能源植物甜高粱的综合开发——北京六环美迪公司甜高粱产业化纪实

北京六环美迪生物工程技术有限公司成立于2002年2月,是一家从事生物能源研究开发和市场推广的专业公司,具体业务是:组织发动农民种植甜高粱,再成立粗加工厂对甜高粱秸秆进行加工,生产出粗乙醇并对秸杆渣进行合理处理,将其生产成饲料、纤维板、有机肥、纸浆或木炭等,然后设立无水酒精厂对粗乙醇进行精加工,生产无水酒精(燃料乙醇),最后设立能源加工厂用燃料乙醇或粗乙醇生产汽油醇、柴油醇、重油醇等醇类燃料和生物柴油直接供给汽车、轮船、锅炉、窑炉、发电厂等使用,从而大量替代传统能源.     

奶牛经济性状QTL作图研究现状

合理的资源群体、高密度的遗传标记图谱和科学的生物统计方法是奶牛数量性状座位作图研究的三个前提条件：奶牛资源群体的试验设计方法主要有父女设计和孙女设计以及美国等国家正在建立的F2设计;生物统计分析方法中多种分析模型应用和相关软件的开发为QTL作图提供了工具;DNA样品采集及基因型测定方法上有了一定的改进。到目前位置,已经检测到多个奶牛数量性状QTL,对这些已经检测到的QTL进行精细定位是今后研究的重点之一。     

不同类型能源植物生物产量研究

通过对不同类型能源植物生物产量试验、测定、测产、分析,采用生理指标与生物产量相结合的比较方法,研究认为:甜高粱叶绿素含量及呼吸速率不同时期均表现较高,生物产量也高;其次草高粱生物产量高,其他指标表现不一;而甜玉米生物产量较低,生理指标表现不一.综合分析确定甜高粱是目前最适合的绿色能源植物.     

24份甜高粱主要农艺性状与生物产量综合分析

为了探究甜高粱主要农艺性状与生物产量的关系,筛选出综合表现优良的甜高粱材料,进而为今后甜高粱育种提供理论依据。以24份甜高粱杂交组合为试材,对其主要农艺性状及生物产量进行灰色关联度分析、相关性分析、通径分析以及主成分分析。结果表明：主穗长度和穗粒数的变异系数较大;灰色关联度结果表明糖锤度与生物产量关联度最大。相关分析表明株高与茎秆长度,主穗长度与千粒重达到极显著正相关;通径分析结果表明主穗长度、茎秆长度、千粒重、榨汁率、糖锤度本身的直接效应对甜高粱的生物产量有正向作用。主成分分析得出株高、茎秆长度、穗粒数、糖锤度、榨汁率、主穗长度、生物产量这7个性状相对品种的综合表现影响更大。因此,在选育甜高粱杂交种时,要注重对糖锤度、茎粗、茎秆长度的选择,同时兼顾对株高、穗粒数、主穗长度、榨汁率、千粒重的选择。     

东乡野生稻抗褐飞虱QTL分析

野生稻是水稻抗褐飞虱基因的重要种质资源。应用东乡野生稻与栽培稻协青早B构建的2套材料,开展水稻抗褐飞虱基因鉴定研究。先以协青早B//协青早B/东乡野生稻BC₁F₅群体为材料,应用褐飞虱田间种群进行抗虫鉴定,检测到2个抗褐飞虱QTL,其中,qBph2位于水稻第2染色体RM29–RG157区间,东乡野生稻等位基因可降低死苗率22.2%;qBph7位于第7染色体RM11–RM234区间,东乡野生稻等位基因可降低死苗率43.7%。进一步以协青早B为轮回亲本,构建了BC₃F₃群体,应用褐飞虱生物型I、II和III进行抗虫鉴定,QTL分析表明qBph2抗褐飞虱生物型I和II,qBph7抗褐飞虱生物型I和III。这2个QTL对培育抗褐飞虱水稻品种具有重要应用价值。     

腐植酸和生物炭配施对饲用甜高粱氮素吸收与土壤氮变化影响研究

为了提高设施农田氮素利用,减轻土壤氮素积累,本研究利用饲用甜高粱为供试作物,将腐植酸和生物炭作为供试材料进行盆栽试验,研究腐植酸和生物炭按照不同比例配合施用对饲用甜高粱氮素吸收与土壤氮变化的影响。试验设对照、生物炭、腐植酸、腐植酸+生物炭、腐植酸+1/2生物炭、1/2腐植酸+生物炭等6个处理。结果表明：腐植酸和生物炭不同配比各处理中,1/2腐植酸+生物炭处理地上部吸氮量占植株总吸氮量最大,说明此处理可以使氮素向地上部比例增加,对于饲用甜高粱氮素吸收效果较好;腐植酸+生物炭处理可以降低土壤氮素含量,有利于土壤氮素转化。因此,腐植酸和生物炭按照适宜比例进行配合施用对提高氮素利用率、促进土壤氮素转化、降低土壤氮素积累有积极作用。     

不同生态环境对甜高粱生长、糖锤度及产量的影响

试验选择8个代表性的甜高粱品种分别在半干旱地区、半湿润地区种植,研究两种生境对不同甜高梁品种苗期生长及成熟期农艺性状、生物产量、糖锤度的影响.结果表明:半干旱地区种植的甜高粱苗期生长速度高于半湿润地区,植株含水量低于半湿润地区;在成熟收获期,半干旱地区种植的甜高粱品种株高、茎粗均低于半湿润地区,生物产量均低于半湿润地区,茎秆含水量略有下降,茎秆糖锤度均高于半湿润地区,半干旱条件降低甜高粱的生物产量,增加茎秆汁液锤度.本试验为筛选适宜吉林省西部半干旱地区种植的甜高梁品种提供理论依据.     

不同生态环境下玉米产量性状QTL分析

以玉米（Zea mays L.）自交系黄早四和Mo17为亲本得到的191个F₂单株为作图群体,衍生的184个F_2∶3 家系作为性状评价群体,分析了单株穗数、穗行数、行粒数、百粒重和单株籽粒产量在北京和新疆2个生态环境下的表现和数量性状基因位点的定位结果。QTL检测结果表明,2个环境共检测出47个QTL,分布于除第10染色体以外的9条染色体,其中与单株穗数相关的QTL共10个,可解释的表型变异为5.3%~25.6%;与穗行数相关的QTL共13个,可解释的表型变异为4.5%~23.2%;与行粒数相关的QTL有9个,解释的表型变异为5.4%~13.7%;与百粒重相关的QTL达10个,可解释的表型变异为4.9%~13.3%;与单株籽粒产量相关的QTL有5个,可解释的表型变异为6.1%~35.8 %。大部分产量QTL只在单一环境下被检测到,说明产量相关QTL与环境之间存在明显的互作。表型相关显著的产量性状,它们的QTL容易在相同或相邻标记区间检测到。研究还发现了若干个QTL富集区域,可能是发掘通用QTL的候选位点。     

棉花数量性状遗传与QTL定位研究进展

棉花许多重要的性状多为数量性状。现代分子生物技术的发展为植物数量性状基因的定位、分离等研究提供了条件。从数量性状基因座(QTL)作图群体类型及其特点,QTL定位方法,QTL精细定位、克隆、利用等方面进行了综述,并对今后QTL研究进行了展望。     

棉花数量性状遗传与QTL定位研究进展

棉花许多重要的性状多为数量性状。现代分子生物技术的发展为植物数量性状基因的定位、分离等研究提供了条件。从数量性状基因座(QTL)作图群体类型及其特点,QTL定位方法,QTL精细定位、克隆、利用等方面进行了综述,并对今后QTL研究进行了展望。     

甜高粱茎秆含糖量遗传研究进展

甜高粱(Sorghum bicolor)是普通粒用高粱的一个变种。与粒用高粱相比,甜高粱育种研究进展相对缓慢,特别是茎秆含糖量高的亲本系创造比较滞后。开展甜高粱茎秆含糖量的遗传研究,对甜高粱亲本系选育及杂交种组配具有重要意义。本文从茎秆含糖量的评价指标入手,分别对茎秆含糖量的遗传与子粒产量及其他性状的关系、基因定位等方面的相关研究结果进行了系统地概括和归纳,并分析了当前茎秆含糖量研究的热点和亟待解决的问题。     

施用2种牛粪发酵肥对甜高粱生长量的影响

为探讨牛粪沼液和堆肥对饲用甜高粱(Sorghum bicolor)生长量等指标影响程度,确定种植甜高粱的适宜肥料,通过大区对比试验,观测分析施用牛粪沼液和堆肥的甜高粱株高、茎粗和叶宽的生长率。结果表明,施用牛粪堆肥和沼液的甜高粱株高生长率约为不施肥处理的1.12倍和1.02倍,施牛粪堆肥的甜高粱株高的平均生长率是施用沼液的1.09倍,施沼液的甜高粱株高高度有2个时期大于施用牛粪堆肥的,但是施用牛粪堆肥的甜高粱总株高较大。施用沼液的甜高粱茎粗生长率是对照的2.8倍,是牛粪堆肥的1.87倍。施牛粪堆肥的平均叶宽生长率是沼液的1.09倍,且生长持续时间较长。牛粪堆肥的腐殖酸和全氮量较大,增加了甜高粱株高及叶生长率,适宜做基肥;沼液速效钾、硝态氮和铵态氮的量较大,增加了甜高粱茎粗生长率,能短期促进生长,既可做基肥也可做追肥施用。     

不同品种甜高粱苗期耐寒性分析研究

低温胁迫是影响甜高粱产量和品质的主要非生物因素之一,为更好地了解低温胁迫下苗期甜高粱耐低温的机制,并服务于甜高粱耐低温品种的选育,本研究以6 个甜高粱品种为材料,对其在低温胁迫及恢复处理后苗期叶片中的各项生理指标进行测定,并以各项指标的抗冻系数作为衡量抗冻性的指标,采用主成分分析法以及聚类分析对抗寒性做出综合评价。研究表明,低温胁迫后,6 个甜高粱品种Pro 含量均不同程度上升;而SOD、POD、CAT活性以及可溶性糖含量却呈现不同的变化趋势,部分品种表现为下降趋势。通过主成分分析以及聚类分析最终将6 个品种分为3 类,‘BJ0603’和‘EN-11’为强抗寒类型,‘EN-12’、‘IMP-2’和‘KFJT-1’为中度抗寒类型,‘BJ0602’为弱抗寒类型。本研究结果为甜高粱抗寒品种的选育提供了一定的理论依据。     

中国甜高粱茎秆制取乙醇的研究进展

介绍了甜高粱茎秆制取乙醇的关键技术及其主要研究内容,重点介绍了国内甜高粱育种及栽培、茎秆贮藏、乙醇发酵和发酵副产物综合利用的研究现状,分析了甜高粱茎秆制取乙醇在原料供应、发酵和副产物综合利用等关键技术研究中可能存在的问题并提出了建议。     

Comparison of Drought Tolerance of Maize,Sweet Sorghum and Sorghum‐Sudangrass Hybrids

In drought‐prone environments, sweet sorghum and sorghum‐sudangrass hybrids are considered worthy alternatives to maize for biogas production. The biomass productivity of the three crops was compared by growing them side‐by‐side in a rain‐out shelter under different levels of plant available soil water (PASW) during the growing periods of 2008 to 2010 at Braunschweig, Germany. All crops were established under high levels of soil water. Thereafter, the crops either remained at the wet level (60–80 % PASW) or were subjected to moderate (40–50 % PASW) and severe drought stress (15–25 % PASW). While the above‐ground dry weight (ADW) of sweet sorghum and maize was insignificantly different under well‐watered conditions, sweet sorghum under severe drought stress produced 27 % more ADW than maize. The ADW of sorghum‐sudangrass hybrids significantly lagged behind sweet sorghum at all levels of water supply. The three crops differed markedly in their susceptibility to water shortage. Severe drought stress reduced the ADW of maize by 51 %, but only by 37 % for sweet sorghum and 35 % for sorghum‐sudangrass hybrids. The post‐harvest root dry weight (RDW) in the 0–100 cm soil layer for maize, sweet sorghum and sorghum‐sudangrass hybrids averaged 4.4, 6.1 and 2.9 t ha^?1 under wet and 1.9, 5.7 and 2.4 t ha^?1 under severe drought stress. Under these most dry conditions, the sorghum crops had relatively higher RDW and root length density (RLD) in the deeper soil layers than maize. The subsoil RDW proportion (20–100 vs. 0–20 cm) for maize, sweet sorghum and sorghum‐sudangrass hybrids amounted to 6 %, 10 % and 20 %. The higher ADM of sweet sorghum compared with maize under dry conditions is most likely attributable to the deep root penetration and high proportion of roots in the subsoil, which confers the sorghum crop a high water uptake capacity.     

甜高粱与粒用高粱茎秆生长过程中糖及其代谢相关酶活性的比较

以粒用高粱和甜高粱为材料,对甜高粱与粒用高梁不同时期茎秆的可溶性糖含量、蔗糖含量、果糖含量及SS、SPS酶活力进行比较,结果表明:茎秆中的可溶性糖含量、果糖含量在完熟期甜高粱高于粒用高粱,乳熟期茎秆中蔗糖含量甜高粱高于粒用高粱;两种高粱类型的SPS酶活力变化趋势基本相似,从乳熟期到完熟期粒用高粱茎秆中的SPS酶活力明显增高,SS酶活力在粒用高粱茎秆中随生育期呈上升趋势,甜高粱茎秆中SS酶活力到乳熟期达到最大,明显高于粒用高粱.对糖含量与其相关代谢酶活力的相关性分析表明:甜高粱茎秆中利用SPS酶合成蔗糖的效率要高于粒用高粱;两种类型高粱的SS酶活力与其茎秆中的果糖含量存在明显差异,SS的作用模式不同.     

甜高粱蔗糖合酶表达与蔗糖积累的相关分析

以甜高粱为原料生产酒精是一种有潜力的生物能源途径,了解甜高粱蔗糖积累机理对生物能源开发具有重要意义。以两个甜高粱品种为材料,利用Western blotting技术检测高粱叶片和茎秆中蔗糖合酶(Sucrose Synthase, SS)的表达,分析其与蔗糖积累的相关性。结果表明,甜高粱叶片和茎秆中的SS蛋白质表达量在发育早期(拔节期、抽穗期)较低,发育后期(开花期、灌浆期和腊熟期)明显升高,在开花期最高。同2个普通高粱品种相比,在发育后期2个甜高粱品种叶片和茎秆中SS的表达明显增加,且与茎秆中的蔗糖积累相关,推测这是甜高粱与普通高粱蔗糖含量差异的重要原因。试验结果为选育甜高粱品种和提高茎秆蔗糖含量提供了一条可能的策略。     

不同含盐量的田间自然土下甜高粱耐盐性初探

为合理利用盐碱地发展生物质能源作物甜高粱的产业化种植,为甜高粱耐盐新品种的选育提供理论支持,以‘六环美迪’、‘醇甜1号’和‘辽甜1号’3个甜高粱品种的种子为材料,同时选择了0.43 g/kg、2.88 g/kg、4.06 g/kg、6.10g g/kg 4个含盐量不同的田间自然土,进行了甜高粱耐盐试验。结果表明：土壤含盐量为0.43 g/kg、2.88 g/kg时,对甜高粱种子的萌发没有明显的抑制;随土壤含盐量的增加,甜高粱种子的发芽率和幼苗株高降低,种子萌发受到抑制,土壤含盐量为4.06 g/kg、6.10g g/kg时,甜高粱种子的发芽率均低于60%。通过分析发芽期的相对发芽率和相对幼苗株高,表明3个甜高粱品种的耐盐性存在一定差异。甜高粱种子萌发阶段耐盐范围为土壤含盐量0~2.88 g/kg,土壤含盐量达到4.06 g/kg以上,甜高粱种子萌发受到盐胁迫抑制作用。3个甜高粱品种耐盐强弱顺序为：‘六环美迪’>‘醇甜1号’和‘辽甜1号’。     

甜高粱产量及品质相关性状对环境因子反应度分析

于2013年和2014年在天津、安徽、海南、黑龙江、新疆和内蒙古试验,应用RBF网络模型、逐步回归等多元统计方法,从区域的角度阐明甜高粱产量及品质相关性状与环境因子之间的关系,明确影响目标性状的关键环境因子,量化关键环境因子的作用程度,剖析高产优质甜高粱对环境因子的要求并构建产量预测模型。结果表明,环境(E)效应对甜高粱性状的影响很大,大于基因型(G)和G×E互作效应;甜高粱产量及品质相关性状对降水量、昼夜温差、土壤p H值、有机质、全氮和有效钾反应度较大;土壤p H值、有机质和全氮为关键影响因子;鲜重产量和茎秆相对总含糖量预测模型均通过显著性检验,决定系数R2值较高,为可用模型。研究结果为中国甜高粱生态划区、栽培调控提供了理论依据,使高产、优质得以充分的发挥。     

甜高粱茎秆含糖量研究

采用77个粒用高粱和21个甜高粱作为研究材料,对甜高粱的含糖量进行了研究。结果表明,甜高粱茎秆的含糖量是粒用高粱的2~5倍,而且茎秆秆芯蜡质,汁液含量高。甜高粱茎秆不同茎节的含糖量有差异,其含糖量随节位由低到高的变化趋势有4种类型,并以低-高-低的变化占多数,因此利用中间节段第4,7,9节的含糖量平均值可表示植株含糖量。收获后,随着茎秆水分的丧失,其含糖量逐渐上升,但是25 d后开始急剧下降。