Change search
ExportLink to record
Permanent link

Direct link
BETA

Project

Project type/Form of grant
Project grant
Title [sv]
Modifiering av lignin sammansättning för hållbar användning av vedråvara
Title [en]
Modification of lignin composition for sustainable utilization of woody biomass
Abstract [sv]
HUR MYCKET KAN VI MODIFIERA LIGNINET I VÅRA SKOGSTRÄD? För att klara av övergången till ett hållbart samhälle baserat på skogsråvara, behövs stora satsningar för utveckling av nya produkter. Vi har redan idag en världsledande ställning i användning av skogråvaran som biobränslen. Också produktion av flytande biobränslen, så som etanol och butanol, genom sackarifiering (utvinning av sockermolekylerna) av skogsråvaran och den efterföljande fermenteringen verkar lovande i nära framtid. För att förbättra lönsamheten i dessa produktioner, är det viktigt att inte bara fokusera på själva processering av vedråvan utan också optimera de kvalitativa egenskaperna av vedråvan. En av de viktigaste kvalitativa faktorer som påverkar processering och produktutveckling av vedråvaran är dess kemiska sammansättning av cellulosa, hemicellulosa och lignin. Medan sockerpolymererna cellulosa och hemicellulosa bidrar till utbytet i både den traditionella massakokningen och bioprocesseringen genom sackarifiering av skogsråvaran, så gör ligninet inte det. Ligninet bildar också under den termokemiska förbehandlingen skadliga biprodukter som verkar inhiberande under fermenteringen. Oftast avlägsnas ligninet på grund av detta i dyrbara processer innan vedråvans fortsatta behandling. Ligninet består av två olika typer av lignin, S lignin och G lignin, och kostnaden att avlägsna ligninet beror på förhållandet mellan de två olika typerna. Ju mer G lignin, desto svårare är det att avlägsna ligninet från vedmassan. Ur industriell synvinkel är det därför önskvärt att få tillgång till lignocellulosa med en låg ligninhalt och med en låg andel G lignin. Man har dock i tidigare studier visat att minskning av trädens ligninhalt med hjälp av transgenteknologi leder till försämrad trädtillväxt, vilket gör detta alternativ mindre attraktivt. Därför återstår alternativet att försöka få fram skogsträd som har en fördelaktig ligninsammansättning. I det föreslagna projektet, presenterar vi ett nytt sätt att modifiera ligninsammansättningen i skogsråvan utan att ändra på den totala halten av lignin eller att försämra tillväxten av träden. Vi är intresserade av att veta hur den här typen av modifiering påverkar vedens användbarhet för både traditionella och nya användningsområden. Vi har i en tidigare studie identifierat ett helt nytt sätt att reglera ligninsammansättning genom att modifiera aktiviteten av ett så kallat PIRIN protein. En låg aktivitet av PIRIN proteinet medförde i vårt örtartade modellsystem en låg andel G lignin utan att ändra den totala mängden lignin. I det föreslagna projektet ämnar vi införa en likadan förändring genom att minska PIRIN proteinaktivitet med hjälp av transgenteknologi i vår trädmodell, hybrid asp (Populus tremula x P. tremuloides). Transgena hybridasp linjer med lägre PIRIN aktivitet kommer att studeras i förhållande till vedkemi, massakokning, sackarifiering, fermentering och energihalt. Målsättningen är att testa dessa nya genmodifierade linjer också i fältförsök. Dessutom kommer vi att expandera studien i två inhemska trädslag genom att studera variationen i ligninhalt och sammansättning i naturliga populationer av asp och gran, vilket kommer att informera oss om hur mycket man kan ändra ligninkemin utan att tillväxten i naturliga förhållanden påverkas negativt. Variationen i ligninkemi kommer också att jämföras med variationen på genomisk DNA nivå för att kunna identifiera genvarianter och därmed nya gener som reglerar ligninkemin. Projektet förväntas resultera först och främst i ökad kunskap om hur ligninsammansättningen påverkar vedens egenskaper och användningsändamål. Detta är av vikt när man planerar framställning av vedråvara i ett modernt, hållbart samhälle. Ett annat resultat av projektet förväntas bli framställning av molekylära verktyg för att modifiera ligninsammansättningen i de nordiska trädslagen: identifiering av genvarianter som medför en eftertraktad egenskap i asp eller gran kan användas i princip omedelbart som molekylära markörer i skogsträdsförädlingen. Ytterligare en målsättning med projektet är framställning av nya typer av hybridaspträd som är bättre anpassade för antingen de mer traditionella ändamålen med vedförbränning eller massakokning, eller för den mer moderna bioprocesseringen med produktion av biobränslen och gröna kemikalier. Allt detta bidrar till utökad och mer varierad användning av vedråvan i en framtid som baseras på ett uthålligt utnyttjande av naturresurserna.
Abstract [en]
Green chemicals and liquid biofuels can be produced by saccharification of cellulose and hemicellulose, which are the two main components of the lignocellulose feedstocks. The third component, lignin, is a major obstacle for the processability of the lignocellulose. An attractive idea is therefore to reduce the content of lignin in forest trees by transgenic means. This has not however been successful due to adverse effects on tree growth. An alternative is to modify the composition of lignin, which is also known to have significant impact on yields both in saccharification as well as in traditional Kraft pulping. In an earlier study, we have identified a novel way to control lignin composition by reducing the level of the so called PIRIN protein in a herbaceous model system. In this project, we will reduce the levels of PIRIN protein in hybrid aspen by transgenic means and study how altered lignin composition affects pulping, saccharification, production of green chemicals and energy content of the lignocellulose. We will also explore how much lignin composition varies in natural populations of spruce and aspen and what are the underlying genetic factors. In this way, we aim to obtain a molecular toolbox that can be used in forest tree breeding to modify lignin in novel ways. The project is expected to contribute to diversified utilisation of lignocellulose and to the development of a sustainable society in which renewable resources play an increasingly prominent role.
Co-InvestigatorJönsson, Leif
Principal InvestigatorTuominen, Hannele
Coordinating organisation
Umeå University
Funder
Period
2012-01-01 - 2014-12-31
Identifiers
DiVA, id: project:785Project, id: 2011-1312_Formas

Search in DiVA

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar