对美国经济最重要的农业植物 - 玉米 - 的新研究揭示了该植物的内部结构与以前认为的不同，这有助于优化玉米转化为乙醇的方式。
“我们的经济依赖于乙醇，所以我们还没有对玉米的分子结构进行全面和更准确的了解，这是令人着迷的，”路易斯安那州立大学化学系助理教授Tuo Wang说，他将领导这项研究。 1月21日在Nature Communications。“目前，几乎所有汽油都含有约10%的乙醇。美国玉米总产量的三分之一，即每年约50亿蒲式耳，用于乙醇生产。即使我们最终可以将乙醇生产效率提高1或2 %，它可以为社会带来重大利益。“
Wang及其同事是第一个使用高分辨率技术在原子水平上研究完整的玉米植物茎的人。LSU团队包括博士后研究员薛康和两名研究生，来自斯里兰卡科伦坡的Malitha Dickwella Widanage和来自肯尼亚纳库鲁的Alex Kirui。
以前认为纤维素是一种厚而刚性的复合碳水化合物，其作用类似于玉米和其他植物中的支架，直接与称为木质素的防水聚合物相连。然而，Wang及其同事发现，木质素与植物内的纤维素接触有限。相反，称为木聚糖的结实复合碳水化合物将纤维素和木质素连接为胶水。
先前还认为纤维素，木质素和木聚糖分子是混合的，但科学家发现它们各自具有独立的结构域，并且这些结构域具有不同的功能。
“我很惊讶。我们的研究结果实际上违背了教科书，”王说。
具有防水性能的木质素是植物中的关键结构成分。木质素也对乙醇生产提出了挑战，因为它可以防止糖在植物中转化为乙醇。对如何分解植物结构或培育更易消化的植物以生产乙醇或其他生物燃料进行了大量研究。然而，这项研究没有全面了解植物的分子结构。
“乙醇生产方法的许多工作可能需要进一步优化，但它为改善我们处理这种有价值产品的方式提供了新的机会，”王说。
这意味着可以设计更好的酶或化学品，以更有效地分解植物生物质的核心。这些新方法也可以应用于其他植物和生物体中的生物质。
除了玉米，王和他的同事分析了其他三种植物物种：水稻，柳枝稷也用于生物燃料生产和模式植物物种拟南芥，这是一种与卷心菜相关的开花植物。科学家发现四种植物之间的分子结构相似。
他们通过在路易斯安那州立大学和佛罗里达州塔拉哈西的国家科学基金会国家高磁场实验室使用固态核磁共振光谱仪发现了这一点。以前使用显微镜或化学分析的研究没有显示原生的原子级结构，完整的植物细胞结构。Wang和他的同事是第一个直接测量这些完整植物的分子结构的人。
他们现在正在分析桉树，杨树和云杉的木材，这有助于改善纸张生产和材料开发行业。