半干旱黄土丘陵沟壑区柳枝稷(Panicum virgatum)的生物质形成

为深入认识半干旱黄土丘陵沟壑区引种能源植物柳枝稷生物质生产的开发潜力及其约束机制,调查了农田、植丛尺度上早熟和晚熟柳枝稷年度生命周期内生物量累积、分株建成动态,以及土壤水分供求平衡过程。研究发现,植丛尺度早熟柳枝稷抽穗比例近100%,分株生殖发生大小阈值依赖基本丧失,高度大小分布近似正态,种群内光资源竞争强度明显弱化,与晚熟类型形成明显差异。农田尺度晚熟柳枝稷生物质产量可以达到15t/hm2,高出早熟类型近1倍,但是其立地80～400cm土层的含水量稳定在7%以下,土壤干旱已经发生,早期干旱胁迫导致的生长停滞,以及生长中后期的成片倒伏现象在两年的观测周期内连续出现。早熟柳枝稷立地则形成相对稳定的白草、柳枝稷复合优势植被结构,深层土壤水分含量稳定在10%以上,实现了跨年度的土壤水分供求平衡。植丛尺度的生物质形成在一定程度上取决于分株生殖发生的大小依赖程度和分株间竞争关系格局,基于植丛尺度普遍的生殖发生和明显弱化的光资源竞争,早熟柳枝稷表现出更为高效的生物质形成机制。农田尺度晚熟柳枝稷尽管在雨热同步期的降水资源利用效率上存在明显比较优势,但是在降水资源利用分配策略和效应上,早熟柳枝稷表现出了综合的生态适宜性优势。保证雨热同步期降水资源利用和保蓄的平衡,是半干旱黄土丘陵沟壑区生物质生产应该遵循的基本原则之一。

Switchgrass (<i>Panicum virgatum</i>) Extract Mediated Green Synthesis of Silver Nanoparticles

A novel switchgrass (Panicum virgatum) extract mediated green process was demonstrated for the synthesis of silver nanoparticles from silver nitrate solution at ambient temperature. UV-visible spectroscopic analysis indicates the rapid reduction of silver (Ag+) ions by swithgrass extract. The silver nanoparticles began to form at 15 min and the reduction reaction was completed within 2 hours. Synthesized silver nanoparticles were subjected to x-ray diffraction (XRD) for structural characterization, which confirms the FCC symmetry of silver nanoparticles with the lattice parameter of 4.0962 ?. The particle size of bio-synthesized silver nanoparticles was identified through transmission electron microscopic (TEM) analysis and found to be in the range of 20 - 40 nm.

供磷水平对柳枝稷光合特性与抗逆生理的影响

【目的】探究盐碱条件下供磷水平对不同品种柳枝稷光合特性与抗逆生理的影响。【方法】采用双因素随机区组试验设计进行盆栽试验,设置3个柳枝稷品种(Alamo加倍体、Alamo和Path-finder)和3个供磷水平[不施磷(P0)、低磷10 mg/kg(P10)、高磷100 mg/kg(P100)],比较不同供磷水平下各品种柳枝稷光合特性、抗氧化酶活性、渗透调节物质含量的变化规律,综合评价不同柳枝稷品种抗逆性。【结果】柳枝稷叶片叶绿素a、b含量、净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、脯氨酸含量随供磷水平的增加而增加,其中Alamo加倍体品种P100处理较P0处理分别增加了57.3%、62.9%、41.4%、29.7%、55.2%、128%;胞间CO_(2)浓度、过氧化氢酶活性(CAT)、可溶性糖含量(SS)随供磷水平的增加而降低,其中Alamo加倍体品种P100处理较P0处理分别降低了51.7%、84.4%、20.9%。高磷处理下Alamo加倍体的净光合速率、超氧化物歧化酶活性(SOD)和脯氨酸含量均最大,表现出较强的生理活性。【结论】盐碱条件下施磷提高了柳枝稷的光合能力和抗逆性,以高磷处理下Alamo加倍体的抗逆性最强。

能源作物资源现状与发展前景

能源作物是生物质能源发展的基础环节,本文就国内外能源作物研究现状与前景进行综合述评。分析了能源作物的基本概念和分类,明确了适合中国国情的能源作物概念,归纳了当前淀粉与糖料作物、油脂作物和木质纤维素作物三类能源作物研究与应用现状。重点介绍了当前几种受国内外重视的新型能源作物甜高粱(Sorghum bicolor)、木薯(Manihot esculenta)、柳枝稷(Panicum virgatum)、芒属植物(Miscanthusspp.)和柳属植物(Salixspp.)的发展现状和前景。从土地的承载能力和对环境的影响方面分析了中国发展发展能源作物的存在的问题与前景,明确提出,中国要坚持利用边际性土地、与生态恢复相结合发展能源作物的原则。指出中国能源作物种类筛选及品种改良至关重要,选择目标上应重视高光效、多年生、以收获营养器官为收获对象和高度抗逆等特征,以期形成具有地区适应性且收获季节多样化的系列能源作物种类与品种。

持续干旱及复水对柳枝稷幼苗分蘖期生长发育的影响

柳枝稷(Panicum virgatum)苗期的耐旱能力是其在干旱、半干旱地区生长的关键,为确定其耐旱能力,采用裂区试验设计对柳枝稷抗旱相关指标以及复水后幼苗的生长状况进行研究。结果表明:持续干旱胁迫对不同柳枝稷品种(系)的影响存在差异,其中以西稷2号(从Alamo中选育)的抗旱性较好。随干旱胁迫时间增加,其生长发育逐渐受到抑制,当胁迫时间低于10 d,土壤含水量高于3.7%时,其地上部生长受到一定程度的抑制,叶片失水,叶绿素含量急剧降低,根冠比、丙二醛(MDA)含量、以及抗氧化酶(SOD,CAT,POD)活性升高,此时复水柳枝稷幼苗能迅速恢复生长;当胁迫时间继续增大到12 d时,柳枝稷叶片失水严重,植株根冠比、叶片MDA含量,以及SOD,CAT,POD活性急剧升高,柳枝稷地上部干枯,此时复水可重新长出幼苗;但当胁迫时间超过12 d时(西稷2号超过14 d),将因缺水干旱死亡。因此,柳枝稷在降雨缺乏地区种植时,可选用西稷2号作为推广品种(系),且在持续干旱时间超过10 d,土壤含水量低于3.7%时,应及时复水救苗。

施氮和供水对混播和单播白羊草叶片叶绿素荧光特性的影响

为明确干旱条件下混播和施氮对白羊草[Bothriochloa ischaemum(Linn.)Keng]叶片叶绿素荧光参数的影响,采用盆栽法并设置不同混播比例[白羊草与柳枝稷(Panicum virgatum Linn.)混播比例分别为8∶0、6∶2、4∶4和2∶6]、施氮水平(即不施氮和1 kg干土施0.1 g纯氮)和供水条件(即正常供水和干旱胁迫6 d后复水),对白羊草叶片叶绿素荧光参数的变化进行比较分析;在此基础上,采用一般线性模型分析这3个因素及其交互作用对白羊草叶绿素荧光参数的影响效应。结果显示:正常供水条件下,各处理组白羊草的最大光化学效率(F_v/F_m)、实际光化学效率(Φ_(PSⅡ))、表观光合电子传递速率(ETR)、光化学淬灭系数(qP)和非光化学淬灭系数(NPQ)均无明显变化。干旱及复水条件下,不施氮处理组白羊草的F_v/F_m值在干旱胁迫6 d(即土壤相对含水量最低)时降至最低值,并在复水2 d后恢复至与正常供水条件下相近的水平,而施氮处理组的F_v/F_m值则一直保持与正常供水条件下相近的水平;不论施氮与否,各处理组白羊草的Φ_(PSⅡ)、ETR、qP和NPQ值基本上均表现为在干旱胁迫6 d时达到最高值,并在复水2 d后恢复至正常供水条件下各参数值的90%以上。总体上看,混播白羊草的qP和ETR值均高于单播白羊草,而其NPQ值则低于后者。统计分析结果表明:混播比例、施氮水平和供水条件3个因素间的交互作用对白羊草的Φ_(PSⅡ)、qP和ETR值无显著影响,施氮水平对NPQ值的单独作用、施氮水平和混播比例的交互作用对F_v/F_m值以及施氮水平和供水条件的交互作用对ETR值也无显著影响,但这3个因素的单独作用及两两因素间的交互作用对白羊草其余叶绿素荧光参数均有显著或极显著影响。研究结果表明:一定程度的干旱胁迫有利于提高白羊草叶片PSⅡ反应中心的开放程度、光合电子传递速率和热耗散过剩光能的能力;在干旱胁迫条件下,施氮有助于白羊草叶片维持PSⅡ反应中心的活性和光化学效率;并且,与柳枝稷适度混播可改善白羊草叶片的光合性能,提高其种间竞争适应性。

能源作物柳枝稷研究进展

目前,可再生能源特别是能源作物成了能源研究的新热点。柳枝稷适应性强,产量潜力大,且对环境友好,是理想的能源作物。本研究从生物学特性、生态适应性、柳枝稷能源生产管理措施等方面综述了能源作物柳枝稷的研究进展,讨论了柳枝稷能源生产利用方式与存在的问题,分析了柳枝稷在我国的发展潜力。认为现阶段我国柳枝稷能源利用应以固体成型燃料与小型生物质发电为主,将来最有发展潜力的利用方式之一为第二代燃料乙醇。

柳枝稷和白羊草苗期水分利用与根冠比的比较

室内生长箱内柳枝稷和白羊草苗期水分利用与根冠比的试验结果表明,低水下柳枝稷光合速率降低,蒸腾速率增大,叶片水分利用效率减小,根长增加,整体水分利用率降低,但生产力的根冠分配与高水相差较小。低水也造成白羊草光合降低,但蒸腾速率减小幅度更大,叶片水分利用效率反而提高,主要原因是白羊草叶片气孔具有较强的随水分条件变化的调节作用。白羊草的根系在低水下伸长速率减慢,根长/株高降低,水分条件好时根系也能够迅速生长,特别是加强根系的生产力分配。不同水分下白羊草消耗单位水分形成的生产力均大于柳枝稷,说明白羊草在苗期对土壤水分变化的适应能力比柳枝稷要强。

两种高质牧草不同生育期光合生理日变化及光响应特征

于2010年5月25日(拔节、分枝期)、7月6日(抽穗、结荚期)、8月25日(开花期)晴朗天气,采用LI-6400便携式光合作用测定系统对新引1号东方山羊豆和柳枝稷各项光合生理生态指标进行了测定。结果表明:(1)新引1号东方山羊豆净光合速率(Pn)日变化呈双峰曲线,存在"光合午休"现象;分枝期Pn、光能利用效率(LUE)、水分利用效率(WUE)日均值高于结荚期,而结荚期的叶温(Tl)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)日均值高于分枝期。(2)柳枝稷的Pn日变化呈单峰曲线,拔节期Pn、Tr日均值高于抽穗期,开花期最低;WUE与Ci日均值在开花期最高,拔节期次之,抽穗期最小;Tl、LUE日均值在抽穗期最高,拔节期次之,开花期最小。(3)Pn与Tr、Gs、叶片气孔限制值(Ls)、光合有效辐射(PAR)具有极显著正相关关系,与Ci呈极显著负相关;Tr与Gs、叶温下蒸汽压亏缺(Vpdl)、气温(Ta)、Tl、PAR均呈极显著正相关关系,与大气CO2浓度(Ca)呈显著负相关;Tl、Gs与PAR呈极显著正相关。(4)通过光响应曲线的绘制及相关生理指标的计算,结合相关评价标准,得出柳枝稷为阳生植物,而新引1号东方山羊豆为耐荫植物,且柳枝稷比新引1号东方山羊豆对光环境的适应性强。

黄土丘陵区柳枝稷光合生理生态特性的初步研究

研究了黄土丘陵区引种草种柳枝稷 ( Panicum virgatum)的光合生理生态特性 ,比较了不同叶位叶片光合速率 ( Pn)、蒸腾速率 ( Tr)、水分利用效率 ( WUE)的日变化以及环境因子的作用。结果表明 ,柳枝稷叶片 Pn日变化曲线为双峰型 ,中午“光合降低”主要是由于叶温过高导致呼吸高引起的净光合速率降低。叶龄增大 ,叶片 Pn日变化相对较平缓 ,其中壮龄叶Pn日变化最为平缓。幼龄叶 Tr的日变化为双峰型 ,随叶龄增大 (叶位下降 )而成为单峰型。WUE的日变化可划分为上午的降低和下午的波动 2个阶段 ,最上充分展开叶 (旗叶 )的WUE始终最高。

利用高产牧草柳枝稷生产清洁生物质能源的研究进展

介绍了柳枝稷Panicum virgatum生物学特性和近年来国内外利用其生产清洁生物质能源——燃料乙醇的研究现状,阐述了柳枝稷原料预处理和进行发酵生产燃料乙醇的工艺过程。研究表明,由于低地型柳枝稷生产力高,作为转化燃料乙醇的专门能源植物极有潜力;球磨预处理、酶解和稀酸结合预处理柳枝稷对于发酵转化燃料乙醇效果显著。转化柳枝稷木质纤维素效率高的工程菌主要有重组肠杆菌Escherichia coli、运动发酵单孢菌Zymomonas mobilis、酿酒酵母Saccharomyces cerevisiae。重组肠杆菌的基因重组菌株KO11,能将葡萄糖和木糖发酵为乙醇,乙醇产率为理论值的103%～106%。酿酒酵母的重组工程菌种E2在木糖培养液中厌氧转化木糖效率达1.1 g/（g·h）。对柳枝稷燃料乙醇生命周期分析发现,柳枝稷燃料乙醇短期内能够减少57%温室气体排放。在我国利用柳枝稷生产燃料乙醇是一种可行的清洁能源产业,能够同时起到改善生态环境,优化农业和草业产业结构的作用。

利用能源牧草柳枝稷生产燃料乙醇的研究进展

能源作物柳枝稷(Panicum virgatum)因其种植成本低、管理简便、生长周期短、收益高并对环境有积极的影响作用而成为能源研究的热点。本研究从柳枝稷的能源开发特性、栽培与管理方式、生物技术改良方法以及生物燃料的转换工艺等方面综述了能源作物柳枝稷的研究进展。并以生物技术为出发点,针对柳枝稷的生物学特性讨论了如何引种驯化、克服抗性、使纤维素得到有效降解、提高生物质含量以及乙醇的产率等问题。在生物燃料的转换工艺中,对酶的优化方法、不同微生物的发酵效率进行了分析,认为在同步糖化发酵中不仅微生物的特性要作为重要指标考虑,间歇式培养,细胞回收的连续式培养以及原位乙醇的移除等发酵过程的选择也尤为重要。

不同预处理方式对柳枝稷厌氧发酵性能的影响

以柳枝稷为原料,研究微波,蒸汽加热和NaOH预处理方法对柳枝稷的结晶度和纤维结构的影响,同时考察了预处理后的柳枝稷在中温时的厌氧发酵性能。结果显示:3种处理都可以降低原料的结晶度;微波和NaOH处理可以显著降低柳枝稷的中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、木质素等含量;NaOH处理会降低粗脂肪的含量;蒸汽加热处理和原料的累积产气量(28486和28686mL)及产气率(453.60和456.79mL/g)接近,而NaOH预处理由于C/N较高、阳离子毒害作用和抑制物的作用使得厌氧发酵性能降低。可见预处理可以降低柳枝稷纤维含量,但是对厌氧发酵性能并无明显改善作用。

SRAP与SSR分子标记在柳枝稷杂种鉴定中的比较分析

利用SRAP标记和SSR标记对柳枝稷杂交种进行鉴定,比较2种标记在柳枝稷杂种鉴定方面的效率和准确性,为柳枝稷乃至异花授粉多倍体植物的杂种真实性鉴定提供科学依据。分别利用SRAP与SSR标记技术对柳枝稷165个杂交种单株和亲本DNA进行扩增,分析杂交种与亲本扩增的多态性条带数,并鉴别真假杂交种。与SRAP标记相比,共显性的SSR标记具有高效性,本研究中仅用1对SSR引物就鉴别了所有杂交后代的真实性,多态性条带比率为100%。而显性SRAP标记用了6对才能鉴别所有杂交后代的真实性,多态性条带比率为40%,相对较低。

水培条件下pH值对柳枝稷幼苗生长发育的影响

土壤的p H值是限制植物生长发育的一个关键因素。柳枝稷是一种可作为牧草,水土保持的多年生C4能源植物。试验在水培条件下,利用裂区试验设计,以柳枝稷品种(系)为主区,水培液p H值为副区,对反映柳枝稷幼苗生长发育状况的指标进行统计分析。结果显示,随水培液p H值的酸碱强度增大,柳枝稷不同品种(系)幼苗的分蘖数、株高、苗鲜重、根冠比、根系活力以及净光合速率都极显著降低(P<0.01),而幼苗保护酶活性以及丙二醛(MDA)含量则极显著升高(P<0.01)。尤其是当PH值低于5.0时,幼苗的受到的胁迫更为明显,幼苗超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性反而急剧下降。与酸胁迫(p H值<7.0)相比,柳枝稷对碱胁迫(p H值>7.0)的适应能力更强,其中以西稷2号的抗逆性表现最好。因此应用柳枝稷在边际土壤地区推广种植时,要尽量避免强酸性土壤(p H值<5.0),且选用西稷2号品系较为适宜。

黄土丘陵半干旱区引种禾草柳枝稷的生物量与水分利用效率

加强优良引种禾草植物的生态适应性研究对促进我国黄土高原半干旱区草地建设和草业科学发展具有十分重要的意义.比较研究了引种禾草柳枝稷(Panicum virgatum)在黄土丘陵半干旱区不同立地条件下地上生物量的大小和季节累积差异及其水分利用特征.2001～2002年川地柳枝稷草地地上生物量达13 000～16 000kg/hm2,山地梯田和坡地为2300～2650kg/hm2.不同立地条件柳枝稷返青后的生物量累积过程呈二次或三次多项式.柳枝稷的绝对生长速率(AGR)在整个生长季内呈双峰曲线变化,川地柳枝稷草地的现存量和总量AGR最大值分别为158.93和169.83 kg/(hm2·d),梯田分别为27.31和38.25kg/(hm2·d),坡地为37.0和36.69kg/(hm2·d).坡地柳枝稷生物量较大值和AGR最大值出现时间最早.不同立地柳枝稷生物量相对生长速率(RGR)在整个生长季内呈双峰曲线变化,均以返青后的20d内最大,平均AGR以川地最大,坡地和梯田相近,但坡地两峰值高于梯田.不同立地柳枝稷草地土壤水分主要利用层次为0～2m,月平均含水量顺序为梯田＞坡地＞川地.川地柳枝稷叶片和整体生物量水分利用效率均最高,梯田整体生物量水分利用效率大于坡地,但二者叶片水分利用效率相近.川地和山地地表下5cm生育期平均地温均为17.60 C,但4～5月份川地地温高出山地1.2～2.8C,川地4～10月份平均气温较山地高1.5C,这些差异影响不同立地条件柳枝稷草地水分利用和生长进程.

生物能源植物柳枝稷简介

概述了柳枝稷Panicum virgatum作为生物能源的研究现状,柳枝稷是分布于中美洲和北美洲的一种多年生草本植物,20世纪90年代后国际上将其作为一种新型能源模式作物进行了深入研究,用于火力发电,或以木质纤维素生产乙醇。其种植成本低,生长迅速,植株可高达2 m,最高产量可达74 t/hm2,高产期可持续15年,对环境适应性强。柳枝稷木质纤维素含量极高,其乙醇转化率可达到57%。火力发电废气排放量少,燃烧充分。种植柳枝稷可给种植户带来巨大的经济效益。在我国推广柳枝稷,既可作为饲草,也可作为水土保持和风障植物,同时也是很好的生物燃料和生产替代能源的原材料。

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。

柳枝稷人工穗芽高效再生体系的建立

以柳枝稷‘西稷1号’、‘西稷2号’和‘西稷3号’3个基因型的幼穗为材料,采用单因素试验依次从基因型、幼穗长度、激素、初次切割时期穗芽长度、大量培养阶段穗芽长度、碳源、pH值、穗芽块的切割方式和生根培养基等对柳枝稷人工穗芽再生体系进行了优化研究,建立了柳枝稷人工穗芽高效再生体系,即基因型选用西稷1号,幼穗长度为1.5cm,激素采用3.0mg/L 6-BA+0.1mg/L 2,4-D,初次切割时期和大量培养阶段穗芽长度均为1.5cm,碳源采用麦芽糖,pH值5.8,穗芽块采用纵切方式,并以1/2 MS培养基作为生根培养基,增殖效率可高达4 167.00%。

利用SCoT分析柳枝稷遗传资源的多样性

本研究利用SCoT标记对96份柳枝稷种质的亲缘关系和遗传变异进行了研究。筛选出20条引物对96份供试材料进行PCR扩增，共获得445条带，其中多态性条带402条，平均多态性条带比率（PPB）达90．31％，多态性信息含量（PIC）为0．166～0．410，平均值为0．332，标记指数（MI）为10．20。遗传相似系数（GS）为0．498～0．912，平均值为0．688。表明SCoT标记能够揭示柳枝稷种质间的遗传变异。通过UPGMA分析表明，96份种质资源聚为高地型和低地型两大类。经POPGENE1．32软件分析结果显示：96份柳枝稷基因多样性指数（H）为0．285，Shannon指数（I）为0．431，表明供试的种质间遗传多样性丰富，遗传多样性水平高。经AMOVA1．55方差分析揭示：96份柳枝稷生态型内的遗传变异占总变异的72．85％，生态型间遗传变异占总变异的27．15％，结果表明ScoT可用于柳枝稷遗传多样性研究，该研究结果可为柳枝稷种质资源的进一步开发利用提供重要信息。