哥本哈根大学 细胞壁图案的可视化
学分:博士
René Schneider 一种基因工程方法使得观察植物木质细胞壁的形成成为可能
由哥本哈根大学和其他机构进行的木材成型的新研究，开启了开发更坚固的建筑材料和更具气候效益的树木的可能性
某些树种能够长到100米以上是因为复杂的生物工程
除了需要适量的水和光，这种不可思议的能力也是细胞壁建造得足够坚固的结果，以保持树木直立，并能够承受水从根部吸入树叶时产生的巨大压力
这种能力是由植物的次生细胞壁实现的
次生细胞壁，也称为木质部或木材，是根据一些独特而精细的模式构建的，这些模式可以保持细胞壁的强度，同时仍然允许连接细胞将水从一个细胞输送到另一个细胞
这些墙壁图案是如何建造的有点神秘
现在，谜团开始解开了
这是第一次有可能观察到植物内部木质细胞壁模式的形成过程——而且是实时的
一组国际研究人员，包括哥本哈根大学的斯塔凡·佩尔松教授，发现了一种在显微镜下实时监控这一生物过程的方法
这项研究的科学文章发表在著名的《自然通讯》杂志上
这打开了操纵建造过程的可能性，甚至可能使植物木质部变得更强——这一点应该回到
遗传技巧使得实时观察木材形成成为可能 因为木材是在深埋在植物内部的组织中形成的，显微镜在物体表面效果最好，所以木材的形成过程很难观察到
为了见证它的作用，研究人员需要运用一种基因技巧
通过用基因开关改造植物，他们能够在植物的所有细胞中启动木材形成——包括那些在表面的细胞
这使得他们能够在显微镜下详细实时地观察木材的形成
细胞壁主要由纤维素组成，纤维素是由所有植物细胞表面的酶产生的
一般来说，这一过程涉及细胞表面蛋白质管(称为微管)的有序排列
微管起着轨道的作用，沿着它壁产生的酶将结构材料沉积到壁上
“人们可以把建造过程想象成一个列车网络，列车代表生产纤维素的酶，它们在生产纤维素纤维的同时前进
微管或轨道，控制蛋白质的方向，就像火车轨道一样
有趣的是，在木质细胞壁的形成过程中，这些“轨道”需要完全改变它们的组织来制作图案化的细胞壁——我们现在可以在显微镜下直接观察这个过程，”UCPH植物与环境科学部的斯塔凡·佩尔松解释道
更高的树和更坚固的建筑材料 “我们现在对导致微管重新排列和形成模式的机制有了更好的理解
此外，我们可以在计算机上模拟墙壁图案的形成
下一步是确定允许我们对系统进行更改的方法
例如，通过改变模式
第一作者，博士
雷纳·施奈德补充道，“改变模式可以改变植物生长的方式或在其中分配水分的方式，进而影响植物的高度或生物量
例如，如果你可以通过积累更多的生物量来创造不同的树木，这可能有助于减缓大气中二氧化碳的增加
" 从长远来看，佩尔松认为最明显的应用之一是操纵生物过程来开发更强或不同的木质建筑材料
“如果我们能够改变细胞壁的化学成分(我们和其他研究人员已经在进行这方面的研究)和细胞壁的模式，我们就有可能改变木材的强度和孔隙率
由木材制成的更坚固的建筑材料不仅有益于建筑业，也有益于环境和气候
它们的碳足迹更小，使用寿命更长，可用于多种用途
在某些情况下，他们甚至可以取代像混凝土这样的高能耗材料，”佩尔森说，他的建筑工程师背景与他的植物生物学背景相辅相成
他还指出了纤维素基纳米材料开发中的潜在应用
这些技术在医学领域越来越受欢迎，基于纤维素的纳米材料可用于在全身高效运输药物
然而，斯塔凡·佩尔松和雷纳·施奈德都强调，这些应用首先需要进一步了解我们如何操纵次生壁，以及如何在树木或其他有用的作物中应用这些知识，因为我们的大部分研究都是在模式植物有机体中进行的，如地中海水芹
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