Pengeboran Bawah ke Kedalaman Nanometer Daun untuk Biofuels

Dengan pencitraan dinding sel dari daun zinnia ke skala nanometer, peneliti energi memiliki ide yang lebih baik tentang bagaimana mengubah tanaman menjadi biofuel.

Dalam makalah muncul online dalam jurnal Plant Physiology, tim dari Lawrence Livermore dipimpin oleh Michael Thelen, bekerjasama dengan peneliti dari Lawrence Berkeley National Lab dan National Renewable Energy Laboratory, telah menggunakan empat teknik pencitraan yang berbeda secara sistematis menelusuri jauh ke dalam sel-sel Zinnia elegans.Zinnia adalah tanaman taman umum tahunan dengan daisy soliter seperti kepala bunga pada batang yang panjang dan sandpapery, daun berbentuk renda. Daun bibit menyediakan sumber yang kaya sel tunggal yang hijau gelap dengan kloroplas dan dapat dibudidayakan dalam cairan selama beberapa hari pada satu waktu. Selama proses budidaya, perubahan sel dalam bentuk menyerupai tabung-sel seperti yang membawa air dari akar ke daun. Dikenal sebagai xilem, sel-sel ini terus sebagian besar selulosa dan lignin pada tumbuhan, yang keduanya target utama penelitian biofuel baru-baru ini.

Menggunakan metode mikroskop yang berbeda, tim mampu memvisualisasikan sel tunggal dalam detail, selular substruktur, organisasi baik skala dari dinding sel, dan bahkan komposisi kimia sel zinnia tunggal, menunjukkan bahwa mereka mengandung lignoselulosa kelimpahan.

"Ide dasarnya adalah selulosa yang merupakan polimer dari gula, yang jika dirilis oleh enzim, dapat dikonversi menjadi alkohol dan bahan kimia lainnya yang digunakan dalam produksi bahan bakar alternatif," kata Thelen. "Tapi untuk ini terjadi secara efisien, kita perlu menemukan cara untuk melihat bagaimana hal ini berjalan pada skala beberapa ruang."

Untuk mendapatkan di gula bukanlah tugas yang mudah. Tim itu harus menemukan cara untuk mengatasi perlindungan hidrofobik selulosa kristalin disediakan oleh lignin pada dinding sel. Kedua polimer, secara kolektif disebut lignoselulosa, sangat larut, tahan terhadap bahan kimia umum dan kerusakan mekanis, dan merupakan substansi yang superior untuk memberikan kekuatan dan struktur untuk tanaman.

Tiga-dimensi struktur dinding sel rinci molekul tanaman masih kurang dipahami.

"Kemampuan untuk gambar permukaan sel tanaman pada skala nanometer, bersama-sama dengan komposisi kimia yang sesuai, secara signifikan dapat meningkatkan pemahaman kita tentang arsitektur dinding sel molekul," kata Alex Malkin, anggota tim LLNL yang ahli dalam mikroskop kekuatan atom . "Sebuah resolusi tinggi model struktural sangat penting untuk keberhasilan pelaksanaan pendekatan baru untuk konversi biomassa untuk bahan bakar cair."

Untuk membuat bahan bakar dari biomassa tanaman memerlukan pemahaman yang menyeluruh dari organisasi dinding sel sebelum menentukan metode terbaik untuk dekonstruksi dinding sel menjadi komponen-komponennya. Catherine Lacayo, seorang ilmuwan postdoctoral bekerja dengan Thelen dan Malkin, telah mengambil langkah pertama menuju pendekatan komprehensif.

Dia mulai dengan teknik yang mengungkapkan struktur bagian dalam dinding sel dalam sel-sel xilem tunggal, yang mewakili sekitar 70 persen dari selulosa pada tanaman yang dapat digunakan dalam pengolahan bahan bakar. "Pendekatan ini akan berguna untuk mengevaluasi respon bahan tanaman untuk berbagai reaksi kimia enzimatik dan perawatan, dan dapat mempercepat upaya saat ini dalam produksi biofuel lignoselulosa."

Penelitian ini didukung oleh Departemen Energi Genome Program Ilmu melalui Kantor Riset Biologi dan Lingkungan, dan DOE's bioenergi Pusat Penelitian di Emeryville dan Oak Ridge. Ini akan muncul dalam edisi September Fisiologi Tanaman.