Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Energiedichte in Biomasse erhöhen

08.03.2011
Ackerland ist knapp, die Nachfrage nach Biodiesel steigt. Mit einer gesteigerten Energiedichte in Pflanzen könnte diesem Problem entgegengewirkt werden. Amerikanische Wissenschaftler reicherten Fettsäuren außerhalb des Samens von Arabidopsis thaliana an.

Allein in Kanada müsste die Rapsproduktion während der kommenden 7 bis 10 Jahre um 50 bis 75 Prozent ansteigen, um den wachsenden Bedarf an Ölsaaten zu decken. Manche Pflanzen sind in der Lage, den Biodieselrohstoff in vegetativem Gewebe außerhalb des Samens wie Blättern, Stämmen, Wurzeln und Speicherorganen zu akkumulieren.

Zu diesen Pflanzen gehören beispielsweise Avocados, die das kostbare Gut in der mittleren Schicht der Fruchtwand anhäufen können. Auch Wurzeln einer bestimmten Zypergrasart sowie die Stämme der Pflanze Tetraena mongolica Maxim sind zu einer solchen Anreicherung in der Lage. Die Mechanismen der Produktion oder Repression der Ölproduktion in Geweben außerhalb des Samens sind jedoch bisher nicht bekannt.

Wertvolle Ölsaaten sind limitiert

Triaclycerole (TAG) aus Ölsaaten wie z.B. Raps, Sojabohnen und Palmen werden als Rohstoff für die Biodieselproduktion herangezogen. Biodiesel besteht aus mit Methanol veresterten Fettsäuren, die aus Pflanzenöl gewonnen werden. Momentan sind diese Quellen aufgrund von geringen Ernteerträgen und nutzbarem Ackerland limitiert. Wissenschaftler erhöhten nun die Energiedichte der Modellpflanze Arabidopsis thaliana, indem sie die wertvollen Fettsäuren anstatt nur im Samen auch in vegetativem Gewebe anreicherten.

Die Biochemie der Fettsäuren und die TAG Synthese in Pflanzen ist komplex, wird von verschiedenen Faktoren in unterschiedlichen zellulären Kompartimenten bewerkstelligt und jede biochemische Reaktion wird durch spezielle Enzyme katalysiert.

Stärke- und Ölproduktion in Konkurrenz

Wenn sich ein Samen entwickelt, wird der aus der Photosynthese fixierte Kohlenstoff aufgeteilt in verschiedene Verbindungen, die die Pflanze einlagert. Die Umwandlung des Kohlenstoffs zu Öl steht wahrscheinlich in Konkurrenz mit anderen metabolischen Stoffwechselwegen. Einer dieser Wege ist die Biosynthese von Stärke, die als Hauptkohlenstoffspeicher in Pflanzen dient. Bis zu 50 Prozent der Photosyntheseprodukte werden in Form von Stärke gespeichert.

Dabei gibt es zwei verschiedene Formen von Stärke: Speicherstärke und Übergangsstärke. Die Synthese und Akkumulation von Stärke in Speichergewebe wird durch das Wachstum und die Entwicklung der Pflanze kontrolliert. So akkumulieren beispielsweise die Samen von Arabidopsis in ihrer frühen Entwicklung Stärke, später stellt die Pflanze statt Stärke Öl her.

Übergangsstärke wird tagsüber gebildet und in den Chloroplasten der Blätter eingelagert. Ihre Synthese kann bis zu 50 Prozent des durch Photosynthese fixierten Kohlenstoffs verbrauchen. Nachts, wenn die Pflanze durch Photosynthese keinen Kohlenstoff fixieren kann, greift sie auf diese Übergangsstärke zurück.

AGPase als Steuerelement

Ein Enzym namens Adenosin Diphospho (ADP)-Glucose Pyrophosphorylase (AGPase) katalysiert den ersten Schritt der Stärkesynthese. Es wandelt Glucose-1-Phosphat und ATP zu ADP-Glucose und anorganischem Pyrophosphat um. ADP-Glucose wird von anderen Enzymen in Stärke umgewandelt. Wissenschaftler hatten bereits herausgefunden, dass die Inaktivierung der GDPase zu einer beträchtlichen Reduktion des Stärkegehalts im Samen von Raps, Erbsen und Mais führt.

Wirksamer Ansatz

Benning und Kollegen blockierten in der Modellpflanze Arabidopsis thaliana eine Untereinheit der AGPase mit der RNAi-Technik. Zusätzlich überexprimierten sie den Transkriptionsfaktor WRINKLED1 (WRI1), der an der Regulation der Ölsynthese im Samen beteiligt ist. Die so veränderten Pflanzen akkumulierten weniger Stärke und mehr Hexosen. Hexosen sind Monosaccharide, die von der Pflanze für die Glykolyse verwendet werden, welche wiederum Substrate für die Ölbiosynthese liefert. In vegetativem Gewebe produzierten diese Pflanzen außerdem 5,8 mal mehr Öl als Pflanzen, in denen nur entweder die AGPase blockiert oder WRI1 überexprimiert war.

Wie geht es weiter?

In den Gewächshäusern der Arbeitsgruppe stehen schon Steckrüben bereit, die von Stärke- zu Ölproduzenten umgewandelt werden sollen. Auch verschiedene Grasarten sollen in Zukunft zu Einsatz kommen. Der Weg zu einer Nutzpflanze mit optimalem TAG-Gehalt für die Biodieselproduktion ist zwar noch lang, die Richtung aber haben Prof. Benning und seine Mitarbeiter mit dieser Arbeit gewiesen.

Quellen:
C. Benning et al. “Increasing the energy density of vegetative tissues by diverting carbon from starch to oil biosynthesis in transgenic Arabidopsis”, Plant Biotechnology Journal, 2011, pp. 1-10 (Abstract)

| Pflanzenforschung.de
Weitere Informationen:
http://www.pflanzenforschung.de/journal/aktuelles/energiedichte-biomasse-erhoehen?piwik_campaign=newsletter

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Agrar- Forstwissenschaften:

nachricht Elefanten-Herpes: Super-Verbreiter gefährden Jungtiere
04.05.2017 | Universität Zürich

nachricht Wurmmittel für Weidetiere können die Keimung von Pflanzensamen beeinflussen
27.04.2017 | Universität Trier

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Agrar- Forstwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Neue Methode für die Datenübertragung mit Licht

Der steigende Bedarf an schneller, leistungsfähiger Datenübertragung erfordert die Entwicklung neuer Verfahren zur verlustarmen und störungsfreien Übermittlung von optischen Informationssignalen. Wissenschaftler der Universität Johannesburg, des Instituts für Angewandte Optik der Friedrich-Schiller-Universität Jena und des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien Jena (Leibniz-IPHT) präsentieren im Fachblatt „Journal of Optics“ eine neue Möglichkeit, glasfaserbasierte und kabellose optische Datenübertragung effizient miteinander zu verbinden.

Dank des Internets können wir in Sekundenbruchteilen mit Menschen rund um den Globus in Kontakt treten. Damit die Kommunikation reibungslos funktioniert,...

Im Focus: Strathclyde-led research develops world's highest gain high-power laser amplifier

The world's highest gain high power laser amplifier - by many orders of magnitude - has been developed in research led at the University of Strathclyde.

The researchers demonstrated the feasibility of using plasma to amplify short laser pulses of picojoule-level energy up to 100 millijoules, which is a 'gain'...

Im Focus: Lässt sich mit Boten-RNA das Immunsystem gegen Staphylococcus aureus scharf schalten?

Staphylococcus aureus ist aufgrund häufiger Resistenzen gegenüber vielen Antibiotika ein gefürchteter Erreger (MRSA) insbesondere bei Krankenhaus-Infektionen. Forscher des Paul-Ehrlich-Instituts haben immunologische Prozesse identifiziert, die eine erfolgreiche körpereigene, gegen den Erreger gerichtete Abwehr verhindern. Die Forscher konnten zeigen, dass sich durch Übertragung von Protein oder Boten-RNA (mRNA, messenger RNA) des Erregers auf Immunzellen die Immunantwort in Richtung einer aktiven Erregerabwehr verschieben lässt. Dies könnte für die Entwicklung eines wirksamen Impfstoffs bedeutsam sein. Darüber berichtet PLOS Pathogens in seiner Online-Ausgabe vom 25.05.2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) ist ein Bakterium, das bei weit über der Hälfte der Erwachsenen Haut und Schleimhäute besiedelt und dabei normalerweise keine...

Im Focus: Can the immune system be boosted against Staphylococcus aureus by delivery of messenger RNA?

Staphylococcus aureus is a feared pathogen (MRSA, multi-resistant S. aureus) due to frequent resistances against many antibiotics, especially in hospital infections. Researchers at the Paul-Ehrlich-Institut have identified immunological processes that prevent a successful immune response directed against the pathogenic agent. The delivery of bacterial proteins with RNA adjuvant or messenger RNA (mRNA) into immune cells allows the re-direction of the immune response towards an active defense against S. aureus. This could be of significant importance for the development of an effective vaccine. PLOS Pathogens has published these research results online on 25 May 2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) is a bacterium that colonizes by far more than half of the skin and the mucosa of adults, usually without causing infections....

Im Focus: Orientierungslauf im Mikrokosmos

Physiker der Universität Würzburg können auf Knopfdruck einzelne Lichtteilchen erzeugen, die einander ähneln wie ein Ei dem anderen. Zwei neue Studien zeigen nun, welches Potenzial diese Methode hat.

Der Quantencomputer beflügelt seit Jahrzehnten die Phantasie der Wissenschaftler: Er beruht auf grundlegend anderen Phänomenen als ein herkömmlicher Rechner....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Lebensdauer alternder Brücken - prüfen und vorausschauen

29.05.2017 | Veranstaltungen

49. eucen-Konferenz zum Thema Lebenslanges Lernen an Universitäten

29.05.2017 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz an der Schnittstelle von Literatur, Kultur und Wirtschaft

29.05.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Intelligente Sensoren mit System

29.05.2017 | Messenachrichten

Geckos kommunizieren überraschend flexibel

29.05.2017 | Biowissenschaften Chemie

1,5 Millionen Euro für vier neue „Innovative Training Networks” an der Universität Hamburg

29.05.2017 | Förderungen Preise