齊魯師范學院能源植物研究中心簡介

生物質能源研究是我國的重要戰略研究方向，是國家應對未來化石能源短缺與全球氣候變化的重要戰略組成部分。國家《“十二五”生物技術發展規劃》把生物能源技術列為重點研發的關鍵技術。本中心將根據國家《農業生物質能產業發展規劃》要求，結合山東省氣候土壤條件，研究選育適合山東地區發展的能源植物種質資源，同時研究植物光合產物(細胞壁物質、細胞內可溶性糖與脂肪酸)的合成、轉運與積累機理，并在此基礎上對能源植物進行遺傳改良，最終通過與栽培與生產技術的集成研究，實現生物質能源利用的產業化。 該中心現有固定研究人員14人，其中教授3人、副教授6人，具有博士學位的研究人員7人。近五年來中心研究人員作為主持人主持國家基金面上項目2項、省自然基金3項；作為主要參與人參與國家“973”項目1項、“863”項目2項、國家自然基金面上項目4項、省自然基金6項。

中心現有科研實驗室559.4平米(10間實驗室)，其中包括一個植物組織培養室、兩間氣候室、一間共聚焦顯微鏡室、一間遺傳分析室、一間細胞及免疫組化室、一間蛋白工作室、一間分子生物學實驗室、一間學術交流室。在校區內設有作物常規育種試驗田12畝，并在東營廣饒和濰坊濱海區建有濱海鹽土與鹽化土環境試驗田200畝。中心科研儀器設備資產總值957萬元，含共聚焦顯微鏡（OLYMPUS FV1200-TIRFM）、微分干涉顯微鏡（LEICA DM2500）、超薄切片機（LEICA UC7）、近紅外分析儀（PERTEN）、高壓液相色譜儀、氣相色譜儀、大容量低溫高速離心機（Eppendorf）、梯度降溫PCR擴增儀（Eppendorf）等大型科研儀器，具備開展植物分子、細胞、遺傳學研究的硬件條件。

根據研究需要，中心目前主要有四個研究方向：

1. 能源植物種質資源與選育研究

以各類具有潛在利用價值的生物質能源植物為研究對象，分析植物能量轉換效率與有機質累積量、周轉率，建立能源植物種質庫和數據庫，從中篩選出適應華北地區氣候土壤條件的高產、高效能源植物種類，并通過現代育種手段進行誘變、篩選與培育，提高能源植物的光合產物積累量。重點結合山東黃河三角洲地區濱海鹽土與鹽化土環境，選育耐鹽堿、耐咸水灌溉的高產能源植物和海水、鹵水環境中的產油微藻，以實現“不與人爭糧，不與糧爭地”的能源植物發展目標，為第二代、第三代生物質液體燃料的產業化研發提供重要生物質原料。

以高光效C4植物玉米已經公布DNA序列的自交系為研究材料，構建大規模的EMS突變體庫，同時利用高抗性的玉米野生種大芻草為供體，構建以現代玉米自交系為受體材料的大芻草滲入系，重點觀察分析每一個突變體在各個生長發育階段及逆境條件下的光合產物合成、轉運、積累方面的表型差異，將每一個觀察到表型的突變體重測序，獲得較大規模的玉米的基因型和表型庫，為本中心其它研究方面深入研究植物光合產物轉運與積累機理提供研究材料。

2. 植物細胞壁沉積機理研究

陸生植物光合作用每年產生170-200×10⁹噸的生物量，其中細胞壁占總生物量的70%。細胞壁主要成分是纖維素、半纖維素與木質素，其中纖維素、半纖維素是細胞壁的主要組成部分，約占69.1-88.4%，是通過纖維素糖化制取乙醇的原料。作為第二代生物質能源材料，纖維素乙醇生產還沒有市場化，主要技術瓶頸是生產成本太高。本方向將在分子水平上研究細胞壁物質在細胞壁中的沉積機理，克隆與細胞壁物質沉積有關的基因。在植物中通過對這些基因的操作，達到優化細胞壁的結構和成分的目的，進而降低材料預處理的成本。本方向利用模式植物-擬南芥為研究材料，已經克隆鑒定了與細胞壁木質素沉積相關的基因，獲得了擬南芥細胞壁結構組成改變的轉基因植物。未來將在已有的研究基礎上，利用能源植物玉米為材料，結合玉米EMS突變體表型，篩選得到細胞壁木質素含量降低的品系，并利用該突變體進一步深入研究玉米細胞壁成分的沉積機理；同時該品系植株的秸稈可以進一步開發為纖維素乙醇的生產原料。

3. 植物細胞可溶性糖、淀粉、脂肪酸脂代謝機理與遺傳改良

細胞可溶性糖與脂肪酸是燃料乙醇與生物柴油的主要來源，是最容易轉化為生物燃料的生物質能源。本方向將利用秸稈含糖量顯著不同的玉米突變體與甜高粱株系，通過比較基因組研究，克隆鑒定與光合產物轉運相關的基因，為培育高含糖量能源植物奠定基礎。目前，該方向已經構建了以玉米自交系為受體材料的大芻草的滲入系，發現雜交后代顯現出很強的雜種優勢，株高在4-5米，莖稈粗4-5厘米，且莖稈的甜度很高，是很好的飼用玉米及發展能源作物的材料。

另外，利用鹽地堿蓬、蒿等含油鹽生植物，研究油脂合成與積累的分子機理，獲得高油耐鹽植物新種質。目前該方向已經收集整理百余份樣本材料，下一步將對這些植物品種進行系統的生理及生化指標的分析。本方向還將研究各類能源植物的栽培技術體系，針對黃河三角洲地區淡水資源嚴重不足的現狀，重點研究鹽堿地區咸水與半咸水灌溉條件下的能源植物大田栽培技術體系，并通過產學研結合，研究能源植物機械化收獲、加工轉化技術，實現能源植物研究技術集成與創新。

4.生物質材料生產乙醇某些關鍵技術的研究

為降低第二代乙醇的生產成本，本研究組將研究利用微生物選擇性降解生物質材料中的木質素，以提高纖維素的糖化效率；研究細菌纖維素酶的作用機理并通過遺傳工程手段提高細菌纖維素酶活性和產酶量；通過誘變育種篩選耐乙醇的大腸桿菌，在此基礎上改造大腸桿菌的代謝途徑使之適合于以生物質材料糖化產物為底物的乙醇發酵，并在大腸桿菌表面表達高活性細菌纖維素酶復合體。

初審：段廣有

終審：崔大勇