挪威利用烟草生产生物质分解酶
研究人员从基因层面对烟草植物进行改造，使其产生一种可以分解森林有机质的酶。此举或将促进生物燃料生产更加高效、经济且可持续。
生物炼制产业生产燃料、能源、热量以及各种各样的化学产品，这些产品来自于诸如食物残渣、枯枝落叶等生物质。时至今日，对于枯枝落叶等源于森林的生物加工仍面临巨大难题，不仅因为木质生物质的细胞壁极难分解，同时也因为工业生产过程需要大量的酶参与反应。挪威的一个研究项目正致力于基于烟草类植物建立低成本获取工业酶的“绿色工厂”，所得酶可用于生物燃料制备，有望产出可替代石油制品的生化制品。这些生物燃料的来源为非食物类生物质。
用枯枝残叶生产生物燃料的第一步骤是将生物质分解为糖类，该过程需要酶的参与。然而当下制备酶的成本较高，这正是阻碍生物提炼可持续发展的主要障碍。通常情况下，人们通过发酵罐系统获取酶，该种应用多见于食品工业领域生产食品和酒精。但建立发酵罐系统通常开支高昂，不仅要求无菌环境，而且需要消耗大量能源和水以控制罐内压力和温度。该项目将通过使用基因改造过的烟株降低生物提炼中的碳排放量，项目的终极目标是取代耗能的发酵罐系统。
挪威农业与环境研究所的项目负责人克拉克·刘解释道：“植物可利用二氧化碳和来自太阳的能量，这使得生产酶的整个过程经济环保。”据其介绍，烟草植株叶片大而多，生物质含量丰富，加之生长周期短，每年可以收获三到四次，因此成为理想的植物。
项目的第一阶段，研究人员将寻找合适的候选酶。“我们的目标是利用烟草获取低成本的细胞壁降解酶，同时发现并测试有价值的新酶。”克拉克·刘说，“我们致力于开展试点并大规模生产我们选定的酶，而后我们的合作伙伴鲍利葛公司将对所得到的酶进行测试。”
鲍利葛公司是一家生产环保产品的挪威公司，产品范围涵盖生物化学产品、生物材料以及可取代石油产品的生物乙醇。该公司开发了一套将生物质转化为化学产品和生物燃料的流程，其示范车间也已运转两年半的时间。
“酶是生产流程中除原材料外最贵的产品。”鲍利葛公司技术主管古尔布莱恩德·拉法斯鲁德说。他解释道，为数不多的酶制造商始终保持着较高的价格，而鲍利葛一直以来正是从这些制造商处购买酶。“我们尝试寻找其他的解决途径，以获得更高效的生产制备流程。如果研究团队能实现这个目标，我们将会得到一个全新的且更加经济的酶制备方法。只有这样，我们的产品才能比石油产品更具竞争力。”
研究人员将找到一种可以让植物产生多种酶的基因片段，通过转基因技术将其转入烟草植株并使其得到表达，由此生产可有效分解生物质的酶。
克拉克·刘解释说，他们加入的是生产蛋白质的基因片段，蛋白质才是作用物。“基因仅仅是遗传信息，只有基因得到表达才能获得相应的功能产物。我们利用烟草植株对我们需要产品的基因进行表达。”正因如此，她将烟草植株比作手机。
她说：“许多年前，我的手机仅仅是一部差不多半斤重的电话而已。如今手机几近全能，可以用作照相机、网络和录音机等。然而，其核心功能仍是一部电话。这就和植物一样，本质并未发生变化，只是增加了几项功能而已。因此，当我们对植物了解更多的时候，我们对生物技术的理解就越深刻。”
克拉克·刘表示，仅仅就基因修饰技术在烟草上的应用而言，并不存在所谓的道德阻力。
她说：“首先我们并不食用这些经过修饰的烟草，其次由于挪威天气寒冷，其也不可能在挪威户外自然生长。经过修饰的植物将在挪威卫生局的允许下存在于温室里。有些人对经过基因修饰的生物体持怀疑态度，其实，我们只是利用烟草植物来生产生物提炼所需的酶。我相信我们能从其中受益良多，因为我们能以更经济的方式获得酶，且我们将以更加环保的方式使用烟草植物。”
北欧五国已公布他们的能源发展计划，计划于2050年以前完成能源系统去碳化。这意味着到2050年时，生物燃料在交通系统所用能源中的使用占比至少达到50%。在挪威，许多国家层面的政策已经付诸行动，旨在促进可再生能源的利用。
鲍利葛每年生产2000万升乙醇，其中约有500万升用于生产生物燃料。然而只有很少的生物燃料在挪威出售。拉法斯鲁德解释说，由于可持续且可预测的政策缺失，欧洲生物燃料市场整体处于观望状态。
“在挪威，市场与决策相脱节。第二代生物燃料的生产已在萨尔普斯堡进行。这需要长期稳定的政策支持。”拉法斯鲁德说。他指出，瑞士在建立生物燃料市场方面是个成功案例。这归功于瑞士已出台相应法律规定，强制要求将第二代生物燃料配合化石燃料共同使用。
朱耀华编译自挪威农业与环境研究所网站
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