树脂可以取代从打印机墨水到鞋油的各种化石燃料

基因工程树木可以提供制造胶水、油漆、清漆和其他家居用品所需的化学品。
Loblolly pine trees in North Carolina
北卡罗来纳州的火炬松树 USDA/Steve McKeand

火炬松不是圣诞树爱好者的首选。它不像冷杉或云杉那样紧凑,而且针叶更长,所以不容易挂装饰品。但无论如何,火炬松有着一段传奇的历史。

著名的艾森豪威尔树,位于奥古斯塔国家高尔夫俱乐部的第 17 洞,曾是艾森豪威尔总统的眼中钉。他在打球时击中了它太多次,以至于他要求俱乐部把它砍掉。为了避免冒犯总统,俱乐部主席立即休会,而不是拒绝他的要求。(2014 年,这位已故总统终于如愿以偿,当时一场冰雹严重损坏了这棵树,不得不将其移除。)火炬松的种子也搭乘阿波罗 14 号飞船旅行,返回后被种植在美国各地,包括白宫的场地。其中一些月球树至今仍然存活。

如今,火炬松正在发挥更崇高的作用,帮助减少对化石燃料的需求。研究人员通过改造树木的基因,找到了逆向工程火炬松生产树脂的方法,这项发现可以帮助制造商生产更环保的替代品,用于生产目前用石油和天然气制造的各种产品,包括表面涂料、粘合剂、印刷油墨、香料、香精、维生素、家用清洁产品、油漆、清漆、鞋油和油毡。

The Eisenhower Tree, Augusta National Golf Club, 2011
艾森豪威尔树,奥古斯塔国家高尔夫俱乐部,2011 年 Shannon McGee

华盛顿州立大学生物化学研究所的教授马克·兰格说:“树脂的化学成分与目前从原油中获得的一些馏分差别不大。”兰格希望改进树脂的生产,以帮助减少化学工业对化石燃料的依赖。

他说:“这些是经过数百万年形成的化石资源。它们也是不可再生的,这意味着一旦我们用完,就无法在合理的时间内补充它们。在原油作为廉价原材料出现之前,松树脂曾被海军杂货业用于生产许多常见的家居用品。”

目前,只有两个行业从松树中获得商业价值——木材和纸张。因此,在进行实验时,“我们一直在思考如何减少对化石资源(可再生资源)的依赖,同时增加其使用,”兰格说。他们的研究结果发表在《植物学报》上。

moon tree
2015 年,阿肯色州塞巴斯蒂安县法院前的一棵月球树 Jesse Berry

兰格解释说:“我们最初的目标是开始了解松树是如何产生大量树脂的。我们的长期愿景是利用这些知识来开发能够产生更多树脂的树木。这些树木仍然可以可持续地用于木材和纸浆纸张行业,而树脂可以作为绿色化学品的来源提供附加价值。换句话说,我们不认为树脂是主要产品,而是高附加值的副产品。其中许多商业基础设施,包括规模化生产,都已就位。”

兰格和他的同事们解剖了火炬松生产油树脂的机制。油树脂是树脂的有毒成分,可以保护树木免受昆虫和病原体的侵害。动物可以逃避捕食者,但树木却无法做到,因此火炬松会产生油树脂。这种化学物质剧毒,必须储存在专门的腔室(称为树脂道)中,以防毒害自身。

为了了解树木如何制造油树脂,研究人员研究了树脂道周围的细胞,并用激光显微镜将其切割出来。兰格说:“基本上,你所做的就是用激光在想要切割的区域周围画线,然后激光就会沿着你画的线进行切割并将其 blast 掉。”

Workers collect sap from boxed pines, c. 1900. Turpentine used to be made from pine resin. More recently, turpentine has been made from fossil fuels.
1900 年左右,工人从箱式松树中收集树液。松节油过去是由松树脂制成的。最近,松节油是由化石燃料制成的。佛罗里达记忆项目

然后,研究人员将树脂道附近的细胞与远处的细胞进行比较,以寻找触发油树脂产生的基因。他说:“我们的工作有助于揭示松树产生树脂的机制,而这种分泌物也可以作为生产可再生绿色化学品的基础。”兰格说,了解火炬松的基因图谱将有助于科学家们提高松树的树脂产量,甚至在不同的物种中复制树脂生产机制,例如大肠杆菌或酵母。这样做可以帮助降低树脂的成本,使其与石油和天然气的化学副产品具有竞争力。

植物已成为生产各种消费品的重要资源,包括吗啡和化疗药物等药物、用于芳香疗法的精油、模仿雌激素的化合物、抗氧化剂、用于止痛的大麻二酚(不是提供兴奋感的那种),以及几乎每个人最喜欢的兴奋剂咖啡因。兰格说:“作为天然工厂,植物是行业的领导者。”

通过取代石油和天然气作为资源,植物可以帮助世界摆脱对化石燃料的依赖,从而有助于应对气候变化。现在依赖石油和天然气生产这些产品的制造商将需要寻找其他原材料来源。植物可以提供它们。兰格说:“在科学界,有一个普遍的共识,即气候变化是人类最紧迫的挑战之一。我认为,通过将树脂视为现有商业流程的副产品,我们可以对化学领域产生影响,从而在经济和环境方面都带来益处。”

玛琳·西蒙斯为Nexus Media撰稿,该媒体是一家涵盖气候、能源、政策、艺术和文化的联合新闻社。

 

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