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基因工程在生物能源中的应用 Genetic engineering applications in the bio-energy 生物能源的简介及其发展 简介：“万物生长靠太阳”，生物能源是从太阳能转化而来的，只要太阳不熄灭，生物能源就取之不尽。其转化的过程是通过绿色植物的光合作用将二氧化碳和水合成生物质，生物能的使用过程又生成二氧化碳和水，形成一个物质的循环，理论上二氧化碳的净排放为零。生物能源是一种可再生的清洁能源，开发和使用生物能源，符合可持续的科学发展观和循环经济的理念。因此，利用高新技术手段开发生物能源，已成为当今世界发达国家能源战略的重要内容。 生物能源的发展利用 生物能源是一种可再生的清洁能源，开发和使用生物能源，符合可持续的科学发展观和循环经济的理念。因此，利用高技术手段开发生物能源，已成为当今世界发达国家能源战略的重要部分。当前生物能源的主要形式有四种：沼气、生物制氢、生物柴油和燃料乙醇。 基因工程与生物能源的联系 生物能源的开发与生物技术、基因工程密不可分。其中包括促进光能产物的积累，促进采收后纤维素的降解，以及要使能源植物在缺水的环境中生长，要使这些植物耐受低温、增加一年中光能转化的时间。这些都是可以通过基因操作技术来实现。这些工作正是我们这一代人明天要做的事情。 基因工程对生物能源的应用表现： 促进生物质作物 光能产物的积累 促进采收后纤维素的降解 使能源植物在缺水的环境中生长，要使这些植物耐受低温、增加一年中光能转化的时间。 一·促进生物质作物光能产物的积累 1.生物质能源作物： 生物质能资源种类繁多，利用技术多样。生物质能包括农作物秸秆、林业剩余物、油料植物、能源作物、生活垃圾和其它有机废弃物。常见品种如玉米、高粱、甘蔗、植物油作物，等等。 每年可作为能源使用的农作物秸秆资源量约为1．5亿吨标准煤，林业剩余物资源量约2亿吨标准煤，小桐子(麻疯树)、油菜籽、蓖麻、漆树、黄连木和甜高梁等油料植物和能源作物潜在种植面积可满足年产5000万吨生物液体燃料的原料需求。 2.转基因能源作物 过去的农业生物学家通过改变基因，主要是改善农作物抵抗害虫和恶劣天气以及提高农作物的产量和营养成分的含量 ，如大量的抗虫抗旱小麦、玉米、高粱。但这样效果并不是很显著，特别对一些土地资源少的国家。 现在科学家们开始了转变农作物基因的另一研究：对农作物进行特殊的基因改变，使这些转基因作物能够专门用于生产燃料乙醇和其他生物燃料，在油价飙升和环境污染越来越严重的今天，生物技术开辟了又一个新的产业领域，美国的各大种子公司和生物技术公司也相继加大了该领域的研究投入。 ?Syngenta公司加在玉米中的酶是淀粉酶，通常乙醇生产厂家利用大量细菌来获得这种酶，然后将其加入到玉米中，淀粉酶能催化玉米中的淀粉分解成糖类，糖再继续被发酵分解生成乙醇。而Syngenta公司向玉米中导入一种特殊的基因，这种基因来源于生活在海洋热水口附近名叫archaea的微生物中，这种基因是由3种淀粉酶基因组成的复合基因。被引入这种基因后，玉米能够自己生产淀粉酶，从而减少了乙醇生产的工艺步骤。 由于产生淀粉酶的基因来源于嗜热性微生物，乙醇厂家这种转基因玉米后可以将生产条件的温度和酸度大大提高，从而大大提高了生产效率。 二.促进采收后纤维素的降解 前言：纤维素占全球植物总干重的30%~50%，是地球上分布最广、含量最丰富的碳水化合物。利用植物木质纤维资源发酵生产乙醇越来越受到人们的重视, 但要实现工业化生产仍然存在很多难题。基因工程的出现和发展，使很多问题迎刃而解啦。它的应用主要表现在对植物性状的改善和基因工程菌的开发。 1.利用植物基因工程技术改善植物自身性状 最近,利用植物基因工程技术,改善植物自身性状,包括减少植物自身细胞壁中木质素含量、细胞中积累表达纤维素酶和木 聚糖酶等方法,使自生产生的生物质更利于降解利用。目前,对这种新的能源转基因植物的研究取得了一定进展。  改善植物细胞壁的结构与组成 过去几十年的研究, 改善木质素含量及细胞壁已成为可能。利用基因工程方法, 控制植物内木质素合成相关基因的表达, 可以改变木质素结构和含量。木质素对纤维素形成的保护作用是导致纤维素资源利用的主要障碍, 降低木质素含量或改变其结构, 将利于纤维素的分解。虽然植物体木质素的合成过程还不是十分清楚, 但近几年的研究, 已使大量降低木质素含量成为可能。Chabannes M等人在烟草中研究发现, 同时抑制CCR(CinnamoylCoA reductase)和CAD(Cinnamyl alcoholdehydrogenase) 的表达, 可大量减少木质素含量, 但非预期的还引起了细胞壁多糖、酚类物质及