美国能源草柳枝稷的研究进展

柳枝稷（Panicum virgatum）是美国本土植物,因为适应性广、耐贫瘠、产量高、多年生和易于管理等特性被美国能源部和农业部作为纤维素乙醇转化模式植物。在过去30余年里,美国在柳枝稷种质收集、遗传育种、栽培、管理、收获等方面进行了大量的研究,取得了不少成果,以提高产量为主要目标培育了数十个柳枝稷的品种,围绕提高产量和抗逆性的品种改良研究正在深入开展。柳枝稷具有较高的能量转化效率和经济效益,在环保效益表现尤为突出。通过继续提高柳枝稷的产量,科学规划组织生产,创新能源转化加工工艺,柳枝稷转化能源可以在不久的将来实现产业化生产。从遗传选育、栽培管理、转化效益和效率等方面综述了美国柳枝稷的研究进展。     

我国柳枝稷规模化种植现状与前景

柳枝稷是国际上公认的最适合作为生物燃料的能源植物。我国目前柳枝稷的种植规模不大,处于引种的初级阶段。柳枝稷引种主要集中在我国北方,南方尚未见报道。本研究简要叙述了我国柳枝稷引种历史和种植现状;根据近年来引种柳枝稷出现的问题,分析阐述了柳枝稷种植过程中的技术问题,以及我国柳枝稷种植的前景。作为一种有效的水土保持植物、优质牧草,能够在废弃的工矿地、盐碱地和不适宜农作物种植的地区种植的第二代能源植物,柳枝稷在我国有着广泛种植前景,需要政府-企业-农户有机的结合,有计划的引种种植。     

自然盐碱胁迫对柳枝稷生物质生产和燃料品质的影响

在自然盐碱地条件下,研究了不同程度盐碱胁迫对柳枝稷生物质产量和品质的影响。结果表明：随着盐碱胁迫程度加重,柳枝稷成活率、株高、单株分蘖数和生物质产量、品质显著降低,盐碱胁迫程度对柳枝稷越冬率无显著影响。柳枝稷可在盐碱地环境下生长,成活率达85%以上,越冬率达96%以上,轻度和中度盐碱地柳枝稷的生长状况较好,产量最高达到14.3t/hm2。盐碱胁迫增加了柳枝稷生物质中的灰分与木质素含量,降低了生物质热值、纤维素和半纤维素含量,在一定程度上降低了柳枝稷生物质的品质。     

氮肥对库布齐沙地柳枝稷目标产量的影响

柳枝稷是一种生物量高、防风固沙效果好,具有良好发展前景的草本能源植物。为了将暖季型的柳枝稷引种到库布齐沙地,以柳枝稷品种“BL-1”为试验材料,研究了库布齐沙地柳枝稷目标产量(生物量、粗蛋白产量、中性洗涤纤维产量、酸性洗涤纤维产量)对施用尿素和硫酸铵两种氮肥的响应。硫酸铵和尿素各设置4个施氮水平0、75、150和225 kg/hm2,每个处理设置3个重复,分别于苗期、分蘖期和拔节期施入各试验小区,施入量分别为施氮量的1/5、2/5和2/5。在柳枝稷的拔节期、孕穗期、初花期分别测定其株高、茎粗、叶面积、地上生物量。结果表明:硫酸铵和尿素的施用均可以显著提高柳枝稷的产量,施用硫酸铵后,柳枝稷的产量随着施氮量的增加而呈现逐渐增加的趋势;施用尿素后,柳枝稷的产量随着施氮量的增加出现先升高后降低的动态趋势,且产量最高点出现在施氮量为150 kg/hm2时。在施氮量为75和150 kg/hm2时硫酸铵和尿素两种肥料对柳枝稷的产量的增加程度差异不显著;在施氮量为225 kg/hm2时,硫酸铵对柳枝稷的产量提高程度显著高于尿素。柳枝稷个体大小与叶面积是影响柳枝稷产量的重要因素,氮肥的施用对于柳枝稷生长的促进作用在拔节期最明显;对于柳枝稷叶面积的促进作用在孕穗期最明显;对于柳枝稷增产的促进作用在初花期最明显。硫酸铵相较于尿素更有利于促进柳枝稷的增产。      

自然盐碱胁迫对柳枝稷生物质生产和燃料品质的影响

在自然盐碱地条件下,研究了不同程度盐碱胁迫对柳枝稷生物质产量和品质的影响.结果表明:随着盐碱胁迫程度加重,柳枝稷成活率、株高、单株分蘖数和生物质产量、品质显著降低,盐碱胁迫程度对柳枝稷越冬率无显著影响.柳枝稷可在盐碱地环境下生长,成活率达85％以上,越冬率达96％以上,轻度和中度盐碱地柳枝稷的生长状况较好,产量最高达到14.3 t/hm2.盐碱胁迫增加了柳枝稷生物质中的灰分与木质素含量,降低了生物质热值、纤维素和半纤维素含量,在一定程度上降低了柳枝稷生物质的品质.     

柳枝稷研究进展

随着全球化石燃料储量的急剧减少。柳枝稷作为C4型暖季型观赏草,用于开发生物质能方面,一直被人们看好。其在草业、园林领域也具发展潜力。结合目前国内外柳枝稷的研究应用现状进行综述性地介绍,并从柳枝稷的能源利用、观赏价值、饲料供应3个方面进行了系统阐述,最后对未来国内柳枝稷的发展提出若干建议,以期为柳枝稷的应用提供参考。     

施氮量对柳枝稷生物质产量和水肥利用特性的影响

在黄土高原半干旱地区,以能源作物柳枝稷为材料,通过田间试验,研究不同施氮量(0、60、120和240kg/hm2)对柳枝稷生物质生产和水氮利用效率的影响。结果表明:施氮显著提高柳枝稷生物质产量,当施氮量为120kg/hm2时柳枝稷生物质产量最高;施氮显著增加柳枝稷耗水量,在一定程度上降低土壤含水量,但显著提高水分利用效率;施氮显著提高柳枝稷生物质中氮质量分数和吸氮量,但施氮量超过120kg/hm2后,继续增加施氮量则不能显著增加植株对氮素的吸收积累;柳枝稷氮肥利用效率随氮肥用量增加而降低。可见,施氮量60~120kg/hm2既能保证柳枝稷较高的生物质产量,又能保证较高的水分利用效率和氮肥利用效率。     

柳枝稷研究进展

随着全球化石燃料储量的急剧减少。柳枝稷作为C4型暖季型观赏草,用于开发生物质能方面,一直被人们看好。其在草业、园林领域也具发展潜力。结合目前国内外柳枝稷的研究应用现状进行综述性地介绍,并从柳枝稷的能源利用、观赏价值、饲料供应3个方面进行了系统阐述,最后对未来国内柳枝稷的发展提出若干建议,以期为柳枝稷的应用提供参考。     

收获时间对黄土高原柳枝稷生物质产量与燃料品质的影响

为探明黄土高原半干旱地区柳枝稷生物质产量和燃料品质随收获时间的变化规律,确定适宜的收获时间,在甘肃省庆阳市进行田间试验,研究收获时间对柳枝稷生物质产量与燃料品质的影响。结果表明：1）随收获时间的推迟,柳枝稷生物质产量呈下降趋势,且叶片所占比例逐渐降低,说明产量损失主要是叶片脱落。2）柳枝稷生物质热值总体上呈降低趋势,开花期热值显著高于其他时期;延迟收获显著降低了柳枝稷生物质含水量和灰分含量;随收获时间推迟,柳枝稷茎叶纤维素、木质素含量提高,半纤维素含量降低;枯亡期之后柳枝稷生物质中K、Mg、Na、Cl等不利于燃烧的矿质元素含量显著降低,生物质的燃料品质提高。3）在柳枝稷能源生产模式下,生育季节末期柳枝稷地上部衰亡后收获生物质燃料品质较好。     

黄河三角洲盐碱地柳枝稷育苗栽培技术初探

为了开发利用黄河三角洲盐碱地和丰富该地区的牧草种质资源,本研究在黄河三角洲盐碱地开展了柳枝稷引种试验,对柳枝稷在该地区的育苗、田间移栽和后期管护等进行了详细阐述.结果表明,柳枝稷育苗出苗率高,苗期移栽成活率高,均达到90％以上;2年试验过程中,柳枝稷鲜草和种子产量最高分别达到7350 kg/hm2和203 kg/hm2,表明柳枝稷产量高,耐寒、耐盐碱能力较强,可在黄河三角洲盐碱地规模化种植推广.     

能源植物柳枝稷功能基因改良研究进展

柳枝稷 Panicum virgatum被认为是一种具有巨大发展潜力的生物质能源作物,逐渐成为能源植物研究较为理想的模式植物,应用基因工程对柳枝稷进行基因改良,选育出适宜作为能源植物开发的品种是提高柳枝稷功能的重要技术手段。本文从改变植物形态、增加生物量,降低木质素含量、提高糖化效率以及提高生物胁迫耐受性等3个方面分析柳枝稷相关的基因功能研究,阐述可利用的相应基因工程手段,以期为更好地培育、开发能源植物柳枝稷新品种提供参考。     

不同贮藏温度对柳枝稷种子萌发的影响

为了进一步探究柳枝稷种子休眠的原因,提高柳枝稷种子的发芽率,降低其大规模种植的难度,采用不同贮藏温度组合处理柳枝稷种子,通过比较相同温度条件下的发芽率、发芽势和发芽指数,解析不同贮藏温度对柳枝稷种子休眠破除的效果。结果表明,柳枝稷种子发芽需要一定的积温,若前期贮藏温度为25℃,则贮藏时间为90~120d对种子休眠的破除效果较好;若前期贮藏温度为30℃,则贮藏时间为75~105d对种子破除的效果较好。可见,柳枝稷种子不仅存在生理后熟,还存在形态后熟,这也可能是导致其深度休眠的重要原因。     

碳酸盐胁迫对柳枝稷种子萌发及幼苗生长的影响

[目的]研究碳酸盐逆境对柳枝稷种子萌发及幼苗生长的影响。[方法]选用Na_2CO_3及NaHCO_3两种碳酸盐对柳枝稷种子进行胁迫处理,胁迫浓度分别为0、5、7、10、12、15mM。[结果]不同浓度Na_2CO_3及NaHCO_3均对柳枝稷种子萌发表现出抑制作用,种子发芽率显著降低,Na_2CO_3对种子发芽的胁迫作用强于NaHCO_3,随着碳酸盐浓度的增加相对碱害率上升,15d后相对碱害率趋同,说明柳枝稷受碳酸盐胁迫影响,随着发芽时间的推迟,抑制作用得到缓解。[结论]柳枝稷对碳酸盐逆境具有一定耐受性,研究结果可为柳枝稷东北盐碱地区引种奠定基础。     

柳枝稷对3种杂草种子的化感作用

探明柳枝稷对常见杂草的化感效应,为杂草的生物防治提供参考。利用柳枝稷成熟期根、茎提取液处理牛筋草、反枝苋及狗尾草的种子,以种子发芽率为种子萌发的参数,以胚根、胚芽长度变化为幼苗的生长参数,研究柳枝稷对3种杂草种子发芽及幼苗生长的化感作用。结果表明:柳枝稷对3种杂草具有化感作用,高浓度柳枝稷根、茎提取液对3种杂草种子萌发以及幼苗芽和根的生长具有一定的抑制作用;而低浓度的柳枝稷根、茎提取液对3种杂草种子萌发以及幼苗芽、根生长具有一定的促进作用。经LC-MS检测,柳枝稷含芦丁、槲皮素-3-O-鼠李糖苷以及槲皮素-3-O-葡萄糖苷3种化感物质。     

半干旱黄土丘陵沟壑区引种能源植物柳枝稷生态适宜性分析

为进一步认识半干旱黄土丘陵淘壑区引种能源植物柳枝稷生态效益的实现和生物质生产的可持续性,通过多尺度、多因素的土壤养分和水分供求关系格局识别,对引种柳枝稷的生态适宜性进行了初步分析。研究发现,山地柳枝稷自然维持状态下,无论生产还是生态效益的发挥,都处于一种极其低效的水平。柳枝稷水土保持机制主要体现在土体固持和地表径流拦蓄方面,但是对表土的直接保护能力较差。相对于当地主要植被类型,山地柳枝稷并未体现出土壤水分和养分供给与利用上的引种生物特殊性,景现物理性因素主导着当前山地植被-水土关系过程。土壤表层速效氮含量可能是制约山地柳枝稷生产和生态效益发挥的关键因素。通过生长节律的适应,白羊草在山地表现出更为安全、高效的生物质生产属性。立足水土保持效益的充分发挥,通过种植制度和利用方式的优化,保证限制性资源的利用和储蓄平衡,稳定复合生产群体布局,有可能实现柳枝稷生态和生产效益的兼顾。     

柳枝稷成熟胚愈伤组织诱导的影响因素

为优化柳枝稷愈伤组织诱导培养条件,以柳枝稷成熟胚为外植体,通过正交设计,研究基因型、2,4-D、6-BA、基本培养基、碳源和pH等因素对柳枝稷成熟胚愈伤组织诱导的影响。结果表明,6种因素中,2,4-D对柳枝稷成熟胚愈伤组织诱导的胚性愈伤率影响最大,6-BA次之,再次为基本培养基,而基因型、碳源和pH对胚性愈伤率影响较小。柳枝稷成熟胚愈伤组织诱导的最佳培养基组合为2,4-D 5 mg/L,6-BA0.2mg/L,基本培养基B5或MS或N6以及基因型西稷3号。柳枝稷成熟胚愈伤组织诱导的胚性愈伤率与出愈率、愈伤组织鲜质量和干质量均呈显著正相关关系,出愈率与愈伤组织干质量和愈伤组织鲜质量无显著相关性。     

煤炭腐植酸对能源草柳枝稷耐盐性的促进作用

试验就煤炭腐植酸对盐胁迫下能源草柳枝稷耐盐性的促进作用进行了研究。第1天取样后喷施腐植酸,并施用不同浓度梯度氯化钠溶液处理柳枝稷,3 d后氯化钠溶液浓度达最大值,第7天取样分析试验结果。结果表明,腐植酸处理对柳枝稷的耐盐性有促进作用,可以降低盐胁迫下柳枝稷叶片相对含水量、净光合速率、气孔导度、蒸腾速率和叶绿素含量的减少,还可以降低叶片电解质外渗的增加;腐植酸处理可以增加强盐胁迫下柳枝稷叶片超氧化物歧化酶、抗坏血酸过氧化物酶和过氧化氢酶的活性。试验表明,施用0.2%的腐植酸处理可以适当增强柳枝稷的耐盐性,处理后叶片相对含水量为73.9%、光合速率为13.536μmol/(m2·s)、蒸腾速率为0.128 g/(m2·h)、叶绿素含量为20 mg/g、超氧化物歧化酶活性为5.143 U,为试验中最适宜的腐植酸浓度。     

引种牧草柳枝稷对生菜化感作用初探

以4种高地品种柳枝稷(Panicum virgatumL.)Pathfinder、Forestberg、Nebraska 28、Dakota为研究材料,采用室内皿培的生物测试方法,利用甲醇和蒸馏水浸提柳枝稷根系和地上部,通过分析浸提液对受体生菜种子胚根、胚芽长及发芽率的影响来鉴定柳枝稷化感潜势。结果表明,4种供试柳枝稷中Nebraska 28对生菜化感最强,而Pathfinder化感作用最弱,Forestberg与Dakota差异不明显;Pathfinder与其他3种柳枝稷不同,根系化感作用强于地上部;浸提液经过稀释后其甲醇浸提液化感作用强于蒸馏水浸提液;高质量浓度浸提液对生菜胚根生长影响较大,而低质量浓度对胚芽的化感作用较大。     

不同播期对柳枝稷生长特性及越冬性的影响

柳枝稷是国际上公认的最适合作为生物燃料的能源植物,但目前我国的种植规模还处于初级阶段。本试验采用完全随机区组设计,探究了不同播期对柳枝稷出苗率、生长发育、越冬率和产草量的影响。结果表明,柳枝稷的全生育期随着播期的推迟呈逐渐缩短的趋势;5月26日之前播种的柳枝稷干物质积累量及产量均最大;越冬率随着播期的推迟呈降低趋势,7月10日以后播种,越冬率显著降低甚至为零。综合分析表明,柳枝稷在吉林省西部的适宜播期为5月11日-6月25日,最佳播期为5月26日左右。     

半干旱黄土丘陵沟壑区引种能源植物柳枝稷生态适宜性分析

为进一步认识半干旱黄土丘陵沟壑区引种能源植物柳枝稷生态效益的实现和生物质生产的可持续性,通过多尺度、多因素的土壤养分和水分供求关系格局识别,对引种柳枝稷的生态适宜性进行了初步分析,研究发现,山地柳枝稷自然维持状态下,无论生产还是生态效益的发挥,都处于一种极其低效的水平,柳枝稷水土保持机制主要体现在土体固持和地表径流拦蓄方面,但是对表土的直接保护能力较差.相对于当地主要植被类型,山地柳枝稷并未体现出土壤水分和养分供给与利用上的引种生物特殊性,景观物理性因素主导着当前山地植被-水土关系过程.土壤表层速效氮含量可能是制约山地柳枝稷生产和生态效益发挥的关键因素.通过生长节律的适应,白羊草在山地表现出更为安全、高效的生物质生产属性,立足水土保持效益的充分发挥,通过种植制度和利用方式的优化,保证限制性资源的利用和储蓄平衡,稳定复合生产群体布局,有可能实现柳枝稷生态和生产效益的兼顾.