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Energiepflanzen

Genetisch veränderte Pappeln liefern leichter abbaubares Lignin

Eine große Hürde in der Kraftstoffgewinnung aus Pflanzen ist das schwer abbaubare Lignin. In genetisch veränderten Pappeln enthält das Lignin nun "Sollbruchstellen".
Pappelblatt

Nachwachsende "Energiepflanzen" sollen einst fossile Brennstoffe ersetzen, so die Hoffnung. Wäre da nicht unter anderem das schwer zu knackende Lignin in der Pflanzenzellwand: Es behindert, die weiter zu verwertende Zellulose aus der Biomasse herauszulösen, weshalb das Verfahren bislang nicht wirtschaftlich ist. Wissenschaftler in den USA haben nun Pappeln genetisch so verändert, dass ihr Lignin leichter abzubauen ist, und damit die Ausbeute deutlich erhöht.

Genetisch veränderte Pappeln
Genetisch veränderte Pappeln | Diesen Pappeln wurde ein Gen der Chinesischen Engelwurz (Angelica sinensis) eingeschleust. Die Pflanzen erhalten dadurch die Fähigkeit, bestimmte Bausteine als Sollbruchstellen in die Ligninpolymere des Holzes und der Gefäße der Blätter einzubauen. Damit kann die herangewachsene Pflanze später leichter zur Energiegewinnung in Zuckereinzelteile zerlegt werden.

Schon seit Längerem forschen John Ralph und seine Mitarbeiter am Great Lakes Bioenergy Research Center und der Michigan State University an einer Ligninvariante, mit der die bislang zur Trennung von Zellulose und Lignin notwendige Säurebehandlung überflüssig wird. Bei der Herstellung von Lignin erweisen sich Pflanzen als sehr flexibel: Bereitwillig fügen sie auch bestimmte molekulare Bausteine in das Gerüst ein, die dort natürlicherweise nicht vorkommen. Mit diesem Trick erzeugten Ralph und seine Kollegen ihr patentiertes "Zip-Lignin": Auf Grund von eingeschleusten speziellen Monomeren lässt sich das Ligningerüst unter Einfluss einer Lauge an diesen "Sollbruchstellen" in Form von Esterbindungen besser in kleinere Stücke zerlegen.

Nach erfolgreichen Versuchen in vivo gelang ihnen dies nun auch in Pappeln. Die Pflanzen entwickelten sich ganz normal, ohne Anzeichen irgendwelcher Schäden, so die Forscher. Die Ausbeute an Glukose (als Ausgangsstoff für die Ethanolherstellung) jedoch stieg im Vergleich zu nicht veränderten Pappeln deutlich: Während zuvor nur knapp 15 Prozent der pflanzlichen Trockenmasse "verzuckert" wurden, waren es nun über 25 Prozent.

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  • Quellen
Science 344, S. 90–93, 2014

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