能源植物柳枝稷介绍
生物能源植物柳枝稷简介
生物能源植物柳枝稷简介
胡松梅;龚泽修;蒋道松
【期刊名称】《草业科学》
【年(卷),期】2008(025)006
【摘要】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2m,最高产量可达74t/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.
【总页数】5页(P29-33)
【作者】胡松梅;龚泽修;蒋道松
【作者单位】湖南农业大学生物科学技术学院,湖南,长沙,410128;湖南娄底职业技术学院,湖南,娄底,417000;湖南农业大学生物科学技术学院,湖南,长沙,410128【正文语种】中文
【中图分类】S567.23
【相关文献】
1.能源植物柳枝稷功能基因改良研究进展 [J], 戴志聪;祁珊珊;黄萍;杨冉;杨淞惠;庄义庆;杜道林
2.不同水分梯度下能源植物芒草和柳枝稷生物量分配规律 [J], 王银柱;王冬;刘玉;匡彦蓓;武高林
3.能源植物柳枝稷抗逆性研究进展 [J], 杨淞惠;黄萍;杨冉;祁珊珊;李欣欣;杜道林
4.能源植物柳枝稷基因工程研究进展 [J], 曹慧颖;张立军;阮燕晔;张敖;董小妹;张馨悦
5.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 [J], 林长松;程序;杨新国
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柳枝稷“京稷31”八倍体诱导及其表型与生理 分析
柳枝稷于 20 世纪 80 年代被引入我国，并在北京、宁夏、山西、陕西等地开展了生态适应性、生态 功能、生物产量与品质等发面的研究，发现该植物不仅生物产量高，而且能够改良土壤，增加土壤有机 碳含量，减少坡地水土及土壤养分流失，吸收二氧化硫和滞降粉尘等生态效益[6] [7] [8] [9]。此外，柳枝 稷作为观赏草在北京地区构建节约型园林建设中也得到了研究和利用，在园林景观中有多种应用方式， 如作地表覆盖植物、作边界屏障，或与其他花卉组合成花境，可以营造出自然、优美的园林景观。在我 国北方地区表现出了良好的开发利用前景[10] [11]。
柳枝稷的研究现状及其在云南的研究前景分析
的研究 和发 展提 供依据 。
１ 柳 枝 稷 的 优 良特 性 １ ． １ 生 物 学特 征
柳枝 稷 ｆ Ｐ ￣ ｍｉ ｃ ｕ ｍ ｖ ｉ ｒ ｇ ￣ｕ ｍ ）， 属 于 禾 本 科
收稿 日期 ：２ ０ １ ３ — ０ ７ — ２ ５
力 ，能 够用 于生产能 源 ，因此 ，我 国于 ２ ０世纪 ８ ０年
生 物 柴 油 、生物 燃 料 。乙醇 与 生 物 柴油 可 作 为燃 料 以及 重 要 的化 工 原 料 。因此 ，乙 醇在 以石 油 为 基础 的经 济 向以 生物 质 能 源 为基 础 的 可持 续 经 济 和 环境 友好 经 济 的转 变 中意义 重大 。 牧 草 植 物 是最 易获 得 生产 力 高 、储 量 丰 富 的木 质 纤维 素 生物 质能 源之 一， 而 柳枝 稷作 为牧 草 中受关
其 植 株体 内 的木 质 素减 少 了 １ ／ ８ ，增加 了发 酵 效 率 。 这 种 柳 枝稷 通 过 发 酵 生产 的 乙醇 产量 较 普 通 种 的高 出３ ３ ％ 转 基 因 品 系发 酵 时 需 要 的 预 处 理 温 度 更
低 ．发 酵 相 同数 量 的 乙醇 只需 非 改 良 的柳 枝 稷
电外 ，柳 枝 稷 也 可作 为热 化 学处 理 的原 材 料 ，通 过
对 云南 地 区 发展 能 源 作 物特 别 是 柳枝 稷 这 种 优 质 能 源牧 草 的 文 章却 鲜 见 。本 文 旨在 介 绍柳 枝 稷 的研 究
现 状 、优 良特性 和 研 究 前景 ，为 云 南后 续 对 柳 枝 稷
高地 型 两种 生 态 型 。柳 枝稷 生 长 迅 速 ，有 极 好 的
重金柳枝稷在西安地区的观赏性与抗旱性初探
重金柳枝稷在西安地区的观赏性与抗旱性初探作者：李乐阎雪健张帆原雅玲来源：《西北园艺·蔬菜》2024年第04期摘要在观赏草类群中，多数种类株形较为松散，时间愈久愈不能保持挺拔的景观效果，这对园林布景来说是一个需要解决的问题。
而在众多观赏草中，重金柳枝稷可以在多年生长中依然保持挺拔的株形，且同时具有耐旱、观赏期长的特点。
运用重金柳枝稷在秦草沣西种业基地进行根系对比、高温干旱胁迫下表现记录、耐旱性对比的耐旱性试验和记录不同分蘖情况对其成活率、盛穗期、繁殖系数的影响的适应性试验，结果发现重金柳枝稷在各项对比中都有良好的表现，值得在西安地区推广使用。
关键词重金柳枝稷;观赏性;抗旱性;分芽繁殖【项目资助】：西安市科技局项目“观赏草收集与抗旱、抗寒品种筛选研究”（22NYYF010）。
李乐，阎雪健，张帆，原雅玲，陕西秦草自然生态科技有限公司，邮编710038（西安）。
收稿日期：2024-01-26*通讯作者：原雅玲（E-mail：****************）重金柳枝稷（Panicum virgatum L. Heavy Metal），禾本科黍属多年生草本植物，C4能源植物，原产北美，被美国能源部列为能源植物研究的模式植物。
其观赏期长，观赏价值高，品种优势强，秋季整丛呈金黄色竖线条，观感佳，季相明显，适应性强、繁殖简单。
重金柳枝稷和常见柳枝稷的叶色、花穗颜色和枝干质地均有一定区别。
重金柳枝稷叶色偏藍色，柳枝稷偏绿色;重金柳枝稷的花穗颜色为灰白死色，柳枝稷为紫红色;重金柳枝稷的枝干更粗更硬，株形更挺更直立，柳枝稷枝干相对较细软，株形较为松散。
1 生物学特性重金柳枝稷根深且须根发达，株高1～1.2 m，茎秆纤细紧凑直立，狭叶剑形，蓝绿色，花穗期7—11月，耐旱，耐-20 ℃的低温，耐排水不良、耐盐碱土壤。
可种植在湿地、林地公园、岩石园，也可盆栽观赏。
2 观赏性2.1 叶片颜色重金柳枝稷的叶色为蓝绿色，相比常见的绿色叶片植物，有别具一格的观赏效果。
能源植物柳枝稷功能基因改良研究进展
能源植物柳枝稷功能基因改良研究进展戴志聪;祁珊珊;黄萍;杨冉;杨淞惠;庄义庆;杜道林【摘要】An energy crop with a tremendous potential ,Switchgrass (Panicum virgatum) ,has been gradually used as a model plant for the related research .Recently ,genetic methods were applied to select the genotypes with high biomass ,low lignin ,high ethanol conversion rate and resistance in order to improve its applications in the are a of biological energy .The present paper attempted to provide relevant references for the future development on the breeding of switchgrass . The functional genes that might be applicable for the enhancement of the biomass production ,the saccharification efficiency ,and/or the resistance to stresses ,as well as related genetic methods are included .%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。
【国家自然科学基金】_柳枝稷_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140731
推荐指数 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2010年 序号 1 2 3 4 5
科研热词 黄土丘陵区 营养元素 土壤有机碳 养分特征 人工草地
推荐指数 1 1 1 1 1
2011年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8
2011年 科研热词 根际 黄土丘陵区 非根际 微生物量 微团聚体 土壤酶 分形维数 不同植被 推荐指数 2 1 1 1 1 1 1 1
2012年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26
科研热词 柳枝稷 质量配比 行距 菌液浓度 能源植物 相关性 生物质产量 生物质 燃烧特性 燃料品质 煤 浸种 正交设计 收获时间 成熟胚 愈伤组织 幼穗 土壤有机碳 土壤微生物量碳 土壤储水量 升温速率 分解率 农杆菌 再生体系 光合速率 人工穗芽
推荐指数 6 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2013年 序号 1 2 3 4
科研热词 遗传多样性 种质资源 柳枝稷 is 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
2014年 科研热词 柳枝稷 非生物胁迫 遗传多样性 裂解膜 组织 生长发育 潮霉素抗性愈伤 植株再生 愈伤诱导 干旱胁迫 实时荧光定量pcr 复水 基因枪转化法 分蘖期 再生植株 内参基因 scot 推荐指数 5 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2008年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8
科研热词 黄土丘陵沟壑区 能源植物 生态功能 径流 多年生禾草 坡面尺度 土地利用格局 产能效益
四季异景—重金属柳枝稷
四季异景—重金属柳枝稷
在前几篇文章中小编有穿插介绍过重金属柳枝稷，这期小编为大家专篇介绍下重金属柳枝稷。
方便大家在景观上的运用。
重金属柳枝稷为多年生丛生型禾草，根深，株高100~120CM。
茎秆纤细直立，狭叶剑形，蓝绿色。
穗期8—11月。
耐旱，耐-20度的低温，耐排水不良的土壤，耐盐碱，此外这个品种对重金属土壤具有一定的修复能力哦~
夏秋盛放直立雾状花穗，如繁星一般甚是好看，观赏价值极高。
主要作为园林景观中点缀植物，可单株种植、片植或盆栽观赏效果理想。
亦可用于花坛、花境、岩石园。
可做假山湖边的背景材料。
可用作庭院围篱或大草坪中或河边路边的孤景障景。
花境配置在中背景位置，秋季整棵呈现出金黄色的竖线条感，季相明显，品种优势强。
冬季虽枯黄但也不会倒伏仍挺立于大地上为冬季带来别样的景致。
因重金属柳枝稷是多年生禾草，在翌年三四月份进行修剪后，可重新萌发。
感谢看官在百忙之中点开小编的文章阅读，小编倍感荣欣
基地重金属柳枝稷量大，看中的可在下方留言哦~
我们以谦逊的态度，竭诚为您服务，欢迎随时与我们联系。
柳枝稷的生物学研究现状及其生物能源转化前景
收稿日期:2007-03-04作者简介:吴斌,男(1983-)硕士生。
E -mail:wba020827@ 基金项目:国家自然科学基金:30571031,30521004;湖北省自然科学基金(2005ABA097)。
3通讯作者:E -mail:ljli@whu .edu .cn柳枝稷的生物学研究现状及其生物能源转化前景吴 斌, 胡 勇, 马 璐, 李立家3(武汉大学生命科学学院植物发育生物学教育部重点实验室武汉430072)摘要:柳枝稷(Panicum virgatum ,L.)是起源于北美的一种热带草原高秆草,具有优良的草料特性和水土保持功能。
因其有很大的能源利用前景,而目前全球能源紧缺,因此全世界范围内已有许多国家把研究柳枝稷转化生物能源这一利国利民的项目提到议事日程,展开了全方位的研究。
这篇论文综述了柳枝稷的生物学研究现状以及其生物能源转化前景。
关键词:柳枝稷;生物学特性;生物能源;转化中图分类号:Q943文献标识码:A文章编号:1006-8376(2007)02-0008-03 随着经济的发展,人类对石油天然气等能源的需求越来越大。
近年来国际石油价格直线上涨,促使发达国家加快了对替代能源的研究[1]。
石油进口量和进口依存度的迅速攀升给我国石油安全带来了日益严重的影响;我国的石油安全问题也引起了一些国家的顾虑。
利用生物能源作物生产燃料是一个开创性的理念,国际上对此已进行了十几年的研究,并筛选出了一系列的优势作物,比如木本植物杂交白杨,柳树和枫树。
但草本植物柳枝稷的优势尤为突出,下面我们将从生物学特性,市场转化前景等方面加以讨论。
1 柳枝稷的生物学基础研究柳枝稷(Panicum virga tum ,L.)是北美本土热带草原高秆草,它有优良的草料特性和水土保持功能[2]。
虽然草原高秆草对水分有严格的要求,但柳枝稷却广泛的分布于北美大陆。
柳枝稷有极好的耐受性,从干旱的草原到盐碱地,甚至在开阔的森林都可以生长。
柳枝稷研究现状及其在陕北榆林的应用潜力分析
成活 率 可 达 ９０％ 以 上ꎬ 鲜 草 和 种 子 产 量 分 别 高 达
适应性表现良好ꎬ 与其他地区相对比ꎬ 榆林地区种植
７３５０ｋｇｈｍ 和 ２０３ｋｇｈｍ ꎮ
－２
－２
柳枝稷的株高和叶面积处于中上水平ꎬ 尤其生物量远
于 ２０２２ 年 ５ 月在陕西榆林进行柳枝稷种植试验ꎬ
高于其他地区ꎬ 产业发展优势明显ꎬ 见表 １ꎮ
２ ３８ Ａａ ±０ ５２
吉林大安 [３]
５ ７４ａ
１ ５９ａ
１ ６６ａ
北京市 [４]
５ ３３ Ｂａ ±０ ５８
１ ２７ Ａａ ±０ ５７
５ ７８ｂ
０ ９８ｂ
—
３ ８３ａ
４８ ５３ｂｃ
柳枝稷的适应性主要表现在 ２ 个方面ꎬ 即地域分
ꎮ 有研究表明ꎬ 柳
枝稷种子萌发的最低温度为 １０ ３℃ ꎬ 最适宜的温度在
北京市 [２]
１ ４０ Ａａ ±０ ４１
１ ２ 发芽特性
布广ꎬ 以及能适应多种土壤环境
０ ７３ｂａ
８ ６７ Ａａ ±２ ０８
注: 同一列不同字母表示差异显著 ( Ｐ<０ ０５) ꎮ
[６]
试验地位置
品种
Ａｌａｍｏ
Ａｌａｍｏ
Ａｌａｍｏ
Ｂａｙ Ｃａｎａｄａ
Ｃａｖｅ－ｉｎ－Ｒｏｃｋ
纤维素
３０℃ 左右ꎬ 且种子发芽有最适温度、 最高温度和最低
温度 ３ 个基本温度点ꎮ 在低温下ꎬ 温度对胚胎活性物
质的代谢起主导作用ꎻ 在高温下ꎬ 温度对胚胎活性物
质的变性起主导作用ꎬ 最佳生长温度是 ３５°Ｃꎮ 柳枝稷
种子发芽不仅需要合适的温度ꎬ 也需要一定的时间进
行温度积累ꎮ 若温度为 ２５℃ 时ꎬ 适宜处理时间为 ９０ ~
“能源草”：生物能源的新选择
“能源草”：生物能源的新选择“能源草”:生物能源的新选择北京草业与环境研究发展中心筛选出适合北京地区种植的3种能源草:柳枝稷、芦竹和荻。
今年开春在昌平区马池口镇种的能源草，如今已经郁郁葱葱，不久就可以收割了。
目前本市已在密云、延庆、大兴和昌平等地选择具有代表性的地块(总计3000亩)进行了试种植。
能源草富含碳氢化合物，炭活性高，热值高，燃烧后产生的污染物少，可有效减轻温室效应，而且还可起到固沙、改善土壤、绿化荒地的作用。
能源草还能克服利用作物秸秆发展生物质能源存在的生态风险，解决谷物生产燃料乙醇所造成的粮食和饲料原料短缺等问题。
能源草能生存在沙荒、废弃、污染等贫瘠土地上，是目前最受青睐的新兴能源植物在田野上播种生物能源的种子，把广袤大地变成“绿色油田”，是很多人期盼的，这也被看作解决当前石化能源危机的一条重要出路。
因此，北京市科委日前发布的“能源草开发与种植技术”成了人们关注的焦点。
据介绍，“能源草”富含碳氢化合物，炭活性高，热值高，适用于燃料原料，燃烧后产生的污染少，可有效减轻温室效应、降低环境污染。
三种能源草生物能源的新选择用生物做乙醇，是生物能源利用的一种传统方式，国内外大部分是选用甜高粱、玉米、甘蔗等作为原料，但问题随之而来，当部分粮食被用于“制作”能源后，国际粮价开始飞涨，百姓，尤其是贫困人群的粮食安全受到威胁。
于是人们又把目光投向了木本植物，如麻疯树、油楠、油棕、银合欢、香胶树等。
这些含有接近石油成分的能源植物，通过脱脂处理后，可用作柴油。
但另一个问题出现了，木本植物的生存具有地域性，大量种植可能会导致与粮田争地等问题。
相对于粮食作物和需要大量土地的木本植物，能生存在沙荒、废弃、污染等贫瘠土地上的能源草本植物，似乎是一个更好的选择。
北京草业与环境研究发展中心副研究员左海涛认为，能源草是最受青睐的新兴能源植物，也是最有发展前途的生物质能源之一。
目前，针对京郊边际土地类型和气候特点，北京草业与环境研究发展中心已筛选出适合北京地区种植的3种能源草:柳枝稷、芦竹和荻。
柳枝稷
柳枝稷百科名片柳枝稷是美国本土的一种多年生植物。
它在平原上生长迅速、易于存活，可分为低地型和高地型两种生态型。
柳枝稷生命力极其顽强，在某些地方甚至被认为是有害的野草。
分布於美国德克萨斯州草原地区至加拿大。
可用於提炼乙醇燃料。
基本信息名称: 柳枝稷英文名: Versatile switch grass学名: Panicum virgatum科属: 禾本科稷属类别: 多年生草本主要性状: 多年生丛生型禾草，根茎和种子繁殖，根深，株高l~2米。
分布地区: 美国大平原及东部大部分地区的土生种。
习性特点: 耐旱，耐排水不良的土壤。
繁殖方法: 种子用途柳枝稷能从中提炼出酒精，又有“能源草”的称谓。
“能源草”多指两年或多年生草本或半灌木，包括甜高粱、柳枝稷、芒属作物等高大草本都是理想的能源草。
能源草多为耐旱、耐盐碱、耐瘠薄、适应性强的草种，种植和管理简单，在干旱、半干旱地区、低洼易涝和盐碱地区、土壤贫瘠的山区和半山区均可种植。
中国农业大学资源与环境学院教授胡林等专家完成的一份研究报告显示，目前未被利用的荒草地是中国最重要的保留土地资源之一，如果把其中能适合种植的361万公顷荒草地种植生物乙醇能源植物，每年潜在的生物乙醇产量达110 0万吨，可替代当今中国汽油消费的23%。
据测算，1亩柳枝稷草所产出的酒精能量可以抵3、4吨电煤的能量。
2010年7月，柳枝稷的全基因组图谱测序完成，一篇学术论文低调地刊登《遗传学》（Genetics）杂志上。
虽然没有像水稻基因组那样过多的报道和关注，但这项工作，却可能是改变人类能量获取方式的浩大工程的一个开端。
柳枝稷就是这样的能源工程植物。
之所以选这种禾本科植物（虽然跟玉米、水稻是一家但是没有可以做面包的籽粒），首要的一点就是它们对生活环境不挑不捡，不管是贫瘠、盐碱、干旱都不会影响它们的生活，甚至可以在砾石遍布的荒滩上扎根。
并且这些家伙的生长期很长，大有野草“割”不尽，春风吹又生的架势。
能源作物简介
3、欧盟
❖ 德国 2001年在海德地区投资兴建年产10 万t的生物柴油装置，已建有90多家生物柴油 加油站，生物柴油已在奔驰、宝马、大众、 奥迪轿车上广泛应用。
❖ 意大利
、法国 实行生物柴油零税率。
❖ 英国 在1990—2005年期间先后共实施了 32个生物质能项目，投资2 000万英镑用于开 发洁净能源新技术。
研究机构
❖ Danish Technological Institute ❖ University of Idaho ❖ Resource Efficient Agricultural Production (REAP) ❖ Hyperion Energy Systems Ltd. ❖ Jefferson Institute ❖ UC Davis ❖ University of Tennessee ❖ BAE/Sustainable Oils, LLC ❖ Ceres ❖ BICAL Ltd
❖ 巴西自1975年、美国自1978年就开始种植甜高粱 用于生产酒精。乌拉圭、俄罗斯、印度、日本也做 了大量研究和应用。
❖ 我国北京泰天地能源技术开发公司、清华大学等单 位先后研究成功甜高粱茎秆固体和液体发酵制取乙 醇技术；北京绿恒益能源技术开发中心培育出“醇 甜系列”杂交甜高粱早、中、晚熟优良品种。黑龙 江省四益乙醇有限公司在黑龙江桦川已建成年产5 000吨甜高粱茎秆乙醇的示范工程。
研究机构
❖ Uma State University ❖ National Soil Tilth Lab ❖ National Sweet Sorghum Producers and
Processors Association ❖ Texas Agrilife Extension Service ❖ NDSU ❖ USDA-ARS ❖ UNIBO ❖ IPBO-Ghent University ❖ University of Colorado
纤维素类草本能源植物的研究现状_谭芙蓉
收稿日期 Received: 2013-04-03 接受日期 Accepted: 2013-05-13*四川省科技支撑计划项目（2009NZ00045）资助 Supported by the Key Technology R & D Program of Sichuan, China (2009NZ00045)**通讯作者 Corresponding author (E-mail: hemxion@)纤维素类草本能源植物的研究现状*谭芙蓉1 吴 波1 代立春1 祝其丽1 王文国1 汤晓玉1 潘 科1 秦 晗1胡启春1, 2 何明雄1, 2**1农业部沼气科学研究所生物质能技术研究中心 成都 6100412农业部农村可再生能源开发与利用重点实验室 成都 610041要 纤维素类草本能源植物具有很高的生物质产量、纤维素和半纤维素含量，对环境友好，是目前最有发展前途的生物质资源之一，欧洲和美国将其作为首选的生物质能源植物. 本文介绍了柳枝稷（Panicum virgatum ）、芒草（Miscanthus spp.）、芦竹（Arundo donax Linn ）等几种主要纤维素类草本能源植物具有产量高、适应性强、用途广泛等特点；综述了纤维素类草本能源植物在国内外的研究概况，以及基因工程技术在降低植物木质素含量及在植物中过表达纤维素降解酶类方面的应用；进一步指出在我国存在纤维素类草本能 源植物资源评估、选育滞后，相关技术还不完善等问题，进行充分开发利用将在缓解能源紧张、解决环境问题、促进农业和经济发展等方面有着良好的前景. 图2 表1 参41关键词 纤维素；草本能源植物；遗传改良；基因工程；燃料乙醇CLC S216.2Research and prospect of cellulosic herbaceous energy plant *TAN Furong 1, W U Bo 1, DAI Lichun 1, ZHU Qili 1, WANG Wenguo 1, TANG Xiaoyu 1, PAN Ke 1, QIN Han 1, HU Qichun 1, 2 & HE Mingxiong 1, 2**1 Biomass Energy Technology Research Centre, Biogas Institute of Ministry of Agriculture , Chengdu 610041, China 2Key Laboratory of Energy Microbiology and Application, Ministry of Agriculture , Chengdu 610041, ChinaCellulosic herbaceous energy plant, which has high biomass yield, cellulose and hemicellulose content, is one of the most promising biomass resources positively in fl uencing the environment. It has been used as a preferred biomass energy plant in Europe and the United States. This paper introduces the characteristics of high yield, well-adapted and wide application of some main herbaceous energy plants, such as switchgrass, miscanthus and bamboo reed. It also summarizes the research status of cellulosic herbaceous energy plant and application of genetic engineering technology on decreasing lignin content and overexpression cellulase in plants. This article further presents the problems, such as resource evaluation, lagging of breeding and imperfect technology, and prospects of developing celluslosic herbaceous energy plant in China. If the abundant resource of herbaceous energy plant of our country could be ef fi ciently utilized, it can not only alleviate nergy crisis, but also make full use of the barren land, change planting structure, increase farmers’ income, and in the long run promote the national economy. Keywords cellulose; herbaceous energy plant; genetic improvement; genetic engineering; fuel ethanol当前矿物能源短缺和全球气候变暖是世界各国所面临的严峻问题，开发利用不会对环境带来危害的可再生能源资源成为当今国际社会的主要课题之一. 生物质资源是最具开发潜力的可再生清洁能源资源[1]，其开发利用已被我国政府列为《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020）》中的优先发展主题. 2007年中央一号文件明确指出，以生物能源、生物基产品和生物质原料为主要内容的生物质产业，是拓展农业功能、促进资源高效利用的朝阳产业，并鼓励有条件的地方利用荒山、荒地等资源，发展生物质原料作物种植. 因此，从可持续性发展的角度考虑，开发能源植物是解决能源危机 和环境问题的必然趋势. 能源植物作为一个崭新的科学方向正在飞速发展，尤其在欧美发达国家经过20多年的研究，其概念、分类及相应的主要转化利用途径已逐渐明晰.能源植物通常是指那些合成较高还原性烃能力、可产生接近石油成分和替代石油使用的产品的植物，以及富含油脂的植物，是可再生能源开发的唯一资源对象. 能源植物通过光合作用固定二氧化碳和水，将太阳能以化学能形式储藏在植物中. 能源植物除直接燃烧产生热能外，还可转化成固态、液态和气态燃料. 按照能源植物所含有的特定化学物质，将其分为3类：（1）富含类似石油成分的能源植物. 石油的主要成分是烃类，富含烃类的植物是植物能源的最佳来源，生产成本低，利用率高，如续随子（Euphorbia lathylris ）、绿玉树（Euphorbia tirucalli ）、橡胶树（Hevea brasilienisis ）、麻疯树（Jatropha curcas ）、桉树（Eucalyptus ）、黄连木（Pistacia16320卷 谭芙蓉等/ Chin J Appl Environ Biol 应用与环境生物学报chin e nsis Bunge ）等[2]. （2）富含高糖、高淀粉和高纤维的能源植物. 用这类植物可以得到最终产品——乙醇. 这类植物种类特别多，分布也比较广泛，如木薯（Manihot esculenta ）、甜菜（Beta vulgaris .）、高粱（Sorghum bicolor ）、玉米（Zea mays ）、柳枝稷（Panicum virgatum ）等[3]. （3）富含油脂的能源植物. 据估计，高等植物中有7%左右种类的器官（多为种子）含油率在10%以上，有些含油率很高，如木姜子（Litsea ）种仁含油率达55.4%，红脉钓樟（Lindera rubronervia ）种子含油率高达44.9% [4]. 在这些能源植物中，富含纤维素的草本能源植物具有生长速度快、生活周期短、分布广等特点，便于大面积推广种植，实现产业化. 草本能源植物是目前最有发展前途的生物质资源之一，欧洲和美国把它作为首选的生物质能源植物[5]. 本文介绍了纤维素类草本能源植物的特点、主要种类、研究概况以及基因工程在纤维素能源植物方面的应用，并对其发展前景进行展望，以期为进一步研究和应用提供参考.1 纤维素类草本能源植物的种类及特点纤维素类能源植物一般为禾本科多年生高大的丛生草本植物，富含纤维素和半纤维素，灰分含量低，热值高，干物质产量高；抗旱、耐瘠薄能力强，适应性广. 表1中重点介绍了几种主要纤维素类草本能源植物，包括柳枝稷（Panicum virgatum ）、芒草（Miscanthus spp.）、芦竹（Arundo donax Linn ）、荻（Miscanthus sacchari florus ）和狼尾草（Pennisetum alopecuroides (L.) Spreng ）. 作为生物质能源资源，纤维素草本能源植物有如下优点：（1）生长快，产量高，一次种植，可长期（10年以上）受益，一般每年可出1-2茬草，使加工设备得以充分利用；（2）适应性强，可利用边际土地种植，符合我国“不与人争粮，不与粮争地”的能源发展目标；（3）二氧化碳零排放，不污染环境，有利于形成清洁能源产业；（4）没有核能的危险性以及风能、潮汐能和地热能的局限性；（5）用途广泛：不仅可制备纤维素乙醇，还可以广泛应用于生物质直燃或气化发电厂、气化炉、固化成型和热解等各种生物质能源转化与利用装置；（6）多方面的生态效益和经济效益. 因此，研究开发纤维素类草本能源植物对于缓解能源压力、保护环境和生态、促进我国经济社会可持续发展等具有重要意义.2 纤维素类草本能源植物的研究概况纤维素质原料是地球上最丰富的可再生资源. 富含纤维的草本植物通过生物和化学方法处理后，可以得到乙醇和沼气等高燃烧值的能源，还可以用作造纸原料. 美国能源部早在1984年就启动了“草本能源植物研究计划（HECP ）”，开始的研究主要集中于草种的筛选，地点分布在俄亥俄州、印第安纳州和维吉尼亚州. 较晚的2个筛选试验设在大平原地区（爱荷华州和北达科他州）进行. 佛罗里达大学负责象草（Pennisetum purpureum ）和甘蔗（Saccharum spp.）的筛选. 试验目的是检测草种的产量潜力、分析生化组成和摸索不同试点的最佳管理措施. 在1985-1989年间从35种草本能源植物中筛选出18种最适合美国种植的纤维类能源禾草[5]. 1990年，表1 主要纤维素类草本能源植物介绍164应用与环境生物学报 Chin J Appl Environ Biol /纤维素类草本能源植物的研究现状 1期HECP 更名为“生物质能给料发展计划项目（BFDP ）”. 从1991年起，BFDP 项目被集中投放到了模式植物系统的研究上，将柳枝稷确定为模式植物加以重点研究，以便达到快速应用的目的和示范效应. 1992年，美国能源部又通过BFDP 启动了6个专项课题，以便获得柳枝稷作为能源植物的产量新信息. 研究内容包括：1）柳枝稷不同品种的田间品比试验，以示筛选新的优良品种；2）进行生理学研究以便建立筛选和评价优良品种的指标体系；3）开发组织培养技术以对相关植物进行生物技术改良. 在美国东南部，一些研究工作则集中于象草、狗牙根（Cynodon dactylon ）和百喜草（Paspalum natatu ）等候选植物上[5].欧洲将草本植物作为生物质能的研究起始于芒属植物（Miscanthus ）. 自1989年开始先后启动了“欧洲JOULF 计划”、“欧洲AIR 计划”和“欧洲FAIR 计 划”，在全欧范围内对芒属植物及其杂交种的生物量潜力、生殖、发育、管理实践、收获加工以及杂交育种等方面开展了系统研究. 芒属植物具有很强的生长活力，在延迟收获的情况下可以干燥，进而完成生物质的一次性收获. 20世纪90年代，在欧洲只有一个基因型的芒可被利用，即巨芒草（Miscanthus × giganteus ），它的生产性能完全满足生物质能植物的要求. 但在实际应用中却遇到了建植成本高、越冬性差和遗传基础狭窄的问题. 这就促使人们又开始寻找可以用种子进行建植的低成本的其他草本植物，而且能够适应欧洲各国不同的气候条件. 因此，欧洲人开始了对许多本土草种以及引进草种的研究与筛选工作，得到了17种候选植物，并重点对芦竹（Arundo donax L.）和虉草（Phalaris arundinacea L.）展开了深入研究. 同时，为进一步发展芒，还不断培育能够适应欧洲不同地区和不同环境条件的品种，继续扩展其遗传基础以防止病虫害的蔓延[5].我国作为一个资源大国，纤维素类能源植物资源非常丰富，但早期的研究主要集中在水土保持、造纸原料和动物饲料等方面，由于与作为能源植物的利用目的不同，导致了研究内容和育种目标的不同，在资源收集上也产生了极大的差异. 因此，从严格意义上讲，我国在开展草本植物作为能源植物的研究工作还刚刚起步，远远落后于欧美等国家. 目前的研究主要集中在能源植物种质资源的筛选、品种选育和转化工艺等方面，并取得了一定的成绩. 宁祖林等对8种高大纤维禾草的热值和灰分动态变化进行了研究，结果表明芦竹的干重热值与灰分含量有显著的线性相关，五节芒（Miscanthus floridulus ）、芦苇（Phragmites australis ）的干重热值与灰分含量呈极显著的线性相关；C3植物类中去灰分热值较高的是芦竹，C4植物类中去灰分热值较高的是芒[12]. 潘一晨等人在辽宁省范围内对几种野生禾本科草类植物的自然种群特征进行了调查，综合分析表明芒和狼尾草具有高的产量，高的净光合速率和生长速度是其高产的生理生态学基础，符合能源禾草的要求[13]. 宗俊勤等人对7种高大禾草的表型特性及生物质成分进行了研究，结果表明芒和荻的干物质年产量、燃烧值、折合标准煤均是所有材料中最高的，而灰分是所有材料中最低的，并指出原产中国的芒属植物是较柳枝稷更适合我国的优良的生物质能源植物[14]. 周强等人的研究结果表明，香根草（Vetiveria zizaniodes ）具有很强的光合能力及较快的生长速率，叶片中纤维素和半纤维素含量均较高，能够适应边际性土地种植，是一种潜在的优良木质纤维素能源植物[15]. 何明雄等测定了不同人工湿地植物的纤维素组分和热值，并采用NaOH -酶解工艺研究不同人工湿地植物水解液组分，对在人工湿地技术体系中起重要作用的湿地植物能源化利用潜力进行了系统评估，结果表明人工湿地植物是一种较好的生物质资源，可通过生物质固体成型燃料技术、沼气技术和燃料乙醇技术加以利用，进而建立人工湿地植物生物质资源能源化藕联利用模式[16]. 余醉等测定了草本芦竹主要工业成分及化学组成，并采用稀酸法、稀碱法、高温热水法和酸催化高温热水法预处理芦竹，比较了不同预处理方式对各种糖的产率及预处理产物纤维素酶酶解率的影响，为进一步利用草本芦竹作为能源牧草生产燃料乙醇提供了依据[17]. 阮奇城等以红麻（Hibiscus cannabinus ）秸杆为原料，研究了不同预处理方法对红麻纤维质乙醇发酵的影响，为红麻纤维质转化燃料乙醇提供基础依据[18-19]. 李高扬等以生产燃料乙醇等清洁生物质能源为目标，提出以化学成分、生物质产量、生态适应性和热值4项指标来评价能源植物的利用价值，为纤维类能源草新资源的评价和开发提供了参考[20].目前，我国也意识到了利用与开发能源植物的重要性，在有关科研项目指南中设立了相应的项目. 如在《2005年度农业科技成 果转化资金项目指南》中设计了“农业生物技术产品与生物质利用”专项，并将“生物质等农村新能源新材料技术及产品”列为了重点支持项目. 在《国家中长期科学和发展规划纲要（2006-2020年）》中，将“可再生能源低成本规模化开发利用”作为重点领域及其优先主题. 在2012年国家重点基础研究发展计划（“973计划”）项目中设立了针对草本能源植物的项目“草本能源植物培育及化学催化剂制备先进液体燃料的基础研究”，将重点围绕草本能源植物选择性培育遗传学、生物质水热解聚、解聚产物催化转化制备先进燃料机理与选择性调控等关键科学问题开展多学科交叉与综合研究. 这些项目的启动实施，对于促进生物质能源利用，缓解我国石油短缺，保障国家能源安全和促进我国新农村建设等方面具有重要意义.植物的研究国内外利用木质纤维生产燃料乙醇已有大量研究，有许多成功的实例. 但是所开发的技术一直未能在规模生产中推广应用，究其根本，主要是因为现阶段的技术中还存在着严重制约植物纤维燃料乙醇生产的关键问题（图1）[21-23]：一是木质纤维物质降解为中间物质和去除木质素使纤维素酶能够接近纤维素的预处理过程成本高，前期预处理的投入过大；二是纤维素水解复合酶的价格昂贵，便整个过程成本偏高[24]. 这两个过程的花费共同使得纤维素乙醇的生产成本比玉米淀粉生产乙醇高2-3倍.20世纪90年代中期以来，基因工程技术对全球农业产生了深刻的影响，在棉花（Gossypium spp.）、大豆（Giycine max ）、玉米等主要农作物上都得到了很好的应用. 由于人们对自身健康的关注，植物转基因研究在以食用为目的的作物16520卷 谭芙蓉等/ Chin J Appl Environ Biol 应用与环境生物学报上的应用受到了一定的限制，而这却为能源植物的改良提供了新的契机. 目前，人们开始尝试利用植物基因工程的方法来解决植物纤维燃料乙醇生产中的问题.图1 纤维素乙醇生产流程（根据文献[23]整理）.Fig. 1 Flowchart of cellulosic ethanol production (adapted from reference [23]).首先，降低植物的木质素含量. 降低木质纤维中的木质素含量、提高纤维素含量有利于降低木质纤维的前处理成本. 通过基因工程改变木质素合成途径（图2）中不同基因的表达来降低木质素的含量、提高纤维素含量已有大量报道. 如在转基因杨树中，下调木质素合成途径中的一个主要酶基因pt4CL1的表达，可使其木质素的含量下降45%，作为补偿的纤维素含量提高了15%，使杨树的纤维素/木质素的比率升高了一倍，而对杨树的生长、发育和生物结构的完整性没有任何明显的影响[25]. Blee 等人报道将烟草（Nicotiana tabacum ）木质素单体聚合最终一步的酶（过氧化物酶）转入菜豆，抑制菜豆中其同源酶阳离子过氧化物酶的表达，得到的反义转基因植株对照相比木质素的含量降低40%-50%，而木质素含量的降低对植株的生长发育没有显著的影响[26]. Fu 等人通过转基因技术下调木质素合成途径中的COMT （咖啡酸-O-甲基转移酶）基因，获得了木质素含量下降的转基因柳枝稷，经稀酸预处理后，采用SSF 法发酵，转基因株系比对照的乙醇产量提高38%，而在乙醇产量相同的情况下，转基因材料所用的纤维素酶比对照要少3倍或4倍[27]. 通过转基因植物对木质素生物合成调控的研究主要表现在两个方面：一是木质素合成总量的调节，涉及的酶类依次为PALI （苯丙氨酸解氨酶）、C4H （肉桂酸4-羟基化酶）、4CL （4-香豆酸辅酶A 连接酶）、CAD （肉桂醇脱氢酶）和CCR （香豆酰辅酶A 还原酶），它们表达活性的高低与木质素总量密切相关；二是与木质素单体特异合成相关酶类的调控，主要集中于COMT （咖啡酸-O-甲基转移酶）、CCoAOMT （咖啡酰辅酶A-O-甲基转移酶）和F5H （阿魏酸5羟基化酶），这些酶的表达对木质素含量尤其是木质素单体的特异合成影响较大，决定了各种单体在木质素总量中的比例.其次是在植物中过表达纤维素降解酶类. 由于通过微生物发酵生产纤维素水解酶的成本昂贵，科学家们试图通过基因工程技术在植物中直接产生纤维素水解酶.热稳定的图2 木质素生物合成途径[23].Fig. 2 The lignin biosynthesis pathway [23].166应用与环境生物学报 Chin J Appl Environ Biol /纤维素类草本能源植物的研究现状 1期Acidothermus cellulolyticus 菌的1,4-β-内切葡聚糖酶的催化区域E1已在拟南芥（Arabidopsis thaliana ）、番茄（Lycopersicon esculentum ）和马铃薯（Solanum tuberosum ）中被成功地表达，表达产物主要集中在质外体区域. 这项研究显示了在植物中生产纤维素酶的可能性，尤其是在拟南芥中，酶含量可达植物可溶性蛋白含量的25% [28]. Acidothermus cellulolyticus 菌的1,4-β-内切葡聚糖酶的催化区域E1也被导入到水稻（Oryza sativa ）和玉米中，产物组成型表达到质外体区域[29-30]. 在水稻和玉米的叶片中，内切葡聚糖酶E1的含量分别占水稻和玉米叶片总可溶性蛋白含量的4.9%和2.1%；并且E1在叶片中的积累对植物的生长和发育没有明显的危害作用. 当水稻可溶性蛋白的粗提物被加到用氨水-纤维爆破预处理的水稻或玉米秸秆，这两种秸秆中30%和22%的纤维素被分别水解成葡萄糖. Teymouri 等人用最温和的预处理方法处理含Acidothermus cellulolyticus 菌的1,4-β-内切葡聚糖酶的催化区域E1的转基因烟草，内切葡聚糖酶E1的活性在预处理过程中大约有2/3丧失[31]. 由这个试验可以看出，纤维素分解酶在原材料的预处理过程中极易失活. 因此，在植物中过量表达异源纤维素分解酶，最好是先将纤维素酶从植物中粗提或纯化出来，然后再加入到已预处理好的原材料中进行发酵. Oraby 等人将内切葡聚糖酶E1从转基因水稻中粗提出来，冷冻3个月后加入到用温和方法预处理好的水稻和玉米秸秆中，水稻中约有30%的纤维素、玉米中约有22%的纤维素被转化为葡萄糖[32]. Mei 等人将A. cellulolyticu 的耐热内切葡聚糖酶基因转入玉米绿色组织，将酶定向在内质网和线粒体上，获得了成功表达[33]. Jung 等将来自海栖热袍菌（Thermotoga maritima ）的β-葡聚糖酶基因转入烟草的胞质和叶绿体中表达，分别达到可溶性蛋白的4.5%和5.8% [34].最后，还可以通过植物基因工程的手段来增加植物的生物量，降低原料成本. 这些包括调控植物生长和光合作用、充分利用生长季节等. Ku 报道将玉米C4途径的磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPC ）和丙酮酸磷酸双激酶（PPDK ）的基因在各自启动子的控制下同时引入水稻，可使水稻的光合能力提高35%，稻谷产量增加22% [35]. Lieman-Hurwitz 等将蓝藻（Cyanophyta ）的一个无机碳转运蛋白基因重组到植物中表达，可使植物的1, 5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶的羧化效率显著提高[36]，在潮湿的培养条件下使植物的生物量明显提高. Miyagawa 等报道将蓝藻卡尔文循环中RuBisCo 下游的酶景天庚酮糖1,7-磷酸化酶在烟草叶绿体中超量表达，在潮湿的培养条件下可使烟草的光合效率提高，促进植株的生长[37]. Wang 等人通过转基因抑制拟南芥中去氧亥普酸合成酵素（Deoxyhypusine synthase ，DHS ）基因的表达，延迟了拟南芥植株的成熟、衰老时间，通过延长叶的光合作用时间跨度，提高了植株根、茎和种子的生物量[38].以上这些研究工作对于提高能源植物的利用效率、降低生物质能的开发成本都起到了积极作用，随着植物结构基因组和功能基因组研究的深入、生物化学与分子生物学的进一步发展，对植物生长、发育、代谢的生理生化过程中相关基因功能及其调控机制不断明确，利用植物基因工程技术在分子基础上设计和优化能源植物将成为今后改良能源植物的重要研究方向.问题我国对能源植物的开发和应用研究起步较晚，与西方发达国家相比还有相当大的差距，且多数研究以木本植物为主[39]. 许多研究，尤其是对草本能源植物的研究还处在开发阶段[40-41]，目前还存在许多问题.（1） 对纤维素类草本能源植物资源的评估相对滞后，对它们的种类和分布状况没有进行全面的普查. 我国作为一个资源大国，有许多像柳枝稷、芒、虉草和芦竹这样的能源植物，其中芒、虉草和芦竹在我国就有天然分布，另外还有河八王属、蔗茅属、金茅属、香茅属、菅草属和狼尾草属等生物质产量很高的C4多年生禾草植物，但目前尚缺乏系统的研究利用及开发评价.（2）目前可利用的优良品种不多，很多尚处在自生自灭的野生或半野生状态，未被驯化栽培. 因此还需要筛选或引进优良种，或通过遗传改良手段人工选育优良种.（3）由于我国对能源植物的开发利用刚开始起步，纤维素类草本能源植物的种植规模小且缺乏大面积栽培. 同时，缺乏相关的研究条件和试验基地. 因此我国应扩大草本能源植物的种植面积，建立相应的研究基地，使其向产业化和规模化迈进.（4）目前制备生物能源的相关技术和加工工艺仍不完善. 比如纤维素酶的活性低，价格昂贵，以及半纤维素的戊糖成分的酒精发酵技术等尚不成熟，限制了将纤维素类生物质转化成燃料乙醇等生物能源. 因此，在纤维素的开发利用方面，筛选优良、高效、廉价的纤维素酶并摸索其发酵条件，以降低生产成本，提高其利用率，是纤维素利用的关键因素.5 展 望我国地跨温带、亚热带和热带雨林地区，植物资源十分丰富，为开发能源植物资源提供了得天独厚的条件. 草本纤维素类能源植物是一类值得研究和开发利用的生物质能源植物，目前已在欧美等国加以开展，而在我国还尚未受到重视. 如果在我国也能将此类资源加以充分利用，不仅可以缓解我国能源紧张的问题，还可以充分利用目前尚未利用的荒芜土地，提高土地的利用率，改变农业种植结构，提高农民的经济收入，进而促进国民经济的高效发展. 参考文献 [References]1 Lang A, Kopetz H, Parker A. 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绿化用柳枝稷
柳枝稷(Panicum virgatum L.)禾本科多年生草本。
根茎被鳞片。
秆直立，质较坚硬，高1-2米。
叶鞘无毛，上部的短于节间;叶舌短小，顶端具睫毛;叶片线形，两面无毛或上面基部具长柔毛。
圆锥花序开展，分枝粗糙，疏生小枝与小穗;小穗椭圆形，无毛，绿色或带紫色，第一颖长约为小穗的2/3-3/4，顶端尖至喙尖，具5脉;第二颖与小穗等长，顶端喙尖;第一外稃与第二颖同形但稍短，具7脉，顶端喙尖，其内稃较短，内包3雄蕊;第二外稃长椭圆形，顶端稍尖，长约3毫米，平滑，光亮。
花果期6-10月。
原产北美;中国引种栽培。
其种植成本低，生长迅速，植株可高达2米，最高产量可达74吨/公顷，高产期可持续15年，对环境适应性强。
柳枝稷既可作为饲草，水土保持和风障植物，同时也是生物燃料和生产替代能源的原材料。
栽培技术柳枝稷对土壤类型没有严格要求,适应广泛的土壤类型,甚至在沙地上亦可种植。
柳枝稷具有良好的抗旱性,因此对土壤的排涝能力有一定的要求。
可以根据传统的禾本科作物耕作方法对柳枝稷进行种植,创造平整的种床能够保证统一的播种深度,防止灌溉不均匀。
对于杂草生长严重的地块,播种前的旋耕作业能够有效地减少杂草的生长。
一些品种或种批的种子发生生理休眠,尽管是具有活力的种子,但在正常的条件下依然不能萌发。
通过长时间存放和低温层积处理便可打破种子休眠。
在室温下存放1年时,绝大多数种子休眠已经破除;但室温下存放超过3年的种子,因种子活力下降其品质降低。
对于低温层积而言,要求种子在4℃的条件下,存放2~4周即可解除休眠。
在低温湿冷条件下层积处理的种子,在恢复干燥环境后可再返回至休眠状态,因此延长层积时间至6周可显著地减少二次休眠的种子数量。
在实际生产中,应避免使用出苗率不足75%的种子和存放时间超过3年的种子。
柳枝稷一般采取春播与夏末播种,以春播效果较好。
播种方式常采用在播床上撒播或条播,条播行距建议为50~80cm,播种量以10~15kg/hm2为宜,在壤土或黏土中播种,适宜的播种深度为1~2cm,播种过深会引起柳枝稷无法出苗,在沙土中播种深度在3~10cm范围内为宜。
5个品种柳枝稷愈伤组织的生长特点研究
5个品种柳枝稷愈伤组织的生长特点研究[目的]通过对5个品种柳枝稷在现有的组培体系下不同的生长特点研究，探讨利用调整培养基配方等方法来实现不同品种的高效再生体系。
[方法]采用柳枝稷5个品种Summer、Alamo、Kanlow、Blackwell和CaveinRock的种子为外植体，进行愈伤组织组织培养，对5个品种在诱导、继代、分化、生根以及移栽过程中愈伤组织的生长情况进行比较分析。
[结果]在该体系下，出愈率的范围是26.4%～71.2%，最高的是品种Summer，最低的是Alamo。
只有Kanlow、Alamo、Summer可以分化出芽，长出植株。
分化率最高的是Kanlow，达到60%。
[结论]所有品种均能很好生根和移栽；品种Kanlow在该体系下生长最好。
柳枝稷（Panicum virgatum）属禾本科（Gramineae）黍属（Panicum），原产于北美，是一种多年生暖季型的C4植物。
柳枝稷适应性强，具有较高的产量潜力，耐旱耐贫瘠能力较强，而且对环境友好，能够用于生产能源，可以在不适宜其他作物生长的边际土地生长并获得较高的产量[1-2]。
因此被国内外许多学者认为是一种发展潜力较大的能源作物[3-4]。
利用植物器官作为外植体建立高效再生体系，是组织培养最直接、最简便和成苗速度最快的途径之一[5]。
目前已有多种植物利用芽顶端分生组织[6-11]、茎节[12]和幼穗[13]作为外植体诱导丛生芽，建立了其植株再生体系。
以柳枝稷种子为外植体进行愈伤组织再生体系已有成功报道[14-16]，但已有研究基本是以柳枝稷品种Alamo为试验材料，其他品种的报道较为少见。
不同品种的组培体系可能差异较大。
柳枝稷品种间性状差异较大，特别是不同生态型的品种间[17-18]，因此建立不同品种的组培体系，对于不同品种柳枝稷的分子改良工作具有重要意义。
笔者选择柳枝稷高、低两种生态型共5个品种为材料，在Ruyu Li和Rongda Qu[16]的组培体系下进行研究，比较在该体系下，不同品种在组织培养诱导、继代、分化等阶段的表现；同时对每个阶段表现不好的品种进行分析，通过查阅文献找出改善该品种表现的方法，以期为建立不同品种的高效组培体系奠定基础。
柳枝稷种子组培快繁技术
器械制造有 限公司 ） 培养温度设置为 ２ ４℃ ， 光 照培养时 间为 １ ６ ｈ ／ ｄ ， 光照强度为 １ ２ ０ ０ ０ ｌ ｘ 。 １ ． ２ ． ４ 生长指标测定 接种后 ， 每３ ｄ统计 １次胚芽 数 目、
稷是一种异型杂交 的多倍体 单子叶植 物 ， 具有 高度 的 自交不 亲和性 。因此 ， 通过遗传 转化获 得具有高遗传 力 的柳 枝稷 转基 因品种变得尤为重要 ， 转基 因育种 的前 提是建立 高效 的
植物组织培养体系 。现有 的柳枝稷组 培研究 中， 外植 体多为 叶片、 茎尖 、 节 间及幼穗 ， 以这些材料作为外植体 ， 愈伤诱导率 普遍较低 ， 且容易受生长周 期及季节 限制。本研究 以柳枝稷
柳枝稷 （ Ｐ ａ ｎ ｉ ｃ ｕ ｍ ｖ ｉ ｒ ｇ ａ ｔ ｕ ｍ Ｌ ． ） 为多年生 草本 Ｃ 植物 ， 在 北美洲广泛种 植… 。柳 枝稷 植株高 大 ， 具有 根系 发达 、 防风 固沙能力强 、 耐瘠 薄等优 点 ， 是 沙漠绿 化 的理想植 物 。柳 枝稷可合成燃料乙醇、 甲醇 、 沼气、 氢气等 ， 由于其能源产出率 高， 在乙醇生产过程 中易降解 ， 被美 国政府确定为替代玉米生 产燃料 乙醇 的首选 能源 植物 。保 存并 快速 繁殖优 质材 料 是现代生物育种技术的重要研究 内容 。ｘ ｉ 等研究 发现 ， 柳 枝
柳枝稷 品种为 Ａ ｌ ａ ｍ ｏ （ 北京市 农林科学 院 ） ， 用 自来水 冲 洗脱壳后 的成熟种子 ， 去掉杂质 ， 用无菌 水浸泡 １ ２ ｈ ， 冲洗 后
风 干， 置于 ４℃冰箱 中备用。
１ ． ２ 方 法
１ ． ２ ． １ 培养基 配制 愈伤 组织诱 导及分 化 以 Ｍ Ｓ为基础 培 养基 ， 采用 ３因素 ３水平进行试验 （ 表１ ） ， ｐ Ｈ值为 ８ ． ０ 。生根 培养基 为 １ ／ ２ Ｍ Ｓ＋Ｎ Ａ Ａ（ ０ ． ４ 、 ０ ． ８ 、 １ ． ２ 、 １ ． ６ ｍ ｇ ／ Ｌ ）＋３ ％ 蔗
水分和磷对混播下柳枝稷和达乌里胡枝子根系生长及形态特征的影响
水分和磷对混播下柳枝稷和达乌里胡枝子根系生长及形态特征的影响水分和磷是影响黄土高原半干旱地区植物生长的重要因素,根系是植物吸收水分和养分的主要器官,评价引进种与本地种混播下的根系生长和形态特征对水分和磷供应的响应,可为引进种的生态风险评估以及人工草地建设提供理论依据。
柳枝稷（Panicum virgatum L.）是一种原产于北美的多年生C<sub>4</sub>禾草,达乌里胡枝子（Lespedeza davurica S.）是豆科C<sub>3</sub>草本状半灌木,黄土丘陵区优良的天然牧草之一。
论文以两草种为研究对象,采用盆栽控制试验,设置两个水分水平[75±5%FC （高水）和35±5%FC（低水）],3个施磷处理[P<sub>0</sub>（未施磷）、P<sub>0.05</sub>(0.05 g P<sub>2</sub>O<sub>5</sub> kg<sup>-1</sup>干土)、P<sub>0.1</sub>(0.1 g P<sub>2</sub>O<sub>5</sub> kg<sup>-1</sup>干土)]和5个混播比例（12:0,8:4,6:6,4:8,0:12）,研究二者根系生物量、根系形态特征和根系解剖结构对不同水分、磷和混播比例的响应,主要取得如下结果:1.高水水平下,各施磷处理和混播比例的柳枝稷和达乌里胡枝子根系生物量均显著大于低水（p<0.05）。
与P<sub>0</sub>处理相比,施磷可提高高水水平下二者根系生物量,对低水水平下二者根系生物量整体无显著影响（p>0.05）。
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利用途径
（1）在更接近成熟阶段的柳枝稷放牧 地可以为成年的繁殖母牛和肥育牛提 供适当营养价值的饲草；同时，也会 增加牧地的载畜量。 （2）用柳枝稷制成的干草也同样具有 饲用价值。可进行饲养。
4.4、柳枝稷的生态保护
品质特点
柳枝稷可以吸收大气中约 94%的温室 气体并储存在根系中，对环境有更好 的净化作用。 （1）对柳枝稷施用氮肥以增加生物质 产量而不会产生负面的环境影响。柳 枝稷在近地表土壤中能有效存储有机 碳,其群落下土壤有机碳储存比耕作农 地高,在距地表30～ 90cm深度更高。 （2）使用柳枝稷燃料乙醇的E85燃料 汽车到2010年内,温室气体排放可降低 57%。
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7、发展前景
1、我国可再生能源发展目标宏大：化石能源资源日益枯竭, 生态环境不断恶化,大力发展可再生能源,有助于逐步缓解能源 供需矛盾,减轻环境压力。 2、我国宜能边际土地资源丰富：柳枝稷适应性强,对自然条 件要求不高,可以在不适宜其他作物生长的边际土地生长并获 得较高的产量。利用柳枝稷进行能源生产不仅不会占用耕地, 还能充分利用边际土地,增加农民收入。 3、国内许多学者看好柳枝稷：研究认为柳枝稷具有较好的生 态效益,其根系发达能固定土壤C、增加土壤有机质含量、保 持水土、提高土壤生产力,用柳枝稷生产燃料乙醇替代化石燃 料可以减少温室气体CO2的排放。因此,柳枝稷逐渐引起了国 内有关专家的重视,考虑在中国发展柳枝稷能源生产。
能源植物柳枝稷介绍
目录
1、概述 2、生长发育特点 3、生产现状 4、品质特点及利用途径 5、栽培管理技术 6、存在问题及对策 7、发展前景
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1、概述
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柳枝稷（Panicum virgatum L.）为一种暖季型C4丛生禾本科多年生草本植物。 源于中、北美洲，具有广阔地域适应性。 柳枝稷庞大的根系可用于防止河岸缓冲带非点源污染，能有效地提高土壤有 机质含量，有效的储存土壤碳，降低温室效应，可以显著改善当地生态环境。 新型的模式能源植物。柳枝稷具有较高的净能源输出，较低的维护成本、营 养需求和灰分含量等。研究表明，柳枝稷的产能是投入能量的五倍，美国能源 部将其列为一种理想的可再生生物质能源作物，并已用于燃烧发电、气化和生 产液体燃料（如生物乙醇）。
预处理
• 利用微生物和各种酶对葡萄糖、木糖、甘露糖和半乳糖进行发酵
发酵转化成
转化成乙醇。
乙醇。
4.2、柳枝稷的观赏价值
品质特点
柳枝稷作为暖季型观赏草，一般在秋 季产生花序，这些特征至少能在冬季 部分留存在植物上，茎和叶也一样， 通常也会保持整个冬季，色彩会褪变 为棕褐色等；柳枝稷为多年生丛生品 种，其观赏品种生命力旺盛，在低温、 阳光充足或部分遮阴、干燥或潮湿的 土壤环境中均可生长，而且开花繁茂。
2、生长发育特点
柳枝稷主要靠种子进行繁殖，种子细小， 低地型 表面坚实光滑。 四倍体 株高一般在0.5～2.7m。 根系具有较强的生长和分蘖能力、分布深、 多生活在泛滥平原地区 抗拉力大，深可达3m，具横向根状茎。 柳 枝 稷 叶 片 扁 平 ， 长 30 ～ 80cm ， 宽 0.8～1.3cm，被柔毛，两面有蜡质。 株高一般为2.1～3.0m 圆锥花序长15～50cm，分枝末端有小穗， 茎秆粗壮、分蘖多，开花 叶与茎连接处有白色绒。 晚，生长速度快 柳枝稷可分为低地和高地两种生态型。
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利用途径
（1）对生态环境差的地方种植柳枝稷； （2）汽车使用柳枝稷产生的燃料乙醇， 减少温室气体排放。
5、栽培管理技术
1、土壤类型及苗床准备 柳枝稷能适应多种土壤类型及酸性 土壤环境，在中性土壤条件下生长 最好，最适宜的土壤p H值一般为 4.9～7.6。柳枝稷较适应于含有一 定量磷，钾和石灰性土壤上生长。
5、肥料管理 柳枝稷对肥料的要求不高，但合 理的施肥有利于提高生物质产量 和改善品质等。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
6、存在问题及对策
存在问题
1、能源转化效率不高 2、酶用量过大和酶生产成本过高
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对策
1、增强品种适应性,提高产量与生物质产率,扩大 栽培面积,从而进一步研究不同微生物在生物质后 期同步糖化发酵过程中的利用情况。 2、通过重组DNA技术提高微生物产酶量以及采用 固定化酶技术
4.1、柳枝稷的能源利用
原料运输和
• 预处理前须对柳枝稷进行颗粒化使其水分含量低于15%,以易于
高效运输和安全贮存。（磨粉和压块）
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利 用 途 径
储存处理
• 原料中的木质素进行分离,使得纤维素结合紧密度降低。（碾磨、
柳枝稷原料
高温分解、酶解和稀酸预处理）木质纤维素成分被降解和糖化, 得到能够被发酵微生物利用的葡萄糖、木糖、甘露糖和半乳糖等。
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柳枝稷作为观赏草适宜 的应用方式
地被覆盖型、丛植片植型和镶边屏障 型；并应用于城市公园、郊野绿地、 观光园区。柳枝稷作为观赏草，在整 个生长季节中逐渐成熟，会给花坛和 花境带来令人兴奋的变化。
4.3、柳枝稷的饲料供应
品质特性
柳枝稷凭借其极好的耐受性，从 干旱的草原到盐碱地，甚至在开 阔的森林都可以生长。产量高， 可制成干草。
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3 种子休眠破除 种子干藏、擦种，浸泡均对破 除柳枝稷种子休眠有不同程度 的作用，其中以湿润冷冻层化 最有效。 6、收获管理 双次收割对湿润和寒冷地区 较为理想一年一次收获对柳 枝稷用作能源生产最合适， 收获时间一般在首次霜降后 一个月左右进行适宜的留茬 高度能够促进禾草分蘖与再 生，保证产草量和改善营养 价值。
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4、品质特点及利用途径
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4.1、柳枝稷的能源利用 4.2、柳枝稷的观赏价值 4.3、柳枝稷的饲料供应 4.4、柳枝稷的生态保护
4.1、柳枝稷的能源利用
其具有高木质纤维素含量
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品 质 特 点
柳枝稷被酿成酒精之后，燃烧时可以放出 5倍于它本身
生长时所需的能量。
牧草产量可观,并且能够长期高产牧草更便于管理,且在大 面积种植情况下,通常已经实现机械化作业。
高地型
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一般六倍体或八倍体，以 八倍体为主
多生活在干燥的高纬度地 区
株高一般为1.5～1.8m
茎干细弱，呈半匍匐状
3、生产现状
有研究表明,柳枝稷生产最大经济半径为48km, 面积为723 823hm 2,目前美国柳枝稷种子商业化 生产基地的种子产量一般为220～ 1 000 kg/hm2。 柳枝稷生物量主要受土壤类型和地理条件影响。 在我国陕北黄土丘陵区，川地生长第五年的柳枝 稷草地产量可达16t·hm-2坡地和山地梯田约为 2.65 t·hm-2。在宁夏固原，生长第五年的Cavein-Rock和Illinois US柳枝稷地上部分干物质量可 分别达到12.3 t·hm-2和10.93 t·hm-2。