新发现的西伯利亚耐寒植物可以促进清洁的生物能源

气候变化是急迫的威胁对世界各地的社会来说，这是由石油等化石燃料的二氧化碳排放所驱动的。遏制排放最有效的方法之一是用其他碳中和甚至碳负的能源替代这些能源——即从大气中去除的二氧化碳多于它们排放的技术。

生物能，或从有机物(通常是植物)中提取的能量，是一个有吸引力的选择。美国已经5%从生物好用的买球外围app网站能源中提取交通燃料，主要是玉米。甚至喷气燃料可以用特殊的转基因作物生产，可能会平衡吗3%全球人为排放的温室气体

由于世界人口及其对食物的需求持续增长，可能没有足够的常规农田来种植这两种作物食品和生物能源．一种解决方案是种植生物能源作物边际土地，这不足以种植食物。逻辑上的难题是:如果这片土地不好，我们怎么能在上面种出相当高产的东西呢?

伊利诺斯大学能源农场，埃里克·萨克斯站在11.5英尺高的芒刺x巨石阵前。这个架子在冬天是休眠的，但是在春天它会重新长出绿叶。克莱尔·本杰明/伊利诺伊大学，CC冲锋队

芒，候选生物能源作物

这就是芒草x竹出现的原因。这种草，也被称为象草，非常高产比玉米产量高59%在美国中西部生长得很好边际土壤以最小的受精。M。x竹是一种多年生植物，这意味着它将营养物质储存在地下的根状茎中，并利用它们每年重新生长。这些根状茎和植物的根一起，将大气中的二氧化碳储存在地下，并保持土壤不变，防止二氧化碳的产生损失的侵蚀．M。x竹也许能够维持大量的生物能源生产，以取代化石燃料，同时种植在不与粮食作物竞争的边际土地上。

M。x竹是一种天然杂交作物:尽管在实验试验中表现良好，但它从未被设计成一种生物能源作物。它是由亚洲草杂交产生的芒草sacchariflorus和芒草sinensis一种常见的观赏植物，其花形成美丽的羽毛状的羽毛。M。x竹它是不育的，只能无性繁殖，也就是说，它的根茎不是种子，而是一种植物的根茎M。x竹植物可以长成新的，基因完全相同的植物。一个单一的克隆现在被称为“伊利诺斯州”的这一混合体一直是大多数试验的焦点芒草作为一种生物能源作物欧洲和美国．

令人难以置信的生产力和弹性(PDF)特别是自从2000年在伊利诺斯大学进行的第一次美国农学试验以来M。x竹突出作为一个主要候选人生物能源作物．然而，“伊利诺斯”的克隆是偶然产生的。如果亲本物种m . sacchariflorus和m . sinensis在亚洲的野生环境中生长的，具有更强的适应力，可以被植物科学家用来繁殖M。x竹比"伊利诺伊"表现更好的混血儿?

芒草、蚊子多耐寒

我是一个植物生理学家伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校我的工作包括了解植物是如何工作的，以便开发可以缓解气候变化的改良作物，在这种情况下，通过开发改良的杂交品种M。x竹生物能源生产。我和教授合作埃里克·萨克斯研究他最近去西伯利亚东部旅行时收集的一些植物。

2016年夏天，萨克斯的团队无所畏惧的植物科学家在两名探险生态旅游向导的带领下，他们冒着东西伯利亚的洪水和蚊子的危险，收集了世界上最大的植物之一的集合m . sacchariflorus植物．该团队对收集那些能更好地抵御寒冷的植物感兴趣M。x竹“伊利诺斯州”，这个州正在努力进行光合作用。光合作用是指当温度低于50华氏度时，植物利用阳光从空气中捕获二氧化碳并将其转化为生物质的过程。

东西伯利亚是世界上最冷的地方芒草生长。一个物种,m . sacchariflorus与伊利诺斯州中部41华氏度相比，它生长在10月份最低气温低至26华氏度的地区。采集植物的大部分地区都是大陆性气候，冬季严寒，春秋温差大，这表明这些植物可以在大范围的温度下茁壮成长。

有了这些多样的西伯利亚植物，包括181种基因相关的植物，艾丹•施皮茨我是教授的植物生理学家斯蒂芬。长期的实验室，决定去寻找m . sacchariflorus对寒冷条件具有特殊的光合作用耐受性。这些耐寒的标本可以带回美国，用来培育更耐寒的品种，从而提高产量，M。x竹．

埃里克·萨克斯站在东西伯利亚的甜芒丛中。埃里克·萨克斯，CC冲锋队

从许多,三

我们从西伯利亚筛选了181种基因上不同的遗传物质，直到少数的展示物最大的光合作用耐寒性．为了找出最适合寒冷环境的植物，所有这些植物都被种植在丹麦奥尔胡斯大学的户外田地里。M。x竹“伊利诺伊”作为对照种植。在寒冷时期，当温度降到54华氏度以下时，我们测量单个植物的叶子荧光，以确定那些受低温影响最小的植物。荧光是由叶片的关键成分发出的极少量的光，当叶片遭受损害时，可以通过测量荧光来检测。

一片芒草的叶子被放置在一个测量光合作用的仪器的室中。唐Hamerman，CC冲锋队

我们带来了最有希望的m . sacchariflorus将植物送到伊利诺伊大学进行种植M。x竹“伊利诺伊”在室内环境中精确控制光线、温度和湿度。在两个连续的实验中，我们定期监测光合作用，因为植物暴露在50华氏度的严寒下两周。然后我们提高了温度来测试它们恢复的情况。我们的团队通过追踪树叶对周围空气中二氧化碳的吸收来测量光合作用。

尽管光合作用总体上减缓了芒草在植物冷却期间，我们兴奋地发现了三种基因独特的植物m . sacchariflorus在寒冷的天气里，比M。x竹“伊利诺斯州”。第一种维持了两倍的光合速率M。x竹“伊利诺斯州”;第二种在温度升高时迅速恢复光合作用，这是一种有用的能力，可以在早春间歇温暖时期最大限度地发挥光合作用。第三种是在冷态下稳定光合作用;相比之下，“伊利诺伊”克隆的光合作用在两周内稳步下降。

在芒草这里研究的植物，在低温条件下，光合作用的改善是由维持光合酶活性的能力支持的，这种酶对从大气中吸收二氧化碳至关重要，但当温度下降时就会减慢。M。x竹“伊利诺伊”适应寒冷产生更多的酶为了抵消不寒而栗。新m . sacchariflorus我们在西伯利亚发现的植物可能更善于在低温下产生这些酶。

接下来是什么?

识别这些有用的特征只是第一步。接下来，伊利诺伊大学的科学家们将利用这三种基因独特的材料来培育新的杂交品种M。x竹在寒冷中表现更好。通过育种芒草在早春和晚秋的寒冷季节，通过提高光合作用，我们可以培育出新的杂交品种，产量甚至超过M。x竹“伊利诺斯州”。

此外,芒草是甘蔗的近亲，所以萨克斯在培育西伯利亚m . sacchariflorus用甘蔗标本培育能源甘蔗品种，使其可以比目前美国的商业甘蔗种植得更靠北;目前，甘蔗生产仅限于佛罗里达州、路易斯安那州和德克萨斯州的南部地区。他们的目标是创造新的生物能源作物，能够承受低温，从而生产更多的生物质，最终产生更多的生物能源。