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。

南荻同源四倍体──“芙蓉南荻”的选育

南荻同源四倍体“芙蓉南荻”的选育南荻为多年生无性繁殖的水陆两生植物，地上茎含有大量纤维，是我国重要的造纸原料之一。Ｔａｋｉｚａｗａ（１９５２年）和耿以礼（１９５９年）曾将荻［ＭｉｓｃａｎｔｈｕｓＳａｃ－ｃｈａｒｉｆｌｏｒｕｓ（Ｍａｘｉｎ）Ｂｅｎｔｈ、...

南荻秸秆厌氧发酵产物含磷量对旱作红壤磷有效性的影响

【目的】洞庭湖区南荻(Triarrhena lutarioriparia)秸秆生物量大,富含磷素,每年大量秸秆废弃于水体带来巨大的环境压力。研究南荻秸秆发酵产物对旱作红壤磷有效性的影响,以期为南荻资源化利用提供理论依据。【方法】试验采用室内培养法,供试土壤为红壤。供试南荻秸秆发酵物有高磷含量(4.23 g/kg)和低磷含量(2.98 g/kg)两个产品,通过厌氧发酵过程中分别接种植物乳杆菌发酵(In1)和黑曲霉菌(In4)获得,以不添加秸秆发酵物作为对照(CK),在25℃恒温培养70天。在培养的第7、20、40、70天进行破坏性采样,分析土壤全磷、Olsen-P、pH、磷库组成和土壤酶活性。【结果】在70天的培养周期中,In1处理的土壤Olsen-P均显著高于CK处理,在培养第7天最为显著,而In4处理的土壤Olsen-P含量与CK无显著差异,除培养第40天时显著低于CK。In1和In4处理土壤中可溶性磷含量均较CK增加,但In4处理显著降低了有机酸交换态磷(疏松吸附态磷),是土壤Olsen-P含量降低的主要原因。南荻秸秆发酵产物显著增加了土壤磷酸酶活性,且In1处理高于In4处理。Pearson相关分析显示,土壤Olsen-P和疏松吸附态磷库与有机碳含量和磷酸酶活性呈显著正相关,说明秸秆发酵物添加对土壤磷吸附性能的影响是In1处理提高土壤磷有效性的重要原因。【结论】南荻秸秆厌氧发酵物进行肥料化利用,可提高旱作红壤的磷肥有效性,含磷量高的发酵物的效果更好。因此,选择可浓缩秸秆磷的发酵菌剂,生产含磷量高的秸秆发酵物,是高效利用南荻秸秆资源的有效途径。

水位变化对南荻幼苗生长的影响

以洞庭湖优势植物南荻(Miscanthus lutarioriparius)为研究对象,探讨了三种水位[0 cm(对照组)、20 cm、40 cm]下,幼苗经40天淹水胁迫和40天退水恢复后(水位恢复到0 cm)的形态、生物量、可溶性糖及淀粉含量变化。结果表明,水位对南荻幼苗生长以及其生理特征有显著的影响。经淹水胁迫后,随着水位的升高,南荻采取静止生存策略,并呈现出株高、根长减小以及生物量和可溶性糖含量降低的趋势。经退水恢复后,仅20 cm低水位下根状茎生物量恢复至胁迫后的80.3%,其余水位下幼苗生长生理参数与胁迫后相比均有所升高。由此表明,40天的20 cm低水位淹水胁迫对南荻生长发育影响较小,而40 cm高水位胁迫会导致其生长受到严重抑制。本研究结果可揭示挺水植物南荻对洪水的适应性,为南荻恢复提供参考依据。

2014-2016年洞庭湖湿地南荻生态系统二氧化碳通量观测数据集

湖泊是陆地碳循环的活跃通道,具有可观的固碳潜力。洞庭湖作为我国第二大淡水湖泊,每年的水位波动变幅巨大(12–14 m),独特的水文情势对于洞庭湖碳水循环过程、控制机理及其环境变化影响的研究具有重大挑战和意义。南荻(Miscanthus sacchariflorus)在洞庭湖分布广泛,属多年生高大竹状草本植物,根状茎发达,固碳潜力大。本研究以洞庭湖南荻生态系统为研究对象,采用涡动相关(EC)系统,开展南荻生态系统碳通量长期定位观测。湖南洞庭湖湖泊湿地生态系统国家野外科学观测研究站(简称洞庭湖国家站)作为我国重要的通江湖泊湿地生态系统研究站,基于中国通量观测研究网络(ChinaFLUX)数据处理体系,整理了2014年6月到2016年12月洞庭湖南荻生态系统通量和常规气象数据,包括生态系统净碳交换量、生态系统呼吸、生态系统碳交换总量、潜热通量、显热通量、空气温度、空气相对湿度、水汽压、净辐射和土壤温度等指标,分为半小时、日、月和年4种时间尺度的数据文件。可为开展南荻生态系统碳水热时空动态的科学认知、物质和能量循环、全球固碳潜力的估算以及全球气候变化的响应与适应提供有力的数据基础。

南荻基质栽培秀珍菇配方试验

为探究以南荻为基质栽培秀珍菇的效果,试验以台秀1号为试验菌株,考察南荻基质含量(16%、32%、48%、64%、80%)对台秀1号菌丝生长速度、产量以及营养品质的影响。试验结果表明,栽培料中添加南荻基质,台秀1号菌丝生长比对照快,且菌丝浓密;配方(1)、配方(2)与对照(CK)的产量相当,配方(3)、配方(4)、配方(5)与对照产量差异显著。南荻32%,棉籽壳30%,杂木屑18%,麸皮15%,石灰1%,石膏1%,糖1%、玉米粉2%的配方(2)栽培秀珍菇的效果最好。

施用南荻生物炭对水稻养分利用特征的影响

为实现南荻秸秆炭化利用,缓解洞庭湖区因秸秆处置不当造成的环境压力,评估南荻生物炭农用增效潜力,本研究选用南方第四纪红土母质发育的红黄泥和花岗岩母质发育的麻砂泥水稻土,设置6个不同用量的南荻秸秆生物炭处理(质量比0、1%、2%、4%、6%和8%,0~20 cm土层),采用水稻盆栽试验,探究南荻秸秆生物炭不同施用量对两种类型土壤水稻养分利用特征的影响。结果表明,南荻秸秆生物炭不同施用量和土壤类型对水稻各器官及地上部干物质累积、养分吸收均有影响。与不添加生物炭相比,添加生物炭处理下的麻砂泥和红黄泥水稻地上部干质量分别提高了0.6%~18.6%和15.5%~42.4%;添加4%生物炭的麻砂泥水稻地上部氮、磷和钾养分累积量分别提高了8.6%、10.5%和82.5%,红黄泥水稻分别提高了33.8%、100.0%和125.3%;二次回归方程与肥炭耦合模型拟合表明,麻砂泥和红黄泥水稻氮素利用的生物炭适宜添加量分别为2.51%和4.80%,磷素利用的生物炭适宜添加量分别为4.33%和7.03%,钾素利用的生物炭适宜添加量分别为4.67%和4.81%。因此,施用南荻生物炭有利于促进水稻氮磷钾养分累积和生长,生物炭添加量与土壤条件是影响肥炭耦合效应的重要影响因素。

硬脂酸改性南荻纳米纤维素的制备与表征

超声波辅助稀酸法制备南荻纤维素纳米晶(NCC),因NCC附有大量羟基、羧基等亲水性官能团,为了提高其疏水性能和机械性能,加入一定量硬脂酸对NCC进行改性,经离心、无水乙醇洗涤后,置入55℃下鼓风干燥机中烘干48 h,即可得到硬脂酸改性的疏水NCC。采用X-射线衍射仪、场发射扫描电镜、傅里叶红外光谱和接触角分析仪对NCC的表面形貌和疏水性进行了表征。结果表明,NCC构成块状荷叶面结构,经硬脂酸表面改性后引入了憎水基团甲基,使其具备一定的疏水性能,在最优制备工艺条件下疏水角可高达到107.08°。

南荻同源四倍体的研究

南荻变种“突节荻”的幼穗、下胚轴产生的带绿芽点愈伤组织，置于０．０５％秋水仙碱的ＭＳ无激素培养基上处理２４－４８ｈ，经培养而诱变成交异试管苗。细胞学鉴定确定其染色体数目为２ｎ＝４ｘ＝７６（ｘ＝１９），花粉粒和气孔保卫细胞均增大，核仁数目增多。田间种植和测定，获得南荻同源四倍体新品系。该品系表现出生长势强，植株高大，茎粗、茎壁厚、节间长，产量高，而且纤维长，长宽比值大。

洞庭湖不同水位高程下南荻(Triarrhena lutarioriparia)种群分布格局及生长动态

通过野外不同水位高程固定样地多次调查,结合方差/均值比率法研究了不同水位高程下洞庭湖湿地南荻(Triarrhena lutarioriparia)种群分布格局及生长动态.结果表明:(1)低程区土壤含水量显著高于高程区;低程区土壤颗粒组成与高程区相比有显著差异,低程区土壤为黏砂壤土,高程区为粉砂土;低程区土壤总有机碳、全氮、铵态氮和pH值等与高程区相比无显著差异,而其硝态氮、有效磷、全钾和速效钾含量低于高程区,全磷含量却恰好相反.(2)调查期间,南荻的分布格局随着植物的生长由均匀分布逐渐变为聚集分布,低程区聚集强度更大;(3)南荻的生物量和高度均随时间增长而迅速增加,且低程区的总生物量和增长量均高于高程区;南荻的密度和基径随时间增长而增加,之后趋于平稳,且低程区均高于高程区.结果分析表明,水位高程差异引起的土壤含水量的显著变化可能是影响南荻分布格局和生长动态最重要的因素.因此,适度地调控水位、增加土壤水分含量可能是控制南荻群落扩张的重要措施.

南荻遗传转化系统的建立及转基因植株的获得

建立了南荻愈伤组织高频诱导与再生系统及其转化愈伤组织的筛选系统 ,并通过本研究所建立的基因枪转化系统 。

不同浓度生根粉浸泡南荻插茎对其存活及幼苗生长的影响

为了给南荻大规模繁殖和栽培提供理论依据,以南荻(Miscanthus lutarioriparius)茎秆为材料,通过5种不同浓度的生根粉溶液(0,25,50,100和200 mg·L^(-1))处理来研究生根粉对南荻扦插的存活率、生长速率以及幼苗生长的影响。研究结果表明:不同浓度生根粉溶液浸泡处理后,南荻茎秆扦插出苗率的变化范围为65.55%~70.00%,各处理浓度之间差异不显著;生根粉溶液对南荻苗初期的纵向生长具有一定的促进作用,高浓度的生根粉处理对苗前期和后期能起到一定的优势,各处理效果随时间不同而不同;南荻叶片的生长速率随时间和生根粉浓度的不同而有所变化,除了对茎粗没有显著影响外,生根粉对南荻茎秆扦插苗的生长速率、出叶率、地上与地下部干重、倒三叶长等都有一定的影响。总的来说,50 mg·L^(-1)处理的各项指标都呈最大值。

纤维型植物南荻的生物学及其应用研究进展

南荻(Triarrhena lutarioriparia L.Liu)是我国特有高产纤维素型多年生草本植物,其独特的生态适应性、广泛的用途及其生产开发潜力已引起相关行业的高度关注。概述了南荻的资源分布、生物学特性、繁育栽培及应用的研究现状,并对其纤维素资源的应用进行了展望。

低温和植物生长物质对南荻种子萌发的影响

以南荻种子为材料,设4℃低温处理(常温为CK)和GA3、IAA、6–BA和2,4–D 4种植物生长物质(各设4个质量浓度50、100、200、400 mg/L),均以清水为CK,处理南荻种子,测定南荻种子的发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数、根长以及芽长等指标。结果表明,与CK相比,4℃低温处理能显著提高南荻种子的发芽率、发芽势,极显著提高南荻种子的发芽指数、活力指数、根长,但芽长差异没有统计学意义;各质量浓度的GA3能显著或极显著提高发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数和芽长,其中100 mg/L GA3处理对南荻种子萌发的效果较好;除400 mg/L外,IAA各质量浓度均能提高发芽率、发芽势、活力指数和促进根的生长,其中以50 mg/L IAA处理对南荻种子的萌发效果较好;各质量浓度的6–BA处理能极显著提高南荻种子的发芽率、发芽指数,显著或极显著提高南荻种子的发芽势和促进芽的生长,极显著的降低南荻种子的活力指数和抑制根的生长;2,4–D对南荻种子发芽率、发芽势以及发芽指数的影响都随浓度的增加先升高后下降,各质量浓度的2,4–D可极显著降低南荻种子的活力指数和抑制根的生长,其中以200 mg/L 2,4–D处理对南荻种子萌发的效果较好。

荻和南荻杂交种F_1群体主要农艺性状的杂种优势、遗传及相关性分析

利用主要农艺性状上具有显著差异的荻和南荻为亲本,杂交得到种间杂交种F_1群体(232个单株)为试验材料,对荻和南荻杂交种茎节数、叶片长、叶宽、主茎长、花茎长、花序长、株高、基部茎径、平均单分蘖干重、最大分蘖干重、分蘖数和单株重等12个主要农艺性状的杂种优势进行了度量,采用主基因+多基因混合遗传模型对F_1杂交群体的12个主要农艺性状进行遗传和相关性分析。结果表明,在F_1分离群体中12个主要农艺性状呈连续的、单峰、偏态分布,说明这些性状为多基因控制的数量性状。除基部茎径外的其他11个农艺性状都有较大的中亲优势,其中单株重、平均单分蘖干重、花序长、主茎长、株高、最大分蘖干重具有显著的超高亲优势,说明杂种优势可以作为荻和南荻育种的主要方法。混合遗传分析表明,花茎长、最大茎重能检测到1对主基因,叶片宽、主茎长、株高、分蘖数、单茎均重、单株重能检测到2对主基因的存在,主基因遗传率大小顺序为叶片宽(87.76%)>单株重(81.48%)>单茎均重(65.12%)>分蘖数(59.20%)>主茎长(49.87%)>株高(48.01%)>花茎长(47.75%)>分蘖最大茎重(37.19%)。产量相关性状中的单株重、单茎均重和分蘖数具有较高的主基因遗传率,适合于早期世代选择。这12个农艺性状间存在一定的相关性,多数性状间的相关性为极显著的正相关,其中单株重与分蘖数、单茎均重、主茎长和株高的相关系数最大,在育种实践中可以利用相关性状进行间接选择。

采用SSR分子标记鉴定荻与南荻F1杂交种的真实性

选择来自芒属及近缘属的95对SSR引物对荻与南荻的F1杂交后代的真实性进行了鉴定。结果表明,共有6对SSR引物具有杂交种鉴别能力,其中,3对来自玉米,1对来自甘蔗,2对来自芒。选用特征带稳定清晰的2对双亲互补型引物对254个杂种后代单株进行检测,其中HAU-281鉴定出真杂交种250株,真杂种率为98.42%;HAU-438鉴定出真杂交种249株,真杂种率为98.03%,两引物检出率吻合度为99.60%。结果表明,SSR标记技术能有效应用于芒属种间杂种的真实性鉴定,为芒属植物杂交育种及遗传改良奠定了重要的基础。

不同氮素水平对营养生长期南荻植株光合特性的影响

为揭示南荻(Triarrhena lutarioriparia L.Liu)在不同氮素水平下的光合生理特性,本研究采用盆栽试验,比较了四倍体南荻在5种不同施氮水平处理下光合作用参数之间的差异。结果表明,在0～4 g/株氮素水平范围内,随着施氮量的增加,各处理净光合速率(Pn)、叶绿素含量随之增加。净光合速率较高的处理其植株的气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)也较高,而胞间二氧化碳浓度(Ci)较低。在施氮水平为4 g/株时,南荻叶片净光合速率和叶绿素含量达最大值,分别为24.47μmol/m2.s和3.64 mg/g。叶绿素含量与净光合速率呈显著正相关(r=0.892*)。不同施氮水平南荻植株光响应曲线不同,施氮可提高南荻暗呼吸速率(Rd)和光补偿点(LCP);在施氮为2 g/株和4 g/株处理时有较高的表观量子效率(AQY);在2～4 g/株氮素水平范围内,植株最大净光合速率较大。

5MeV电子加速器辐照对甲酸循环分离南荻木质纤维素的影响

研究5 MeV电子加速器辐照(吸收剂量400 kGy)对甲酸循环分离南荻纤维素、木质素和木糖的影响,并对南荻纤维素酶解效果和结构特征进行分析。结果表明:辐照组南荻经甲酸循环分离,纤维素平均纯度达81.13%,木质素和木糖回收率分别为28.68%和10.16%,均高于对照组样品;随着循环次数的增加,木糖浓度和木质素纯度升高,最终对照组和辐照组南荻木糖浓度分别为31.35 mg/mL和37.35 mg/mL,木质素纯度均超过90%。傅里叶变换红外光谱和X射线衍射分析表明,经甲酸分离的南荻纤维素发生甲酰化修饰,结晶度提高,同时,南荻甲酸纤维素酶解120 h转化率达到54.30%~57.47%,显著高于南荻原料。采用甲酸循环分离工艺能够有效分离南荻木质纤维素组分。

土壤含水量对南荻种子萌发及幼苗农艺性状的影响

探索土壤含水量对南荻种子萌发及幼苗农艺性状的影响。结果表明,土壤相对含水率为60%时,南荻种子发芽率、发芽速率以及幼苗株高、最长根长、叶面积指数、干物质积累量、出苗整齐度均优于其他处理,说明南荻种子萌发和苗期生长的土壤含水量应控制在土壤田间持水量的60%左右。

MlNAC2基因的克隆及其在南荻根部的表达模式

克隆南荻MINAC2基因的c DNA序列,该序列全长为933 bp,编码产物含310个氨基酸残基,其蛋白质理论相对分子质量为34 427.8,等电点(p I)为5.85,不稳定系数为34.84,为稳定蛋白,具有保守的NAM基序,无信号肽和跨膜结构域,可推测其为亲水性蛋白。亚细胞定位试验结果表明,Ml NAC2定位于细胞核,可能在细胞核内行使功能。转录激活试验结果表明,Ml NAC2是一个转录因子蛋白,且转录激活域位于C端。荧光实时定量PCR分析结果表明,高盐、干旱、脱落酸、茉莉酸甲酯和机械伤害均能诱导Ml NAC2基因在南荻根部的表达上调,而低温处理时表达下调。