能源植物甜高粱种质资源和分子生物学研究进展

世界能源危机和全球生态环境日益恶化迫使人们急需开发可再生能源。生物质能源作为一种清洁的可再生能源已受到世界各国的高度重视。发展生物质能源的瓶颈之一是生物质原料不足。甜高粱的生物学产量和含糖量极高,同时兼有耐旱、耐涝、耐贫瘠和耐盐碱等诸多优良特性,被认为是最具开发潜力的能源植物之一。该文从甜高粱的分类学、生物学特点、种质资源评价、功能基因以及基因组信息等方面综述了甜高粱的最新研究进展和存在的问题,并展望了甜高粱作为能源植物的研发前景。     

能源植物甜高粱种质资源和分子生物学研究进展

世界能源危机和全球生态环境日益恶化迫使人们急需开发可再生能源。生物质能源作为一种清洁的可再生能源已受到世界各国的高度重视。发展生物质能源的瓶颈之一是生物质原料不足。甜高粱的生物学产量和含糖量极高, 同时兼有耐旱、耐涝、耐贫瘠和耐盐碱等诸多优良特性, 被认为是最具开发潜力的能源植物之一。该文从甜高粱的分类学、生物学特点、种质资源评价、功能基因以及基因组信息等方面综述了甜高粱的最新研究进展和存在的问题, 并展望了甜高粱作为能源植物的研发前景。     

甘蔗非生物胁迫抗性研究进展

甘蔗是世界上重要的糖料和能源作物,对于我国食糖产业发展具有举足轻重的作用。但是,我国甘蔗种植面积正不断减少,呈现出向高海拔、土壤贫瘠等生产条件差的地方转移的趋势,因此遭受的逆境胁迫程度日益加深,严重影响了甘蔗的生长发育及产量形成。如何解决逆境胁迫下甘蔗的产量问题是目前生产上面临的重要课题。目前最好的解决办法还是培育高抗逆品种,为了给甘蔗抗性品种选育提供参考,本文对甘蔗的各种逆境,如低温、干旱、高盐、重金属等伤害与抗逆性的生理生化机制及甘蔗抗逆相关功能基因的挖掘研究进行了综述,以期系统地了解甘蔗逆境研究现状,并提出了甘蔗抗逆育种需要开展的关键工作,以期为甘蔗抗逆相关研究方向的设定、抗性机理和抗性品种的选育提供借鉴。     

利用微藻生产可再生能源研究概况

能源是现代工业的支柱,是国民经济可持续发展的动力。生物质能源作为一种来源广泛的可再生能源,其开发利用不仅有助于缓解化石燃料日益枯竭给全球经济发展带来的危机,还可避免对环境的污染。微藻中很多种类富含油脂,可以用来生产生物柴油（脂肪酸甲酯）;另一些藻类中含有极丰富的烃类物质,化学结构与矿物油相似,提取后可加工成汽油、柴油使用;在特定条件下,绿藻和蓝藻在光合作用的同时可以产生氢气。微藻易培养,生长快,单位面积生物量大,油、烃含量高,是一类重要的生物质能源,已引起各国政府、科学家和企业家的高度关注。文中概述了利用微藻生产油脂、烃类、氢气的研究现状,探讨了利用微藻生产可再生能源存在的问题和对策,并展望了我国微藻可再生能源研究开发的发展前景。     

甘蔗基因克隆研究进展

甘蔗是重要的糖料和能源作物,在我国,其糖产量占全国食糖产量的94%。甘蔗是高光合效率C4作物,其蔗糖含量是所有植物中最高的,其基因组中蕴藏着大量重要基因。因此,甘蔗基因克隆对甘蔗品种定向改良具有重要意义。从蔗糖代谢、生长发育和抗逆性三个方面全面总结甘蔗基因克隆的研究进展,并提出今后研究的建议,以期为今后甘蔗基因研究提供参考。     

甜高粱填充甘蔗榨期生产燃料乙醇的可行性

为了探讨在甘蔗产区种植甜高粱填充甘蔗压榨期,利用现有压榨设备生产燃料乙醇的可行性,2008年选用15个早、中、晚熟甜高粱品种在广西柳州进行了分期播种试验,从3月到9月,共播种7次,研究不同播期对茎秆产量、籽粒产量、茎秆糖锤度、叶片产量等的影响。研究表明,3～8月播种,所有参试品种均能正常生长,9月底播种,所有品种均不能正常成熟。茎秆鲜产最高的品种是Sart和PT3-S,平均单季茎秆产量分别为79.28 t/hm2和78.58 t/hm2,双季茎秆鲜产分别为157.95 t/hm2和155.25 t/hm2。从6月底开始,早熟品种开始成熟,之后,不同品种陆续成熟,一直到12月底,均有品种可以收获。年度双季乙醇产量最高产量可达9.14 t/hm2。此外,还估算了木质纤维素产量,讨论了甘蔗区发展甜高粱填充甘蔗空榨期生产燃料乙醇的可行性以及甜高粱综合利用的潜力。     

甜高粱育种研究进展及未来展望

甜高粱(Sorghum bicolor)具有耐盐碱、高生物量和高光合性能等特性,茎秆富含汁液和糖分,是一种发展潜力巨大的青贮饲草作物。深入解析甜高粱饲用和耐逆性状形成的分子基础,改良和培育饲用甜高粱新品种对我国草牧业发展具有重要意义。该文总结了我国甜高粱基础研究和育种工作进展,并分析了目前存在的问题,为未来育种提供了对策,旨在推动我国饲用甜高粱产业发展,保障大粮食安全。     

应用固定化酵母流化床反应器发酵甜高粱茎秆汁液制取燃料酒精的研究

应用固定化酵母细胞流化床生物反应器发酵甜高粱茎秆汁液制取燃料酒精的研究是辽宁省科委下达的重点课题。由中科院林土所和沈阳农业大学完成。能源是世界各国所关注的问题。一些先进国家和地区能源的紧张状况,严重地影响着工农业生产和人们的生活。为了缓解石油、煤和天然气等能源供应的紧张状况,必需寻觅新的能源、开发非传统的和可再生的能源,“绿色能源”引起了世界各国的普遍重视,其中最受重视的途径之一是生产被称为“绿色石油”的燃料酒精。     

甜高粱茎秆持汁性研究进展

甜高粱是一种新型的能源作物,其显著特点是茎秆中含有大量的水分和糖分,茎秆中水分的含量对于甜高粱的糖产量有重要影响。近年来随着植物分子生物学和大规模重测序技术的发展,对于甜高粱茎秆中持汁性的研究取得了一系列进展。综述了关于甜高粱茎秆持汁性方面的研究进展,并对今后的研究进行了展望,旨为全面了解甜高粱茎秆持汁性的调控机理以及为精准分子育种提供理论依据。     

先进固体发酵技术(ASSF)生产甜高粱乙醇

介绍了利用高产能源作物甜高粱生产燃料乙醇的先进固态发酵(ASSF)技术,从甜高粱茎秆保存、菌种、反应器,到固体发酵过程的数学模拟和工程放大进行了系统研究。筛选出高效产乙醇的菌种CGMCC1949,固体发酵时间低于30 h,乙醇收率高于92%;优选出贮存甜高粱茎秆的有效方法,通过抑菌处理,厌氧贮存200 d糖分损失小于5%;对固态发酵过程进行了数学模拟,设计并优化了固体发酵设备,成功进行了工程放大试验,并且基于ASPEN软件对该技术进行了技术经济评价,结果表明ASSF法生产甜高粱乙醇在技术、工程和经济上均具有充分的可行性和明显优势。     

能源微藻规模化培养及光生物反应器研究现状与发展策略

引言 众所周知,资源、能源和环境是当前人类社会发展必须面临和解决的三大难题.传统化石能源的过量使用导致了石油资源短缺、全球气候变暖和环境污染.目前,各国政府和企业开始大力开发可再生能源,其中生物能源被认为是最具潜力的可再生能源之一.微藻能源集生物能源、生物固碳及N/P废水处理等多种功能于一体,具有独特的优势,已经成为国内外研究与开发的热点①.能源微藻的低成本规模化培养是实现微藻能源产业化的关键,也是当前限制微藻能源产业化的瓶颈.     

拟三属间杂交品系神农高糖蔗种质来源鉴定

新品种选育的关键在于优异种质资源的创制和利用,远缘杂交是创新种质的重要手段。近年来,有机构宣称培育了一种由高粱、玉米、甘蔗属间杂交而成的神农高糖蔗新品系。为了准确地鉴定其种质来源,本研究利用形态学、SCo T标记和GISH技术对神农高糖蔗进行了研究。形态学初步鉴定结果表明:从根、茎、叶等不同器官的形态特征来看,神农高糖蔗与甘蔗、玉米、高粱都具有较多相似之处,无法准确地甄别出神农高糖蔗是否为真杂种。根据SCo T标记的聚类结果,可以将12份供试材料分成I、II、III 3大类,I类包括3份高粱材料和神农高糖蔗,6份甘蔗材料均聚为II类,2份玉米材料聚为III类。在整个聚类图中神农高糖蔗和非洲甜高粱的相似系数最大,说明神农高糖蔗与非洲甜高粱的遗传距离较小,它们之间存在较小的遗传差异。比较基因组原位杂交结果表明,神农高糖蔗只含有甜高粱的血缘,而不含有甘蔗和玉米的血缘。本研究结合3种鉴定方法,可以基本确定神农高糖蔗并非甘蔗、高粱和玉米的属间杂种,而是甜高粱的一个品系(品种)。本研究结果不仅揭露了虚假报道,避免不必要的损失,还探讨了甜高粱作为甘蔗远缘杂交种质资源的利用前景。     

基于高精度转录组测序技术挖掘甘蔗抗梢腐病相关的NBS-LRR家族基因

甘蔗(Saccharum officinarum)是中国乃至世界第一大糖料作物,也是非常重要的生物能源作物。甘蔗在大田生长过程中经常遭遇病原菌侵入而诱发甘蔗病害,严重时会造成产量下降、品质受损,在广西蔗区常年大面积种植甘蔗,梢腐病的发生极为普遍,也常因此造成严重的经济损失。本研究以具有易感梢腐病特征的现代栽培种‘中蔗1号’为实验材料,采用一种更高精度的转录组测序新技术,在全基因组水平鉴定到含有NB-ARC结构域的NBS抗病基因(含等位基因)共2 324个,其中在‘中蔗1号’梢腐病病株与健康蔗株中存在差异表达的基因有101个。进一步对这些基因的结构域进行注释分析,确定了36个NBS-LRR类抗病基因。推测这些基因可能参与甘蔗对梢腐病致病菌的抵御以及病害侵染甘蔗后的一系列防御反应。     

甘蔗全长丙酮酸磷酸二激酶（PPDK）基因的克隆

和C3植物相比,C4植物具有明显的生长优势及水分和营养利用率,生物产量也较高。甘蔗是典型的C4作物之一。以甘蔗叶片提取的基因组DNA为模板,以GenBank公布的甘蔗PPDK基因cDNA序列设计引物,进行LA-PCR(Long Acute PCR)扩增。将PCR产物克隆到pMD18-T载体中,转化大肠杆菌JM109,测序,得到了13.5Kb的甘蔗全长PPDK基因序列。为方便后续实验,在引物中引入可利用的XhoI和NotI酶切位点,将全长PPDK基因分两段克隆到pMD18-T Simple载体中,转化大肠杆菌JM109,完成了甘蔗全长丙酮酸磷酸二激酶（PPDK）基因的完整克隆,为将其导入C3作物中奠定了研究基础,实验室保藏菌种。     

麻风树生物柴油研究和开发进展

随着世界能源消耗量的不断剧增,生态环境恶化加剧,能源安全与环境问题正在越来越深刻地影响着当今全球社会和经济的可持续发展。寻求发展生物能源等可再生能源或新能源来解决目前和未来的能源与环境问题已成为国际上备受关注的热点,不少国家正在或已制定有关生物能源的发展战略。     

中国能源作物甜高粱的空间适宜分布及乙醇生产潜力

甜高粱作为能源作物在世界范围内广受关注,但目前对于甜高粱的空间分布及乙醇生产潜力尚缺乏专门的定量研究。依据气候、土壤、地形和土地利用等空间数据以及相关文献资料,探讨了甜高粱在中国的空间适宜分布。研究表明,我国大部分区域均可种植甜高粱;其中可种植的未利用地面积达5919.2×104hm2,主要集中于新疆和内蒙古等省区;而最适宜甜高粱种植的未利用地面积为286.7×104hm2,主要分布在黑龙江、内蒙古、山东和吉林等地。中国未利用地甜高粱乙醇生产潜力较大,在不考虑其它社会经济限制因素下,总乙醇生产潜力可达11838.5×104t以上。最适宜未利用地的甜高粱乙醇生产潜力为573.4×104-2637.8×104t,平均为1075.2×104t,可满足中国目前E20乙醇汽油84.8%的需求。如在适宜性较差和较适宜的未利用地种植甜高粱,应充分考虑开发成本和能源投入等问题。     

麻风树生物柴油研究和

随着世界能源消耗量的不断剧增,生态环境恶化加剧,能源安全与环境问题正在越来越深刻地影响着当今全球社会和经济的可持续发展.寻求发展生物能源等可再生能源或新能源来解决目前和未来的能源与环境问题已成为国际上备受关注的热点,不少国家正在或已制定有关生物能源的发展战略.     

甘蔗内生解淀粉芽孢杆菌CGB15的分离、鉴定及生防活性

真菌病害占作物病害种类的一半以上,病原真菌是目前已知种类最多的作物病原菌。从作物根际与/或体内分离筛选具有生防活性的微生物,并应用于病害的防控,是除作物品种改良与化学防治外的另一种高效的病害防控策略。【目的】本研究拟筛选并分离鉴定对重要作物病原真菌具有拮抗作用的甘蔗内生细菌,为开发生物防治作物真菌病害新策略提供理论依据。【方法】采用平板对峙法初步筛选对病原真菌具有拮抗能力的甘蔗叶片内生细菌,通过16SrRNA基因测序鉴定其种属;进一步检测候选拮抗内生细菌对甘蔗鞭孢堆黑粉菌(Sporisorium scitamineum)致病发育过程关键步骤：有性配合/菌丝生长、冬孢子萌发的抑制率,田间试验检测其对甘蔗鞭黑穗病的防治效果;检测候选拮抗内生细菌对稻梨孢菌(Pyricularia oryzae)附着胞形成、离体叶片及盆栽条件下叶片病斑形成的抑制作用。【结果】分离自甘蔗叶片的细菌菌株,编号为CGB15,经分子鉴定为解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)。CGB15菌株能有效抑制甘蔗鞭孢堆黑粉菌有性配合/菌丝生长,对峙培养条件下使真菌菌落呈现光滑;抑制冬孢子萌发,...     

利用能源植物治理土壤重金属污染

随着工农业的发展,土壤重金属污染日益加剧,严重威胁着粮食生产和人类健康。植物修复因其成本低、环境友好以及可大规模原位修复等优点备受关注,成为近年来迅速发展的重金属污染土壤治理技术。在介绍国内外植物修复技术发展与应用现状的基础上,提倡大力发展能源植物修复重金属污染土地,并结合湖南重金属污染田间试验结果,重点对甜高粱(Sorghum bicolor(Linn.)Moench)用于重金属污染土壤修复的优势、可行性及提高修复效率的措施进行了深入分析与探讨。利用甜高粱治理土壤重金属污染,能将土壤修复与生物能源生产有机结合,使重金属从粮食链转入能源链,同时兼顾了生态和经济效益,具有广阔的应用前景。     

“后石油”时代最受关注的是可再生能源

可再生能源是最有希望、应积极开发的可替代能源的一个重要方面，其中生物质能是未来“取之不尽，用之不竭”的能源，其特点是可再生、来源广、洁净、使用安全；尽管能效不如化石能源，但有开发的大潜力，将有可能成为一种多元化的替代能源，应强化这方面研究与创新。本刊（2000，34（1）：100）报道生物乙醇作为燃料已在全球进入实用化；