Подмосковные ивы пойдут на производство спирта

Ученые из филиала Института биоорганической химии им. академиков М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова РАН (ИБХ), отдела генетики и селекции ФГУ «Рослесзащита» изучают гибридные формы ивы, которые растут на плантациях Ивантеевского лесопитомника. Из этих кустарников планируют получать биотопливо – этанол. Биологи пытаются добиться от кустарников максимально быстрого роста, а химики разрабатывают методы, при помощи которых было бы экономически выгодно перерабатывать древесину в этанол.

О результатах исследований корреспонденту Infox.ru рассказали кандидат биологических наук, руководитель группы лесной биотехнологии филиала ИБХ в Пущине Константин Шестибратов, кандидат биологических наук, начальник отдела генетики и селекции ФГУ «Рослесзащита» Ольга Шишкина и директор Ивантеевского питомника Геннадий Чадин.

Биоэнергетическая плантация

«Иву мы выбрали не случайно, — рассказывает Константин Шестибратов.— Ведь это одна из самых быстрорастущих древесных пород. Известно более 500 различных видов и подвидов ивы. Чаще всего на плантациях выращивают иву козью и иву прутовидную. Созданы и гибридные формы, отличающиеся еще большей продуктивностью, устойчивостью к болезням и вредителям. Из полученных гибридов ивы козьей и прутовидной мы отобрали самые высокопродуктивные формы, размножили их in vitro вегетативным способом и заложили первые опытные плантации. То есть сейчас на плантации растут клоны с одинаковым набором генов».

Ивовую плантацию заложили в Ивантеевском питомнике в 1993 году на отдельных участках общей площадью 13 гектаров. «Ивовые прутья использовались в качестве сырья для корзиноплетения, — говорит директор Ивантеевского питомника Геннадий Чадин. — Именно для этих целей мы и выращивали иву. Ветки срезали каждый год осенью, после того как опадают листья — срезали почти полностью, оставались лишь небольшие пеньки высотой до десяти сантиметров. На следующий год на них появлялись новые побеги высотой до двух метров. Это при том, что уход за плантацией требуется стандартный – обычное внесение удобрений. Но в 2005 году ивовый прут как сырье перестал быть востребованным».

Наблюдение за плантацией на молекулярном уровне

Чтобы подготовить плантацию к выполнению новой функции –  выработке биотоплива, ученые разрабатывают методы молекулярного маркирования деревьев. «Эти методы известны и давно применяются. Например, в медицине они работают для любых биологических объектов, в которых есть ДНК. Правда, что касается растений, то у них эти методы стали активно применять на практике только 10 лет назад», — говорит Константин Шестибратов.

«Мы выделяем ДНК при помощи метода СТАБ, — рассказывает Ольга Шишкина. — Сначала растительный материал – листья — измельчаем, заливаем буфером, чтобы разрушить клеточные стенки, прогреваем в термостате, чтобы содержимое клеток вылилось в раствор. А потом проводим ПЦР (полимеразную цепную реакцию) с соответствующими генетическими маркерами. В результате мы будем знать генотип каждого дерева, растущего на плантации. Если нам попадется другая форма, у которой могут быть и другие характеристики древесины и роста, то это сразу станет ясно».

По словам Константина Шестибратова, при помощи молекулярного маркирования при закладке плантации можно выяснить, насколько генетические параметры данного растительного материала (это могут быть и семена, и деревья) соответствуют тем, которые заявляет поставщик. При помощи этого метода можно следить за происходящими в популяции изменениями, а в случае кражи доказать, что деревья росли именно на этой плантации.

Как получить биоэтанол из древесины

Сама технология производства биоэтанола из древесины сравнительно новая. Традиционно спирт получают путем сбраживания растений, содержащих много углеводов или крахмала: кукурузы, сахарного тростника, ржи, пшеницы, картофеля и многих других травянистых растений. Сейчас в мире в основном применяются именно эти технологии, что и вызывает многочисленные нарекания в адрес биоэнергетики, поскольку в качестве сырья используют, по сути дела, пищевые продукты. По мнению некоторых специалистов, из-за чрезмерного увлечения пищевым сырьем может разразиться мировой продовольственный кризис.

По этой причине ученые и занялись производством биотоплива второго поколения, когда используются непищевые источники сырья. Древесина в списке этих источников занимает особое место. Даже на первый взгляд понятно, что биомасса и величина ежегодного прироста древесных растений намного больше, чем травянистых. К тому же древесные растения – многолетние, поэтому не нужно каждый год высаживать плантацию заново. Один из способов получения этанола из древесины основан на ферментативной переработке целлюлозы и гемицеллюлозы. Сейчас ученые работают над усовершенствованием этого метода: во-первых, любая древесина содержит еще и лигнины, которые ферментативной переработке не поддаются, а, во-вторых, перед ферментацией древесину нужно измельчить. И этот процесс пока очень энергозатратный.