上游充通大 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY SHANCHAI IIAO IONG UNIVERE 生物技术与人类 阅读理解 选题： Joshua S.Yuan.Plants to power:bioenergy to fuel the future. Trends in Plant Science Vol.13 No.8 423-429 中文题目： 浅析《植物供能：生物能源驱动未来》 学生姓名： 王力为 学生学号： 5130209052 专 业：机械工程钱学森班 学院（系）：机械与动力工程学院
SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 生物技术与人类 阅读理解 选题： Joshua S. Yuan. Plants to power: bioenergy to fuel the future . Trends in Plant Science Vol.13 No.8 423-429 中文题目： 浅析 《植物供能：生物能源驱动未来》 学生姓名: 王力为 学生学号: 5130209052 专 业: 机械工程钱学森班 学院(系): 机械与动力工程学院
浅析《植物供能：生物能源驱动未来》 选题：Joshua S.Yuan.Plants to power::bioenergy to fuel the future, Trends in Plant Science Vol.13 No.8 423-429 中文题目：《植物供能：生物能源驱动未来》 姓名：王力为 单位：机械与动力工程学院200240 一、前言 随着各地污染程度的加剧，原有的基于化石燃料燃烧的动力机械展示出来的 对环境的消极影响已经渐渐不适宜经济和环境的长远协调发展。生物能源作为一 种污染和碳排放量较少的替代性能源，成为了调和发展与环境这对古老矛盾的关 键。文章《Plants to power:bioenergy to fuel the future》回顾了生物能源领域的 几种载体、使用的农作物以及一些基于生物技术的对于生物能源的改进方法。而 后，文章指出，木质纤维素体以其高能量产出，低生产消耗的特点，要优于其他 载体。可是，要使用木质纤维素来生产燃料，需要以一系列的生物技术方面的突 破作为基础。于是，文章最后提出了各种生物技术如何能够帮助解决利用作物生 产生物燃料的许多难题。 二、背景知识 那么，何谓生物能源呢？生物能源是指一种取自生物的，可以被转化为热能、 电能、燃料和它们的各种衍生物的可再生能源。现代主要的生物能源有生物乙醇、 生物柴油以及生物气。其中，生物乙醇由于便于运输的特性和本身就是一种化学 工业中的重要原料，在石油基社会向生物质能基社会转变的过程中的地位最为重 要。 生物乙醇的生产可以使用淀粉、糖和木质纤维作为原料，以方式生产出来的 乙醇被称为第一代生物燃料。其中，使用玉米等农产品作为淀粉糖类的来源会影
浅析 《植物供能：生物能源驱动未来》 选题：Joshua S. Yuan. Plants to power: bioenergy to fuel the future . Trends in Plant Science Vol.13 No.8 423-429 中文题目：《植物供能：生物能源驱动未来》 姓名：王力为 单位：机械与动力工程学院 200240一、前言 随着各地污染程度的加剧，原有的基于化石燃料燃烧的动力机械展示出来的 对环境的消极影响已经渐渐不适宜经济和环境的长远协调发展。生物能源作为一 种污染和碳排放量较少的替代性能源，成为了调和发展与环境这对古老矛盾的关 键。文章《Plants to power: bioenergy to fuel the future 》回顾了生物能源领域的 几种载体、使用的农作物以及一些基于生物技术的对于生物能源的改进方法。而 后，文章指出，木质纤维素体以其高能量产出，低生产消耗的特点，要优于其他 载体。可是，要使用木质纤维素来生产燃料，需要以一系列的生物技术方面的突 破作为基础。于是，文章最后提出了各种生物技术如何能够帮助解决利用作物生 产生物燃料的许多难题。 二、背景知识 那么，何谓生物能源呢？生物能源是指一种取自生物的，可以被转化为热能、 电能、燃料和它们的各种衍生物的可再生能源。现代主要的生物能源有生物乙醇、 生物柴油以及生物气。其中，生物乙醇由于便于运输的特性和本身就是一种化学 工业中的重要原料，在石油基社会向生物质能基社会转变的过程中的地位最为重 要。 生物乙醇的生产可以使用淀粉、糖和木质纤维作为原料，以方式生产出来的 乙醇被称为第一代生物燃料。其中，使用玉米等农产品作为淀粉糖类的来源会影
响世界粮食的供应，因而这并不是一个可持续的生产方法。相比之下，使用木质 纤维作为生产原料更具有可持续性，因为木质纤维的来源极为广泛，既可以来源 于农产品，也可以来源于林地和农业废料。 可是，为什么当下反倒是基于淀粉的转化方式更为普遍呢？这就是因为使用 木质纤维生产乙醇必须要克服一个关键性难题，即植物结构复杂的细胞壁不易被 破坏的问题。现在常用的对木质纤维的处理有预处理，糖化以及发酵等等，其中 预处理和糖化阶段的改进或替换显得尤为重要。在这方面需要生物技术去加以突 破。 生物柴油是主要是从植物体或其种子中，如花生，大豆等，取出来的生物油， 经过加工以后成为的一种石油替代品。使用比较广泛，但是产量比较低。 生物气是从生物体排出的各种废物当中收集加工得到的。但它所能被利用的 能量比起生产花费的能量就显得微不足道了，甚至生产的能量还不足以补偿小号 的能量。 经过上面的介绍，也很自然得看出，生物乙醇的前景最为广阔，可持续性最 好。 生产生物能源的原料主要可以划分为四种。 一是传统的谷类作物，其中玉米和高粱最为重要。玉米是基于淀粉发酵的， 但是会引起粮食和能源的矛盾。而高粱的籽可以用作食物，秸秆可以用于木质纤 维的发酵，并且对环境的适应能力强，可以种在比较贫瘠的地方而不至于和粮食 生产争夺土地，优势更为明显。 二是富含糖类的作物，有代表性的是甘蔗和甜菜。甘蔗适合在温带和热带种 植。巴西就是利用甘蔗发展生物能源，实现了对石化燃料需求的大幅削减。甜菜 适宜在温带种植。于是，它在欧洲得到了很好的应用。 三是草本植物等富含木质纤维素的作物。有代表性的是芒草和奇岗的杂交体、 柳枝稷、柳树、松树和杂交杨树等等。它们的特点是生产速度快，生长周期短， 适应能力很强。 四是油料作物，以花生为代表。但它们的产生的净能量并不如木质纤维体。 有了一种新的能源，自然需要对它在环境，经济和生态方面的影响和特点进 行衡量和分析
响世界粮食的供应，因而这并不是一个可持续的生产方法。相比之下，使用木质 纤维作为生产原料更具有可持续性，因为木质纤维的来源极为广泛，既可以来源 于农产品，也可以来源于林地和农业废料。 可是，为什么当下反倒是基于淀粉的转化方式更为普遍呢？这就是因为使用 木质纤维生产乙醇必须要克服一个关键性难题，即植物结构复杂的细胞壁不易被 破坏的问题。现在常用的对木质纤维的处理有预处理，糖化以及发酵等等，其中 预处理和糖化阶段的改进或替换显得尤为重要。在这方面需要生物技术去加以突 破。 生物柴油是主要是从植物体或其种子中，如花生，大豆等，取出来的生物油， 经过加工以后成为的一种石油替代品。使用比较广泛，但是产量比较低。 生物气是从生物体排出的各种废物当中收集加工得到的。但它所能被利用的 能量比起生产花费的能量就显得微不足道了，甚至生产的能量还不足以补偿小号 的能量。 经过上面的介绍，也很自然得看出，生物乙醇的前景最为广阔，可持续性最 好。 生产生物能源的原料主要可以划分为四种。 一是传统的谷类作物，其中玉米和高粱最为重要。玉米是基于淀粉发酵的， 但是会引起粮食和能源的矛盾。而高粱的籽可以用作食物，秸秆可以用于木质纤 维的发酵，并且对环境的适应能力强，可以种在比较贫瘠的地方而不至于和粮食 生产争夺土地，优势更为明显。 二是富含糖类的作物，有代表性的是甘蔗和甜菜。甘蔗适合在温带和热带种 植。巴西就是利用甘蔗发展生物能源，实现了对石化燃料需求的大幅削减。甜菜 适宜在温带种植。于是，它在欧洲得到了很好的应用。 三是草本植物等富含木质纤维素的作物。有代表性的是芒草和奇岗的杂交体、 柳枝稷、柳树、松树和杂交杨树等等。它们的特点是生产速度快，生长周期短， 适应能力很强。 四是油料作物，以花生为代表。但它们的产生的净能量并不如木质纤维体。 有了一种新的能源，自然需要对它在环境，经济和生态方面的影响和特点进 行衡量和分析
净能量(NEB)是生物能源当中的一个非常重要概念，它能够放映生产方式 的可持续性和经济性。问题是，现在的几种生产方式的净能量大多很低，甚至会 出现负的情况，这成为了制约生物能源发展的瓶颈。 用于生产生物能源的原料的种植本身对于环境也是有好处的，比如能够抑制 土壤的沙化，净化水体等等。植株对于温室效应的缓解作用也是巨大的，但是以 往的生产技术有比较大的温室气体排放，甚至超过了植株的吸收量，不同的生产 方式在这方面的表现也各不相同。经过技术的革新以后，部分生产方式已经做到 了正的碳排放平衡。 在经济性方面，生物燃料的表现并不乐观，高售价和低产出效率使得它的大 规模生产和推广成为一个难题。 三、文章亮点 文章的亮点，是在对生物能源的一些重要部分进行回顾后，指出了生物能源 遇到的一些瓶颈问题，自然地开始讨论植物的生物技术对于生物能源生产效率和 可持续性的积极作用，形成了一条完整的逻辑链条，并不是简单地叙述而已。 生物技术起作用的第一个方面，是对木质素的修饰。研究发现，减少木质素 的含量以及使木质素具有更为均匀的结构都有助于解决细胞壁的抵抗问题，提高 产出率。因此，如果对木质素的修饰技术的到了发展，对于木质素的前期处理工 作可以大大减少和简化，同时生物携带的能量也可得到更有效的利用。 第二点，外源木质素酶和纤维素酶在植物中的(in planta)表达，可以提高 产出率，并大大减少前期对于植物细胞壁的处理工作。现已有将嗜酸纤维素分解 菌中的酶基因导入植物中表达的研究，取得了明显的效果。 第三点，基因工程可以帮助提高植物的抗性，使得生物能源的原料种植面更 加广，可以在更多的地区内进行生物能源的推广。 第四点，生物技术里对于植物激素的研究，可以提高植物的生物质含量，降 低木质素的含量，前者提高产出率，后者解决细胞壁抵抗的问题。如果在某种植 物体内发现了某种具有良好效应的激素，甚至可以将表达的特定的基因导入到目 标作物当中。 第五点，生物技术在防止转基因植株的基因交流方面有帮助。既然前面提到
净能量（NEB）是生物能源当中的一个非常重要概念，它能够放映生产方式 的可持续性和经济性。问题是，现在的几种生产方式的净能量大多很低，甚至会 出现负的情况，这成为了制约生物能源发展的瓶颈。 用于生产生物能源的原料的种植本身对于环境也是有好处的，比如能够抑制 土壤的沙化，净化水体等等。植株对于温室效应的缓解作用也是巨大的，但是以 往的生产技术有比较大的温室气体排放，甚至超过了植株的吸收量，不同的生产 方式在这方面的表现也各不相同。经过技术的革新以后，部分生产方式已经做到 了正的碳排放平衡。 在经济性方面，生物燃料的表现并不乐观，高售价和低产出效率使得它的大 规模生产和推广成为一个难题。 三、文章亮点 文章的亮点，是在对生物能源的一些重要部分进行回顾后，指出了生物能源 遇到的一些瓶颈问题，自然地开始讨论植物的生物技术对于生物能源生产效率和 可持续性的积极作用，形成了一条完整的逻辑链条，并不是简单地叙述而已。 生物技术起作用的第一个方面，是对木质素的修饰。研究发现，减少木质素 的含量以及使木质素具有更为均匀的结构都有助于解决细胞壁的抵抗问题，提高 产出率。因此，如果对木质素的修饰技术的到了发展，对于木质素的前期处理工 作可以大大减少和简化，同时生物携带的能量也可得到更有效的利用。 第二点，外源木质素酶和纤维素酶在植物中的（in planta）表达，可以提高 产出率，并大大减少前期对于植物细胞壁的处理工作。现已有将嗜酸纤维素分解 菌中的酶基因导入植物中表达的研究，取得了明显的效果。 第三点，基因工程可以帮助提高植物的抗性，使得生物能源的原料种植面更 加广，可以在更多的地区内进行生物能源的推广。 第四点，生物技术里对于植物激素的研究，可以提高植物的生物质含量，降 低木质素的含量，前者提高产出率，后者解决细胞壁抵抗的问题。如果在某种植 物体内发现了某种具有良好效应的激素，甚至可以将表达的特定的基因导入到目 标作物当中。 第五点，生物技术在防止转基因植株的基因交流方面有帮助。既然前面提到
了转基因技术，那么防止转入的外源基因扩散就成为了一个非常重要的问题。比 如生物技术可以通过敲除一些特定的基因，来使雄株绝育，大大提高了安全性。 四、读后感 这篇文章不是探索性的文章，而是一篇类似综述的文献。 文章按照最初划分的三个部分，即生产的产品形式，生产原料以及生物技术 的对于克服生物能源瓶颈的帮助，来展示生物能源的各种研究，使得叙述更有条 理。短短6页的文章，却有93篇参考文献，可见其资料的详实。但综述最重要 的部分并不在于将前人的研究概括出来，更应该提出自己的看法。在这篇文章中， 在叙述前两部分的内容时，总是会在最后指出它们的缺陷和难题所在，并且提到 一些生物技术可能的解决方法。这种做法使得文章很自然地过渡到对生物技术在 生物能源生产领域的地位的讨论，指出了作者自己对于未来生物能源研究重点的 看法。 在看到这篇文章之前，我对于生物能源的了解是很浅表的，只知道通过发酵 技术可以将多糖转化为可用的燃料。看完这篇文章以后，才知道生物能源的生产 有这么多的难点和要考虑的问题，而且还和各种生物技术联系得这么紧密。细胞 壁是支撑植物细胞的重要结构，但在我以前的理解中，是完全忽略了这一结构的， 而在这里细胞壁反而成为了最大的阻碍。基因工程、植物激素研究等等生物技术 的引入，破除了我以前将生物能源简单地归为发酵技术的想法，开始认识到生物 技术之间不是相互孤立的，在很多情况下它们是相互交织互为补充的。生物能源 生产中对于经济、环境和生态的考虑，也让人有所思考。生物技术不仅仅是实现 某一种功能而己，它和工程技术一样，需要考虑到很多现实制约和效率的问题。 参考文献 [1]谭天伟，王芳，邓利.生物能源的研究现状及展望).现代化工2003vo.09 [2]陈瑜琦，李秀彬，盛燕，张雯.发展生物能源引发的土地利用问题.自然资源 学报2010vol.09 [3]程序.生物能源与粮食安全及减排温室气体效应).中国人口.资源与环境 2009vol.03
了转基因技术，那么防止转入的外源基因扩散就成为了一个非常重要的问题。比 如生物技术可以通过敲除一些特定的基因，来使雄株绝育，大大提高了安全性。 四、读后感 这篇文章不是探索性的文章，而是一篇类似综述的文献。 文章按照最初划分的三个部分，即生产的产品形式，生产原料以及生物技术 的对于克服生物能源瓶颈的帮助，来展示生物能源的各种研究，使得叙述更有条 理。短短 6 页的文章，却有 93 篇参考文献，可见其资料的详实。但综述最重要 的部分并不在于将前人的研究概括出来，更应该提出自己的看法。在这篇文章中， 在叙述前两部分的内容时，总是会在最后指出它们的缺陷和难题所在，并且提到 一些生物技术可能的解决方法。这种做法使得文章很自然地过渡到对生物技术在 生物能源生产领域的地位的讨论，指出了作者自己对于未来生物能源研究重点的 看法。 在看到这篇文章之前，我对于生物能源的了解是很浅表的，只知道通过发酵 技术可以将多糖转化为可用的燃料。看完这篇文章以后，才知道生物能源的生产 有这么多的难点和要考虑的问题，而且还和各种生物技术联系得这么紧密。细胞 壁是支撑植物细胞的重要结构，但在我以前的理解中，是完全忽略了这一结构的， 而在这里细胞壁反而成为了最大的阻碍。基因工程、植物激素研究等等生物技术 的引入，破除了我以前将生物能源简单地归为发酵技术的想法，开始认识到生物 技术之间不是相互孤立的，在很多情况下它们是相互交织互为补充的。生物能源 生产中对于经济、环境和生态的考虑，也让人有所思考。生物技术不仅仅是实现 某一种功能而已，它和工程技术一样，需要考虑到很多现实制约和效率的问题。 参考文献 [1] 谭天伟,王芳,邓利. 生物能源的研究现状及展望[J]. 现代化工 2003 vol.09 [2] 陈瑜琦,李秀彬,盛燕,张雯. 发展生物能源引发的土地利用问题[J]. 自然资源 学报 2010 vol.09 [3] 程序. 生物能源与粮食安全及减排温室气体效应[J]. 中国人口.资源与环境 2009 vol.03
[4]胡松梅，龚泽修，蒋道松.生物能源植物柳枝稷简介.草业科学2008vol.06 [⑤)]王晓娟，杨阳，张晓强等.木质素与生物燃料生产：降低含量或解除束缚？U 中国农业科学2015vol.02 [6)]彭良才，王炳锐，夏涛，王令强.植物细胞壁功能基因组学与生物能源作物选育 [A].中国遗传学会植物遗传和基因组学专业委员会2007年学术研讨会摘要 集2007 [刀黄玉红，靳艳玲，方扬，赵海.细胞壁多糖水解酶及其在非粮生物质原料转化中 的应用与研究进展[J.应用与环境生物学报2013vol.05
[4] 胡松梅,龚泽修,蒋道松. 生物能源植物柳枝稷简介[J]. 草业科学 2008 vol.06 [5] 王晓娟,杨阳,张晓强等. 木质素与生物燃料生产:降低含量或解除束缚? [J]. 中国农业科学 2015 vol.02 [6] 彭良才,王炳锐,夏涛,王令强. 植物细胞壁功能基因组学与生物能源作物选育 [A]. 中国遗传学会植物遗传和基因组学专业委员会 2007 年学术研讨会摘要 集 2007 [7] 黄玉红,靳艳玲,方扬,赵海. 细胞壁多糖水解酶及其在非粮生物质原料转化中 的应用与研究进展[J]. 应用与环境生物学报 2013 vol.05
