Bioenergie-Sorghumwachs, ein potenziell wertvolles Nebenprodukt, erhöht die Widerstandsfähigkeit der Pflanzen

Bioenergie-Sorghum wird bereits für seine Widerstandsfähigkeit, Biomasseproduktion und Fähigkeit zur Verbesserung der Bodenfruchtbarkeit geschätzt und verfügt über eine weitere Eigenschaft, die Forscher kürzlich charakterisiert haben: hohe Wachsproduktion.

Pflanzenwachse sind in einer Vielzahl kommerzieller Produkte wie Kosmetika, Tinten und Kerzen sowie als essbare Lebensmittelbeschichtungen und Biokraftstoffe nützlich. Die Produktion von Bioenergie-Sorghum mit hohen Wachsmengen – etwa 90–180 Pfund pro Acre – könnte den Erzeugern zusätzliche Gewinne bescheren.

Wissenschaftler von Texas A&M AgriLife Research und dem Texas A&M College of Agriculture and Life Sciences erfahren mehr über das Wachs der Pflanze. Robert Chemelewski, ein Doktorand in der Abteilung für Biochemie und Biophysik, führte Forschungen unter der Aufsicht von John Mullet, Ph.D., University Distinguished Professor und Perry L. Adkisson Chair in Agricultural Biology durch.

Ihr Studium war veröffentlicht im Tagebuch Grenzen der Pflanzenwissenschaft.

Bedeutung von Wachs für die Widerstandsfähigkeit von Sorghum in rauen Umgebungen

Sorghum, ein dürre- und hitzetolerantes Gras, wird typischerweise zur Produktion von Getreide, Futtermitteln und Biomasse für Bioenergie verwendet. Bioenergie-Sorghum hat sehr lange Stängel, die eine Höhe von bis zu 18 Fuß erreichen können.

Die Widerstandsfähigkeit der Pflanze ermöglicht es ihr, auch dann produktiv zu sein, wenn sie auf marginalem Land oder mit wenig Wasser angebaut wird. Diese Widerstandsfähigkeit ist zum Teil auf die hohe Wachsproduktion der Pflanze zurückzuführen, die dazu beiträgt, den Wasserverlust zu begrenzen und zu verhindern, dass die Pflanze durch die Reflexion der Sonnenstrahlung zu viel Wärme aufnimmt.

„Bioenergie-Sorghum hat 50 Millionen Jahre in Afrika in einer sehr heißen, trockenen Umgebung überlebt“, sagte Mullet. „Um die Dürre bei hoher Strahlungsbelastung zu überstehen, passte sich die Sorghumhirse an, indem sie viel Wachs auf den Oberflächen von Blättern und Stängeln absonderte.“

Darüber hinaus vermuten Forscher, dass das Wachs die Schädlingsresistenz erhöht.

„Wenn man Pflanzen mutiert, um Wachse zu entfernen, werden sie viel anfälliger für Insekten“, sagte Mullet. „Insekten, die den Stängel hinaufkriechen, treffen auf eine sehr dicke Wachsschicht. Wir glauben also, dass Wachs dazu beiträgt, den Stängel vor Insektenschäden zu schützen.“

Charakterisierung der Wachszusammensetzung von Sorghum

In ihrer aktuellen Studie versuchten die Forscher, wichtige Informationen über Sorghumwachs zu ermitteln, beispielsweise die Mengen auf verschiedenen Pflanzenoberflächen und seine chemische Zusammensetzung.

„Wachs besteht aus langkettigen Kohlenwasserstoffen“, sagte Mullet. „Wir haben herausgefunden, dass bioenergetisches Sorghumwachs mit Aldehyden angereichert ist, einer Art organischer Verbindung, die möglicherweise zur Schädlingsabwehr der Pflanze beiträgt.“

Als nächstes untersuchte das Team die biochemischen Prozesse, die an der Wachsproduktion von Bioenergie-Sorghum beteiligt sind. Sie fanden die Wachsbiosynthese-Gene, indem sie Vorkenntnisse anderer Pflanzen nutzten.

Nachdem diese identifiziert worden waren, bestätigten sie, dass die Gene in der äußeren Schicht des Stammes exprimiert wurden, wo das Wachs synthetisiert und abgelagert wird. Anschließend analysierte das Team den Aktivierungsprozess der Wachsbiosynthese während der Stammentwicklung und konnte so erkennen, welche Gene an der Regulierung beteiligt sind.

„Am Ende konnten wir sehen, wie der gesamte Weg zusammenpasst“, sagte Mullet.

Blick auf die Kommerzialisierung

Auf lange Sicht können Erzeuger von Bioenergie-Sorghum neben dem Einkommen, das die Pflanze als Rohstoff für Biokraftstoffe und die Erzeugung von Bioenergie generiert, auch einen finanziellen Nutzen aus dem Wachs der Pflanze ziehen.

„Wir sind immer auf der Suche nach Möglichkeiten, aus der Pflanze ein Mehrwertprodukt zu gewinnen, bevor wir es in Biokraftstoff umwandeln“, sagte Mullet. „Wenn die geerntete Biomasse in eine Bioraffinerie gelangt, könnte man das Wachs zu Beginn des Prozesses entfernen, um es später zu reinigen und als wertvolles Nebenprodukt zu verkaufen.“

Mullet sagte, das Forschungsteam sei sich über das Marktpotenzial von Bioenergie-Sorghumwachs nicht sicher, aber da sie nun wüssten, wie viel die Pflanze produziert, hoffen sie, die kommerzielle Machbarkeit untersuchen zu können.

„Wir lernen immer wieder Dinge über Bioenergie-Sorghum, die einfach erstaunlich sind“, sagte er. „Das Wachs könnte viele Verwendungsmöglichkeiten haben. Der nächste Schritt in dieser Art von Forschung besteht darin, herauszufinden, wie es entfernt und wirtschaftlich zurückgewonnen werden kann.“