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一種新發現的木材可能會徹底改變碳的儲存方式

2024-08-09科學

花園中常見的一種樹,其美麗的花朵和葉子一直隱藏著一個秘密。

這兩種郁金香(鵝掌楸屬)的木材既不是硬木也不是軟木,而是介於兩者之間的一種木材,我們甚至不知道這種木材的存在。研究人員說,這種木材似乎在碳封存和儲存方面特別有效。

波蘭雅蓋隆大學的生物化學家Jan Łyczakowski和英國劍橋大學的雷蒙德·懷特曼(Raymond Wightman)說,這種能力可能與這種樹的巨原纖維的大小有關,巨原纖維是由細胞壁成分和纖維素組成的長線狀束,比硬木樹的巨原纖維大得多。

這一發現可能為開發新的碳儲存方法鋪平道路。

Łyczakowski解釋說:「已知這兩種郁金香樹在釘選碳方面都非常有效,當大氣中碳的可用性減少時,它們擴大的大纖維結構可能是一種適應,幫助它們更容易捕獲和儲存更多的碳。」

「郁金香樹最終可能對碳捕獲種植園有用。一些東亞國家已經在使用鵝掌楸種植園來有效地釘選碳,我們現在認為這可能與它的新型木材結構有關。"

郁金香樹有兩種,北美鵝掌楸(Liriodendron tulipifera )和中國鵝掌楸(Liriodendron chinense),它們的譜系可以追溯到3000萬到5000萬年前,當時它們從木蘭屬中分化出來。

大約在同一時間,大氣中的二氧化碳含量迅速急劇下降,研究人員說這可能與鵝掌楸的出現有關。

Łyczakowski解釋說:「這可能有助於解釋為什麽郁金香樹在碳儲存方面非常有效。」

在木本植物的次生細胞壁中可以發現巨原纖維,這是木本植物解剖結構的一個關鍵特征。這些次生細胞壁是在初代細胞壁形成後形成的,它們負責加強植物的結構。

這是大多數植物木質生物量可以找到的地方,但我們對它知之甚少。

Łyczakowski和他的同事們在研究這些植物的結構前進演化過程中發現了這一發現,這些植物包括松樹和針葉樹等軟木植物,以及橡樹和樺樹等硬木。

他們使用掃描電子冷凍顯微鏡(cryo-SEM)觀察了33種植物的細胞壁,使其盡可能接近自然狀態。這意味著要收獲木材,保存它,並對其進行數小時的成像,以看到它在生活中的樣子,而不是我們經常看到的枯木的幹燥狀態。

研究表明被子植物(開花植物)和裸子植物(產生種子的植物)之間的差異並不總是明確的。

除了發現一種新的木材外,研究人員還發現了兩種屬的裸子植物,它們的次級細胞壁結構與木本被子植物相同。

研究人員說,這是趨同前進演化的一個例子,不同的物種獨立地發展出相同的特征。這些發現共同為植物細胞壁組成和木材奈米結構之間的前進演化關系提供了新的見解。

這些發現對從生物學到工程學的各個領域都有影響。

Łyczakowski說:「木材的主要組成部份是次級細胞壁,正是這些細胞壁的結構賦予了木材的密度和強度,這是我們建築所依賴的。」

「次生細胞壁也是生物圈中最大的碳儲存庫,這使得了解它們的多樣性對於進一步推進我們的碳捕獲計劃以幫助緩解氣候變遷變得更加重要。」

這項研究發表在【新植物學家】雜誌上。

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