甘薯体细胞胚胎发生和原生质体培养及转化的研究

甘薯[Ipomoea batatm L.]胚性愈伤组织的诱导、生长及分化，受遗传背景、外植体来源、激素配比等多种因素的影响。以徐薯l8叶片为外植体，在Ms附加2mg／l2.4-D的培养基上，诱导、筛选出三种类型的愈伤组织（I型、Ⅱ型、IV型），虽然其来源和培养条件相同，但在外部形态、内部结构、分化途径、分化能力、同工酶酶谱、可溶性蛋白质组成以及DNA分子结构方面，都有显著差异。I型愈伤组织在Ms无激素培养基上分化出体细胞胚，其过氧化物酶及脂酶同工酶与Ⅱ型愈伤组织和lV型愈伤组织相比，酶带的数目、深浅不同，而与胚状体相类似，可以作为不回类型愈伤组织及其分化途径的生理指标。SDS-PAGE电泳分析表明：三种愈伤组织的总蛋白组成也有显著差异。I型愈伤组织与Ⅱ型愈伤组织相比，无论是酶带的数目，还是酶带的扫描高度，都占绝对优势，表明其具有相对较高的蛋白质合成代谢水平。RAPD分析表明，三种类型愈伤组织的遗传基础具有一定差异。在所用的10个随机引物中，引物G3(GAGCCCTCCA)扩增出了显著的多态性，在I型愈伤组织与胚状体中发现两个特异片段，有可能与体细胞胚胎发生过程特异相关。 以I型愈伤组织进行悬浮培养，建立了具有再生能力的胚性悬浮细胞系，并对其鲜重、干重、PCV体积、PH值等生长特性进行了测定，研究了在悬浮培养条件下，2.4-D浓度对体细胞胚胎发生的影响。在MS附加Img/12.4-D的培养基中，细胞呈园球型，细胞质浓厚，细胞核显著，分裂旺盛，转入不含2.4-D的分化培养基中，即可得到大量的游离胚状体：浓度过高（4-8mg／l）或过低（0.5mg/l），都不利于细胞的生长和分化。胞外同工酶研究发现：胞外过氧化物酶水平，随着2.4-D浓度升高、培养时间的延长、细胞生长速度的减缓而降低，随着体胚分化的开始而升高。这种变化趋势表明：2.4-D浓度、过氧化物酶及细胞的生长、分化之间，存在密切联系。蛋白质分析发现，2.4-D的浓度与细胞内可溶性蛋白质组成及含量也密切相关：在无激素培养基中的培养物，其蛋白质电泳图谱与在含有不同浓度2.4-D的培养基中的培养物相比，无论是谱带的数目还是谱带的峰值，都有深刻差异，表明在体胚分化和发育过程中，细胞内进行着旺盛的蛋白质合成代谢。 以胚性悬浮细胞为材料，进行原生质体培养。通过对游离条件的比较研究，发现采用PH值为6.0的E3酶液酶解2小时，可以得到大量具有旺盛活力的原生质体。采用液体浅层一固体平板双层培养方式进行培养，原生质体分裂旺盛，20天后形成肉眼可见的微型愈伤组织，在附加0.5mg/1 2.4-D的继代培养基中，出现根的分化，转入附加0.5mg/12.4-D和Img/16-BA的分化培养基中，有少量不定芽发生，并形成小苗，但无胚状体产生。 以来源于胚性悬浮细胞的原生质体为受体，通过与农杆菌共培养，将苏云金杆菌毒蛋白(Bt)基因导入甘薯细胞，经卡那霉素筛选，得到抗性愈伤组织，并有根的分化。经过PCR检测，证明了Bt基因在甘薯细胞染色体组中的整合。

甜樱桃果实采后生理、耐藏性及褐变机理的研究

本文以我国目前主要栽培的甜樱桃早、中、晚熟品种“红灯”、“佐藤锦”、“那翁”、“拉宾斯”和“砂蜜豆”等为试材，系统地研究了甜樱桃果实在不同O2和CO2浓度气调贮藏条件下的生理特性、风味品质和贮藏性，提出了适合于甜樱桃果实生理特性的气调指标和贮藏时间;分析了甜樱桃在不同贮藏条件下果实中乙烯、多酚氧化酶（PPO）、过氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD） 和丙二醛（MDA）的变化情况，揭示了它们与甜樱桃果实衰老、褐变及耐贮性的关系;分析了甜樱桃果实在不同贮藏条件下乙醇、色泽、硬度、可溶性固形物、酸和维生素C等物质成分的含量变化及与果实风味品质的关系;同时，还分析了不同甜樱桃品种果皮的结构特征及与耐藏性的关系，以及不同成熟度的甜樱桃果实在气调贮藏中的生理反应和品质变化。为形成甜樱桃果实采后商业化贮藏的系列配套技术提供了理论依据。 本文的主要研究内容包括：不同CO2浓度的气调贮藏对甜樱桃果实采后生理及品质的影响;高O2或高CO2浓度处理对甜樱桃果实褐变、衰老及风味品质的影响;动态气调贮藏和非动态气调贮藏对甜樱桃生理特性、风味品质和耐藏性的影响;不同成熟度及不同品种对甜樱桃耐藏性的影响;不同药剂配合包装处理对甜樱桃果实耐藏性及品质的影响。试验结果表明： 1. 甜樱桃果实适合于较高CO2浓度的CA贮藏：与自发性气调贮藏（MAP）相比，气调贮藏（CA）更能明显地延缓果实衰老，减少腐烂和褐变，保持风味品质和延长1.5~2倍的贮藏时间。其中以较高CO2浓度的（5% O2 + 10% CO2）气调贮藏效果最好，早熟品种“红灯”的贮藏期为60天，而中、晚熟品种“最上锦”、“佐藤锦”、“那翁”、“拉宾斯”和“砂蜜豆” 的贮藏期可达80-100天。果实在25℃下的货架存放时间为2-3天，在低温条件下（3-5℃）的货架时间是6天以上。 2. 高O2浓度气调对甜樱桃果实易造成伤害：用高O2浓度（70% O2 + 0% CO2）气调贮藏甜樱桃，在短期内可以抑制果实腐烂、减少果肉中挥发性代谢产物乙醇含量，但果实中的丙二醛含量上升迅速，褐变加剧，造成高氧伤害。 3. 动态气调贮藏更有利于延长甜樱桃果实的贮藏期：与非动态气调贮藏相比，贮藏前期用较高浓度CO2（20%）处理甜樱桃果实可有效控制维生素C含量的降低，丙二醛含量上升的速率较慢，可明显减少贮藏后期果实褐变和腐烂，保持风味品质。 4. 成熟度较高的甜樱桃果实适合于气调贮藏：成熟度较高（深红色时采收）的甜樱桃果实比成熟度低（鲜红色时采收）的果实耐藏性好。 5. 果实的耐藏性与果皮结构有关：耐藏性强的品种表皮细胞较小，排列紧密，细胞壁和外层蜡脂均较厚，果肉内部的维管束螺纹排列致密，果肉的薄壁细胞也排列得比较致密。 6. MAP与生物药剂配合有利于延长甜樱桃的贮藏期：生物1号药剂与加有TBZ的低密度塑料薄膜袋包装配合使用对控制甜樱桃果实腐烂、抑制果肉乙烯和乙醇生成、保持品质特性和延长贮藏时间都很有效。 7. 膜质过氧化是造成甜樱桃果实褐变的主要因素：甜樱桃果实褐变与PPO活性关系不大，但与膜质过氧化作用的产物—丙二醛（MAD）含量变化显著相关。

大功率微波与臭氧等复合因子对大棚蔬菜根结线虫及土壤的作

虫（nematodes）是世界农业生产的一大障碍，每年给世界农业生产造成约1000亿美元的巨额损失，是世界各国一直关注的重点病害之一。线虫可以危害各种大田作物和各种温室植物，几乎所有的栽培植物都有线虫危害发生。随着人们环保意识的增强以及健康意识的觉醒，传统防治根结线虫的药物如溴甲烷等因对环境的破坏作用，或者由于高毒、使用不便、抗药性等原因而迅速退出历史舞台，研究环保高效防治线虫成为世界各国竞相发展的技术之一。本研究尝试通过物理方式防治蔬菜根结线虫，并调查了对土壤质量的影响，主要内容包括： 1. 设计制造了功率20 Kw，频率为915 MHz的大功率土壤微波处理机，并通过了田间试验; 2. 设计制造了每小时120 g臭氧产量的便携式臭氧土壤处理机，并通过了田间试验; 3. 采用4因素3水平正交法L9(34)在山东寿光蔬菜大棚进行了蔬菜根结线虫的防治试验，综合考察微波、臭氧、微波吸收剂、EM菌等不同处理水平对根结线虫和对土壤质量的影响，结果表明： 1) 大棚土壤经微波60 s照射能够显著降低甜瓜根结线虫数和根结指数（p < 0.05），盆栽试验只需处理10 s即可显著防治甜瓜根结线虫（p < 0.01）;以120 g/h臭氧浓度处理5 s也能显著降低甜瓜根结线虫的数量（p < 0.05）;田间施入5 g/m2的EM菌，能够显著降低甜瓜根结线虫的数量（p < 0.05）;盆栽试验中微波吸收剂具有降低根结线虫数量的趋势，但是不同处理水平之间差异不显著，田间试验则具有增加根结线虫的趋势，不同处理水平之间也没有显著差异。 2) 微波不同处理水平之间对甜瓜单瓜重的影响没有显著差异;以120 g/h臭氧浓度处理甜瓜能够显著增加甜瓜单瓜重（p < 0.05）;200 g/m2微波吸收剂能够显著提高甜瓜单瓜重（p < 0.05）;以5 g/m2EM菌处理土壤则显著降低甜瓜单瓜重（p < 0.05）。 3) 微波、臭氧、微波吸收剂不同处理水平对甜瓜糖度的影响没有显著差异;以3 g/m2的EM菌处理甜瓜能够显著降低甜瓜的糖度。 4) 不同因素对甜瓜硬度的影响没有显著差异。 5) 微波处理60 s能够显著提高甜瓜的果型指数（p < 0.1），臭氧、微波吸收剂、EM菌等因素不同处理水平之间对果型指数影响差异不显著。 6) EM菌5 g/m2处理浓度能够显著降低甜瓜株高（p < 0.1），微波、臭氧、微波吸收剂不同处理水平之间对株高的影响没有显著差异。 7) EM菌5 g/m2处理浓度能够显著降低甜瓜根径（p < 0.1），微波、臭氧、微波吸收剂不同处理水平之间对根径的影响没有显著差异。 8) 微波处理60 s能够显著降低表层土壤（0-5 cm）的有机质含量（p < 0.01）;以120 g/h的臭氧浓度处理，则可以显著提高10-15 cm土壤的有机质含量（p < 0.05），其它处理因素的不同水平对有机质的影响差异不显著。 9) 微波不同处理水平对土壤全氮的影响没有显著差异（p < 0.05）;120 g/h臭氧处理浓度能够显著降低表层土壤（0-5 cm）的土壤全氮量（p < 0.1）;100 g/m2微波吸收剂处理水平能够显著提高10-15 cm土壤全氮量（p < 0.05）;EM菌3 g/m2的处理水平则显著降低5-10 cm土壤全氮量（p < 0.05）。 10) 微波、微波吸收剂、EM菌不同处理水平之间对土壤全磷没有显著影响;240 g/h臭氧浓度处理5 s能够显著降低10-15 cm土层的土壤全磷含量(p < 0.05)。 11) 微波、微波吸收剂对土壤全磷没有显著影响;臭氧处理具有降低土壤有效磷的趋势，EM菌处理则有提高土壤有效磷的趋势，但是 不同处理水平之间差异不显著（p > 0.05）。 12) 微波处理对土壤EC值没有显著影响;臭氧、微波吸收剂、EM菌处理具有降低土壤EC值的趋势，但是不同处理水平之间差异不显著（p > 0.05）。 13) 微波处理30 s能够显著降低表层土壤的pH值（p < 0.05），臭氧、微波吸收剂、EM菌处理具有提高土壤pH值的趋势，但是不同处理水平之间差异不显著。

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。

长俊木瓜体细胞胚胎诱导的初步研究

以长俊木瓜为材料,研究了其体细胞胚胎诱导过程中各个环节的影响因素。结果表明:愈伤组织诱导的适宜外植体是叶片,培养基为MS+6-BA1.0 mg.L-1+2,4-D0.2 mg.L-1,黑暗培养;非胚性愈伤组织向胚性愈伤组织转化的适宜培养基是MS+6-BA1.0 mg.L-1+NAA1.0 mg.L-1;胚性愈伤组织的保持与增殖应在黑暗条件下进行,培养基为MS+6-BA1.0 mg.L-1+2,4-D0.2 mg.L-1;长俊木瓜叶片体胚的发生以加入ABA2.0 mg.L-1的MS培养基最为有利。

鲜甘薯快速乙醇发酵条件的初步研究

本文对不同菌种（酵母菌和运动发酵单胞菌）快速生产燃料乙醇的条件进行了研究，实现了鲜甘薯快速转化为燃料乙醇。全文分为两部分： 第一部分：酵母菌快速生产燃料乙醇的条件研究。通过单因素试验，酵母菌快速生产燃料乙醇的条件为：发酵方式采用边糖化边发酵（SSF），蒸煮温度为85 ℃，料水比2:1（初始糖浓度 210 g/kg），糖化酶用量0.75 AGU/g 鲜甘薯，接种量10%（v/w）。在最优条件下，经过24 h发酵，乙醇浓度可达97.44 g/kg, 发酵效率为92%，发酵强度为4.06 g/kg/h。由于采用了低温蒸煮和SSF，可以大大节约能耗，从而降低乙醇生产的成本。同时，利用摇瓶优化的条件，进行了10 L，100 L，500 L发酵罐的放大试验，由于发酵罐初期可以人为通氧，使菌体能迅速积累，发酵时间缩短2 h，发酵效率在90%以上。 第二部分：运动发酵单胞菌快速生产燃料乙醇条件研究。通过单因素试验和正交试验获得了发酵的最佳参数：初始pH值6.0-7.0，硫酸铵5.0 g/kg，糖化酶量1.6 AUG/kg淀粉，初始糖浓度200 g/kg，接种量12.5%（v/w）。经过21 h发酵，乙醇浓度为95.15 g/kg，发酵效率可达94%。同时对不灭菌发酵也进行了研究，发酵效率可达92%。为鲜甘薯运动发酵单胞菌燃料乙醇的工业化生产打下基础。 对发酵结束后的残糖进行了研究。通过薄层层析和葡萄氧化酶测定证明：无论是酵母菌还是运动发酵单胞菌发酵结束后的发酵液中都不含葡萄糖。经过HPLC进一步分析残糖说明：发酵液中已没有葡萄糖成分；经糖化酶水解后仍没有葡萄糖出现；但经酸水解后又出现了葡萄糖，说明结束后的残糖是一些低聚糖结构。有关残糖的结构需要进一步研究。可以通过开发高效的低聚糖水解酶来降低发酵液的残糖，提高原料的利用率。 A new technology for rapid production fuel ethanol from fresh sweet potato by different microorganisms (Saccharomyces cerevisiae and Zymomonas mobilis) was gained in this research. The paper involved two parts: Part 1: The study on fuel ethanol rapid production from fresh sweet potato by Saccharomyces cerevisiae. The following parameters of Saccharomyces cerevisiae was investigated by a series of experiments: fermentation models, cooking temperature, initial sugar concentration and glucoamylase dosage. The results showed that SSF (simultaneous saccharification and fermentation) not only reduced the fermentation time (from 30 to 24h) but also enhanced the ethanol concentration (from 73.56 to 95.96 g/kg). With low-temperature-cooking (85 ℃) using SSF, the Saccharomyces cerevisiae was able to produce ethanol 97.44 g/kg which the fermentation yield could reach to 92% and ethanol productivity 4.06 g/kg/h from sweet potato enzymatic hydrolysis. Furthermore, the savings in energy by carrying out the cooking (85 ℃) and saccharification (30 ℃) step at low temperature had been realized. The results were also verified in 10 L, 100 L and 500 L fermentor. The fermentation yield was no less than 90%. The fermentation time of fermenter was shorter than Erlenmeyer flask. This may be that the aeration in the early fermentation period is available, which lead to the rapidly commutations of biomass. Part 2: The technology of ethanol rapid production with simultaneous saccharification and fermentation ( SSF ) by Zymomonas mobilis，using fresh sweet potato as raw material was studied. The effects of various factors on the yield of ethanol were investigated by the single factor and the orthogonal experiments. As a result, the optimal technical conditions were obtained from those experiments：initial pH value 6.0-7.0, nitride 5.0 g/kg，(NH4)2SO4, glucoamylase 1.6 AUG/kg starch, inoculums concentration 12.5% (v/w). The Zymomonas mobilis was able to produce ethanol 95.15 g/kg, with 94% of the theoretical yield, from fresh sweet potato after 24 h fermentation. The fermentation efficiency of non-sterilized was also reach to 92%. We also analyzed the final fermentation residual sugars of Saccharomyces cerevisiae and Zymomonas mobilis. When the residual sugars were analyzed by thin-layer chromatogram and glucose oxidase, there was no glucose. The analysis of reducing sugars by HPLC showed that there was no glucose existed in the fermentation liquor. However, the glucose appeared after being hydrolyzed by acid. It is indicated that the residual sugars in the final fermentation liquor were the configuration of oligosaccharide, which was linked by the special glycosidic bonds. It was feasible for reducing residual sugars to develope the enzyme that can degradation the oligosaccharide.

一株掷孢酵母利用红薯淀粉酶解液积累油脂研究

本论文以红薯淀粉的双酶法水解液为碳源，从19 株红色酵母中筛选出一株油脂含量较高的菌株掷孢酵母（Sporobolomyces reseus）As.2.618。为了提高掷孢酵母（S.reseus）As.2.618 的油脂产量，考察了培养基组成对该菌生长情况及油脂积累的影响。用均匀设计法对培养基组成进行了优化，由DPS软件得出的优化结果为：还原糖103g/L、酵母粉11.5g/L、磷酸二氢钾0.3g/L、硫酸镁0.15g/L。生物量可达19.23 g/L,油脂含量为3.875 g/L。研究了添加二价离子对该菌的生长及油脂积累的影响,结果表明Zn2+对该菌生长和油脂积累都有显著促进作用。研究了发酵条件以及添加氧载体正十二烷对该菌发酵的影响，表明添加正十二烷有利用于该菌生长与油脂积累。得出最佳发酵条件是：在还原糖103g/L、酵母粉11.5g/L、磷酸二氢钾0.3g/L、硫酸镁0.15g/L。添加30mg/L 硫酸锌,接种量为5％，在24h 后添加2g/L 的碳酸钙和2%(v/v)正十二烷，pH6.0 培养温度为27℃，转速为200r/min，培养时间为7 天的条件下，该菌生物量干重可达35.05g/L,油脂含量也达11.98g/L。Lipid is one of the basic material for life-sustaining activities andimportant industrial materials. As lipid resources mainly come from the animal andthe plant, the problem of lipid lack is encountered at times. The lipid frommicroorganisms is the substitute and superior to the above lipid with a short period ofproduction and much cheaper fermentation materials such as agricultural and sidelineproducts or wastes of crop.Thus large scale production and broad application ofmicrobial lipid will be efficient not only in substitute of the animal and the plant lipidfor food and industrial field , but also inducing a new way leading to solve the energyproblem.For the purpose of exploring the characteristics of lipid production of redyeasts from sweet potato starch hydrolysates. 19 red yeasts are screened for thecapability of lipid producing and one strain Sporobolomyces reseus As.2.618 withsuperior performance is sellected.To improve the Sporobolomyces reseus As.2.618’s capability of lipidaccumulation , the components of the medium, which may influence the growth of thestrain and the lipid yield have been studied. To get the optimum mediumcomponents ,the “uniform design” was used .The DPS software gave the optimummedium component is: reducing sugar 103 g/L、yeast extract 11.5 g/L、KH2PO4 0.3g/L、MgSO4 0.15 g/L. The biomass could reach up to 19.23 g/L and lipid yield 3.87g/L with the above composition of fermentation medium.Furthermore the fermentation conditions , addition of the divalent metal ionsand the oxygen vector to increase the strain’s lipid producing capability are tested.The optimum condition is : reducing sugar 103 g/L、yeast extract 11.5 g/L、KH2PO40.3 g/L、MgSO4 0.15 g/L，Adding 30mg/L ZnSO4,and adding 2g/L CaCO3 2％(v/v)n-dodecane after 24h’s fermentation. the optimal fermentation condition were asfollow :30ml medium in the 500ml flask with initial pH 6.0,the flasks with 5%inoculation volume were at 200r/min shaking speed for 7d’s fermentation at27 .Under this kind of condition the high biom ¡æ ass which reach to 35.05 g/L could begot ,the yield of lipid also could reach to 11.98g/L.

非粮原料燃料乙醇发酵关键技术的研究

生物质燃料乙醇是一种高度清洁的交通液体燃料，是减少温室气体排放，缓解大气污染的最佳技术选择。以非粮原料生产燃料乙醇可以在进行能源生产的同时保证粮食安全，有利于产业的可持续发展。在众多的非粮原料中，甘薯是我国开发潜力最大的生物质能源作物之一。我国占世界甘薯种植总面积和产量的90％。同时，甘薯的单位面积燃料乙醇产量远大于玉米和小麦。其成本是目前酒精中最低廉的，因此利用甘薯生产乙醇是发展生物质燃料乙醇的首要选择。目前采用薯类全原料主要采用分批发酵生产乙醇，其技术水平低，发酵强度低，一般在0.7－2.5g/（L•h），乙醇浓度低，甘薯发酵乙醇为6－8％(v/v)，能耗高，环境负荷大，污染严重。针对上述问题，本文从菌株选育、原料预处理、中试放大、残糖成分分析等方面进行研究。 为了研究乙醇发酵生产规模扩大过程中，大型发酵罐底部高压条件下，CO2对酵母乙醇发酵的影响，我们通过CO2 加压的方法进行模拟试验，研究结果表明，发酵时间随压强的升高而逐渐延长，高压CO2 对乙醇发酵效率影响不大，在0.3 MPa 以下时，发酵效率均可达到90%以上。高压CO2 对发酵的抑制作用是高压和CO2 这两个因素联合作用的结果。高压CO2 条件下，酵母胞外酶和胞内重要酶类的酶活均表现出特征性。0.2 MPa 下，酶活性的变化趋势和0.1 MPa 条件下的较为一致。而0.3 MPa 下的酶活变化趋势与0.4 MPa 下的酶活更为接近。通过全基因表达分析发现在CO2 压力为0.3 MPa 下，乙醇发酵途径中多个基因表达量下调，同时海藻糖合成酶和热激蛋白基因表达量上调。 筛选耐高温的乙醇酵母菌株能够解决糖化温度和发酵温度不协调的矛盾，实现真正意义上的边糖化边发酵。高温发酵还能够降低发酵时的冷却成本，实现乙醇的周年生产。本研究筛选出一株高温发酵菌株Y-H1，进而我们对该菌株的胞外酶和胞内乙醇代谢重要酶类的酶活性进行了分析。结果表明Y-H1 能够在40 ℃条件下正常进行乙醇发酵，发酵33h，最终乙醇浓度达到10.7%（w/w），发酵效率达到90%以上。同时发酵液最终pH 在3.5 左右，显示菌株具有一定的耐酸性能力。同时观察到40 ℃下，菌株的胞外酶和胞内乙醇代谢重要酶类的酶活性发生了变化，乙醇发酵途径中关键酶基因表达下调，而海藻糖合成酶与热激蛋白基因表达量上调，这些结果为进一步研究酵母菌耐热调控机理提供了依据。 糖蜜是一种大规模工业生产乙醇的理想原料，本研究利用选育高浓度乙醇发酵菌株结合配套的发酵稳定剂，研究了糖蜜高浓度乙醇发酵情况。结果表明采用冷酸沉淀预处理糖蜜溶液，采用分批补料的发酵方式，乙醇浓度最高达到了10.26% (w/w)，发酵时间为42 h。同时观察到在糖蜜发酵中，乙醛含量与乙醇浓度存在一定的相关性。 快速乙醇发酵对于缩短乙醇生产周期、降低乙醇生产成本、减少原料腐烂损失具有重要意义。本研究诱变和筛选得到了一株快速乙醇发酵菌株10232B。在优化后的发酵条件下，采用10L 发酵罐进行分批乙醇发酵，经过18h,乙醇的最终浓度达到88.5g/L,发酵效率93.6%，平均乙醇生产速度达到4.92 g/L/h。此菌株在保持较高乙醇生产浓度的同时，拥有快速生产乙醇的能力，适合作为快速乙醇发酵生产菌种。 由于鲜甘薯具有粘度大的特点，传统液化糖化处理很难在短时间内充分糖化原料；高粘度的醪液也难以进行管道输送，容易堵塞管路；同时，也会降低后续的乙醇发酵效率。 本文采用了快速粘度分析法对鲜甘薯糊化粘度特性进行了分析，进而对预处理条件进行了研究，在最佳预处理条件下，糖化2h 后，醪液葡萄糖值最高可达99.3，粘度4.5×104 mPa.s，而采用传统糖化工艺，醪液DE 值仅为85.8，粘度大于1.0×105 mPa.s。 此预处理方法也可用于快速糖化不加水的醪液。后续的乙醇发酵试验表明，通过此预处理方法获得的糖化醪液对乙醇发酵无负面影响。 在前期已实现了实验室水平的鲜甘薯燃料乙醇快速乙醇发酵基础上，进一步将发酵规模扩大到500L，在中试水平上对甘薯乙醇发酵进行了研究。结果表明在500L 中试规模，采用边糖化边发酵（SSF）工艺，在料液比为3∶1，发酵醪液最高粘度为6×104mPa.s 条件下，发酵37h，乙醇浓度达到了12.7%（v/v），发酵效率91%，发酵强度为2.7 g/（L•h）。与目前国内的薯类乙醇发酵生产技术水平具有明显的优越性。 为研究甘薯、木薯乙醇发酵中残糖的组成，采用了高效液相色谱—蒸发光散射检测法，对乙醇发酵残糖进行了分析。结果表明，甘薯、木薯乙醇发酵残糖均为寡聚糖，主要由葡萄糖、木糖、半乳糖、阿拉伯糖和甘露糖构成。随着发酵时间延长，寡聚糖中的葡萄糖、半乳糖、甘露糖可被缓慢的水解释放。提高糖化酶量仅在一定程度上降低残糖，过量的糖化酶反而会导致残糖增加。同时发现3, 5-二硝基水杨酸法不能准确测定甘薯、木薯乙醇发酵中的残总糖含量。进一步筛选了两株残糖降解菌株，对甘薯乙醇发酵残糖的降解利用率均达到了40%以上，而且还能显著降低发酵醪液粘度。经形态学和rRNA ITS 序列分析，确定这两株菌分别属于为木霉属和曲霉属黑曲霉组。 通过对以甘薯原料为代表的非粮原料发酵技术研究开发，以期形成乙醇转化率高，能耗低，生产效率高、季节适应性好，原料适应性广，经济性强，符合清洁生产机制的燃料乙醇高效转化技术，为具有我国特色的燃料乙醇发展模式提供技术支持。 Sweet potato is one of the major feedstock for the fuel ethanol production in China. The planting area and the yield in China take 90% of the world. Sweet potato is an efficient kind of energy crops. The energy outcome per area is higher than corn or wheat. And the manufacture cost of ethanol is the lowest, compared with corn and wheat. So sweet potato is the favorable crop for the bioethanol production in China. However, the low-level fermentation technology restricts the development of ethanol production by sweet potato, including slow ethanol production rate, low ethanol concentration and high energy cost. To solve these problems, we conducted research on the strain breeding, pretreatment, pilot fermentation test and residual saccharides analysis. To study the impact of hyperbaric condition at bottom of the large fermentor on yeast fermentation, high pressure carbon dioxide (CO2) was adopted to simulate the situation. The results showed that the fermentation was prolonged with the increasing pressure. The pressure of CO2 had little impact on the ethanol yield which could reach 90% under the pressure below 0.3 MPa. The inhibition was combined by the high pressure and CO2. Under the high CO2 pressure, the extracellular and important intracellular enzyme activities were different from those under normal state. The changes under 0.1 MPa and 0.2 MPa were similar. The changes under 0.3 MPa were closer to those under 0.4 MPa. The application of thermotolerance yeast could solve the problem of the inconsistent temperature between fermentation and saccharificaton and fulfill the real simultaneous saccharification and fermentation. And it could reduce the cooling cost. A thermotolerance strain Y-H1 was isolated in our research. It gave high ethanol concentration of 10.7%（w/w）at 40 ℃ for 33 h. The ethanol yield efficiency was over 90%. At 40 ℃, the extracellular and important intracellular enzyme activities of Y-H1 showed the difference with normal state, which may indicate its physiological changes at the high temperature. Molasses is another feedstock for industrial ethanol production. By our ethanol-tolerance strain and the regulation reagents, the fermentation with high ethanol concentration was investigated. In fed-batch mode combined with cold acid deposition, the highest ethanol concentration was 10.26% (w/w) for 42h. The aldehyde concentration in fermentation was found to be related to ethanol concentration. The development of a rapid ethanol fermentation strain of Zymomonas mobilis is essential for reducing the cost of ethanol production and for the timely utilization of fresh material that is easily decayed in the Chinese bioethanol industry. A mutant Z. mobilis strain, 10232B, was generated by UV mutagenesis. Under these optimized conditions, fermentation of the mutant Z. mobilis 10232B strain was completed in just 18 h with a high ethanol production rate, at an average of 4.92 gL-1h-1 per batch. The final maximum ethanol concentration was 88.5 gL-1, with an ethanol yield efficiency of 93.6%. This result illustrated the potential use of the mutant Z. mobilis 10232B strain in rapid ethanol fermentation in order to help reduce the cost of industrial ethanol production. As fresh sweet potato syrup shows high viscosity, it is hard to be fully converted to glucose by enzymes in the traditional saccharification process. The high-viscosity syrup is difficult to be transmitted in pipes, which may be easily blocked. Meanwhile it could also reduce the later ethanol fermentation efficiency. To solve these problems, effects of the pretreatment conditions were investigated. The highest dextrose equivalent value of 99.3 and the lowest viscosity of 4.5×104 mPa.s were obtained by the most favorable pretreatment conditions, while those of 85.8 and over 1.0×105 mPa.s was produced by traditional treatment conditions. The pretreatment could also be applied on the material syrup without adding water. The later experiments showed that the pretreated syrup had no negative effect on the ethanol fermentation and exhibited lower viscosity. The fuel ethanol rapid production from fresh sweet potato was enlarged in the 500L pilot scale after its fulfillment on the laboratory level. The optimal ratio of material to water was 3 to 1 in 500L fermentor. With low-temperature-cooking (85 ℃) using SSF, the Saccharomyces cerevisiae was able to produce ethanol 97.44 g/kg for 37h, which reached 92% of theoretical yield. The average ethanol production rate was 4.06 g/kg/h. And the maximum viscosity of syrup reached 6×104mPa.s. The results showed its superiority over current industrial ethanol fermentation. The compositions of the residual saccharides in the ethanol fermentation by sweet potato and cassava were analyzed by high performance liquid chromatography coupled with evaporative light-scattering detector. The results showed that all the residual saccharides were oligosaccharides, mainly composed of glucose, xylose, galactose, arabinose and mannose. The glucose, galactose and mannose could be slowly hydrolyzed from oligosaccharides in syrup during a long period. To increase the glucoamylase dosage could lower the residual saccharides to a certain extent. However, excess glucoamylase dosage led to more residual saccharides. And the method of 3, 5-dinitrosalicylic acid could not accurately quantify the residual total saccharides content. Two residual saccharides degrading strains were isolated, which could utilize 40% of total residual saccharide and lower the syrup viscosity. With the analysis of morphology and internal transcribed spacer sequence, they were finally identified as species of Trichoderma and Aspergillus niger.

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

干旱和复水条件下转基因甘薯的光合特性

以转铜锌超氧化物歧化酶(Cu/Zn SOD)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)基因甘薯(TS)及未转基因甘薯(NT)为实验材料,研究在旱后复水条件下转基因甘薯及未转基因甘薯抗氧化酶活性和光合特性变化。结果显示,连续36 h胁迫条件下,TS和NT的SOD活性都先降低后升高,但TS的SOD活性始终高于NT。胁迫至24 h时,TS的SOD活性约为NT的1.2倍,复水后二者SOD活性都下降。持续胁迫,TS的APX活性先升高后降低,NT与之相反,复水后TS和NT的APX活性都是先升高后降低,复水12 h,TS的APX活性是NT的1.5倍。水分胁迫条件下TS的膜质受伤害程度要轻于NT,胁迫24 h,复水12 h,NT的MDA含量均约为TS的1.2倍。胁迫12 h,TS和NT净光合速率都下降,继续胁迫,TS净光合速率开始上升,NT几乎保持不变,胁迫36 h,TS的净光合速率约为NT的1.5倍。复水后二者净光合速率都开始上升,复水12 h,TS净光合速率约为NT的3倍。胁迫时TS、NT胞间CO2浓度(Ci)都逐渐增大,胁迫36 h时NT胞间CO2浓度显著高于TS,是其1.4倍。实验结果表明,同时转入SOD、APX抗氧化基因后,在...

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.