用菸草植物生產有用的化合物

2020-12-16 騰訊網

【老朋友】點擊手機右上角圖標轉發分享內容

聽力文本

This is Scientific American's 60-second Science, I'm Christine Herman.

Tobacco plants of, course, are grown to make cigarettes. But tobacco is also used a lot in scientific research. And a new study shows tobacco can be genetically engineered to churn out large amounts of a commercially important bacterial enzyme known as cellulase. The enzyme has many industrial uses, including as an agent in the production of biofuel.

And even while their plant machinery is being co-opted as an enzyme-making factory, the plants suffer no reduction in yield while grown out in the field compared with unaltered plants. That fact is rather remarkable, because you might suspect that when a plant is expending resources to create large amounts of cellulase it would struggle to grow. But that's not the case here.

The proof-of-concept study is in the journal Nature Plants.

University of Illinois plant biologist Justin McGrath is a co-lead author of the study. He says the work could lead to lower costs for producing useful proteins like enzymes and some vaccines. That's because it can be way cheaper to cultivate tobacco plants in a field than to grow genetically modified yeast and other microbes indoors in large fermenters. Here's McGrath:

"Our estimates from this study are that it would cost between 20 cents and one dollar to produce a gram of this cellulase, whereas current methods, depending on the type of method you're using, could cost from a couple hundred dollars to a couple thousand dollars."

Growing such plants in the field rather than indoors also makes it much easier to pursue really large-scale production of medicinal and industrial proteins.

But any time you talk about growing genetically modified plants out in open areas, there's a concern that the DNA inserted into the crop could escape and find its way into other organisms. But the researchers safeguard the system against such an incident by avoiding the cell nucleus, where DNA is available to be duplicated and passed along. Instead, they modified the DNA in the chloroplasts—organelles responsible for photosynthesis, not reproduction.

"That adds a very nice safety feature." Rainer Fischer, a veteran biotechnology researcher at Purdue University. He wasn't involved in this study. "So basically you don't have any chloroplasts in tobacco pollen, so there should be no danger for outcrossing" — that is, no foreseeable risk of having the foreign DNA find its way into other plants in nature.

Further research will determine if this system can work to produce other valuable enzymes, which could help transform the tobacco plant from health enemy to ally.

Thanks for listening for Scientific American — 60-Second Science. I'm Christine Herman.

參考譯文

這裡是科學美國人——60秒科學系列,我是克裡斯汀·赫爾曼。

人們種植菸草植物自然是用來製作香菸的。但菸草也大量應用於科學研究。一項新研究表明,菸草能被基因改造,以大量生產一種在商業上非常重要的細菌酶——纖維素酶。這種酶有多種工業用途,包括作為生物燃料生產的製劑。

經改造後,即使菸草的植物機制被選為製造酶的工廠,與未經改造的菸草相比,其在野外生長時產量也不會降低。這一事實相當引人注目,因為你可能會懷疑,當植物消耗大量資源來創造大量纖維素酶時,它會難以生長。但這裡的情況並非如此。

這項概念驗證研究發表在《自然·植物》期刊上。

伊利諾伊大學的植物生物學家賈斯汀·麥克格拉斯是這項研究的其中一個主要作者。他表示,這項研究可以降低酶和某些疫苗等有用蛋白質的生產成本。這是因為在野外種植菸草,比在室內大型發酵桶中培養轉基因酵母和其他微生物要便宜得多。下面是麥克斯拉斯所說:

「我們通過這項研究估計,生產1克這種纖維素酶的成本在20美分到1美元之間,而目前的方法,依據你所使用的方法類型,可能會花費數百至數千美元。」

在野外而不是室內種植這些菸草,還可以使人們更容易獲得大規模生產的藥用和工業蛋白質。

但每次你在開放區域種植轉基因作物,人們就會擔心,植入作物中的DNA會逃跑,進到其他生物體中。但研究人員通過避開細胞核來保護該系統免遭此類事件,細胞核是DNA進行複製和傳遞的場所。相反,他們修改了葉綠體中的DNA,葉綠體是負責光合作用而不是繁殖的細胞器。

「這增加了一個非常好的安全特徵。」普渡大學的資深生物技術研究員萊納·費舍爾說到。他並未參與這項研究。「因此,菸草花粉中基本上沒有任何葉綠體,所以應該也不會有異型雜交的風險」——也就是說,就外來DNA進入自然界中其他植物來說,目前沒有可預見的風險。

進一步研究將確定該系統能否產生其他有價值的酶,這可能有助於將菸草從健康敵人轉變為盟友。

謝謝大家收聽科學美國人——60秒科學。我是克裡斯汀·赫爾曼。

相關焦點

  • 菸草用什麼水溶肥好?菸草追肥用什麼肥料好?菸草葉面噴什麼好?
    對於菸草相信大家都不陌生,但是關於它的種植大家可能不太了解。菸草的種植技術直接決定著菸草的產量和質量。那麼,菸草種植需要什麼肥料?菸草用什麼肥料可以提高產量?一起往下看看吧!同時,對細菌、真菌所引起的各種病害有很強的抑制作用,從而達到生長期對病蟲害的預防效果。二、菸草田間管理菸草出苗後發現缺苗及時補充幼苗。補種時,應結合澆水施用少量速效氮肥或複合肥,以保證移植幼苗的成活率。如果菸草幼苗生長不均勻,可向生長緩慢的幼苗施入少量氮肥水以促進其生長,使田間菸草幼苗的生長保持整齊一致。
  • 歐盟利用轉基因技術生產類異戊二烯化合物
    類異戊二烯(Isoprenoids,ISOs)化合物,又稱萜類(Terpenoids)化合物,作為有機化合物或多或少存在於地球上的各類動植物體內,以龐大而多樣化的天然脂質形式,成為目前世界上最大的動植物萃取天然產品
  • 昆明植物所研製新型無毒農藥 高效無毒副作用
    人體有自身的免疫系統,同樣的,植物也有自身的防禦系統。中國科學院昆明植物研究所研究人員發現,利用好植物自身的盾和矛,可以研製出高效、無毒副作用的新型農藥。   農藥殺病毒也傷植物   科學家尋找「自然療法」   植物病毒是農作物的一類重要病害,危害大,難防治,有「植物癌症」之稱,對農業造成巨大損失。據統計,每年因植物病毒引起的損失可達200億美元。
  • 【無菸日】妄圖用電子菸代替菸草戒菸?不好意思不存在的
    提醒公眾菸草使用損害心臟健康 並呼籲大家遠離菸草 選擇健康生活!還有一種叫做加熱菸草製品(HTPs),是最常見的新型菸草。 HTPs是生產含有尼古丁和其他化學物質的氣溶膠的菸草製品,用戶通過口腔吸入。
  • 土壤中植物次生化合物(PSCs)及其在地下的相互作用中的作用
    寫在前面等風來,不如追風去 土壤中植物次生化合物及其在地下的相互作用中的作用Plant Secondary Compounds
  • 植物調和油「香的」不正常,生產公司被曝光了,你家廚房有嗎?
    食用植物調和油是將兩種或兩種以上成品油按照營養和風味的需要,按一定比例科學調配製成的食用油。這樣的油不僅脂肪酸組成比例的平衡性好於單一食用油,還含有單一油品所不及的多樣營養成分,包含多數植物油富含的不飽和脂肪酸。但是有批植物調和油含「不得檢出項目」,別急往下看。
  • 新型農藥:激活植物自身免疫力
    大黃素甲醚 在今年的國家科學技術獎勵大會上,「新型天然蒽醌化合物農用殺菌劑的創製及其應用」項目也同樣榮獲國家科技進步二等獎。 據了解,新型天然蒽醌化合物是源於天然植物源次生代謝產物,名叫大黃素甲醚。大黃素甲醚植物源殺菌劑不僅能直接抑制植物病原菌生長,同時還能激活植物主動免疫系統,抑制病原菌形成,使得作物免受病原菌的侵害,達到防病的效果,具有植物抗病誘導劑的典型特點。且蒽醌類化合物之間具有協同增效殺菌作用,噴施大黃素甲醚後8小時,作物受藥部位的抗菌硫堇蛋白表達量顯著提高,作用機理十分獨特。
  • 植物激素與植物生長調劑的正確認識
    植物生長調節劑:指通過化學合成和微生物發酵等方式研究並生產出的一些與天然植物激素有類似生理和生物學效應的化學物質,也稱為外源激素。   兩者在化學結構上可以相同,也可能有很大不同,不過其生理和生物學效應基本相同。有些植物生長調節劑本身就是植物激素。   在農資行業中,我們談到的「激素」一般都是指合成的植物生長調節劑。
  • 液質聯用分析葛根提取物及中藥片劑中異黃酮類化合物
    Ohwi)為豆科(Leguminosae)葛屬植物, 是重要的藥用植物之一,其根為常用生藥(其中黃酮類化合物的質量分數可達10%~14%) ,具有降低血管阻力,改善心、腦血液循環, 減慢心率, 降低心肌耗氧量等藥理作用,在肌體抗氧化、退熱止汗、治嘔吐、防治老年痴呆症等方面也有治療作用。
  • 植物激素知識大全
    目前生產上應用的植物激素大多為人工合成的具有植物激素活性的植物生長調節劑,如萘乙酸(NAA)、2,4-D、赤黴素、矮壯素(CCC)、乙烯利、蕓薹素內脂、多效唑等。2.植物激素分類:目前,大家公認的植物激素有5類,即生長素類、赤黴素類、細胞分裂素類、乙烯和脫落酸。近來發現的植物激素還有油菜素甾醇(第六大激素)、多胺、水楊酸類和茉莉酸等。
  • 菸草行業專題報告:菸草薄片是什麼?
    菸草薄片的製作能夠充分利用菸草廢料,有效提升菸草材料的利用率,從而降低捲菸的生產成本。此外,菸草薄片還能夠有效減少香菸帶來的尼古丁、焦油等有害成分,同時保留香菸原本的口感,在不影響捲菸質量的情況下實現有效降焦,成為當下捲菸降焦減害一個較為有用的方式。目前國內,用菸草薄片切成絲填充在菸絲中。1.1.
  • 菸草領土,康乃狄克州?
    到那時,康乃狄克州的農民正在熱衷於種植這種植物,該州成為菸草生產的中心。在過去的幾年裡,該地區最賺錢的作物的標誌性形象是白色的帳篷,用於遮蔽夏日陽光下的菸草田,這一景象幾乎消失了。然而,在古代與現在之間,康乃狄克州的菸草成為經濟引擎。
  • 神奇的「植物創可貼」
    科學家經過研究發現,「黃龍病」是由一種名為「亞洲柑橘木蝨」的昆蟲傳播的,它攜帶致病細菌進入植物體內,專門感染植物循環系統中的韌皮部,尤其是根部。傳統的治療方法很難達到這些部位,大多數農藥只是簡單地噴灑或塗抹在植物的葉子或莖上,抗菌化合物很難通過循環系統運輸到植物的根部。
  • 植物生產類專業,有7所大學的實力比較強
    植物生產類專業是研究與植物生產相關領域的科學,包括植物生長發育規律及其與外界環境條件的關係、病蟲害防治、土壤與營養、種植制度、遺傳育種等領域。植物生產類是農學大類下的一級學科,有14個二級專業。分別是:植物科學與技術、農學、園藝、植物保護、茶學、菸草、種子科學與工程、應用生物學等專業方向。這些農學中的植物生產類專業,學生畢業後可在相關大專院校和科研院所進一步深造,並可面向農業、園藝、園林草學、藥用植物等領域、高等院校、科學研究相關部門或單位從事教學與科研、推廣與開發、經營與行政管理等工作。
  • 促進植物生長的激素有哪些?各有什麼作用?
    植物激素是植物體內合成的對植物生長發育有顯著作用的幾類微量有機物質。也被成為植物天然激素或植物內源激素。植物激素有五類,即生長素(Auxin)、赤黴素(GA)、細胞分裂素(CTK)、脫落酸(ABA)和乙烯(ethyne,ETH)。它們都是些簡單的小分子有機化合物,但它們的生理效應卻非常複雜、多樣。
  • 植物激素與植物生長調劑的正確認識_化肥綜合_中國化肥網
    植物生長調節劑:指通過化學合成和微生物發酵等方式研究並生產出的一些與天然植物激素有類似生理和生物學效應的化學物質,也稱為外源激素。   兩者在化學結構上可以相同,也可能有很大不同,不過其生理和生物學效應基本相同。有些植物生長調節劑本身就是植物激素。   在農資行業中,我們談到的「激素」一般都是指合成的植物生長調節劑。
  • 常用有機金屬化合物有哪些
    什麼是有機金屬化合物:由金屬原子與碳原子直接相連成鍵而形成的有化合物稱為有機金屬化合物,如甲基鉀、丁基鋰等。有機化合物用途:有機金屬化合物在生產和生活中用途廣泛,如、製備高分子化合物,常會用烷基鋁作為催化劑使用,在有機合成中,有機金屬化合物可以提供碳負離子、自由基和卡賓等活潑中間體,有機金屬化合物是極為有用的一類合成劑。
  • 【科普】揮發性有機化合物(VOC)概述及管控
    【科普】揮發性有機化合物(VOC)概述及管控北極星VOCs在線訊:1、揮發性有機化合物(VOC)概述VOC是揮發性有機化合物(volatileorganiccompounds)的英文縮寫。VOC對人體健康有巨大影響,這些化學物質在緩慢揮發的狀態下不太容易引起注意,但釋放達到一定濃度,會使人們在短時間內即感到頭痛、噁心、嘔吐、乏力等,嚴重時會出現抽搐、昏迷,並會傷害到人的肝臟、腎臟、大腦和神經系統,造成記憶力減退等嚴重後果。VOC也是形成霧霾天氣的重要成因之一。霧霾天氣對人體健康、交通、工農業生產等都有很大的危害。
  • 挪威研究人員用植物蛋白替代動物蛋白生產魚飼料
    挪威研究人員經過八年的努力,成功地利用植物源蛋白生產三文魚飼料,植物蛋白比例達50%,而三文魚的生長並不得到影響。眾所周知,植物中存在「反營養物質」(anti-nutrients),防禦昆蟲和其他大型動物的蠶食。因此,挪研究人員聚焦於如何消除這些「反營養物質」的影響。研究人員一方面試驗不同植物的混合,另一方面採用加熱和使用添加劑,使三文魚能以消化動物蛋白同樣的效率消化豌豆和大豆蛋白。
  • 英語六級滿分作文:菸草生產和消耗
    Tobacco Production and Consumption  菸草生產和消耗