The influence of carbon ion irradiation on sweet sorghum seeds

The aim of this study is to investigate the effects of different doses of 100 MeV/u carbon ions on sweet sorghum seeds in order to improve crop yields and their sugar content. After irradiation, seeds were germinated and grown to 30 days, and others were sown in the field. At the end of harvesting season all planted seeds were picked separately and M2 generations obtained. The differences among the treatments were examined using the RAPID procedure. In the study done by using 38 primers; according to the amplification results, the differences among the various doses treatment were shown.

甜高粱在青海高原种植的初步研究；Preliminary study on sweet sorghum growing on Qinghai Plateau

为探讨甜高粱(Sorghum bicolor)在青海作为饲料作物种植的可能性,在青海高原上做了初步试验,结果显示:密度对茎秆高度、茎粗、产量有显著影响,对生育期、单株质量影响不显著,株行距为0.40 m×0.20m时,产量最高;浇水次数对甜高粱的生育期、茎秆高度、茎粗、单株质量、产量没有显著影响,表明甜高粱对水分依赖不高,具有很强的耐旱和抗旱性;地膜对甜高粱有极显著影响,使其生育期提前,茎秆高度增高,单株质量增加、产量提高;糖分含量在开花-收获期为15.93%~16.67%,比不盖地膜增加了29.19%~47.98%;大田示范密度0.50 m×0.20 m,开花-收获期666.7 m2产量达4 890.8 kg,投入产出比为1∶1.78,效益显著。研究表明,在青海高原东部农业区盖地膜种植饲用甜高粱,用作饲料是完全可行的。

聚乙二醇模拟干旱对甜高粱幼苗丙二醛、脯氨酸含量的影响；Effects of Drought Stress Simulated by PEG on Malonaldehyde and Proline Contents of Sweet Sorghum Seedlings

以甜高粱品种KFJT-CK及经过碳离子辐照选育出的早熟突变株KFJT-1为材料,用浓度分别为5%,10%和15%的聚乙二醇(PEG)6000模拟干旱对其进行胁迫处理,测定丙二醛(MDA)及脯氨酸(Pro)的含量。随着胁迫时间的延长和胁迫程度的增加,MDA含量持续升高;Pro含量在5%和10%PEG胁迫下持续升高,在15%PEG胁迫下先升高后降低。表明碳离子辐照可能使甜高粱膜脂过氧化特性发生改变,影响Pro的表达。为进一步研究碳离子束辐照对甜高粱的耐旱生理提供一定的基础,并为下一步的育种工作提供有用的参考。

CO2倍增对禾本科植物幼苗形态结构的影响

本论文为国家自然科学基金重大项目“中国陆地生态系统对全球变化的反应模式研究”的部分研究内容。 本文对C02正常浓度(350ppm)和C02倍增(700ppm)条件下，小麦（Triticum, aestivum）、半野生小麦(Triticum aestivum spp．tibeticumShao)、大麦（Hordeum vulgare）、野大麦（Hordeum brevisubulalum）、水稻（Oryza sativa,）、野生稻（Or7za sativa ssp．）、谷子（Setaria italica）、狗尾草（Setaria viridis）、高粱（Sorghum vulgare）、玉米（Zea mays）、旱雀麦（Bromus tectorum）、旱麦草（Eremopyrum triticeum）等12种禾本科植物幼苗的叶片厚度、叶肉细胞密度、维管束鞘细胞中的叶绿体数、叶肉细胞中的叶绿体数、表皮细胞密度、气孔密度、气孔指数、气孔长度、气孔阻抗及平均株高、鲜重、茎秆直径、根的直径、种子的萌发率及叶绿体超微结构等进行了比较研究。 结果表明，C02倍增使不同种类、不同测试项目反应不一。总体上看，CO2浓度倍增，使10种禾本科植物（野大麦、玉米外）的吐片厚度普遍增加。除个别种类外，C4种类的平均株高、鲜重、根直径倍增组比对照组减小;气孔平均密度增加，而C3种类则呈相反趋势o C4种类比C3种类的叶片气孔开度对C02倍增反应更为敏感。在高浓度C02条件下，C4种类的叶绿体超微结构变化较明显，淀粉粒显著增加。野生种类的表皮细胞密度，叶肉细胞密度，维管束鞘细胞中的叶绿体数及茎秆直径，C02倍增组比对照组减少，栽培种类则显著增加。气孔密度与气孔指数基本呈正相关;而气孔长度与气孔密度则大体上呈负相关。 文中对高浓度C02条件下，供试植物形态结构的变化和规律，及全球大气变化对未来农业可能产生的影响进行了讨论。

植物根系、根区微生物对大气CO2浓度倍增的反应及其生态学意

预测下世纪中叶，大气CO_2浓度将高到目前的两倍（即达到700μ1•1~(-1)）。CO_2倍增对植物地上部的影响已经有了较多的研究，胆是由于方法学上的困难，至今关于倍增CO_2对植物根及根区微生物的研究仍是非常匮乏。本文应用国际上最新的根研究方法，以根系为中心，研究开顶式CO_2C熏蒸培养室中，CO_2倍增条件下根系与地上部，根系与根区微生物[共生的泡囊－丛枝菌根（VAM）真菌，非共生的土壤微生物]的关系。 1. CO_2倍增对根系的影响目前CO_2倍增对根系影响的研究多集中在根生物量的测定，或根／冠比值的测定，而善于其它参数如根长度则很少涉及，而根表面的反应目前还未见文献报道。本实验以幼苗期小麦“青323”（Triticum aestivum）、水稻“中作 29”(Oryza sativa)、大豆“科农4号”（Glycine max）、玉米“农大3138”（Zea mays）、甜高粱“M－81E”（Sorghum saccharatum）为材料，研究CO_2倍增对植物生物量的影响，发现CO_2倍增使C_3植物水稻、大豆的地上部、根系干重均显著增加，使小麦的根系干重显著增加，地上部无显著差异;C_4植物玉米和甜高粱的地上部和根系均没有显著反应。植物干重反应资料表明在光合产物的分配方面，C_3和C_4植物之间存在巨大的差异。 为了解根系获取土壤资源的能力的变化，我们对根系总长度和总表面积进行了分析。用样格交叉法研究根系长度的变化，结果显示，幼苗期的小麦、大豆的根系长度均被显著促进，尤其值得注意的是，尽管玉米根系干重没有显著改变，但是根长度已发生显著变化。同时应用研究根系表面积的最新方法－Na NO_2吸附法，研究发现幼苗期小麦、水稻和大豆的根系表面积在CO_2倍增条件下均显著增加，C_4植物玉米的根表面积亦有显著增加，但甜高粱的根表面积却没有显著反应，这说明即使在C_4植物类型中，根系表面积的反应在不同物种间仍存在很大差异。由于根长度和根表面积增幅大于根干重的增幅，所以推断在CO_2倍增条件下，植物根系细根比例增加，这有利于植物获取更多的养分。由于不同植物之间根系的反应不同，这将改变群落中原有的根系竞争关系，从而影响群落中物种的组成。 2. CO_2倍增对VAM真菌侵染强度和活力的影响本文应用NBT染色法，并结合浸染强度等级和活力等级标准，首次对CO_2倍增条件下，植物VAM真菌的侵染强度和活力的变化进行了检测。对比常规的酸性品红乳酸甘油法和NBT法，发现两者在显示侵染强度时元显著差异，但后者能同时用于侵染活力等级的研究。对幼苗期大豆以及不同生长期的小麦和玉米根系VAM真菌的侵染强度和活力进行观测，结果显示，倍增CO_2对大豆的侵染强度和活力均没有显著效应;使幼苗期玉米的侵染强度显著增加，但侵染活力无显著差异，但随生长期的推移，侵染强度所受的CO_2倍增效应逐渐减小，与14天苗龄（DAP）和35DAP相比，侵染活力在22DAP时所受效应最大;使10DAP小麦的VAM侵染强度和活力均显著增加，而且这种效应在30DAP小麦中的表现与10DAP小麦的相同。说明C_3、C_4植物中，菌根真菌对CO_2倍增反应不同，这也许是C_3、C_4植物对CO_2倍增反应不同的原因之一。倍增CO_2改善了VAM真菌的发育，所以较之于非菌根侵染植物，菌根侵染植物将因为CO_2倍增而获益更多，另一方面不同种植物中，VAM真菌的发育反应不同，这将使植物群落中，根系获取无机营养的竞争能力发生变化，最终影响植物群落的物种丰度和生物多样性以及群落的演替。 3. CO_2倍增对非共生土壤微生物的影响CO_2倍增使生长70天的小麦、垂柳（Salix babylonica）、藜(Chenopodium album)、繁穗苋（Amaranthus cruentus）品种“红苋K112”的地上部和根系的生物量增加。以这些植物所在土壤为材料，用氯仿熏蒸直接提取法研究土壤微生物生物量C（C_(mic)）和生物量N（N_(mic)）的变化，发现CO_2倍增尽管使各类型植物的C_4植物）土壤中C_(mic)的变化趋势不完全相同（小麦和藜所在土壤的C_(mic)下降，垂柳中C_(mic)升高，而在繁穗苋中无显著差异），但N_(mic)在各物种所在土壤中均有不同程度的上升，在繁穗苋中增幅最大。C_(mic):N_(mic)比值在4个物种所在土壤中均明显下降，这意味着CO_2倍增后在植物生长后期，土壤微生物活性提高，分解植物凋落物和土壤中其它有机质的能力加强，从而改善贫瘠土壤中有机质质量。 4.CO_2倍增对植物呼吸和光合作用及C素积累的影响 1）CO_2倍增对植物暗呼吸的影响：以杜仲（Eucommia ulmoides）、紫花苜蓿(Medicago sativa)和玉米等10种植物的离体成熟叶片或整株为材料，研究不同测定温度（15～35 ℃）下，CO_2倍增对植物暗呼吸的影响。结果表明：在较低温度（15 ℃、20 ℃）下，CO_2倍增对植物暗呼吸没有显著效应;在较高温度（30 ℃、35 ℃）时，多数被测植物的暗呼吸显著增强。由于植物在不同温度时它们的暗咱吸受CO_2倍增的促进幅度不同，这将导致不同地区（环境温度不同）的植物暗呼吸反应有差异，而且由于不同物种的暗呼吸增幅不同，综合光合效应，它们的生物量的反应也会不同。 2）CO_2倍增对整株植物的CO_2气体交换及植物C素积累的影响：利用自行设计的一套CO_2气体测定装置，首次尝试同步测定CO_2倍增条件下幼苗期小麦地下部和地上部的气体交换在昼夜24小时内的变化及C素的积累。发现CO_2倍增不仅使小麦地上部C素的积累增加，也使地下部释放的C素增加，但整株植物的C素收入仍高于对照两倍多，这从植物与环境的CO_2气体交换角度为CO_2倍增促进植物生物量的增加提供了依据。并首次提出：植物的整体性及植物所在的环境条件（主要是温度和光照强度）决定着植物暗呼吸对CO_2倍增的响应方式：被抑制或无效应。

论高粱的抗旱性及在旱区农业中的地位

本文以笔者研究组多年研究结果为基础,以玉米为主要参比作物,就干旱逆境下高粱的产量表现、水分利用及抗旱特性进行了论述。认为高粱是一种综合抗旱能力很强的作物,尤其具有低耗水、高水分利用效率特性,其耐旱性显著高于玉米,也高于谷子和苜蓿,属于一种典型的模式抗旱作物,具有重要的生产和研究价值。指出高粱作为抗逆性很强的粮饲酿兼用作物,特别是作为一种能源植物,仍具良好的发展前景。建议今后在降水量低于450mm、热量可满足生长的地区扩大高粱种植面积,同时加强对其整体抗旱性机理及抗旱基因组的研究。

NaCl胁迫对甜高粱幼苗保护酶活性等生理特性的影响

采用不同浓度NaCl溶液(100 mmol/L、200 mmol/L)胁迫处理甜高粱幼苗,测定了叶片中叶绿素含量、脯氨酸含量及三种保护酶活性等生理指标。结果表明:100 mmol/L和200 mmol/L处理的甜高粱幼苗质膜相对透性、脯氨酸和丙二醛含量升高;可溶性蛋白和叶绿素含量降低;保护酶系统中叶片超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性均升高,且在100 mmol/L浓度处理下达到最大,而过氧化物酶(POD)活性呈先升高再降低趋势。NaCl胁迫对甜高粱幼苗的一些生理特性产生一定影响。

重离子辐照对干旱胁迫下甜高粱幼苗的影响

<正>不同剂量(0Gy,40Gy,80Gy)碳离子辐照甜高粱(Sorghum bicolor(L)Moench)干种子后,水培7天时测定发芽率。在温度25℃/18℃,光照12h/12h条件下培养15d后,

甜高粱重离子诱变改良研究进展

<正>甜高粱(Sorghum bicolor(L.)Moench)属C4植物,具有很高的光合效率,是世界上生物量最高的作物,故有"高能作物"之称。另外,甜高粱具有抗旱、耐涝、耐贫瘠、

碳离子辐照诱变产生的甜高粱M2代幼苗对高温胁迫的响应

甜高粱(Sorghum bicolor(L)Moench)"凯勒"种子经不同剂量(0、10Gy、30Gy、50Gy、80Gy)80MeV/u碳离子注入后,其M2代幼苗对40℃高温胁迫作出了不同的响应:株高、叶绿素含量变化不大,相对低剂量(10Gy、30Gy)碳离子处理使M2代幼苗生物量高于对照CK(0Gy)和高剂量(50Gy、80Gy)处理,同时从丙二醛(Malondialdehyde,MDA)和可溶性糖含量的变化来看,30Gy碳离子辐射处理组MDA和可溶性糖含量降低,提高了M2代幼苗的高温抗性。

重离子辐照甜高粱新品种选育及其诱变机理研究

利用重离子辐照技术对甜高粱种子进行不同剂量的诱变处理，并分析辐照后代的农艺性状、生理生化特性及基因组DNA的多态性差异，旨在选育出含糖量高、生物量高及抗逆性强的新品种，为发展生物质燃料乙醇产业提供优质的原料，并阐明重离子对甜高粱的诱变机理。主要结果如下： 1.甜高粱在田间的存活曲线表现为“类马鞍型”，随着辐照剂量的增加，其存活率先降后升再下降。 2.筛选出株高、单秆重、糖锤度、早熟型、茎粗等突变类型的材料，尤其是80Gy辐照剂量下从BJ0602中得到的早熟突变材料KFJT-1，生育期缩短了20天左右。 3.和未辐照株KFJT-CK相比，辐照突变株KFJT-1的萌芽指标表现为极显著差异（p＜0.01），其发芽势、发芽指数、活力指数和子叶长度、胚根鲜重及子叶鲜重分别下降了24％、12.69％、0.8108％和15.32％、76.27％、27.08％。 4. 利用RAPD技术对不同剂量的辐照处理检测出的多态性差异表明，不同剂量的碳离子束辐照后，不同辐照剂量对应的5种处理材料的DNA突变率分别0％、11.4％、12.2％、18.7％和17.7％。 重离子辐照可引起甜高粱各个方向的突变，有些突变材料生物量和含糖量均高，而有些突变材料表现出生长点消失、叶片扭曲、黄化等表型性状

经碳离子束诱变的甜高粱汁酒精发酵高产菌株的研究

为了选育出适合发酵甜高粱汁来生产酒精的酵母菌株，本论文以酒精酵母Saccharomyces cerevisiae YY为材料，利用兰州近代物理研究所重离子研究装置（HIRFL）产生的100MeV/u碳离子束对酒精酵母进行了辐照诱变。采用红四氮唑（TTC）作为筛选指示剂，初筛得到了5株产酒能力有所提高的突变酵母菌。通过甜高粱汁发酵，测定发酵液中酒精含量和残糖，复筛出产酒精能力比出发菌株有明显提高的诱变菌株T4。并对其发酵条件进行了优化，以期获得的结果能够为甜高粱汁工业化生产酒精提供参考数据。通过本论文的研究，得到以下初步结果： 1. 在甜高粱汁培养基中，酒精酵母YY的对数生长期在8-20h之间，此时菌体的生长繁殖比较旺盛，活力最佳，为辐照诱变的最佳时期。辐照后，菌体的存活率随辐照剂量的增加呈现出逐渐衰减的趋势。 2. 红四氮唑TTC是一种无色显色指示剂，活菌中所含的脱氢酶可将它还原成红色，因此可以根据菌落呈色的深浅判断酵母菌产酒精能力的高低，从而挑选出产酒能力较高的菌株。本试验用TTC双层培养基法初步筛选出了利用甜高粱汁发酵生产酒精能力较强的T4酵母菌株。 3. 对影响T4菌发酵甜高粱汁生产酒精的几个主要因素（甜高粱汁糖度、接种量、温度、pH、无机盐）进行了初步探讨研究，得出了T4菌发酵甜高粱汁生产酒精的最适条件为：甜高粱汁糖度22%，接种量10%，温度30oC,pH 4.5 ,无机盐加入量为:（NH4）2SO4 1g/L，KH2PO4 5g/L，MgSO4 3g/L。 4. 对发酵条件进行优化后的中试结果显示：出发菌株YY发酵甜高粱汁的时间为36h，酒精产量为8.6% (V/V) ，而T4突变菌甜高粱汁发酵液中的最终酒精含量可以达到9.8%，发酵时间仅为24h。因此，T4菌在工业应用中很有前景

Potential CO2 Emission Reduction by Development of Non-Grain-Based Bioethanol in China

Assessment of the potential CO2 emission reduction by development of non-grain-based ethanol in China is valuable for both setting up countermeasures against climate change and formulating bioethanol policies. Based on the land occupation property, feedstock classification and selection are conducted, identifying sweet sorghum, cassava, and sweet potato as plantation feedstocks cultivated from low-quality arable marginal land resources and molasses and agricultural straws as nonplantation feedstocks derived from agricultural by-products. The feedstock utilization degree, CO2 reduction coefficient of bioethanol, and assessment model of CO2 emission reduction potential of bioethanol are proposed and established to assess the potential CO2 emission reduction by development of non-grain-based bioethanol. The results show that China can obtain emission reduction potentials of 10.947 and 49.027 Mt CO2 with non-grain-based bioethanol in 2015 and 2030, which are much higher than the present capacity, calculated as 1.95 Mt. It is found that nonplantation feedstock can produce more bioethanol so as to obtain a higher potential than plantation feedstock in both 2015 and 2030. Another finding is that developing non-grain-based bioethanol can make only a limited contribution to China's greenhouse gas emission reduction. Moreover, this study reveals that the regions with low and very low potentials for emission reduction will dominate the spatial distribution in 2015, and regions with high and very high potentials will be the majority in 2030.