齊魯師范學(xué)院能源植物研究中心簡介

    生物質(zhì)能源研究是我國的重要戰(zhàn)略研究方向，是國家應(yīng)對未來化石能源短缺與全球氣候變化的重要戰(zhàn)略組成部分。國家《“十二五”生物技術(shù)發(fā)展規(guī)劃》把生物能源技術(shù)列為重點研發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)。本中心將根據(jù)國家《農(nóng)業(yè)生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》要求，結(jié)合山東省氣候土壤條件，研究選育適合山東地區(qū)發(fā)展的能源植物種質(zhì)資源，同時研究植物光合產(chǎn)物(細(xì)胞壁物質(zhì)、細(xì)胞內(nèi)可溶性糖與脂肪酸)的合成、轉(zhuǎn)運與積累機(jī)理，并在此基礎(chǔ)上對能源植物進(jìn)行遺傳改良，最終通過與栽培與生產(chǎn)技術(shù)的集成研究，實現(xiàn)生物質(zhì)能源利用的產(chǎn)業(yè)化。        該中心現(xiàn)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(xué)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(xiàn)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(yǎng)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(xì)胞及免疫組化室、一間蛋白工作室、一間分子生物學(xué)實驗室、一間學(xué)術(shù)交流室。在校區(qū)內(nèi)設(shè)有作物常規(guī)育種試驗田12畝，并在東營廣饒和濰坊濱海區(qū)建有濱海鹽土與鹽化土環(huán)境試驗田200畝。中心科研儀器設(shè)備資產(chǎn)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(jī)（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(jī)（Eppendorf）、梯度降溫PCR擴(kuò)增儀（Eppendorf）等大型科研儀器，具備開展植物分子、細(xì)胞、遺傳學(xué)研究的硬件條件。

根據(jù)研究需要，中心目前主要有四個研究方向：

1. 能源植物種質(zhì)資源與選育研究

以各類具有潛在利用價值的生物質(zhì)能源植物為研究對象，分析植物能量轉(zhuǎn)換效率與有機(jī)質(zhì)累積量、周轉(zhuǎn)率，建立能源植物種質(zhì)庫和數(shù)據(jù)庫，從中篩選出適應(yīng)華北地區(qū)氣候土壤條件的高產(chǎn)、高效能源植物種類，并通過現(xiàn)代育種手段進(jìn)行誘變、篩選與培育，提高能源植物的光合產(chǎn)物積累量。重點結(jié)合山東黃河三角洲地區(qū)濱海鹽土與鹽化土環(huán)境，選育耐鹽堿、耐咸水灌溉的高產(chǎn)能源植物和海水、鹵水環(huán)境中的產(chǎn)油微藻，以實現(xiàn)“不與人爭糧，不與糧爭地”的能源植物發(fā)展目標(biāo)，為第二代、第三代生物質(zhì)液體燃料的產(chǎn)業(yè)化研發(fā)提供重要生物質(zhì)原料。

以高光效C4植物玉米已經(jīng)公布DNA序列的自交系為研究材料，構(gòu)建大規(guī)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(gòu)建以現(xiàn)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(fā)育階段及逆境條件下的光合產(chǎn)物合成、轉(zhuǎn)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(guī)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(chǎn)物轉(zhuǎn)運與積累機(jī)理提供研究材料。

2. 植物細(xì)胞壁沉積機(jī)理研究

陸生植物光合作用每年產(chǎn)生170-200×10⁹噸的生物量，其中細(xì)胞壁占總生物量的70%。細(xì)胞壁主要成分是纖維素、半纖維素與木質(zhì)素，其中纖維素、半纖維素是細(xì)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(zhì)能源材料，纖維素乙醇生產(chǎn)還沒有市場化，主要技術(shù)瓶頸是生產(chǎn)成本太高。本方向?qū)⒃诜肿铀缴涎芯考?xì)胞壁物質(zhì)在細(xì)胞壁中的沉積機(jī)理，克隆與細(xì)胞壁物質(zhì)沉積有關(guān)的基因。在植物中通過對這些基因的操作，達(dá)到優(yōu)化細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)和成分的目的，進(jìn)而降低材料預(yù)處理的成本。本方向利用模式植物-擬南芥為研究材料，已經(jīng)克隆鑒定了與細(xì)胞壁木質(zhì)素沉積相關(guān)的基因，獲得了擬南芥細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)組成改變的轉(zhuǎn)基因植物。未來將在已有的研究基礎(chǔ)上，利用能源植物玉米為材料，結(jié)合玉米EMS突變體表型，篩選得到細(xì)胞壁木質(zhì)素含量降低的品系，并利用該突變體進(jìn)一步深入研究玉米細(xì)胞壁成分的沉積機(jī)理；同時該品系植株的秸稈可以進(jìn)一步開發(fā)為纖維素乙醇的生產(chǎn)原料。

3. 植物細(xì)胞可溶性糖、淀粉、脂肪酸脂代謝機(jī)理與遺傳改良

細(xì)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(zhuǎn)化為生物燃料的生物質(zhì)能源。本方向?qū)⒗媒斩捄橇匡@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(chǎn)物轉(zhuǎn)運相關(guān)的基因，為培育高含糖量能源植物奠定基礎(chǔ)。目前，該方向已經(jīng)構(gòu)建了以玉米自交系為受體材料的大芻草的滲入系，發(fā)現(xiàn)雜交后代顯現(xiàn)出很強(qiáng)的雜種優(yōu)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(fā)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(jī)理，獲得高油耐鹽植物新種質(zhì)。目前該方向已經(jīng)收集整理百余份樣本材料，下一步將對這些植物品種進(jìn)行系統(tǒng)的生理及生化指標(biāo)的分析。本方向還將研究各類能源植物的栽培技術(shù)體系，針對黃河三角洲地區(qū)淡水資源嚴(yán)重不足的現(xiàn)狀，重點研究鹽堿地區(qū)咸水與半咸水灌溉條件下的能源植物大田栽培技術(shù)體系，并通過產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，研究能源植物機(jī)械化收獲、加工轉(zhuǎn)化技術(shù)，實現(xiàn)能源植物研究技術(shù)集成與創(chuàng)新。  

4.生物質(zhì)材料生產(chǎn)乙醇某些關(guān)鍵技術(shù)的研究

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