本報訊  農作物秸稈蘊含豐富的生物質資源，降解轉化為“零碳”生物能源和高值生物制品，可助力我國“雙碳”目標實現，促進農業可持續發展和現代農業產業鏈延長。近日，華中農業大學生物質與生物能源團隊在國際期刊《綠色化學》（Green Chemistry）、《碳水化合物聚合物》（Carbohydrate Polymers）上，分別在線發表了兩篇研究論文。這兩項研究利用優質水稻天然突變體，發現纖維素納米結構缺陷增強功能材料特性的微觀機理，解析果膠糖醛酸去除重金屬和化工污染的作用機制，并構建秸稈纖維乙醇聯產高值生物材料技術體系，從而開拓了基于遺傳背景的農業廢棄物綠色高效利用的新路徑。

　　農作物秸稈中植物細胞壁天然抗降解屏障制約了生物質的全面綜合利用，遺傳改良細胞壁結構，可從源頭解決農作物秸稈高值利用效率低、成本高、易二次污染的瓶頸問題。纖維素納米纖維（CNF）因其納米尺寸和界面效應，具有比表面積大、穩定性強、分散性好和反應活性高等優勢，但其制備工藝能耗高或存在化學污染，限制了CNF的大規模應用。該研究發現，與普通水稻相比，天然水稻細胞壁突變體（Osfc16）秸稈的直接酶解效率顯著提高37%，纖維乙醇產率顯著提高19%，具有抗降解屏障降低的優良特性。同時，在更少循環次數的高壓均質工藝下，酶解殘渣中產生的CNF，其液滴粒徑更小、界面活性更高，改善了皮克林乳化劑的乳液性能和儲存穩定性。此外，還發現低劑量的CNF可以作為里氏木霉分泌纖維素酶復合物的有效誘導劑，誘導酶的蛋白質產量提高99%，內切葡聚糖酶和木聚糖酶活性分別提高27%和51%。該研究揭示了由低抗性木質纖維素產生新型CNF的多重作用，為充分利用生物質生產具有成本效益的生物乙醇和高價值的生物產品提供了一種綠色新型技術。

　　果膠是一類富含半乳糖醛酸的細胞壁多糖，具有豐富的活性基團，對重金屬和化學染料具有潛在的吸附性能。該研究發現，重金屬鎘（Cd）脅迫激活細胞壁網絡動態調節，促進果膠在細胞壁中的沉積，而天然水稻細胞壁突變體（Osfc16）表現出更強的去甲酯化半乳糖醛酸積累能力和微量Cd富集能力。同時，重金屬使細胞壁產生結構缺陷，進一步降低了細胞壁的抗降解性，顯著增強生物質酶解糖化效率和生物乙醇產率，并且生物質的預處理工藝能夠同步提取回收90%的Cd。利用果膠的特性，從富含果膠的柑橘皮中提取糖醛酸，與乙醇發酵殘渣進行化學交聯，生成一種同時吸附Cd和亞甲基藍（MB）的增強型生物吸附劑。該研究闡明了果膠在Cd和MB吸附以及生物質酶促糖化中的多重作用機制，為農田重金屬和化工染料的減污修復、植物修復收獲物的無害化處理農業廢棄物的增值利用和重金屬的回收處置，提供了新思路。

　　（華大）