马里兰大学的研究人员对杨树进行基因改造，在不使用化学品或能源密集型加工的情况下生产高性能结构木材。工程木材由传统木材制成，通常被视为钢铁、水泥、玻璃和塑料等传统建筑材料的可再生替代品。它还具有比传统木材更长时间储存​​碳的潜力，因为它可以抵抗变质，这使其有助于减少碳排放。

但工程木材真正可持续发展的障碍在于，它需要使用挥发性化学物质和大量能源进行加工，并产生大量废物。研究人员编辑了活杨树中的一个基因，然后杨树就可以生长出无需加工即可用于工程的木材。

该研究是发表2024 年 8 月 12 日在线发表于《华尔街日报》事情。

“我们非常高兴能够展示一种创新方法，该方法结合了基因工程该研究的通讯作者、UMD 植物科学和景观建筑系教授齐一平 (Yiping Qi) 表示：“碳封存对于我们的研究至关重要。”反对气候变化，这种工程木材可能会在未来的生物经济中找到许多用途。”

在对木材进行处理以赋予其结构特性（例如增强强度或抗紫外线能力）以取代钢材或混凝土之前，必须先去除其主要成分之一，即木质素。

此前，UMD 研究人员研发成功使用各种化学品去除木质素的方法，其他人探索了酶和微波技术的使用。通过这项新研究，齐和他的同事试图开发一种不依赖化学品、不产生化学废物或依赖大量能源的方法。

研究人员利用碱基编辑技术敲除一个名为 4CL1 的关键基因，培育出木质素含量比野生型低 12.8% 的杨树。白杨树。这与加工工程中使用的化学处理相当木制品。

齐和他的合作者在温室里将淘汰的树木与未改造的树木并排种植了六个月。他们观察到没有差异增长率修改后的树和未修改的树之间的结构没有显着差异。

为了测试转基因杨树的可行性，由材料科学与工程教授胡良兵领导的研究小组用它生产了类似于刨花板的高强度压缩木材小样品，刨花板经常用于建造家具。

压缩木材是在真空下将木材浸泡在水中，然后热压至其原始厚度的近1/5而制成的。该过程增加了木纤维的密度。在天然木材中，木质素有助于细胞维持其结构，并防止它们被压缩。经过化学处理或转基因木材的木质素含量较低，可以使细胞压缩到更高的密度，从而提高最终产品的强度。

为了评估基因编辑树木的性能，该团队还使用未经处理的木材和经过传统化学工艺处理以减少木质素含量的木材，从天然杨树中生产压缩木材。

他们发现压缩的转基因杨木的性能与经过化学处理的天然木材相当。两者都比压缩的、未经处理的天然木材密度更大，强度高出 1.5 倍以上。

压缩的转基因木材具有抗拉强度与铝合金6061和经过化学处理的压缩木材相当。

这项工作为以相对低成本、环境可持续的方式生产各种建筑产品打开了大门，其规模可以在应对气候变化的斗争中发挥重要作用。