三种草本能源植物在北京地区的产量和品质特性

【目的】研究柳枝稷(Panicum virgatum L.)、荻(Triarrhena sacchariflora(Maxim.)Nakai)和芦竹(Arundo donax L.)3种草本能源植物在北京地区的生物质产量和品质特性,为其合理利用提供依据。【方法】于2006-2009年在北京草业与环境研究发展中心试验基地进行田间试验,对产量和品质指标进行田间观测和室内分析。【结果】在北京地区,柳枝稷、荻和芦竹的最高生物质产量分别为28.33、29.67和34.46t·hm-2。3种草中,柳枝稷和荻生物质中纤维素、半纤维素含量较高,木质素含量较低,有利于纤维素乙醇转化;热值、灰熔点和C、H元素含量较高,N元素、灰分和水分含量较低,有利于直接燃烧、与煤混合燃烧和热解气化,但C/N较高,不利于沼气发酵。芦竹生物质中的水分、木质素和灰分含量高于柳枝稷和荻,对运输贮藏、乙醇转化和燃烧产生不利影响。【结论】柳枝稷、荻和芦竹均可作为优良的草本能源植物在北京及周边地区推广种植,但应根据转化利用途径及三种草的产量水平和品质特性进行合理选择。     

水稻分蘖与植株碳氮化合物含量和分蘖相关基因表达量关系分析

以分蘖特性不同的4个寒地粳稻品种和2个籼稻品种为供试材料,通过盆栽试验研究水稻分蘖发生与植株可溶性糖、全氮含量及分蘖相关基因转录表达量关系。结果表明,分蘖发生起始时间、速度及最高茎数等分蘖特性主要受遗传因素控制,穗数型品种分蘖早生快发;在分蘖过程中高分蘖品种植株可溶性糖含量和糖氮比均显著高于低分蘖品种,全氮含量与此相反;分蘖过程中高分蘖品种OsTB1、OsD3和OsD14基因转录表达量均显著低于低分蘖品种,OsMADS57基因转录表达量均显著高于低分蘖品种;分蘖发生数与分蘖不同时期植株全氮含量呈不显著负相关,与可溶性糖含量、糖氮比及OsMADS57基因转录表达量呈显著正相关,与OsTB1、OsD3、OsD14基因转录表达量呈显著负相关。     

嫁接对网纹甜瓜幼苗叶片氮代谢及转录因子CmHY5表达的影响

嫁接技术在甜瓜生产上的应用在一定程度上缓解了施肥和产量之间的矛盾,并可有效地防治土传病害,缓解土壤连作障碍。以白籽南瓜圣砧1号嫁接的网纹甜瓜幼苗为处理,以自根网纹甜瓜幼苗为对照,测定接穗生物量、氮素含量、氮代谢关键酶活性、氮代谢关键基因及其转运蛋白相关基因表达变化,并对氮代谢和转运蛋白相关基因上游的调控因子CmHY5转录因子时空表达特性进行分析,以期进一步探析嫁接影响网纹甜瓜幼苗叶片氮素代谢的生理和分子机制。试验结果表明:嫁接能够显著提高接穗生物量和叶片中NO3--N和NH4+-N含量。嫁接网纹甜瓜幼苗叶片氮代谢关键酶NR与GS的酶活性及其相关基因CmNR和CmGS相对表达量显著增加,硝酸转运蛋白基因NRT(CmNRT2.4、CmNRT2.5)和铵盐转运蛋白基因AMT(CmAMT2、CmAMT3)相对表达量显著上调。自然光照条件下,嫁接处理显著促进CmHY5表达,其相对表达量为对照的2.68倍;但在弱光和黑暗条件下,嫁接处理与对照间无显著差异。嫁接处理能够显著提高CmHY5在网纹甜瓜幼苗根、茎、叶中表达,嫁接处理叶片中的CmHY5相对表达量是对照的5.98倍。可见,转录因子CmHY5在嫁接促进网纹甜瓜幼苗叶片氮素代谢及其转运过程中具有重要调控作用。     

GmSTK12基因转化大豆及对转化体生物量影响的研究

大豆GmSTK12基因编码丝/苏氨酸蛋白激酶.研究通过同源克隆方法获得大豆GmSTK12基因,并成功构建基因植物表达载体,利用农杆菌介导的子叶节转化法对大豆品种东农50作遗传转化,测定获得的3份GmSTK12基因过量表达大豆T1及T2代材料生长情况.结果表明,GmSTK12基因过量表达使大豆叶片长宽比、侧根数量、根长显著高于对照品种;叶面积从V6期开始增加,约为对照品种2倍;GmSTK12基因过量表达使植株地上部分鲜重与干重、根鲜重与干重显著高于对照品种;GmSTK12基因过量表达使植株单株粒数、单株荚数及百粒重显著高于对照品种;叶绿素含量显著提高.研究表明,GmSTK12基因具有增加大豆生物量功能.     

根外喷施硫酸镁对水稻淀粉品质的影响

选用寒地穗重型超级稻品种松粳9号、穗数型高产品种龙稻11号与优质品种龙稻18号为试验材料,盆栽条件下通过灌浆成熟期喷施硫酸镁和齐穗期增施氮肥处理及对照处理,系统比较根外喷施硫酸镁对水稻淀粉品质性状、叶片碳氮代谢相关酶活性和基因转录表达量及根系活力变化等的影响。结果表明,灌浆成熟期喷施硫酸镁显著降低稻米蛋白质含量,提高稻米蒸煮食味品质,而齐穗期增施氮肥处理使稻米蛋白质含量提高而降低蒸煮食味品质,硫酸镁处理通过降低稻米蛋白质含量提高稻米黏性和食味品质;灌浆成熟期喷施硫酸镁或齐穗期增施氮肥均显著提高灌浆成熟期叶片全氮含量和叶绿素含量以及灌浆各时期叶片Rubisco亚基基因转录表达量,增强水稻根系活力,促进根系氮素吸收,调控灌浆不同时期叶片和籽粒GS活性,但喷施硫酸镁效果显著优于增施氮肥;叶片全氮含量与GS活性间呈极显著负相关,与叶绿素含量、伤流液含氮化合物总量及Rubisco各亚基基因mRNA表达量呈极显著正相关。减氮同时在灌浆成熟期根外喷施硫酸镁是提高水稻产量和蒸煮食味品质的有效途径,研究为阐明根外喷施硫酸镁对水稻淀粉品质形成的影响和提高优质绿色水稻栽培技术水平提供理论依据。     

水稻谷氨酰胺合成酶同工型基因转录表达量与启动子结构关系分析

研究选用籽粒蛋白质含量差异显著的5个品种(系),比较分析品种间GS同工型基因在灌浆过程中籽粒和叶片表达特性及启动子序列与结构特点。结果表明,不同品种间OsGS同工型基因表达量差异显著;OsGS1;1和OsGS1;2基因在籽粒和叶片中大量表达;OsGS1;3和OsGS2基因分别仅在籽粒和叶片中大量表达;在灌浆过程中籽粒和叶片中OsGS同工型基因m RNA表达量均呈单峰曲线变化,灌浆前期m RNA表达量平稳升高,中期出现峰值,后期快速降低,且高蛋白质含量品种m RNA表达量高于低蛋白质含量品种。籽粒蛋白质含量差异显著品种间OsGS同工型基因启动子序列同源性高达99%以上;品种间有性杂交子代OsGS同工型基因启动子序列可发生碱基变化,但启动子核心元件无变化。在调控元件数量和功能上OsGS同工型基因启动子保守性很强,启动子在结构和功能上不易发生遗传变异,籽粒OsGS同工型基因m RNA表达量变化受OsGS基因启动子调控影响较小。     

二倍体及其同源四倍体酸枣的生理特征和转录组分析

目的研究酸枣基因组复制后分子水平的变异机制,为深入探讨枣树多倍体性状、关键调控基因的克隆及基因工程育种提供参考。方法本实验以二倍体及其同源四倍体酸枣为研究材料,比较了二者的叶片相对含水量、叶绿素含量、可溶性糖含量以及可溶性蛋白质含量,对两种材料进行了转录组测序,并参考GO Ontology、KEGG等数据库对差异基因和转录因子进行功能分类与富集分析。结果四倍体的叶绿素含量、可溶性糖含量和可溶性蛋白质含量均显著高于二倍体植株,叶片相对含水量在两种材料中没有显著差异。二倍体与四倍体酸枣共1 329个基因具有显著差异,GO功能分析表明这些差异基因主要参与生长发育和胁迫耐受相关功能。KEGG通路分析显示,大部分差异基因富集在碳水化合物代谢、氨基酸代谢和信号传递过程,其中16个关键基因参与糖和氨基酸的代谢与转运过程,如SPS2、GAE6和PGDH3,这些基因在四倍体中具有较高的表达量;23个基因参与激素信号传导通路,其中与生长素传导、应答相关的基因如ARG7,GH3.6和IAA26在四倍体植株中表达量较高,而与油菜素内酯合成酶（CYP）、乙烯不敏感蛋白（EIN）相关的基因在四倍体植株中表达量较低。在对二倍体与四倍体差异转录因子的分析中发现,四倍体MYB转录因子家族基因表达量高于二倍体。结论四倍体叶片叶绿素含量高是植株叶色加深的原因之一,可溶性糖、可溶性蛋白质含量高为四倍体叶片变大、茎加粗提供了更多能源物质。参与糖、氨基酸代谢和激素合成、信号传导的关键基因在二倍体与四倍体中差异表达,可能与四倍体植株体内能源物质含量高、生长势强的性状相关;具有渗透调节功能的基因在四倍体中表达量较高暗示着四倍体可能具有较强的抗性。进一步对差异转录因子的分析表明,MYB转录因子在二倍体与四倍体植株中的差异表达可能会导致植物在生长发育、形态建成和抗逆过程中的差异,但二者的具体差异性状还需进一步的实验研究。      

KcERF-PeDREB2a双价基因对棉花干旱、盐碱耐受性的影响

利用农杆菌介导法将耐旱耐盐转录因子基因Pe DREB2a和Kc ERF导入受体材料陆地棉R15中,获得12个株系的转基因植株,通过硫酸卡那霉素初筛以及PCR分子检测最终获得7个转Kc ERF-Pe DREB2a基因的棉花株系。通过测定转基因棉花的抗逆相关生理指标以及对基因相对表达量测定分析,结果表明,200mmol/L的Na Cl和15%的PEG-6000胁迫处理后,转基因棉花幼苗的CAT、SOD活性,游离脯氨酸含量均高于对照组,MDA含量较对照组棉花明显下降。实时定量RT-PCR结果表明,干旱胁迫下,转基因棉花幼苗叶片中Pe DREB2a基因的表达量高于Kc ERF基因的表达量;高盐胁迫下,转基因棉花叶片中的Pe DREB2a,Kc ERF基因的相对表达量持平。本研究结果表明,在干旱、高盐胁迫下,Kc ERF-Pe DREB2a基因有助于提高棉花的耐旱耐盐能力。     

2个淀粉含量差异显著粉葛品种叶片的比较转录组学分析

粉葛是豆科葛属植物,其块根富含淀粉,具有重要的食用和药用价值。不同粉葛品种的淀粉含量存在明显差异。为揭示粉葛淀粉合成调控的相关基因,利用高通量测序技术,对2个淀粉含量存在显著差异的赣葛1号(高淀粉含量,鲜葛根含淀粉20%,干葛根含淀粉35%)和赣葛2号(低淀粉含量,鲜葛根含淀粉14%,干葛根含淀粉25%)的叶片进行转录组学测序和比较分析。结果表明,获得228 740 426条高质量测序数据,拼接组装成71 910条单基因,43 978条单基因获得蛋白序列而被注释(占61.12%),在Nr、KEGG、KOG和SwissProt四大数据库中均被注释的单基因有20 110条,其中差异表达基因4 267个。GO富集分析显示,上调和下调最多的基因富集在生物学过程中的新陈代谢和细胞过程功能中。KEGG代谢通路富集分析发现,通路显著富集在前位的是核糖体、蛋白质在内质网中的加工过程、氧化磷酸化、植物与病原体的相互作用和植物激素信号转导等。差异表达基因中,赣葛1号中的上调(2 143个)和下调(2 124个)基因相差不大,|log₂(FC)|>5.0的表达上调(593个)和下...     

基于高速摄像技术的芦竹切割过程的研究

为探讨芦竹切割过程和切割特性,设计研制了基于高速摄像技术的芦竹收割机切割试验系统,包括锯齿回转链式切割试验装置、夹持输送装置和高速摄像图像采集与处理系统;开发了基于高速摄像技术的序列图像采集与处理软件系统,通过对拍摄图片的处理、观察与分析,得出了影响芦竹切割质量和切割效率的要素;提出了切割器完成芦竹切割的接触、切入和切断3个过程;通过系统的标定,建立了切断芦竹的运动轨迹。     

菌草作为生物质燃料的初步研究

以生长3个月、1 a、2 a的巨菌草、象草、芦竹、五节芒等4种菌草为材料,对其进行作为生物质燃料的工业分析和燃烧特性研究。结果表明:不同生长期菌草的干燥基灰分含量为5.85%-18.25%,挥发分含量为64.28%-75.79%,固定碳含量为15.70%-19.54%,全硫含量为0.12%-0.76%;干燥基高位发热量为14.67-18.49 MJ.kg-1,是原煤发热量的70.0%-88.3%,空干基高位发热量为14.27-18.20 MJ.kg-1,是原煤发热量的68.2%-86.9%;巨菌草、芦竹和五节芒不同生长期的干燥基挥发分含量、固定碳含量、发热量不同,且随着生长期延长呈先升后降趋势,生长1 a时达到最高,最适宜作为生物质燃料,4种菌草中,芦竹的发热量最高。菌草作为生物质燃料有潜在应用前景。     

5种菌草苗期抗盐性的评价

为探明莱竹、芦竹、巨菌草、象草、稗草等5种菌草苗期的抗盐能力,分别以0(CK)、50、100、150、200、250 mmol.L-1NaCl处理模拟盐胁迫,测定叶片的可溶性糖含量、超氧化物歧化酶(SOD)活性、过氧化物酶(POD)活性、过氧化氢酶(CAT)活性、细胞膜透性、丙二醛(MDA)含量等生理生化指标及恢复试验后植株的死亡率,并利用隶属函数法对以上指标进行综合评价.结果表明:随着NaCl胁迫浓度的升高,5种菌草植株的死亡率、细胞膜透性呈升高的趋势;稗草、巨菌草、象草的SOD、POD、CAT活性,可溶性糖、MDA含量呈先升后降的趋势,莱竹、芦竹的SOD、POD、CAT活性,MDA含量呈升高的趋势;稗草、莱竹、象草、巨菌草、芦竹的半致死NaCl胁迫浓度分别为132.6、129.8、105.9、114.9、164.1 mmol.L-1,其生理指标平均隶属函数值分别为0.58、0.43、0.94、0.06、0.02,5种菌草抗盐能力的强弱为:芦竹>稗草>莱竹>巨菌草>象草.     

乙酰丁香酮对组培芦竹不定芽诱导和生长的影响

[目的]研究组培条件下乙酰丁香酮(AS)对芦竹不定芽诱导和生长的影响,为芦竹农杆菌介导转基因过程中AS的使用提供依据。[方法]将芦竹外植体预培养3 d后接种到添加100、250、500、1 000、2 500、5 000μmol/L AS的培养基中培养,以不添加AS为对照,观察芦竹的不定芽诱导数及不定芽的高度。[结果]AS在一定的浓度下对芦竹外植体不定芽的诱导和生长都有影响。培养基中添加1 000～2 500μmol/L AS,对芦竹的生长有显著的促进作用;添加AS对芦竹不定芽的诱导有抑制作用,浓度范围1 000～5 000μmol/L与100～500μmol/L相比,对芦竹不定芽诱导的抑制作用显著增强。[结论]AS浓度为100～500μmol/L为芦竹转基因过程中可以使用的合适浓度。     

不同预处理对草本芦竹生产燃料乙醇糖化效果比较

草本芦竹作为一种高产新型能源牧草,其生态适应性强,分布广泛,纤维素含量高,适于作为生产燃料乙醇的原料。测定了草本芦竹工业成分与化学组成,采用稀酸法、稀碱法、高温热水法和稀酸催化高温热水法对草本芦竹进行预处理,并采用纤维素酶解,比较不同预处理对纤维素及半纤维素水解的影响。结果表明,稀酸催化高温热水法处理,总水解率达47.91%,处理后木质素减少12.99%。而其他3个处理差别不大,糖产量约为酸催化高温热水法的1/3。     

卡那霉素和潮霉素对芦竹不定芽诱导与生长的影响

[目的]研究组培条件下芦竹（Arundo donax Linn.）对植物基因工程常用抗生素卡那霉素和潮霉素的敏感性,为芦竹基因工程载体构建及转基因植株筛选奠定基础。[方法]芦竹外植体预培养3 d后接种于添加不同浓度卡那霉素或潮霉素的不定芽诱导培养基中培养,研究2种抗生素对芦竹外植体不定芽诱导及生长的影响。[结果]2种抗生素在一定浓度下对芦竹外植体不定芽诱导和生长都有影响。潮霉素浓度在5～50 mg/L时,随着浓度增大,对芦竹不定芽诱导及生长的抑制作用均增强;浓度达到50～100 mg/L时,外植体生长、分化逐渐停止直至死亡。卡那霉素浓度在5～100 mg/L时,对不定芽诱导产生促进作用。[结论]潮霉素在较低浓度下对芦竹外植体不定芽诱导和生长产生抑制作用,适合作为芦竹转基因选择标记。     

衡阳盆地紫色土丘陵坡地6种植物的抗旱性研究

[目的]为衡阳盆地紫色土丘陵坡地的植被恢复提供参考。[方法]对柏木、芦竹、马桑、刺槐、草木樨与龙须草等6种植物采取盆栽控水方式进行了水分胁迫,测定各植物的抗旱性主要生理指标,并采用隶属函数法对6种植物进行综合评定。[结果]叶片相对水分亏缺、保水力、脯氨酸含量、可溶性糖含量、丙二醛含量、相对导电率、叶绿素含量等是影响植物抗旱性的主要生理指标;6种植物的抗旱性强弱顺序为马桑〉柏木〉刺槐〉芦竹〉草木樨〉龙须草。[结论]该研究结果对衡阳盆地紫色土丘陵坡地的植被恢复与重建有着重大意义。     

国内生物质能源研究的期刊文献分析

对收录在《中国学术期刊全文数据库》中的254条生物质能源研究的论文题录进行计量学分析。通过分析生物质能源相关论文的分布情况,文献的研究内容及发展趋势,从侧面揭示了10年来我国生物质能源的研究方向及其取得的进展,为我国开展生物质能源研究提供参考。     

全球生物质能资源评价

随着全球能源供需矛盾的日益突出,人类对开发利用各类新能源寄予厚望,生物质能就是其中之一.生物质能的发展对保障能源安全、培育新的经济增长点、促进农村生活水平的提高等具有积极意义.不过,对生物质能资源的不合理开发也可能会威胁粮食安全,并可能对生态环境造成不利影响.对全球生物质能资源进行了系统评价,认为目前以粮食为主要原料的生物质能发展模式不可持续.应积极发展基于纤维素乙醇的不消耗粮食的第二代生物燃料技术.