湖南省油菜秸秆资源作为生物质产业原料的潜力量化评估

油菜(Brassica napus L.)秸秆作为重要的生物质资源,在环境保护和经济效益方面有着显著优势,具有高纤维素含量、利用成本低等优点,合理的利用可为相关产业原料的供应提供重要保障。湖南省作为中国油菜主产区,理论上具备产业化开发的潜力。全面了解生物质产量潜力和原料品质的区域差异是合理利用秸秆资源的前提与基础。因此,该研究对湖南省油菜秸秆资源产量潜力和原料品质空间异质性进行研究,基于此对油菜秸秆作为未来生物质产业原料的潜力进行评估。结果表明:湖南省油菜秸秆年产量为660.47万t,其中以湘北(35.71%)和湘中地区(32.43%)贡献最大,产量潜力分别达到了235.84万t和214.21万t。湖南省油菜秸秆生物质原料品质存在较高的异质性,所有表征指标的变异系数(coefficient of variation,CV)值均很高(>0.50)。生物质原料品质差异主要表现在重金属含量方面(CV>5.00)。此外,油菜秸秆生物质在灰分含量(CV=3.02)、木质素含量(CV=1.17)和纤维素聚合度(CV=1.15)方面也具有较为明显的差异。基于测定的多项品质指标,该研究通过构建基于隶属函数的生物质生产潜力指数进行原料品质指标的归一化处理。从生物质生产潜力指数上看,湖南省油菜秸秆最适合生产半纤维素基产品,尤其是湘北地区的油菜秸秆(潜力指数为0.60)。总体上看,具备较高产量潜力和较优原料品质的湘北地区可作为全省油菜秸秆产业的先行原料供应区。

金柑杂交授粉生物学特性研究

【目的】掌握金柑花粉活力与柱头可授性的变化情况,寻找最佳授粉时期,探明金柑杂交授粉的生物学特性,提高杂交成功率。【方法】对23份金柑材料进行胚型的统计。选择不同胚数材料,采用TTC染色法和联苯胺-过氧化氢法分别对小蕾期、大蕾期、初开期和盛开期的花粉活力和柱头可授性进行研究。对金柑进行去雄不授粉、自交授粉和杂交授粉处理,比较自交和杂交花粉管的生长情况及3种处理下的坐果率。【结果】罗纹种胚数最少,适合作母本,其次是山金柑、金弹和罗浮,而长寿金柑的胚数最多;花粉活力和柱头可授性均在4个时期呈先增后减的趋势,并均在初开期达到了最高活性;金柑杂交花粉管和部分的自交花粉管均进入了子房;除宁波金弹和宁波罗纹CS外,其他5种金柑种质杂交授粉比自交授粉的坐果率更高,并呈极显著性差异;母本的柱头活性越高,坐果率越高,种内杂交坐果率高于种间,并呈极显著性差异;金柑去雄不授粉下仍能得到果实,具有单性结实的特性。【结论】金柑杂交中应选择单胚型母本材料;金柑属于雌雄同熟,采集花粉最佳时期和授粉最佳时期均为初开期;金柑杂交亲和性比自交亲和性更强,有利于金柑的杂交育种。

基于近红外光谱技术的南荻生物质品质快速分析

为快速分析洞庭湖南荻的生物质品质(可溶物、纤维素、半纤维素、木质素、灰分含量和纤维素结晶度、聚合度),以采集的126份种质资源为材料,分别采用2种光谱预处理方法和3种特征光谱筛选方法优化原始光谱,基于不同组合方式优化光谱及原始光谱,结合偏最小二乘法构建近红外光谱分析模型,筛选针对7个品质指标的双重优化模型,基于灰色关联度法对126份种质资源进行工业化潜力评估。结果表明:洞庭湖南荻可溶物、纤维素、半纤维素、木质素、灰分含量及纤维素结晶度、聚合度均存在丰富的多样性,且大致呈正态分布,符合近红外建模的要求;基于直接差分法(DD)结合竞争性自适应重加权算法(CARS)优化的PLS模型对南荻可溶物含量的预测结果表现优异,其校正集的均方根误差(RMSEC)为0.27,决定系数(R_(C)^(2))为0.99;交叉验证集的均方根误差(RMSECV)为0.77,决定系数(R^(2)_(CV))为0.97,预测集的相对分析误差为5.07,相关系数(R_(V)^(2))为0.88;基于DD结合变量组合集群分析混合迭代保留信息变量(VCPA–IRIV)优化的PLS模型在南荻的纤维素、半纤维素、木质素、灰分含量和结晶度、聚合度的预测中表现优异,模型的RMSEC为0.14~10.20,R_(C)^(2)为0.98~0.99,RMSECV为0.28~19.46,R^(2)_(CV)为0.94~0.98,R_(V)^(2)为0.87~0.98,相对分析误差(RPD)为4.84~15.65;表明基于双重优化光谱子集建立的近红外光谱模型能较好地预测南荻的生物质品质,且具有较高的稳定性;通过灰色关联度法对126份南荻种质资源进行评估,发现126个样本的工业化利用潜力分数大致呈正态分布,其利用潜力分数的均值为54.4,一级种质资源4个,二级种质资源40个,三级种质资源63个,四级种质资源14个,五级种质资源5个。

高校“双创”教育同济共生系统及其机制研究——基于湖南农业大学及其涉农生物学科的经验分析

基于共生理论视阈,对高校"双创"教育(创新教育与创业教育)系统内的同济共生关系与机理,从共生单元、共生界面、共生环境、共生模式四个维度予以观照,并系统梳理了典型个案湖南农业大学涉农生物学"双创"人才培养实践经验。在此基础上对高校"双创"教育系统中基于项目和平台高效传导、互济共享机制,多元契合、友好共生的动能生发机制,以一体化共生为目标导向的多维度协同机制建构进行了探讨。

冰糖橙果实品质综合评价量化模型的建立及应用

【目的】通过对湖南省柑橘各主产区冰糖橙及其优系连续3 a(年)的果实品质跟踪,建立果实品质综合评价的量化模型——标准化值加权法。【方法】该量化模型包括4个步骤:1、品质指标的趋向性调整;2、调整后的指标进行标准化值处理;3、根据各指标在专业上的重要性赋予权重;4、各指标标准化值与权重相乘后累积加分,得到果实品质的总分,进行排名。【结果】建立了标准化值加权法的量化模型。该模型能够客观准确对来自不同产地的30个冰糖橙品系进行品质排名,而非模糊判断;从产地来看,永兴县冰糖橙的品质整体为优;区域试验证明,冰糖橙优系‘农大2号’品质较‘农大1号’为优;麻阳纯甜系冰糖橙是可以大力推广的冰糖橙优良品系。【结论】该量化模型能够对冰糖橙果实品质进行准确的综合评价。从专业角度微调后,该量化模型亦适用于其他果树品种果实品质的综合评判,可以辅助育种。

4种芒属植物的核型分析及亲缘关系探讨

以芒、五节芒、荻和南荻4种芒属植物共36份种质为材料,分别采用流式细胞仪和压片法对倍性及核型进行分析。结果表明:4种芒属植物中,南荻的荧光值最大,其次为芒,荻的荧光值最小,但不同种间无显著性差异;南荻的荧光值变异系数最大(37.73%),五节芒的荧光值变异系数最小(4.41%),说明南荻的倍性最丰富,而五节芒的倍性最稳定;芒属植物染色体基数为19(x=19),36份种质中有33份材料属二倍体(2n=2x=38)型、2份材料属三倍体(2n=3x=57)型、1份材料属四倍体(2n=4x=64)型,表明自然界中芒属植物主要以二倍体存在,偶见三倍体和四倍体;不同种之间的核型参数有差异,但都是由中部和近中部着丝粒染色体组成,且芒和五节芒的核型都为"2B"型,而荻和南荻大部分为"2C"型,说明芒和五节芒亲缘关系近,而荻和南荻亲缘关系近。对核型参数进行聚类分析,可将36份芒属植物材料分为3类:第Ⅰ类为芒类群,主要为芒和五节芒;第Ⅱ类为荻类群,主要包括荻和南荻;第Ⅲ类则为多倍体类群。

环境因子和播种深度对南荻种子萌发及幼苗生长的影响

采用室内发芽试验,设置温度、光照、土壤含水量、激素浸泡和播种深度等处理,通过分析发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数、胚芽长和胚根长等指标,研究环境因子和播种深度对南荻种子萌发及幼苗生长的影响。结果表明:南荻种子在10℃下不萌发,在35℃时的发芽率最大,达92.00%;对发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数进行综合比较后,认为南荻种子萌发的最适温度为30~35℃,属于喜高温型种子;南荻种子对光照敏感,光照24 h条件下南荻种子的萌发率最高,达95.33%,且幼苗生长良好;5%土壤含水量即能维持种子发芽所需的水分,表明南荻种子具有一定的耐干旱能力,15%的土壤含水量更适合南荻种子萌发;50 mg/L 6–BA浸种可显著提高南荻的发芽率,当6–BA质量浓度提高到200 mg/L时,南荻种子发芽和幼苗生长的综合表现较好;南荻种子适合表层浅播,完全不覆土时的发芽率可达98%。合理调控环境因子可提高南荻种子的繁殖效率。

二倍体芒小孢子发生及雄配子体发育研究

该实验通过采集天然二倍体芒不同发育时期的幼穗,进行卡宝品红染色压片和石蜡切片制作,观察芒的花药发育过程,为芒的生殖生物学及其系统发育研究奠定理论基础。结果表明:(1)天然二倍体芒雄蕊3枚,雄蕊花药四室,花药壁由4层细胞组成,从外向内依次是表皮、药室内壁、中层、绒毡层,花药壁发育属于基本型;花药成熟时,中层和绒毡层降解消失,或者仅存痕迹,只剩表皮和纤维层细胞,但此时可观察到部分绒毡层降解延迟现象。(2)花粉母细胞减数分裂为连续型,成熟花粉粒为3-细胞型;花粉母细胞减数分裂后期Ⅱ出现染色体分裂不同步现象。(3)雄配子体发育过程中,同一花粉囊的花粉粒发育不同步;雌、雄配子体发育也不同步,且雄蕊先成熟。

华东植物区系芒属植物的表型遗传多样性研究

为研究芒草在其重叠分布区内表型性状的遗传多样性,以来自于华东植物区系内的36份芒、五节芒、荻和南荻为材料,对8种表型性状进行多因素方差分析、变异分析和聚类分析.结果表明:8种表型性状种间差异大小依次为分蘖数、基部直径、干物质产量、花序长、株高、最大叶长、最大叶宽、叶长宽比,在种内除最大叶宽与叶长宽比呈显著差异(P<0.05)外,其余6种表型均呈极显著差异(P<0.01),且8种表型性状在种间和种内存在极显著互作效应;该区系内芒属植物表型变异系数为7.94%~76.80%,Shannon's指数为1.27~1.78,芒草表型变异系数大小依次为芒(26.16%)、南荻(25.46%)、荻(24.49%)、五节芒(17.17%),Shannon's指数大小依次为芒(1.74)、南荻(1.70)、五节芒(1.68)、荻(1.60);4种芒属植物在欧式距离为20时可分为3类,荻为第Ⅰ类,芒和五节芒为第Ⅱ类,南荻为第Ⅲ类;在华东植物区系内,芒的株高与纬度呈极显著负相关,芒的干物质产量与海拔高度呈显著正相关,荻的干物质产量、分蘖数和基部直径与纬度呈显著或极显著负相关,而南荻与五节芒的产量因子表型与地理因子间则无显著相关性.

基于Maxent模型的双药芒不同时期潜在分布研究

双药芒(Miscanthus nudipes)是一种适应寒冷和干旱环境的芒属植物,具备驯化成具有生态修复、观赏等多功能植物的潜力。在双药芒现有分布记录的基础上,采用Maxent模型构建其在末次间冰期、末次盛冰期、现代以及未来(2070年)的潜在分布格局,在评价环境因子对其分布模型影响的前提下,定量分析不同生态气候情景下双药芒适生区域的变化。结果表明:(1)温度变化方差在440—645,最冷月份最低温在-8.5—0℃,年温变化范围在22—30℃,5月降水量在70—115 mm,海拔范围在1630—3750 m,6月太阳辐射小于15800 kJ m-2 d-1时适宜双药芒的生长和分布。其中,温度变化方差是影响双药芒地理分布格局的关键性气候限制条件。(2)双药芒现代适生区面积为632184.45 km^(2),主要分布在四川省、云南省、西藏自治区、贵州省、陕西省、甘肃省、重庆市、湖北省和河南省。四川省中部地区、云南的北部和西藏的东部是分布中心。(3)从末次间冰期到未来2070年低排放情景下潜在适生面积将缩减到546745.02 km^(2),缩减面积为94867.23 km^(2),占当前生境的15.00%。(4)从末次间冰期至末次盛冰期,分布中心点向东南方向发生大幅度迁移,从末次盛冰期至未来,分布中心趋于稳定。总体来看未来双药芒分布中心有向冰期分布中心迁移的趋势。以上研究为研究芒属植物的起源及进化提供了参考。

南荻野生居群的表型多样性及土壤养分对其表型的影响

为明确中国南荻(Miscanthus lutarioriparius)野生居群的分布及其表型多样性,该研究对54个南荻野生居群的8种表型性状的多样性进行分析,并测定其土壤pH和肥力指标,分析土壤对南荻部分重要表型的影响及其相互关系。结果表明:(1)8种表型性状在居群间和居群内都存在极显著差异(P<0.01),且差异主要来自于居群内。(2)8种表型性状相互间具有明显的相关性,节数和茎粗与株高均呈极显著正相关关系(P<0.01),分枝数和株高与干物质产量均呈显著正相关关系(P<0.05),茎密度与大部分性状呈负相关关系,而最大节长与除株高外的其他表型性状都无显著相关性。(3)8种表型性状可降维成4个主成分因子(产量因子、株型因子、茎密度因子和最大节长因子),其累计贡献率为84.436%。(4)54个南荻野生居群可聚为两类,第Ⅰ类材料包含23个居群,材料来自长江下游及长江东北部,其株高较矮、产量较低,但茎密度、最大节长较大;第Ⅱ类材料包含31个居群,材料来自洞庭湖及长江中下游和长江西北部,其植株高大、产量高,而茎密度和最大节长较小。(5)大多数南荻生长的土壤pH接近中性且肥力较差,土壤有机质含量、速效钾含量对南荻株高和产量的影响最大,其直接通径系数分别为0.443、0.318及0.429、0.259。

NaCl胁迫下南荻多倍体的无机盐离子吸收特征

南荻(Miscanthus lutarioriparius)是中国特有的芒属植物,是极具应用前景的纤维类生态能源草。为研究南荻多倍体在NaCl胁迫下的无机盐离子吸收特征,本研究以南荻多倍体和奇岗为研究对象,测定其在0、0.2%、0.5%、0.8%NaCl胁迫下对K+、Ca2+、Mg2+、SO42-和NO3-的吸收利用率,并同时测定各试验材料的存活率。结果表明,各南荻多倍体对K+、Ca2+、Mg2+和NO3-的吸收率普遍随NaCl浓度的增加呈上升趋势,对SO42-的吸收率除多倍体L7、L8和L9随NaCl浓度的增加有明显的上升以外,其他材料均受到不同程度的抑制;而作为对照的奇岗,总存活率较低(38.89%),对K+、Ca2+、Mg2+和SO42-的吸收均受到NaCl的抑制,对NO3-的吸收率则在高NaCl浓度下有所增加;在0.8%NaCl胁迫下,南荻三倍体L8和L9存活率较高(66.67%),且L8和L9对Ca2+、Mg2+、SO42-和NO3-的吸收率与其对照相比增幅均高于其他材料;南荻三倍体L2和L4在0.8%NaCl胁迫下存活率最低(16.67%),且L2和L4对各无机离子的吸收率与对照相比增幅均低于其他材料。通过本研究,获得了南荻通过调节对K+、Ca2+、Mg2+、SO42-和NO3-的吸收量响应NaCl胁迫的初步数据,为研究NaCl胁迫下南荻的无机渗透调节生理响应机制奠定基础。

21份金柑种质的果实品质分析与综合评价

金柑是唯一皮肉同食的柑橘类水果,为探明不同金柑种质外观品质和内在品质的差异,以湖南农业大学金柑种质资源圃的21份金柑种质为研究对象,测定包含果实色泽在内的9个外观品质指标和8个内在品质指标,利用主成分分析法(PCA)对果实品质进行综合评价。结果表明:公孙橘的单果重(73.13 g)、纵横径(39.25、57.47 mm)均高于其他种质,适合加工;金橘和宁波金弹CQ的果实色泽均优于其他种质,适合观赏;融安脆蜜的可食率(98.40%)、固酸比(363.83)、糖酸比(140.50)和种子数(1.33)等内在品质均优于其他种质,可滴定酸含量(0.06%)低于其他种质,适合鲜食。通过主成分分析提取出3个主成分,累计贡献率达81.211%,再利用综合评价函数分析获得21份金柑种质的综合评价结果,最终得分排名前5位为金橘>公孙橘>野生金柑>融安金柑>寿星橘,金橘和公孙橘综合品质较高。

基于Maxent模型对尼泊尔芒适生区时空分布的预测

为预测不同时期气候情景下尼泊尔芒的适生区,探讨制约其适生区分布的主导气候因子,基于60条尼泊尔芒现代地理分布记录和9个生物气候变量,利用ENMeval数据包对Maxent模型进行了优化,并利用优化后的Maxent模型对末次冰盛期、全新世中期、现代(1970~2000年)和未来(2061~2080年)4个时期的尼泊尔芒适生区进行了模拟,综合使用贡献率、置换重要性和Jackknife检验对气候变量的重要性进行了评估。结果显示:最优模型设置参数为特征组合选取LQH,调控倍频设置为3,在该设置参数下模型的测试集受试者工作特征曲线下的面积为(0.963±0.028),模拟准确度极高;温度季节性标准差、最冷月最低温度、年温度变化范围和年降水量是影响尼泊尔芒分布的主导气候因子;尼泊尔芒的现代中、高适宜区大面积分布于中国的西藏东部、四川南部、贵州西部和云南大部分地区;末次冰盛期,其适生区面积最大,在东海和南海的沿海地区存在其他时期所没有的适生区;全新世中期,其适生区轮廓与现代适生区的相似;2070年,其适生区整体北移;从末次冰盛期到未来,尼泊尔芒的适生区可能会先后经历了向内收缩、基本稳定和整体北移3个过程。

金柑种质资源的胚型分析

为了选出优良的单胚母本,为杂交育种作准备。统计了2021年和2022年29份金柑种质的胚型及单胚率,并用SPSS软件进行双因素方差分析和聚类分析。结果表明:福建大果罗浮和罗纹单胚率极高,为89.2%~100.0%,且罗纹两年间无明显差异,属于单胚型;其中浏阳金柑和花叶金柑单胚率为52.8%~87.3%,也表现为较高单胚率,可作备选杂交母本;其余种质单胚率低,属于多胚型,适于通过胚胎挽救来获得杂交种。29份金柑种质分为单胚型、单胚率居中型、多胚型3个类型,金柑单胚率聚类分析基本印证了这一结论。

热裂解温度和原料类型对生物炭品质影响的评价——基于修复重金属污染的应用潜力

为综合评价热裂解温度和原料类型对生物炭品质的影响,选取了3类不同来源的17种生物质原料,分别在600、800、1000℃下热裂解为51种生物炭。基于生物炭在重金属污染治理的应用,采用主成分分析法分析热裂解温度和原料类型对生物炭的理化性质的影响,并通过相关性分析筛选出了生物炭的核心指标;基于获得的核心指标,再采用灰色关联度(RI)综合评价这51种生物炭在修复重金属污染方面的综合品质潜力。结果表明与热裂解温度相比,原料类型对生物炭的理化性质影响更大。筛选所选取的9个评价指标,确定出炭率、比表面积、氢碳摩尔数比、酸性官能团含量和灰分含量为生物炭品质评价的核心指标。此外,随着热裂解温度的升高,生物炭的灰色关联度升高,1000℃下的高大禾草类生物炭,如竹(RI=0.697)、南荻(RI=0.676)和柳枝稷(RI=0.671)等生物炭的综合评价指数高,说明这3种生物炭具有更大的应用潜力。

金柑种质的特异性SSR标记筛选及亲缘关系分析

为筛选金柑属植物的特异性SSR标记,解决金柑属植物的同物异名或同名异物问题。本研究选取金柑及其近缘属种质38份,通过23对引物扩增得到265有效性条带,多态性条带250条,多态性比率为92.99%,扩增得到的片段在100~1200 bp之间不等;SSR标记筛选得到47个特异性标记,不同种质之间的特异标记数量差别较大,最多的公孙桔达到7个特异性标记,柑橘属及枳属种质均可被标记,而无特异性标记的11份种质均为金柑属;聚类分析发现,金柑属与柑橘属、枳属的遗传相似系数均在0.70以上,这表明金柑属与枳属、柑橘属均有很近的亲缘关系。在相似系数为0.902处,未找到特异性标记的11份金柑属种质聚在一起,这也表明金柑属各品种亲缘关系及近,存在同物异名或同名异物。

南荻水热液化耦合酶解联产多种纤维糖

为充分提高南荻的原料利用率,本研究设计了一种水热液化耦合纤维素酶解法联产制备木糖、低聚木糖、阿拉伯糖和葡萄糖的方法,并分别使用响应面法和正交实验法对水热液化条件和酶解条件进行了优化。结果表明,水热反应温度为190℃,反应时间为10 min时,半纤维素的糖化效率为59.38%,木糖、阿拉伯糖和低聚木糖得率分别为15.53%、7.97%和52.58%;酶解残渣过程中,在纤维素酶添加量为30 FPU/g,Tween-80添加量为8%时,纤维素酶解成葡萄糖的效率最高达45.02%;经两步处理,南荻生物质总糖化效率为50.12%。

能源草生态风险评价体系的构建

为构建一套专门用来评估能源草生态风险等级的体系,本研究通过文献法与专家咨询法确立分布特征、扩散特征、繁殖特征、遗传特征、适应特征、危害特征和被控制特征7个方面共计33个与能源草生态风险评价相关的指标。然后通过yaahp10.1软件利用层次分析法对各指标进行权重赋值,进而构建相应的生态风险评价体系。最后选取10种已知生态风险等级的高大禾草对该体系进行检验,并依据检验结果对评价体系的生态风险等级层次进行划分。结果表明所构建的体系可以有效地辨别出不同物种的生态风险等级,并将风险等级层次划分为高危生态风险(系统评分>74.5),一定生态风险(系统评分在54.5～74.5)和基本无生态风险(系统评分<54.5)。

南荻炭基土壤调理剂施用对水稻光合特性及产量的影响

叶片光合性能是作物产量形成的物质基础与决定因素。为了明确南荻炭基土壤调理剂施用后的水稻增产效应,采用盆栽试验,以籼型两系杂交稻‘深两优5814’为试验材料,探究SC1、SC2、SC3三种不同配方的南荻炭基土壤调理剂施用对水稻抽穗日期、叶片光合性能及产量的影响。结果表明:①南荻炭基土壤调理剂施用后,水稻抽穗日期提前4~12 d,达显著促进效应,其中土壤调理剂SC3促进效应最佳;②与CK相比,土壤调理剂施用后水稻Pn显著提升22.8%~62.4%,其中土壤调理剂SC2的增效作用最显著。此外,土壤调理剂SC1施用后可显著提高水稻叶片Gs、Ci和Tr,较CK分别提高57.0%、8.2%和18.2%;③水稻叶片中与光合作用相关中微量元素也显著增加,其中Mg含量增加22.79%~24.80%,Fe含量增加82.2%~89.8%,且3种土壤调理剂间无显著差异(P>0.05);而对P含量的增加效应,土壤调理剂SC1显著高于SC2和SC3;④与CK相比,三种土壤调理剂对水稻的增产率达24.2%~35.0%,SC2的增产效果最佳。综上所述,南荻炭基土壤调理剂施用后通过促进水稻抽穗日期的提前,提高水稻光合效率,从而促进水稻产量的提高。