為了更好地將植物轉(zhuǎn)換成生物燃料，美國能源部勞倫斯·利弗莫爾實(shí)驗(yàn)室、勞倫斯·伯克利國家實(shí)驗(yàn)室以及國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室的研究人員合作，采用不同的顯微方法，深入到百日草葉片細(xì)胞的深處，在納米尺度研究出這種最常見花園植物的化學(xué)成分和植物細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)。該研究發(fā)表在近期出版的《植物生理學(xué)》（Plant Physiology）雜志。

百日草是一種常見的一年生草本植物，莖直立粗壯，上被短毛，表面粗糙。葉形為卵圓形至長橢圓形，葉全緣，上被短剛毛。頭狀花序單生枝端，梗甚長。其幼苗的葉片為深綠色，含有大量的葉綠體和豐富的單細(xì)胞，可在培養(yǎng)液中生長數(shù)天。在培養(yǎng)過程中，其細(xì)胞形狀會(huì)發(fā)生改變，形成管狀細(xì)胞，負(fù)責(zé)將水和礦物質(zhì)從根部運(yùn)輸?shù)饺~片。其木質(zhì)部含大量纖維素和木質(zhì)素，是近年來生物燃料的研究重點(diǎn)。

纖維素是一種多糖，在酶的作用下，可分解為醇類及其他化學(xué)成分，可替代燃料。要想使相關(guān)反應(yīng)有效率，需要在多個(gè)空間尺度上了解反應(yīng)發(fā)生的進(jìn)程。而要想獲取糖，還必須想方設(shè)法克服由細(xì)胞壁木質(zhì)素纖維素結(jié)晶所提供的疏水保護(hù)。植物有兩種重要的聚合物，統(tǒng)稱為木質(zhì)纖維素，難于溶解，耐化學(xué)試劑和機(jī)械破損，是植物的結(jié)構(gòu)組織。細(xì)胞壁的木質(zhì)素極難被打破，因此科學(xué)家需要對(duì)細(xì)胞壁組織有著透徹的了解，才能確定最佳的方法來打破它們。

過去人們對(duì)植物細(xì)胞壁詳細(xì)的三維分子結(jié)構(gòu)知之甚少。此次，研究人員利用原子力顯微鏡、熒光顯微鏡及以傅氏轉(zhuǎn)換紅外線光譜分析儀等不同的顯微方法，得以詳細(xì)研究百日草的細(xì)胞、細(xì)胞亞結(jié)構(gòu)以及細(xì)胞壁組織的精細(xì)結(jié)構(gòu)，甚至可以對(duì)單細(xì)胞進(jìn)行化學(xué)成分分析。這對(duì)評(píng)估植物的各種化學(xué)反應(yīng)和酶處理具有十分重要的意義。

科學(xué)家表示，擁有在納米尺度觀察植物細(xì)胞表面的能力，并結(jié)合化學(xué)成分分析，可以大大提高人們對(duì)細(xì)胞壁分子結(jié)構(gòu)的理解。同時(shí)，高分辨率的結(jié)構(gòu)模型，對(duì)于將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為液體燃料至關(guān)重要，可以加快人類利用木質(zhì)纖維素生產(chǎn)生物燃料的進(jìn)程。