甜高粱生产生物燃料关键因素分析

针对以甜高粱为原料生产生物燃料中存在的原料不足、产品成本高等问题,根据近10年甜高粱育种与栽培研究成果以及与企业的合作经验,对影响上述问题的主要因素如品种、种植区域、技术、政策等进行分析。结果表明：甜高粱虽有较好的品种,但不能满足所有地区以甜高粱秆为原料生产燃料产业持续发展的需要,这是造成原料基地不足的首要原因。我国的边际土地面积巨大、类型众多,不都完全适合种植甜高粱来生产燃料乙醇,选择种植区域不当是甜高粱种植不足的第2个原因。在甜高粱高产种植、加工技术方面,重视了高产栽培、发酵技术等核心技术的研究,忽略了配套技术研究,这是造成生产成本高的主要原因。国家虽然制定了相关产业政策,但不足以引导生物质能产业健康持续发展。在今后发展以甜高粱为原料生产生物燃料过程中,首先需注意甜高粱品种的多元化,要特别注意选育早熟、高产、高含糖量品种、杂交种;其次根据区域气候特点,选择适宜地区不仅适合种植甜高粱,更要适合甜高粱的储藏和加工;同时研究甜高粱机械化收储运、甜高粱秆连续发酵、糟渣利用等配套技术研究,构建完整的产业链;制定中小规模生物质能产业持续发展的政策法规和生物能源研发的国家持续投入机制,保障生物质能产业稳步发展。     

高粱苗期耐盐性转录组分析和基因挖掘

【目的】探究高粱耐盐胁迫响应机制,挖掘高粱耐盐胁迫基因,为高粱耐盐育种提供理论基础。【方法】 以高粱感盐品种L甜和耐盐品种石红137为供试材料,采用水培试验。待高粱植株长至三叶一心期,使用2%NaCl溶液对幼苗进行盐胁迫,分别设置0（对照）、1和24 h处理,每个处理3次重复。测定不同处理样品株高、根长、干物重、Na ⁺含量和叶绿素相对含量（SPAD值）,并依托Illumina HiSeq 2000平台进行转录组测序分析。利用FPKM方法计算基因表达量,在差异表达基因检测过程中,将差异表达倍数（fold change）≥2且FDR<0.001作为筛选标准。通过Gene Ontology和KEGG Pathway数据库对参与高粱不同时间盐胁迫差异表达基因进行分析注释。 【结果】 盐胁迫处理对高粱株高、根长、干物重等性状无显著影响,对钠离子含量和SPAD值影响显著。石红137株高、根长、钠离子含量和SPAD值均高于L甜。转录组测序结果鉴定得到已知基因26 628个,新基因866个。石红137中的差异基因数目高于L甜。石红137中,0 h VS 1 h、0 h VS 24 h、1 h VS 24 h三组的差异基因数目分别为375、4 206和3 750个。感盐品种L甜中,0 h VS 1 h、0 h VS 24 h、1 h VS 24 h三组的差异基因数目分别为167、2 534和1 612个。GO分析共获得25个功能注释,分别为光合作用、细胞物质代谢、翻译过程以及激素合成等与盐胁迫相关的差异表达基因。KEGG分析发现盐胁迫1 h表达差异基因富集在植物激素信号转导途径,涉及脱落酸（abscisic acid,ABA）、生长素（auxin,AUX）、细胞分裂素（cytokinin,CTK）、赤霉素（gibberellins,GS）、乙烯（ethylene,ETH）过程等共71个基因。盐胁迫24 h表达差异基因富集于光合作用相关途径,涉及Lhca、Lhcb、磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（phosphoenolpyruvate carboxylase,PPC）、磷酸核酮糖激酶（phosphorylribonucleic kinase,PRK）等20个基因。类黄酮生物合成代谢途径差异可能是引起石红137和L甜的耐盐能力差异的原因之一,花青素还原酶（anthocyanidin reductase,ANR）和黄酮醇合成酶（flavonol synthase,FLS）参与类黄酮生物合成途径。【结论】 高粱的盐胁迫过程是一个复杂的生物过程,依赖于多个基因在复杂网络中的平衡表达。盐胁迫条件下,高粱应对环境刺激受到激素信号转导和光合作用的控制。类黄酮生物合成途径在耐盐品种中起到了重要作用。     

高粱茎秆糖分的积累变化及遗传研究

利用13对不育系及其保持系材料和杂交组合130B×1141B的F2群体,研究了高梁茎秆含糖量在灌浆期间的积累变化规律,估算了遗传相关参数.结果认为,不同不育系之间,不育系与保持系之间的茎秆糖分积累有所不同.育性不稳、自交结实率较高的不育系与保持系一样,在灌浆中期茎秆含糖量较低,随后含糖量又有回升,而正常不育系茎秆的含糖量在此期间保持较高的水平.灌浆后期少数不育系和多数保持系的茎秆含糖量较低.用F2群体进行的遗传分析表明,高粱茎秆中的含糖量和茎汁液含量遗传均符合一对主基因加显模型,其显性效应为负向.两者的主基因遗传率分别为62.97%和55.83%.据此,提出了在高含糖量育种上,选择籽粒成熟期茎秆含糖量高的材料,以及在杂交高代材料中对含糖量进行选择容易得到预期效果.     

夏谷田杂草为害损失预测模型的研究

为了综合治理谷田杂草,探索谷田杂草对谷子的危害及竞争规律。采用田间小区试验和非线性回归分析的方法,对主要的杂草竞争经验模型进行模拟和比较。结果表明,谷子产量损失率与杂草密度呈显著正相关,且随着杂草密度的增加呈减速增加的趋势。双曲线模型的决定系数R2为0.99712,最小残差平方和为16.174,是模拟谷田杂草与谷子竞争关系的优化模型。预测方程式为Y=d/(1.733+0.018d),杂草的种间竞争力为0.5770,种内竞争力为0.0103,谷子产量最大损失率为55.56%。本研究确定了谷田杂草对谷子为害的预测模型,将为谷田杂草综合治理提供有益帮助。     

不同粒用高粱品种苗期抗旱性鉴定试验

干旱严重限制了高粱的生长发育,高粱苗期抗性是关键时期,筛选苗期抗旱强的品种对高粱产业的发展具有重要意义。本研究以18种不同高粱品种为材料,在室内进行正常灌溉和150 g/L PEG6000浇灌模拟渗透胁迫处理试验,测定根长、根鲜重、根干重、地上鲜种、地上干重、根冠比及叶绿素相关荧光参数等12个性状指标,采用主成分分析和隶属函数法综合分析方法,对其进行苗期抗旱性鉴定及抗旱指标筛选。结果表明,在PEG胁迫下,不同高粱品种的性状指标受到不同程度的影响,各指标之间存在一定程度的相关性。主成分为4个因子,主成分累计贡献率为90.871%。根干重、地上鲜重、根鲜重、Fv/Fm和地上干重是决定第一主成分的主要性状,贡献率为36.004%。供试高粱品种的综合得分为0.242～0.810,品种间差异较大。其中,抗旱性最强的品种为28B和101B,冀乡酿3号的抗旱性最差。此外,筛选出了根鲜重和地上鲜重2个可以作为评价高粱苗期抗旱性的主要性状指标。本研究结果为高粱抗旱育种提供了基础材料和理论支持。     

甜高粱杂交种冀甜3号的选育及栽培技术

冀甜3号是河北省农林科学院谷子研究所以自选不育系春32A为母本,甜高粱雷伊的晚熟株系为父本,于2005年在海南配制而成。2006年进行新品种比较试验,在18个甜高粱杂交组合中表现优异。2008~2009年参加吉林省高粱区域试验,2010     

高粱植株表面温度日变化规律研究

以4种高粱类型中的12个材料为试材,用多探头温度自动测定记录仪研究了高粱植株表面温度的变化规律.结果表明:高粱植株表面温度变化分低温稳定阶段、稳定上升阶段、高温波动定阶段、波动下降阶段和稳定下降阶段5个阶段.午间的高温波动定阶段是研究冠气温差的最佳时段,但存在温度浮动大而且频繁的特点,温度波动易导致试验误差.在温度稳定上升阶段,品种间以及品种与气温的差异表现相当稳定,重复率较高,此阶段也可以作为研究植株体表面温度和气温差异的合适阶段.不同高粱类型间、品种间表面温度存在差异,且在一日当中品种间温度差异表现不尽相同;午间温度低的品种,在温度上升阶段升温较快,品种间差异比午间还要高.这一研究结果为认识高粱的体表温度特征和利用体表温度作为筛选高粱抗旱、高产基因型的指标奠定了基础.     

高粱单核苷酸多态性(SNP)标记开发研究初报

高粱在粮食安全、人类健康和生物能源的开发上具有非常重要的作用,其被认为是二倍体模式化作物和多倍体能源作物甘蔗和芒草类的参考植物,开发高粱多态性分子标记对促进分子遗传学发展及高粱分子标记辅助育种意义重大。以甜高粱与粒用高粱杂交的F2遗传群体作为研究材料,对其全基因组DNA进行酶切,然后用高通量测序法开发SLAF(Specific-locus amplified fragment sequencing)标签,并经过分析筛选多态性SNP标记。试验过程中测序的reads数达到43 528 021个,母本2 598 472个,父本3 134 524个,子代的reads数为205 083~454 258个,平均为290 732.5个。通过原始数据的评估、聚类和纠错开发的SLAF标签数,父母本分别为44 895,42 100个。测序深度分别为19.78和16.22,F2群体每个个体的SLAF标签为26 737~39 291个,平均为33 445.06个,测序深度2.24~3.72,平均为2.79。通过对聚类群中高深度片段的潜在基因型分析,得到了6 353个多态性SNP标记,其中5 829个标记成功分型,占多态性SNP标记的91.75%,剔除不适宜作图的标记,剩余有效的SNP标记2 246个,占有效标记百分比100%,F2个体的各样品完整度平均为94.99%。所以,对基因组DNA进行酶切和高通量测序,从庞大的reads中获得SLAF标签是得到全基因组SNP标记的有效途径。为高粱高密度图谱构建和QTL定位研究,以及分子标记辅助育种奠定了基础。     

人工盐胁迫法鉴定谷子及狗尾草物种耐盐基因型

研究分析了发芽生理法和盐床法在鉴定谷子和狗尾草属其它物种耐盐性基因中的应用。结果表明 :发芽生理法可对谷子的耐盐性基因型进行有效筛选鉴定 ,适宜NaCl浓度为1 0 0 %～ 1 5 0 % ;但狗尾草属的青狗尾草、法式狗尾草和金色狗尾草等野生种 ,由于受种子休眠性的影响 ,发芽生理法受到一定限制 ,0 2 5 %盐床法较为适用 ;并鉴定出了数个耐盐基因型 ,为谷子耐盐生理和基因研究提供了基础。     

高粱耐盐分子生物学研究进展

盐害是影响植物生长和作物产量的主要因子之一,通过遗传改良提高植物的耐盐性是简单有效解决盐害的主要途径。综述了到目前为止筛选鉴定出的主要耐盐碱资源;耐盐碱基因（数量性状位点）的定位、克隆及通过基因工程技术进行耐盐基因在不同作物中的转移利用情况;并对高粱耐盐碱的研究前景进行了展望。以期为高粱等作物的耐盐碱改良研究提供理论依据,从而促进对土壤盐渍化影响农作物产量和质量的重大农业问题的解决。