口袋K号45:甘蔗生物技术

不仅仅是糖料作物

当我们想到甘蔗时,我们马上把它和食糖联系起来,最流行的甜味剂,化学上也被称为蔗糖。事实上,这种属的草甘蔗属占全球蔗糖产量的80%。剩下的20%来自甜菜。每年大约有20亿吨甘蔗秸秆在糖厂中被碾碎,以获得蔗糖汁。但对这种作物来说,肯定有比甜果汁更多的东西。

使用传统技术,甘蔗可以生产从纤维到化学品的各种产品。借助现代生物技术的奇迹,这种作物现在可以以多种方式种植和使用。植物基因工程,插入新基因和修改现有基因的过程,承诺将甘蔗变成一个更高效的生产商,不仅蔗糖,还将成为新型生物燃料和具有医疗和工业用途的化合物。

提高蔗糖产量

为了提高甘蔗的蔗糖含量,正在进行基因调控。这项工作需要了解糖储存茎中蔗糖积累的许多相互作用过程。科学家已经确定了启动这些过程的关键酶,通过基因工程可以加速或减缓茎中蔗糖的积累。.

甘蔗为了提高蔗糖产量,正在一步一步地进行基因改造。例如,作为第一步,南非科学家对一种特殊的酶进行了基因敲除。.这提高了甘蔗工程植物幼嫩茎中的蔗糖含量。正在现场进行进一步的试验。这和其他最近的发展通过对底层工艺的精确改造,明确指出了甘蔗蔗糖产量大幅度提高的潜力。

制造纤维素生物燃料

蔗糖被广泛用于发酵生产生物燃料乙醇。乙醇是化石燃料的替代品,减少对石油的依赖,抑制温室气体排放。甘蔗育种家把重点放在蔗糖产量上,以提高乙醇产量。然而,越来越多地使用蔗糖来生产乙醇而不是食品,这引起了伦理和经济上的关注。这些担忧强调了在不损害蔗糖的情况下生产乙醇的必要性。

生物技术致力于利用甘蔗叶和甘蔗渣中的纤维素(粉碎后的秸秆残渣)生产乙醇。纤维素的复杂化学结构可被酶降解为单糖,发酵成乙醇。然而,它被一种叫做木质素的坚硬物质严密保护着,这种物质需要通过严格的预处理程序去除。这是非常昂贵的。

巴西目前的基因工程努力的目标是改变木质素的化学结构,使其易于与甘蔗渣分离。使纤维素更有效地转化为乙醇.在澳大利亚,研究人员在甘蔗中插入了微生物基因,创造转基因植物,使纤维素降解酶在成熟植物的叶子中精确地被设计来操作。.这两项举措都可以促进纤维素乙醇技术的发展。

生态位产品生物工厂

甘蔗是将阳光和水转化为生物量的最有效的田间作物。因此,科学家们发现甘蔗是一种理想的植物,可以用于医疗和工业联合生产某些物质。甘蔗细胞内的遗传机制可以被调整来引导它们产生这些物质,把整个植物变成生物工厂。作为证据,工程甘蔗植株被证明能产生高价值的化学物质,如治疗蛋白。以及生物聚合物的天然前体6、7.这种方法可能比目前的生产方法更有效。

这一领域的一个显著成就是在转基因甘蔗中生产一种称为异麦芽酮糖的替代甜味剂。这是通过插入一种细菌基因来制造一种将蔗糖转化为异麦芽酮糖的酶来实现的。.如果用作甜味剂,异麦芽酮糖比蔗糖消化慢,有一定的保健作用。对糖尿病患者有好处,而且它不支持导致牙齿腐烂的细菌的生长。

提高作物生产力

转基因技术可以使甘蔗的产量达到前所未有的水平,造福农民,并补充上述目标。来自其他生物的基因可以插入甘蔗中,以保护它免受恶劣环境条件和害虫的侵害。印度尼西亚首次商业化生产的转基因甘蔗是一种耐旱品种。.该品种含有一种细菌基因,负责生产甜菜碱,田间缺水时使植物细胞稳定的化合物。

已经开发出转基因方法来控制害虫,限制甘蔗产量的致病微生物和有毒杂草。例如,土壤细菌基因的引入保护甘蔗免受茎杆害虫的侵袭。.通过插入一个源于甘蔗病毒本身的基因,可以防止有害病毒对甘蔗的感染。十一负责某种除草剂解毒的细菌基因赋予了杂草控制的吸引力。十二.

关键挑战

甘蔗生物工厂的潜力吸引了科学和商业利益,但将其用于商业用途将是一个巨大的监管挑战,尤其是用于露天种植。将“不需要的”基因从设计用于生物制造的植物转移到专门用于食品生产的植物的风险通常被认为是生物工厂方法中的一个缺陷。因此,甘蔗生物工厂的商业可行性将取决于与烟草等非食品植物生物工厂系统相关的风险控制效率。支持者必须从社会经济和生物安全的角度,根据具体情况确定甘蔗生物工厂的效率和盈利能力。

甘蔗研究界普遍看好种植转基因甘蔗的影响,认为潜在利益远远大于风险。必须有效地沟通这一点,以解决消费者和贸易商对转基因作物及其衍生产品日益增长的负面看法。

工具书类

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