浮萍是自然界生长最快的水生植物之一,科学家已经想出了诱导浮萍产出大量燃料的方式。将这种植物产生的代谢物转化为用于运输和取暖的生物柴油,可能是更加可持续未来的重要组成部分。
在一项发表在《植物生物技术杂志》上的研究中,研究人员对浮萍进行了基因工程改造,使它的单位面积产量达到大豆的7倍——大豆是目前最常用于制备生物柴油的植物。美国能源部布鲁克黑文国家实验室的生物化学家约翰·尚克林(John Shanklin,这项研究的第一作者)表示,如果展开进一步研究,或许可以在未来几年显著提高这种浮萍的性状,让它们产出燃料的量翻一番。
与在地下经过数亿年形成的化石燃料不同,生物燃料的补充速度比使用速度更快。由全新的或使用过的植物油、动物油脂和藻类制成的燃料比化石燃料的碳足迹更低,不过这也取决于它们的来源。但最近反对使用这些方式制备燃料的呼声很高。这在一定程度上是因为,现在有很多农作物都被用于生产能源而不是粮食——生物燃料占用了全球超过40万平方千米的农业用地。
浮萍在除南极洲以外的每个大陆上都很常见,是世界上单位面积产量最高的植物之一。研究人员认为,它或许是一种可以解决目前两难困境的可再生来源,其中有三个关键原因:首先,它很容易在水中生长,所以不会与粮食作物争夺主要的农业用地。其次,浮萍在一些农业污染物中依旧可以茁壮成长,比如来自养猪场和家禽养殖场的污染物——这或许也有助于清理这些农场排放到水中的氮磷污染物。
第三,尚克林和他的团队找到了一种方法来避开主要的生物技术障碍:美国内布拉斯加大学林肯分校的生物化学家丽贝卡·罗斯顿(Rebecca Roston,未参与这项研究)表示,经过工程改造的绿色植物通常需要消耗很多能量来产生燃料,因此会停止生长。尚克林说,他们添加了一种最初并不活跃的产油基因,如此一来,就能仅在植物完成生长时,再通过引入一种特定的分子来快速打开这个基因。
罗斯顿说,这个过程“非常有效”。“如果它能在其他物种中复制——而且没有理由认为它不会——就可以解决我们最大的问题之一,即如何在不对生长产生负面影响的情况下,让更多的植物产生更多的燃料。”
为了将生产规模扩大到工业水平,科学家需要设计和生产大型容器,以便用于种植基因工程植物和提取燃料。尚克林对此表示,这是一项极具挑战性的事情,因为浮萍是一种新的可再生来源,所以目前没有现成可供使用的基础设施。