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    让“沙漠皇后”在中国起舞

    日期 2009-03-02   来源:科学时报   作者:张双虎  【 】   【打印】   【关闭

      进入21世纪,化石能源的短缺让人们将探索的目光投向了生物资源的研发和利用。因为具有独特的油脂特性,资源植物好好芭开始走进人们的视野。与此同时,好好芭对恶劣生长环境的超强抗性,也让它成为研究人员关注的焦点。

      在国家留学归国人员启动基金项目、北京师范大学跨世纪人才基金项目、农业部国际引进项目、北京市尊龙凯时基金项目及尊龙凯时和国家重大基础研究计划项目等十余个科研课题的资助下,北京师范大学生命科学学院教授张根发带领研究团队,开始了特殊资源植物好好芭的遗传和分子生物学研究。他们搜集、积累、翻译资料,进行好好芭试管苗繁殖、引种栽培,开展抗逆相关基因的克隆与功能研究,并建立相关的技术平台和实验室条件,为好好芭的高水平研究奠定了重要的基础。

      一个和中国有缘却鲜为人知的名字

      “30年前,好好芭还鲜为人知,就是目前,在我国真正了解好好芭的人也不多。”张根发对《科学时报》记者说:“但毋庸置疑,好好芭油及其相关产品的广阔发展前景,使我们不得不认真考虑其自然遗传资源的研发和利用。”

      好好芭(英文Jojoba,学名Simmondsia chinensis link)原产于美国西南部的加利福尼亚州、亚利桑那州和墨西哥西北部交界处的索罗兰沙漠,是一种十分珍贵的特种木本油料植物。好好芭种子含有达种子干重50%以上的油脂,被称为好好芭油,可以用于润滑油、化妆品、医药品,以及作为鲸油的替代品,用于制造墨水、清漆、石蜡、清洁剂、树脂和塑料,同时也是石油能源的真正替代品。

      好好芭被植物界命名为Simmondsia chinensis,这源自一个美丽的错误。植物学家Link周游世界,并收集各种植物及种子加以分类和描述,他错误地把好好芭的种子和一种来自中国的植物的种子混在一起,因此产生了chinensis这个名字。尽管好好芭事实上并不是来自中国,但因为植物命名的国际惯例是一旦命名了就不能再更改,这样,神奇的好好芭与中国结下不解之缘。

      据介绍,从好好芭种子中提取的“油”是一种纯的液态蜡酯,油和酯的分子组成差别很小,但是性质差别很大。好好芭油不易被氧化,事实上它还是一种抗氧化剂,不会腐败。从化学结构上看,好好芭油的液态酯几乎同鲸蜡油一样,可代替鲸蜡油用于高温润滑油和化妆品,可以说,好好芭是目前已知的鲸蜡油非常理想的唯一替代品。20世纪80年代,国际《禁止捕鲸公约》的颁布,为好好芭的发展带来了契机。

      1933年,好好芭油的性质及大量用途就被公布于世,当时是被一个油漆公司作为一种油漆混合剂介绍的。这种用途显然并不很成功,但唤醒了“沉睡中的好好芭皇后”。1943年,美国资源短缺,“好好芭皇后”初露头角。20世纪70年代晚期,许多化妆品公司开始生产含有好好芭的产品,几家主要燃料公司开始采用混合技术,好好芭被混入石油产品中以增加润滑油的润滑性。

      好好芭的时代就要来临

      好好芭油以其特有的优势——天然、纯净、性能稳定、抗氧化、抗腐蚀、防晒、保湿,且含有多种维生素和生物活性物质,在化妆品工业形成不可取代的地位。在美国、日本及欧洲发达国家的名牌化妆品系列,包括洗发护发香波、香皂、护肤、皮肤美容等都少不了好好芭油的天然成分。随着好好芭种植面积和种子产量的稳定增长以及市场的扩大,国际顶尖化妆品品牌都推出了含有好好芭油的产品系列。20世纪末,好好芭油也成为了高级化妆品的代名词,这也带动其它工业优先考虑应用好好芭油及其副产品。在国外,作为化学工业的基本原料,数十个研究室的研究者们进行好好芭油的衍生物试验:如乙酰化、烷化、双氧基化、卤化、氢化、同分异构化、臭氧化、磺酸化、硫化、硫化磷酸化、硫卤化、氧化水解等处理。这些转化方法共同创造了大量新的在化学工业具有广泛用途的化学产品。

      在世界范围内,许多研究表明,好好芭油可以用来治疗烧伤、痤疮和牛皮癣。也有研究将好好芭油作为食用油。由于其不寻常的分子结构,好好芭油有可能成为低能量的食用油,用于某些体重过度增长的人群,也可成为潜在的用于减少胆固醇的药剂。

      今天,人们对好好芭的基本生物学特性和种植栽培技术都有了一定的认识,并促进好好芭在世界范围内的种植和推广。但好好芭油的大规模应用,还有待于好好芭油产量的大幅度提高和稳定的供应。

      “随着种植技术的成熟,好好芭油供给的充足和稳定以及价格的合理下降,将迎来好好芭发展的黄金时代,相信这个时间不会遥远。”张根发说。

      让好好芭在我国北方扎根

      除了种子的油脂特性外,好好芭植物的生命力也极强。它原产中美洲沙漠,和仙人掌生活在一起,有极高的干旱耐受性和抵御沙漠高温的能力。好好芭可以生存在土质贫瘠、荒漠、干旱的环境中,也能耐受和抵抗盐碱地——这一干旱、半干旱地区的致命危害。这些生物学特性和较高的经济价值,决定了好好芭的种植栽培和产品开发,对改善干旱、半干旱地区的环境和居民经济条件有巨大意义。

      1994年,张根发从英国Strathclyde大学留学回国后,接受了以色列专家David Mills博士的邀请,到Ben-Gurion大学应用技术研究所开展科研合作。在那里,张根发第一次接触到好好芭。Mills博士曾因农业灌溉项目来到中国,他看到我国西部干旱地区的环境和农业状况,设想用好好芭来改善沙漠环境和振兴当地经济。两人一拍即合,从研究好好芭体外繁殖技术入手,开始了在我国北方大面积引种好好芭的努力。

      2008年9月,在中科院出版基金的资助下,张根发的专著《好好芭资源生物学》正式出版。本书回顾了好好芭作为新兴工业油料作物的发展历史,介绍了野生好好芭的基础生物学特征、生态价值和重大经济意义,好好芭引种驯化和物候学基础,种植园建立、种植栽培管理,并阐述了好好芭遗传育种、无性繁殖和体外微繁殖生物技术新进展,展现了好好芭特异基因资源的研究和发展前景。

      目前,张根发所率领的实验室在资源植物好好芭的分子生物学研究领域取得了重要进展。张根发说:“好好芭是难得的抗逆资源植物,我们也作了一些抗逆基因资源方面的研究。近期目标是找出好好芭的抗旱重要基因,将其运用到其他作物的改良,以提高植株的抗旱性。目前我们虽然找到几个抗旱基因,但从实验室研究到真正应用还有一段距离。”

      “虽然好好芭经济价值很高,但从现有的资料看,在适当地段种植好好芭到第三年可以产生零星种子,第四年才有一定的采摘价值,5年以后才有真正的产量增长,8年左右该植物才能进入成熟期。这意味着,好好芭种植的投资者必须忍受资金滞留,短期不能回转的问题。当然,适当的间作、套种可以解决一部分短期收益,使长短结合是一个发展的新思路。”张根发说。

      上世纪70年代末至90年代初,我国农林科学家和植物学家开始引种驯化好好芭,但由于历史及其他多方面的原因并未进行大规模商业化、产业化推广。近年来,在国家和各级政府的支持下,我国开始大规模的种植开发,形成了良好的发展势头。

      “我国北方太冷、南方雨水又较多,目前只有西昌的一个地方和原产地气候条件相似,有一家公司在这里进行商业种植。我们在河南引种过,因为种种原因,最终没有大面积推广。因为好好芭的经济价值很高,同时它是小灌木,可以防风固沙,我们进行分子生物学研究的最终目标,就是培育好好芭抗冻品种,在我国北方干旱地区、沙漠地区大面积引种。”张根发说。