玉米中发现新“建筑”

对美国经济中最重要的农业植物——玉米的最新研究表明，这种植物的内部结构与以前认为的不同，这有助于优化玉米转化为乙醇的方式。

“我们的经济依赖于乙醇，所以我们还没有对玉米的分子结构有一个全面和更准确的了解，这很有趣，”路易斯安那州立大学化学助理教授王拓说，他将领导这项研究。1月21日发表在《自然通讯》上。“目前，几乎所有汽油都含有10%左右的乙醇。美国玉米总产量的三分之一，即每年约50亿蒲式耳，用于乙醇生产。即使我们最终能够将乙醇生产的效率提高1%或2%，也能为社会带来显著的效益。”

王和他的同事们第一个使用高分辨率技术在原子水平上研究完整的玉米植物茎。LSU团队包括博士后研究员康雪和两名研究生，分别是来自斯里兰卡科伦坡的Malithadick Wella Widange和来自肯尼亚纳库鲁的Alex Kirui。

在过去，纤维素被认为是一种厚而坚硬的复合碳水化合物，它在玉米和其他植物中起着支架的作用，并与一种叫做木质素的防水聚合物直接相连。然而，王和他的同事发现木质素与植物中的纤维素接触有限。相反，一种叫做木聚糖的强复合碳水化合物将纤维素和木质素连接成胶水。

以前认为纤维素、木质素和木聚糖分子是混合的，但科学家发现它们各自有独立的结构域，这些结构域具有不同的功能。

“我很惊讶。我们的研究结果实际上违反了教科书，”王说。

木质素具有防水性能，是植物的重要结构成分。木质素也对乙醇生产提出了挑战，因为它可以阻止糖在植物中转化为乙醇。关于如何分解植物结构或培育更易消化的植物来生产乙醇或其他生物燃料，已经做了大量的研究。然而，这项研究并没有完全了解植物的分子结构。

“乙醇生产方法的许多任务可能需要进一步优化，但它为改进我们处理这种有价值产品的方式提供了新的机会，”王说。

这意味着可以设计更好的酶或化学物质来更有效地分解植物生物质的核心。这些新方法也可以应用于其他植物和生物的生物量。

除了玉米，王和他的同事分析了另外三种植物：水稻和柳枝稷，它们也被用于生物燃料生产，以及模式植物拟南芥，这是一种与卷心菜相关的开花植物。科学家发现这四种植物的分子结构相似。

他们通过使用路易斯安那州立大学的固态核磁共振光谱仪和佛罗里达州塔拉哈西国家科学基金会的国家强磁场实验室发现了这一点。以前使用显微镜或化学分析的研究没有显示出原始的原子结构和完整的植物细胞结构。王和他的同事是第一个直接测量这些完整植物分子结构的人。

现在他们正在分析桉树、杨树和云杉的木材，这将有助于改善造纸生产和材料开发行业。

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