以白蚁为师造高效生物反应器

上一篇 / 下一篇  2011-08-31 21:52:46

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生物质资源在解决能源和环境问题方面有着巨大的潜力,但生物质高效转化利用这一科学难题至今在国际上尚未实现根本性突破。不过,现在人们已从自然界中找到了技术突破的灵感——以白蚁为代表的各类自然生物高效转化系统成为科学家眼中的高效“生物反应器”。前不久,来自国内外业界的40余位专家学者在第395次香山科学会议上提出,我国生物质转化利用必须跳出传统的研究思路,重新认识自然界高效生物转化系统的科学价值。

关于生物质高效转化利用的研究方向,会议执行主席、江苏大学特聘教授孙建中提出,目前需要重点解决四个前沿科学问题:不同自然生物系统木质纤维素的高效转化机制及其理论价值与仿生应用前景;自然生物系统中高效木质纤维素降解酶系统资源的挖掘及其工程化利用;高效微生物资源筛选、改造与利用;自然生物系统高效降解木质纤维素的过程仿生理论基础与实现途径。

针对自然生物转化系统研究中存在的问题,孙建中建议开拓新的技术途径,从系统生物学的角度,通过生物技术、工程技术和仿生技术的结合,构建从模拟自然生物系统开始、最终面向应用的技术集成的高效转化木质纤维素仿生系统,使我国生物质高效转化利用研究在基础理论和核心技术方面实现根本突破,促进我国生物质能源产业化的发展。

谈到白蚁“生物反应器”时,美国华盛顿州立大学教授陈树林指出,白蚁肠道系统的合理配置使其体内的生物质转化过程有序地发生,白蚁因具备相对完善的植物胞壁降解体系而成为最为高效的生物降解系统之一。如果将来自其他生物降解体系的新酶与白蚁体内的酶整合,有可能构建出在主要性能方面超越自然界生物体系的人工降解体系,将会为木质纤维生物质的炼制及利用提供解决方案。

据了解,目前在自然生物系统资源利用及以白蚁为代表的生物质转化过程机制与酶系基因资源工程化方面,中美科学家已开展了多年的合作研究。专家提出,有必要尽快成立中美生物质能源研究的专门国际合作研究机构或平台,培育高水平的研究队伍,加快我国以纤维素为原料的能源产品研究和开发能力,最终实现我国生物质能源产品的产业化应用。

对于如何借鉴自然生物高效转化系统实现生物质经济和高效转化利用,专家提出,应充分认识加强自然生物高效转化系统及其仿生利用研究对我国生物质能源产业发展的重大战略意义,并建议从2011年开始筹建举办更大范围的国际性或全国性降解木质纤维素的自然生物系统资源利用与仿生系统构建的专题研讨会

专家建议,国家应对自然高效生物转化系统及其仿生利用研究进行专题立项,加强基础研究投入。在生物质能源领域或先进生物制造领域进行国家重大专题立项,组织多学科交叉的合作团队,进行系统的基础理论和核心技术研究攻关,抢占生物质能源国际前沿科学研究和产业化应用的制高点,从根本上提升我国生物质转化利用基础理论研究和产业化应用水平。

对自然高效生物转化系统的仿生研究属于国际研究的前沿,专家认为,其科学价值不仅体现在生物质能源的产业化应用,还有望在过程仿生基础理论创新方面实现重要突破。其结果不仅有可能形成全新的生物仿生高效转化技术,也会对改进传统的木质纤维素预处理和水解技术提供新的启示。

为此,专家提出具体研究战略:我国应率先在世界范围内开展重要自然生物系统全基因组的测序研究工作,为生物质高效降解过程仿生装置的实现提供科学基础。目前,随着研究工作的深入,对白蚁等重要生命系统全基因组信息的了解非常重要,白蚁能巧妙降解和利用木质素的功能基因基本上都来自本身,这类木质素酶基因以及其它相关基因资源,在自然界中具有非常独特的地位和重要的科学价值,我国科学家有条件占领这方面的研究制高点。

由于生物质高效转化过程的定性与定量分析对于制定生物质高效转化系统的评价方法和通用标准非常重要,目前已成为国际生物质能源领域的一个重要前沿方向。然而目前我国缺乏有效的定性和定量的科学评价手段和适用的标准,因此专家建议,加强这方面的基础研究,在国家的宏观层面上设立专项研究基金。


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