研究人员通过基因修饰增强了杨树，以创造出高性能的结构木材，而无需依赖有害的化学品或耗能的方法。
在马里兰大学，科学家们对杨树进行了基因修饰，以可持续的方式生成强韧的结构木材，避免了化学品和大量能源的使用。工程木材源自普通木材，越来越被视为传统建筑材料（如钢铁、水泥、玻璃和塑料）的绿色替代品。它还具有长期碳储存的潜力，因为与标准木材相比，工程木材不易腐烂，有助于减少碳排放。
然而，想要实现工程木材的真正可持续性具有挑战性，因为需要用有害化学品对其进行处理，并消耗大量能源，这会产生显著的废物。研究团队对活杨树中的一个基因进行了修改，使其能够在没有额外加工的情况下生长出适合工程的木材。
这项研究于2024年8月12日在线发表在期刊Matter上。
马里兰大学植物科学与景观建筑系的教授、该研究的首席作者齐逸平表示：“我们很高兴展示一种将基因工程与木材工程融合的新方法，以可持续的方式将碳封存并储存于一种坚韧的超级木材形式中。碳封存在应对气候变化方面至关重要，这种工程木材在新兴的生物经济中可能有众多应用。”
在木材可被修改以增强其结构特性（如增强强度或紫外线抵抗能力，使其能够替代钢材或混凝土）之前，需要去除一种关键元素：木质素。
之前，马里兰大学的研究人员成功设计了使用各种化学品去除木质素的方法，而其他研究人员则探索了使用酶和微波技术。在最新的研究中，齐和他的同事旨在创建一种不依赖于化学品、不会产生废物或消耗大量能源的方法。
通过采用一种称为基础编辑的技术来失活一种称为4CL1的关键基因，研究人员成功培育出木质素含量比典型的野生杨树降低了12.8%的杨树，这一水平与通过化学处理的工程木产品所达到的水平相似。
齐和他的研究团队在温室里与未修改的树木一起培育这些修改过的树木六个月，注意到基因改造的树木与未改造的树木在生长速度和结构完整性上没有差异。
为了评估他们基因改造杨树的实用性，研究团队在材料科学与工程的教授胡亮兵的带领下，创造了类似于常用于家具制造的颗粒板的小样本，制作了高强度压缩木材。
压缩木材的生产是通过在真空中将木材浸入水中，然后热压使其厚度减少到约五分之一。这种技术增强了木纤维的密度。木质素通常有助于木细胞保持其结构，并阻碍压缩。基因改造或化学处理过的木材中降低的木质素含量使细胞能够更紧密地压缩，增强了最终产品的强度。
为了进一步评估他们基因改造树木的效率，团队还制造了自然杨树的压缩木材，使用了未处理的木材和经过常规化学方法处理以降低木质素含量的木材。
结果显示，压缩的基因改造杨树的性能与化学处理过的自然木材相匹配。两者的密度都更高，强度均超过未处理自然木材的1.5倍以上。
压缩的基因改造木材的拉伸强度可与铝合金6061和压缩的化学处理木材相媲美。
这项研究为以经济有效且环保的方式生产多种建筑产品开辟了道路，可能在应对气候变化方面做出重大贡献。
