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。

芒属植物对3种杂草种子萌发与幼苗生长的化感效应研究

为了探究芒属植物(Miscanthus spp.)的化感效应和作用规律,本试验采用室内生物学测定方法,研究南荻(Miscanthus lutarioriparius)、芒(Miscanthus sinensis)、五节芒(Miscanthus floridulus)、奇岗(Miscanthus×giganteus)不同部位(根、茎、叶)浸提液对青葙(Celosia argentea)、苋(Amaranthus tricolor)、稗(Echinochloa crusgalli)3种杂草种子的萌发与幼苗生长的影响。结果表明:不同种芒草根、茎、叶浸提液对3种杂草发芽率、发芽指数、胚轴长、胚根长、幼苗干重具有显著的化感作用(P<0.05),且3种杂草之间存在一定的差异,不同种芒草浸提液对青葙、稗的化感效应整体表现为促进作用,而南荻浸提液对苋表现为抑制作用;不同芒草浸提液对3种杂草化感效应表现为芒>五节芒>奇岗>南荻;芒草不同部位浸提液间的化感效应不同,表现为根浸提液>叶浸提液>茎浸提液。结合种子萌发与幼苗生长的综合化感指数,3种受试植物对不同芒草不同部位化感作用的敏感程度为青葙>稗>苋。

芦竹生长及生理特性对淹水胁迫的响应

通过分析陆生和淹水环境对不同芦竹基因型生长和生理特性的影响,以期筛选获得一批适应洞庭湖湿地季节性干湿交替生境的优良种质,为退化湿地的修复提供材料支撑。以来源不同的3份芦竹种质为材料,设置淹水处理和陆生对照处理,观察分析不同基因型间在植株表型、光合特征指标(光合速率和蒸腾速率)及生理指标(超氧化物歧化酶、脯氨酸、丙二醛)上的差异。研究显示,芦竹是一种喜水的两栖植物类型,既可以适应陆生环境,也可以适应长期(>4个月)淹水环境。相较于陆生环境,淹水可以促进芦竹植株的生长。在供试的3个芦竹基因型中,来自新西兰的G1基因型在淹水与陆生环境下均表现最好。较强的蒸腾速率和较高的SOD活性是保证G1基因型表现最为优异的支撑。研究明确了芦竹用于洞庭湖退杨还湿地及退化湿地恢复修复的可行性,并筛选得到了优异种质,为洞庭湖退化湿地修复提供了理论及材料支撑。

近红外光谱技术在木质纤维素定性定量分析中的应用

采用传统化学方法对生物质的木质纤维素成分进行分析费时费力,且不能提供生物质的内部结构信息,难以应用于实际的工业生产,近红外光谱技术为木质纤维素成分分析提供了新途径。综述了国内外利用近红外技术进行木质纤维素定性定量分析的研究进展及应用。比较了主要建模样品选择方法的优劣,阐述了人工智能算法结合近红外光谱技术的应用和发展,随着近红外技术的不断发展,它必然会带动能源业、工业、饲料业、造纸业等产业的发展。

洞庭湖“芦苇”产业发展面临的困境及对策分析

洞庭湖作为长江流域重要湖泊,对维系其生态健康发挥了重要功能,其中主要贡献者是“芦苇荡”。这些“芦苇”种群由90%南荻(Miscanthus lutarioriparius)和10%芦苇(Phragmites communis)构成,同时发挥了重要的生态和经济功能(以造纸业为主)。近年来,在“生态文明建设”的新时代背景下,现有的“芦苇”造纸产业因污染问题被全面清退,造成了一系列社会、环境问题。为了促进洞庭湖“芦苇”产业的可持续发展,系统阐述了洞庭湖“芦苇”群落的特征与功能,总结了“芦苇”产业的发展过程及其现状,系统分析了“芦苇”弃收带来的风险,综述了“芦苇”产业发展需要解决的问题。从技术和管理层面对破除“芦苇”保护与利用困境提出了对策及建议,为破解洞庭湖“芦苇”产业发展面临的困境提供了方向指引。

施氮对贫瘠红壤定植芒草根际土有机碳矿化过程的影响

为了探究不同施氮量对长期定植芒属植物后酸性红壤中固定的土壤有机碳矿化过程的影响,本研究以长期定植芒草的根际红壤为试验材料,采用控制变量法开展土壤有机碳矿化培养试验。结果表明:施氮极显著降低了土壤有机碳矿化量,随着施氮量的升高而降低,呈现极显著的负激发效应(P<0.001)。与不施氮相比,低氮与高氮处理下土壤有机碳矿化速率在培养后第60天分别降低了35.47%和45.43%,土壤有机碳累积矿化量分别降低了19.04%和27.85%。随着施氮量的增加,土壤pH值、可溶性有机碳、微生物代谢熵呈现下降趋势,减幅分别达10.46%~14.07%,63.00%~68.36%,38.21%~46.44%;土壤微生物生物量、微生物生物量氮和铵态氮在低氮处理下最高,分别为272.62 mg·kg^(-1),42.59 mg·kg^(-1)和33.14 mg·kg^(-1)。本研究发现,高水平施氮会降低土壤pH值、可溶性有机碳,从而抑制红壤有机碳矿化过程,进一步稳定芒属植物种植对酸性红壤有机碳的积累效应。

南荻MlNAC2基因差异表达与耐盐生理响应的相关性分析

为探究南荻(Miscanthus lutarioriparius)耐盐生理及其与基因表达的相关性,采用0%,0.2%,0.5%,0.8%浓度的NaCl处理奇岗和不同基因型南荻,测量NaCl溶液胁迫下的MlNAC2基因相对表达量和6个耐盐指标,并对二者之间的相关性进行分析。结果显示,南荻MlNAC2基因的表达量变化在不同材料之间差异较大,L2,L6,L9,P1出现10倍以上增加,而L1,L5,L8,L10变化量都在3倍以内。生理指标中叶绿素含量、净光合速率、气孔导度、脯氨酸与无胁迫对照相比均差异显著;丙二醛、超氧化物歧化酶在部分材料中与对照相比无显著差异。相关性分析表明,与MlNAC2基因的表达量变化最相关的生理指标是一系列光合作用相关因子:叶绿素含量、净光合速率、气孔导度。本研究结果可为探究南荻耐盐生理响应与分子机理层面的相互关系提供借鉴。