西伯利亚新发现的耐寒植物可以促进清洁生物能源的发展

气候变化是急迫的威胁世界各地的社会中，通过二氧化碳排放来自化石燃料如油驱动。其中一个最有效的办法来遏制排放是别人认为是碳中性的，甚至碳负极，以取代这些能源 - 也就是说，除去从大气中的二氧化碳比他们把技术。

生物能源，或从有机物质，通常是植物的能量，是有吸引力的选择。美国已经派生5%从生物betway必威娱乐能源中提取的运输燃料，主要是玉米甚至喷气燃料可以从特别设计的农作物生产的，潜在地平衡了3％全球人为排放的温室气体

因为世界人口和粮食需求继续上升，可能没有足够的常规农田种植两种作物食品和生物能源。一个解决方案是发展生物能源作物上边际土地，这是不够好，以种植粮食。逻辑难题：如果土壤不好，我们怎么能长出任何东西是合理的生产力？

在伊利诺伊大学的能源农场，Erik Sacks在一个11.5英尺高的芒草站前。这棵树在冬天是休眠的，但到了春天就会重新长出绿叶。伊利诺伊州的本杰明·克莱尔/大学，CC BY-SA

芒草，候选的生物能源作物

这就是芒草x竹出现的原因。这种植物，也被称为象草，非常多产59％比玉米更有效率在美国中西部，它长得很好边际土壤以最小的施肥。M。x竹是一种多年生植物，这意味着它将营养储存在地下的根状茎中，并利用它们每年再生。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，使土壤保持在适当的位置，防止二氧化碳的产生损失的侵蚀。M。x竹可能能够维持显著生产生物能源替代化石燃料，而在不与粮食作物竞争土地的边际正在生长。

M。x竹是一种自然产生的杂交作物: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。它是通过杂交亚洲草产生的芒草sacchariflorus和芒草sinensis，流行的观赏植物，其花形成美丽的羽毛羽。M。x竹是无菌的，并且只能克隆传播 - 即，而不是种子，从根茎M。x竹植物可以长成一个新的，基因相同的植物。一个单克隆这种现在被称为“伊利诺斯州”的混合动力车一直是大多数试验的焦点芒草如在生物能源作物欧洲和美国。

令人难以置信生产力和应变能力(PDF)特别是自2000年在伊利诺斯大学进行的第一次美国农艺试验以来，“伊利诺斯”克隆被推进M。x竹以突出的主要候选人生物能源作物。然而，“伊利诺伊州”克隆是偶然产生的。如果母种m . sacchariflorus和m . sinensis这种生长在亚洲的野生植物有更强的适应力，可以被植物学家用来繁殖M。x竹混合动力车比“伊利诺斯州”还要好?

芒草对蚊子的耐寒性较强

我是植物生理学家在伊利诺伊大学香槟分校。我的工作包括了解植物是如何工作的，从而培育出能够减缓气候变化的改良作物，在这种情况下，通过培育改良的杂交品种M。x竹用于生物能源生产。我联手教授埃里克·萨克斯为了研究他最近到西伯利亚东部旅行时收集的一些植物。

在2016年夏天，萨克斯的球队无畏的植物科学家在两位探险生态旅游向导的带领下，这位业余的植物学家冒着洪水和西伯利亚东部的蚊子的危险，聚集了世界上最大的植物之一的集合m . sacchariflorus植物。这个小组对收集比其他植物更耐寒的植物很感兴趣M。x竹“伊利诺斯州”努力进行光合作用，当温度降到华氏50度以下时，植物利用阳光从空气中捕获二氧化碳并将其转化为生物量。

东西伯利亚是世界上最冷的地方芒草增长。一个品种，m . sacchariflorus，被发现在区域具有最小十月温度低至26华氏度生长，相对于41女性在伊利诺斯州中部。大多数地方收集植物区域有一个大陆性气候，严冬，并在春季和秋季大的温度波动，这表明这些植物可以在很宽的温度范围内蓬勃发展。

与此不同的西伯利亚集合，包含181次加入，或遗传有关的植物类群，艾丹•施皮茨而我，从植物生理学家教授于澍龙的实验室，决定找m . sacchariflorus与寒冷条件下光合作用的特殊能力。这些耐寒标本可以被带回美国，并用于繁殖更耐寒，因此也更高效，M。x竹。

埃里克·萨克斯矗立在东西伯利亚荻中。埃里克·萨克斯，CC BY-SA

从许多,三

我们过滤181个的基因不同种质从西伯利亚到了一把显示光合耐寒性最强。为了找出最适合寒冷的植物，所有的标本都在丹麦奥尔胡斯大学的户外地里种植。M。x竹“伊利诺伊州”生长一起作为对照。在春寒，当气温降到54楼，我们测量了单个植物叶荧光识别那些通过这些低温压力最小。荧光是由关键叶部件发射的光的量极小，并且可以测量当叶具有持续伤害来检测。

一片芒草叶子被放在一个测量光合作用的仪器的容器里。Hamerman说唐，CC BY-SA

我们带来了最有希望的m . sacchariflorus植物伊利诺伊大学一起成长M。x竹“伊利诺伊州”的室内环境中，光线、温度和湿度都被精确控制。在两个连续的实验中，我们定期监测植物暴露在50华氏度的严重低温下两周的光合作用。然后我们提高温度来测试他们恢复的情况。我们的团队通过追踪树叶从周围空气中吸收二氧化碳的情况来测量光合作用。

尽管光合作用总体上减缓了芒草冷却过程中的植物，我们很高兴地发现3种基因特征独特m . sacchariflorus标本，冷比在持续好得多活动M。x竹“伊利诺斯州。“第一种保持的光合速率是其他品种的两倍M。x竹“伊利诺伊州”;第二快速恢复光合作用时的温度增高，可能在早春间歇暖期最大限度地提高光合作用有用的能力。第三冷却期间稳定的光合作用;相比之下光合作用中的“伊利诺伊州”克隆两周内稳中有降。

在芒草在这里研究的植物，在寒冷时期提高光合作用是由维持光合酶活性的能力所支持的，这些酶对吸收大气中的二氧化碳至关重要，但当温度下降时就会减慢。M。x竹《伊利诺斯州》适应寒冷产生更多的这些酶的抵消寒心。新的m . sacchariflorus我们在西伯利亚发现的植物在低温下更容易产生这些酶。

接下来是什么?

确定这些有用的特性仅仅是第一步。接下来，科学家在伊利诺伊大学将使用这三个基因独特的种质培育的杂交新M。x竹执行在寒冷的更好。通过育种芒草随着早春和晚秋这段寒冷时期光合作用的改善，我们可以培育出产量甚至超过这一水平的新品种M。x竹“伊利诺斯州”。

此外，芒草是甘蔗的近亲，所以萨克斯孕育着西伯利亚m . sacchariflorus甘蔗样品开发能比中美目前的商业甘蔗更远的北方种植energycane品种;目前甘蔗生产仅限于美国佛罗里达州，路易斯安那州和得克萨斯州的南部地区。我们的目标是创造新的生物能源作物能够抵御寒冷的温度产生更多的生物质，最终，更多的生物能源。