”

“你为什么要那样做?”

柳枝稷尚未加入玉米和甘蔗等植物的行列，成为生物燃料的商业化来源。

但这是有道理的，因为那些成熟的作物有一个巨大的领先优势，密歇根州立大学团队说。几千年来，农民一直在选择和繁殖那些具有对我们有吸引力的品质的作物，例如更高的含糖量。

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解决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。

沃克说：“植物大约到了季中，然后说，‘好吧，我们完成了，’”

“作为一名研究人员，你实际上是在问，‘你为什么要这样做?天气暖和，阳光明媚，你的叶子是绿色的。发生了什么事?’”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，并在五大湖生物能源研究中心(GLBRC)的支持下提供了测试方法。他怀疑可能是缺水造成的。

除了授予Tejera-Nieves奖学金外，GLBRC还在MSU的WKKellogg生物站的田野里建造了所谓的防雨棚。它们确实如其名字所承诺的那样：它们不下雨。避难所下面的植物保持干燥，而外面的植物则可以自由吸收洒水、阵雨和暴风雨。

这些避难所是测试Tejera-Nieves想法的完美场所，即使它并没有完全按照他最初的预测进行。

Tejera-Nieves说：“如果水资源限制是这种行为的原因，那么庇护所下的植物就会长得不好。”“但他们没有。在六个月的限水之后，庇护所下的植物和外面的植物一样快乐。”

因此，他需要更深入地挖掘——从字面上看——看看根茎中发生了什么。他发现所有植物的淀粉含量都会随着时间的推移而增加，直到达到峰值水平，然后才会保持平稳。一旦发生这种情况，植物叶子中的光合作用就会关闭。

“一旦根茎长满，植物就会停止生长，”Tejera-Nieves说。

“你可以在数据中非常清楚地看到它，”沃克说。“这些植物在夏天进行光合作用，为冬天节省碳，一旦它们获得足够的碳，它们就会停止生长。”

该团队的下一步工作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控制植物行为的线索，并可能证明对柳枝稷以外的生物燃料作物很方便。

“你会在多年生植物的光合作用中看到类似的趋势，”沃克说。“我们必须仔细观察才能确定，但​​我们认为这可能是相同的机制。”