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《新型玉米秸秆预处理提高了生物沼气产量》

  • 来源专题：可再生能源
  • 编译者： pengh
  • 发布时间：2020-06-03

  • 由青岛生物能源与生物处理技术研究所(QIBEBT)的李福利教授领导的研究人员重点研究了新的预处理方法，通过强力脱木质素增强生物甲烷化来改善玉米秸秆降解。

    结果表明，AHP-LiCl/DMAc预处理通过强力脱木素提高了累积产甲烷量，有效破坏了纤维素的结构。总的来说，这项研究证明了一种有前途的预处理方法，可以促进CS降解为还原糖和提高甲烷的生成。

    研究人员在《环境研究》杂志上发表了这些发现。

    本课题组旨在利用新型预处理方法降解玉米秸秆，同时提高生物甲烷产量。这一发现表明，离子溶剂LiCl/DMAc在不改变结构的情况下，提高了发酵菌的纤维素溶解和酶糖化。

    该团队使用这种预处理方法来增强生物甲烷的生产，通过将纤维素转化为葡萄糖，然后是各种脂肪酸产品，最后使用含有特定微生物菌株的污水污泥生产生物甲烷，这些微生物菌株携带有用的降解酶。结果表明，AHP-LiCl/DMAc处理组较未处理组提高了41%的生物甲烷含量，与之前应用的预处理策略有较大差异。

    根据中国天然气需求调查，2018年天然气消费总量为283万立方米，进口总量为125.4万立方米。通讯作者陆明说:“因此，我们认为我们的研究对整个世界，特别是中国的沼气产业来说，是一个巨大的贡献。”

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  • 《新型转基因玉米产量提高10%》
    • 来源专题：转基因生物新品种培育
    • 编译者：zhangyi8606
    • 发布时间：2019-12-13
    • 长期以来，基因工程的支持者们一直坚信，它将有助于满足全球日益增长的粮食需求。然而，尽管已经培育出许多抗虫害和抗除草剂的转基因作物，科学家在促进农作物产量方面却一直难有作为。如今，研究人员首次证明，通过改变一种促进植物生长的基因，他们终于可以放心地将玉米产量提高10%，而不用管生长条件是好是坏。 “这太不可思议了。”并未参与该项研究的美国艾姆斯市爱荷华州立大学分子生物学家Kan Wang说。她表示，除了提高玉米产量外，新的转基因技术还将激励研究人员努力提高其他农作物的产量。 全世界种植最广泛的转基因作物（包括大豆、玉米和棉花）都是通过一些相对简单的基因改良创造出来的。例如，通过将细菌的一个基因添加到特定的农作物品种中，科学家赋予了它们合成一种可以杀死多种昆虫的蛋白质的能力。另一种简单的基因操作结果可以使农作物抵抗草甘膦或其他除草剂，这样做的一个好处是让农民可以在不侵蚀土壤的前提下除掉杂草。还有一种操作可以在干旱时保护农作物。但是，由于植物的生长过程涉及了许多复杂的遗传因素，因此想要培育出在良好条件下能够产出更多粮食的农作物，难度很大。 从2000年开始，世界各地的转基因公司开始认真筛选能够提高农作物产量的单个基因。然而只有少数经过鉴定的基因显示出了希望，并且由于成功率低，许多公司已经减少或停止筛选与农作物产量有关的基因。 但是Corteva农业科学公司（一家位于特拉华州威明顿的化学和种子公司）的研究人员决定研究那些像总开关一样影响农作物生长和产量的基因。 研究人员选择了在许多植物中常见的一类名为MADS-box基因，然后在其中选择了一种基因（zmm28）来改变玉米植株。研究调节发育的基因的挑战在于确保它们在正确的时间和正确的组织类型中开启了正确的数量。参与领导这项研究的Corteva农业科学公司的植物生理学家Jeff Habben说，如果基因过于活跃，“很容易把植物搞得一团糟”。 研究小组的目标是使zmm28与一个新的启动子融合，后者是一段控制基因激活时间的脱氧核糖核酸。在尝试了十几次之后，他们找到了一种可靠的方法。 通常，当玉米开始开花时，zmm28就会启动。而增加的启动子能够比自然发生更早地启动zmm28，并且在开花后继续促进基因的有益作用。 “如果你让基因工作得更努力、更长久，你就能让植物表现得更好。”Wang说。 研究人员在48种商用玉米中测试了增强基因的表现，这些玉米被称为杂交玉米，通常用于饲养牲畜。在2014年至2017年的美国玉米种植区田间试验中，研究人员发现，转基因杂交作物的产量通常比对照组作物多3%至5%。 研究小组本周在美国《国家科学院院刊》上发表报告称，有些玉米的产量增加了8%至10%。同时不管生长条件是好是坏，这种好处都是存在的。 “这是转基因作物在田间环境中对产量发挥实际作用的最好例子之一。”英国哈彭登市洛桑研究所农作物科学家Matthew Paul说。 导致玉米增产的原因有几个。首先，经过基因改造的植物的叶子要稍大一些，从而使植物将阳光转化为糖分的能力提高了8%到9%。 “这种增长确实是一件大事。”Corteva农业科学公司植物生理学家Jingrui Wu说，因为通过基因工程很难改善光合作用。 同时这些植物在利用氮的效率方面也提高了16%到18%。氮是一种重要的土壤营养物质，由于复杂的遗传因素，使其成为植物育种家难以控制的另一种特性。 比利时佛兰德斯VIB研究所分子生物学家Dirk Inze说：“从商业角度来说，这看起来很有希望。”Corteva农业科学公司已经向美国农业部（USDA）申请批准新的高产杂交品种。(虽然zmm28及其启动子在玉米中自然存在，但它们是使用被USDA监管的一种生物技术配对的。) Habben估计，这项新技术大概需要6到10年的时间才能获得世界各国的正式批准。Inze说，相关的调控基因很有可能提高其他谷物的产量。 玉米的大规模田间示范“强化了我们的信念，即如果我们处理得当，内在产量是可以提高的”。Wang说，“这确实会给人们带来灵感。” 相关论文信息：https://doi.org/10.1073/pnas.1902593116
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  • 《提升玉米处理效率的应用程序》
    • 来源专题：农业科技前沿与政策咨询快报
    • 编译者：李晓曼
    • 发布时间：2017-11-28
    • 威斯康星大学麦迪逊分校（UW-MADISON）的生物系统工程助理教授布赖恩·拉克（Brian Luck）和电气与计算机工程副教授丽贝卡·惠勒特（Rebecca Willett）共同开发了一款新应用程序，可以帮助农民在秋季玉米收获期间节省时间和资金，而且还可以全年让奶牛更高产。 一、问题提出 当前的玉米秸秆在通过收割机的两个磨轮间隙后，玉米颗粒即被加工粉碎。但是，机器的磨损会使加工效果变差，并且玉米的差异性使得某些玉米会更不容易粉碎。因此，农民可以通过控制收割机械的磨轮间距，在一定程度上来微调产量：调窄间距，玉米颗粒外皮的受挤压程度会更强烈，但也会使设备工作效率降低，意味着收获速度变慢；调宽间距，机器运转会更快，但是会留下比较多的颗粒完整的玉米。 “主要的问题是，当收割机穿过农田时农民无法判断玉米颗粒的破碎程度。”拉克说。尽管农民很容易辨识到收获来的玉米中会有颗粒完整的、外皮未被粉碎的情况，可他们不能辨识出粉碎的玉米占比。玉米收割后，农民将他们的玉米样品送到商业实验室，烘干玉米颗粒后将其放入一个大型的专用设备，经过九层振动旋转筛子进行分拣，最终得到一个整体的玉米青贮加工得分。而这个分值决定了玉米作为动物饲料的价值。 如果70%的玉米碎粒能进入并通过标准饮用吸管的孔径，那么这份玉米的青贮加工得分会很高。不幸的是，对于许多农民来说，实验室的结果并不太理想，这意味着他们必须每天给奶牛提供更多的谷物以满足它们的营养需求。因此，设计一款效率高、速度快且适应能力强的应用程序变得很重要。 二、工具简介 这个创新工具不是实体农具，而是一款智能手机应用程序。农民只需要提供少量的收获玉米，该应用程序就可以测量收割机的效果。而且无须离开田间，就能获得高质量的玉米碎粒。玉米碎粒的外层硬皮破开后，会露出里面的营养物质淀粉。“破碎后的玉米作为饲料更易于消化，所以奶牛吃了产奶会更多，”威斯康星大学麦迪逊分校的生物系统工程助理教授，兼威斯康星大学拓展学院（University of Wisconsin Extension）的专家布赖恩·拉克说道。另外，根据威斯康星大学麦迪逊分校的乳品科学研究所（Dairy Science Department）的研究发现，优质的玉米碎粒可以使每头奶牛每天的产奶量提高两磅（或约一夸脱）。 三、工具使用 要使用这个应用程序，农民只需提供少量玉米作为样品。把样品摊开并将一枚硬币放在旁边，用手机对准硬币校对像素大小进行拍照。将照片输入软件就可以利用图像处理算法在现场计算出玉米内核加工分值，而无需等收获几周后在外部实验室计算。根据应用程序的玉米内核加工分值和汇总统计数据，农民可以当场调整他们的机器，而不是在收获结束后制定应急计划。初步结果表明，从应用程序返回的分值与实验室做的玉米青贮加工分值非常接近。 智能手机应用程序能够方便、准确地提供一套解决方案，实现现场、事后及时处理问题，获取理想分值。应用程序提供给农民的信息，让他们从不确定中得以解放，避免玉米价格升高时，人们恨不得对每一根玉米都进行精加工；而到了丰收年头，却面临玉米饲料价格过低的情况。“一切都取决于数据，”拉克说道，“效率的提升取决于收集数据的质量。” （编译 李晓曼）
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