科学家们在实验室培养植物组织 。 近日 ， 美国麻省理工学院（MIT）的研究人员在《清洁生产杂志》上发表论文 ， 阐述了一种在无土、无光照的实验室直接培养植物组织（如木头或纤维）的技术 。 新技术与“直接培养一块肉”的理念类似 ， 指出了高效生产生物材料的可行性 。 虽然该技术仍处于早期开发阶段 ， 但它将来也许能帮助减轻林业和农业的环境负担 。
制作一张木桌需要种树、砍伐、运输、加工 ， 整个过程长达数十年 。
“几个世纪以来 ， 我们获取木材的方式一直没有改变 ， 非常低效 。 新研究为我们创造了新机会：如果想要木桌 ， 我们应该直接‘种’一张 。 ”研究领导者、麻省理工学院微系统技术实验室的首席科学家Luis Fernando Velasquez-Garcia说 。
在新研究中 ， 科学家们从百日草的叶子中提取了活细胞 ， 在液体培养基中培养 ， 让它们进行代谢和增殖 。 随后 ， 他们将这些细胞转移到一种凝胶中 ， 并“调整”它们的生长 。 “在某种意义上 ， 植物细胞与干细胞相似 ， 可以被诱导变成任何东西 。 ”Velasquez-Garcia解释 。
研究人员通过改变凝胶中生长素和细胞分裂素的水平 ， 控制了细胞木质素（一种使木材更加坚固的有机聚合物）的产生 ， 最终形成了一种坚硬的木质结构 。
论文第一作者、机械工程专业的博士生Ashley Beckwith使用荧光显微镜对最终产品的细胞组成和结构进行了评估 。 她说：“我们可以直观地评估哪些细胞正在木质化 ， 并测量细胞的增大和延伸 。 ”这一过程证实：植物细胞可用于受控的生产过程 ， 生产针对特定用途的优化材料 。
Velasquez-Garcia认为 ， 这项工作是微结构制造和3D打印等增材制造技术的扩展 。 在这种情况下 ， 植物细胞会在凝胶生长介质的帮助下进行自身打印 。 与非结构化液体介质不同 ， 凝胶充当了细胞以特定形状生长的支架 。
Velasquez-Garcia说：“这个方法不仅调整了材料的属性 ， 也从概念上调整了材料的形状 。 ”因此 ， 他设想 ， 未来真的可以直接“种”出一张不需要木胶黏合的桌子 。
但这项技术距离投入市场还有很长一段路要走 。 康奈尔大学植物生物学家David Stern说：“主要问题是这项技术能否规模化 ， 能否在经济或生命周期上具有竞争力 。 ”Stern还指出 ， 把林业和农业“碎片”引入实验室需要权衡 。 农业植株能够有效利用太阳能量和自然降雨 ， 而不需要建筑、热量或人造光 。 研究人员承认 ， 这些实验室培养的植物组织还处于早期阶段 ， 研究小组将继续进行微调 ， 控制最终材料的属性 。
Beckwith预计 ， 大规模培养植物组织将面临诸多挑战 ， 比如：如何促进细胞间的气体交换 。 该团队希望通过进一步实验来克服这些障碍 ， 并最终为实验室种植产品绘制生产蓝图 。
科界原创
编译：花花
【科学|想要木桌？直接“种”一张吧】审稿：西莫
责编：陈之涵
期刊来源：《清洁生产杂志》
期刊编号：0959-6526
原文链接：https://www.sciencedaily.com/releases/2021/01/210121092825.htm
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