黑龍江農(nóng)業(yè)科學(xué)2012(2):139~141Heilongjiang Agricultural Sciences生物質(zhì)能源甜高粱的研究進展姜慧,胡瑞芳',鄒劍秋2,李玥瑩(1.沈陽師范大學(xué)化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院,遼寧沈陽110034;2.遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院,遼寧沈陽110161)摘要:甜高梁是全球目前最重要的能源植物之一。對甜高粱的抗逆性強、生物產(chǎn)量高、含糖量高、適應(yīng)面廣的特性和用作能源、飼料、糖料、釀酒等用途進行了歸納總結(jié);并從甜高梁的資源、育種、生理生化三方面闡述了目前甜高粱的研究現(xiàn)狀,在全球能源岌岌可危情況下從糧食安全、可再生的環(huán)保能源利用和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整等方面分析了其發(fā)展前景關(guān)鍵詞:甜高梁;生物學(xué)特征;用途;研究現(xiàn)狀;發(fā)展前景中圖分類號:S566.5文獻標(biāo)識碼:A文章編號:1002-2767(2012)02-013903甜高粱[ Sorghum bicolor(L.) Moench]也叫甜高粱莖稈粗壯,根系發(fā)達,并且兩者都有較高的蘆粟、蘆檫、蘆黍、雅津甜高粱、甜稈、高粱甘蔗,為滲透壓,因此從土壤中吸收水分的能力很強。甜粒用高粱的一個變種。甜高粱不但具有生物產(chǎn)量高粱的蒸騰系數(shù)為305,玉米的蒸騰的系數(shù)為高、抗逆性強和含糖量高等生物學(xué)特性,而且甜高369;甜高粱的蒸騰效率為3.28,玉米的蒸騰效率粱莖稈可用于制糖、釀酒和制酒精燃料、造紙以及為2.7101。說明甜高粱比較耐旱。其次,在耐澇用作飼料等,具有很廣泛的應(yīng)用價值,是近年來一方面,與其它作物相比,甜高粱的耐澇能力也是較種新興的糖料作物、飼料作物、能源作物和產(chǎn)業(yè)作強的,尤其是在生長后期的耐澇能力表現(xiàn)最為明物,其對全球經(jīng)濟發(fā)展和環(huán)境保護具有重要的意顯,一般情況下,只要穗部不被水淹沒,基本不會義?，F(xiàn)對甜高粱的生物學(xué)特征、用途和研究現(xiàn)狀影響其正常的生長和發(fā)育。例如在水淹時,甜高進行了闡述,并對其發(fā)展前景進行了詳細(xì)的分析。粱在抽穗期、灌漿期、乳熟期這3個時期都能維持甜高粱的生物學(xué)特征很長時間,而其它作物耐澇性較弱。第三,在耐鹽1.1生物產(chǎn)量高堿方面,甜高粱對土壤有很強的適應(yīng)能力,不同品種的甜高粱在pH5.0~8.5都能很好地生長甜高粱是一種四碳(C)作物,與三碳作物相據(jù)研究證明,甜高梁耐鹽濃度為0.5%~0.9%,比,其光合效率高光呼吸弱,CO2的利用率大,并玉米為0.3%~0.7%,小麥0.3%~0.6%,水稻且其CO2補償點低。甜高粱的干物質(zhì)積累與甘0.3%~0.7%。從中可以看出,甜高粱的耐鹽堿蔗、玉米相比也是很高的。此外,甜高粱不但具有度均高于其它作物,具有很強的抗逆境能力。穗和莖兩個生物量貯藏庫,而且有強大的雜種優(yōu)1.3莖稈汁液含糖量高勢,因此其生物學(xué)產(chǎn)量最高(。甜高粱莖稈發(fā)達,里面含的汁液也非常豐富,1.2抗逆性強汁液中含有較多種類的糖,并且其含糖量也很高,甜高粱起源于非洲熱帶大陸,那里氣候炎熱但不同種類的甜高粱含糖量不同,而且其糖分既干燥,土壤貧瘠,這種特殊復(fù)雜的環(huán)境使甜高粱具可制取食用糖也可用來制酒。有了很強的抗逆境能力。首先在抗旱方面,有人1.4適應(yīng)面廣稱甜高粱為作物中的“駱駝”,指的是特別耐旱。由于甜高粱具有抗旱、抗?jié)澈涂果}堿的能力,因此,甜高粱具有廣泛的種植范圍。無論是在干收稿日期:2011-10-2旱、半干旱易澇地區(qū),還是在土壤貧瘠、鹽堿地嚴(yán)基金項目:遼寧省自然科學(xué)基金資助項目(20092070);沈陽重的地區(qū)都能較好的生長。市科技局國際合作資助項目(1091241-6-00);遼寧“百千萬人才工程”資助項目(2008921058)2甜高粱的用V凵中國煤化工第一作者簡介:姜慧(198),女,江寧省本溪市人,碩士,從2.1甜高粱可作隼事甜高架分子標(biāo)記和抗氧化酶活性的研究。 E-mail: jiangCNMHGhu1231@126.cm。隨著全球經(jīng)濟的飛速發(fā)展,全球能源消耗過通訊作者:李玥瑩(1966),遼寧省沈陽市人,博土,教授,碩大,進而導(dǎo)致了能源危機。因此,可再生能源的開土研究生導(dǎo)師,從事基因工程與植物分子生物學(xué)研究。E-mail:yueyinglicn@yahoo.com.cr發(fā)成為了全球共同關(guān)注的焦點。而甜高粱作為能源作物在世界能源緊缺的情況下發(fā)揮了重要的139綜述農(nóng)業(yè)科學(xué)作用。殘渣和廢稀可以用來制酒。還可用甜高粱制糖后甜高粱是目前最理想的能源植物,其莖稈、種的殘渣和廢稀制酒。一般每100kg殘渣和廢稀子都可以生產(chǎn)酒精。甜高粱莖稈中汁液豐富,含可以釀制50°白酒3~5kg。目前,我國許多省市糖量高,可以通過發(fā)酵形成酒精或酒制取的酒精都建有甜高粱酒廠t與汽油相混合來作為汽車燃料,不僅減輕了石頭2.5甜高粱的其它用途的負(fù)擔(dān),而且也減少了二氧化碳的排放,起到環(huán)境甜高粱莖稈中的糖可用來制取味精,其優(yōu)點保護的作用,因此甜高粱是一種取之不盡的再生是可省去由淀粉轉(zhuǎn)化為葡萄糖的工序,只需將汁而又環(huán)保的能源庫。此外,生產(chǎn)甜高粱的成本低、液中部分蔗糖轉(zhuǎn)化為葡萄糖即可。如果甜高粱可產(chǎn)量高,這大大降低了生產(chǎn)乙醇的成本。利用玉產(chǎn)莖稈為75000kg·hm2,那么便可生產(chǎn)味精米作原料生產(chǎn)乙醇,每升乙醇需玉米2.4kg,原3657kghm2料費4.5元,而利用甜高粱每升需秸稈12kg,原甜高粱莖稈汁液生產(chǎn)糖和酒精后的廢渣液還料費僅3元{2。由此可見,甜高粱是一個很好的可生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)紙漿來造紙并且還可用作建板材的優(yōu)能源作物。質(zhì)原材料。用甜高粱造紙的好處是不需要漂白就2.2甜高粱可作飼料可生產(chǎn)出低亮的印刷紙,而且減少了造紙過程中甜高粱作為飼料有以下優(yōu)勢:首先,甜高粱生對環(huán)境造成的污染。此外甜高粱具有高密度的纖物學(xué)產(chǎn)量高,國外高產(chǎn)紀(jì)錄為169005kg·hm2,維結(jié)構(gòu),可以制造出高質(zhì)量的紙張,每產(chǎn)一噸酒精國內(nèi)高產(chǎn)紀(jì)錄產(chǎn)量157500kg·hm2;其次,甜的甜高粱稈渣便可產(chǎn)5t的紙漿。因此甜高粱為高粱的營養(yǎng)豐富,其體內(nèi)含糖量、蛋白含量、無氮造紙業(yè)提供了豐富的原材料浸出物都比其它農(nóng)作物高4;再次,甜高粱的葉片甜高粱還可用作鍋爐的燃料,其熱值為大而柔軟,葉汁豐富,莖稈鮮嫩且含糖量高,是喂7531kJ·kg,每千克稈渣可生產(chǎn)2.4kg蒸氣,養(yǎng)家畜的優(yōu)良飼料,同時也提高了家畜的質(zhì)量。只要燃燒一半的稈渣即可完成加工自身的任務(wù)而此外,甜高粱生產(chǎn)酒精后的莖稈余渣也可以喂養(yǎng)無須別的能源,另一半稈渣還可用以造紙,而玉牲口,因為余渣有香味,易消化,富含營養(yǎng),家畜喜米、木薯在這方面卻遠(yuǎn)不及甘蔗和甜高粱。另外,食。而釀酒后的酒糟也是奶牛的好飼料,喂牛既甜高粱經(jīng)榨汁后的廢渣可以作為食用菌的栽培原省成本,還可增加鮮奶量。因此甜高粱作為一種料,在陰郁潮濕的甜高粱地里栽培黑木耳,可節(jié)省優(yōu)良的飼料作物對于發(fā)展畜牧業(yè)具有重要的很多原料和成本2意義。3甜高粱的研究現(xiàn)狀2.3甜高粱可作糖料3.1資源研究甜高粱莖稈中汁液豐富,約占80%。水分中甜高粱資源豐富,既可作為能源開發(fā)利用,也溶有蔗糖、葡萄糖、果糖等糖分,含糖量高,可榨取可用作飼料,制酒等。甜高粱起源于非洲,在非洲糖液,可用來生產(chǎn)糖漿和結(jié)晶糖。甜高粱作為糖已經(jīng)有五干多年的栽培歷史,并先后傳入各國料作物的利用已有很長一段歷史,早在18世紀(jì)國外已經(jīng)有很多國家收集并保存了一批甜高粱的40年代,美國就用甜高粱制取砂糖。近年來,澳品種資源,并進行性狀鑒定研究。例如美國已經(jīng)大利亞、墨西哥、意大利、以色列、印度、巴西、阿根對收集到的甜高粱品種的相關(guān)指標(biāo)進行了檢測,廷、前蘇聯(lián)等國都把甜高粱作為糖料作物栽培。并篩選出了39個優(yōu)良品種。而我國目前已經(jīng)有在我國,制糖業(yè)開始于20世紀(jì)70年代,由于當(dāng)時19個省、市、區(qū)收集到384份甜高粱品種資源,并食糖量供應(yīng)不足,因此引起了國家有關(guān)部門的重對它們進行了初步的鑒定。據(jù)資料報道,甜高粱視,并先后開展了制糖試驗,取得了一定的成品種資源的主要性狀變異幅度較大:生育期在果。甜高粱由于其抗逆性強,因此在廣大中原85~146d,株高在167.4~384.9cm,莖稈錘度在地區(qū)和缺乏糖源作物地區(qū)都可以種植,此外,甜高5%~22%。單株稈重在0.1~1.1kg;莖稈出汁粱適應(yīng)性廣,凡能種甘蔗和甜菜的地區(qū),都適合生率在45%~70%;單穗粒重在20~70g11。長,這大大提高了甜高粱的種植面積,為我國提供3.2育種研究了大量的食糖原料。為了提生枷立和增加莖稈汁2.4甜高粱可制酒液含糖量,很中國煤化工批新品種。甜高粱莖稈中含有豐富的糖分汁液,可用來如美國的MCNMHG3R501,前蘇制酒,將其鮮稈粉碎加大曲發(fā)酵制酒,其經(jīng)濟效益聯(lián)的 Slaropolskoe59等,印度的SSV2525等,甜更高,發(fā)酵時間一般只需4~6d,每公頃甜高粱可高粱雜交種有SS12B×296B等。自從在國外生產(chǎn)60°的白酒3000kg。此外,甜高粱制糖后的引入新品種麗歐后,我國便開始了對甜高粱應(yīng)用2期姜慧等:生物質(zhì)能源甜高粱的研究進展綜述的大量研究。隨后,我國先后引進了凱勒雷伊和空氣中二氧化碳的含量,從而起到了環(huán)保的作用M28E等。并且還自主研發(fā)了許多新品種,包括近年來,由于工業(yè)化的進程不斷加快,大氣中二氧不育系和恢復(fù)系等化碳的含量過大,對環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染。專3.3生理生化研究家指出,如果溫室氣體在大氣中增長速度保持在甜高粱生理方面的硏究近幾年主要集中在抗目前態(tài)勢,那么至2100年溫度將上升1.5氧化酶系統(tǒng)中,通過多甜高粱抗氧化酶的研究,從4.5℃,全球海平面將可上升1m左右。世界上而得到甜高粱的抗性大小,例如在逆境環(huán)境中,抗有些城市和島嶼,有可能招來滅頂之災(zāi)。甜高粱氧化酶活性隨著逆境的增加而增加,但是當(dāng)逆境作為一種能源作物,其含硫量低,種植1hm2甜高達到一定的程度,抗氧化酶活性就會受到抑制,從梁,每年可吸收45t的CO2,種1hm2甜高粱可生而活性減弱。甜高粲的生化研究,主要集中在甜產(chǎn)11t油當(dāng)量的凈能而沒有任何CO2散發(fā)到大高粱的結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分,各種糖的分析上,例如蔗氣中。糖、還原糖、纖維素等的分析研究。4.3發(fā)展甜高粱有助于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整4甜高粱的發(fā)展前景我國人口眾多,而耕地面積卻不斷地減少4.1甜高粱與能源危機及糧食安全甜高粱抗逆性強,生物產(chǎn)量高,用同樣的土地種植由于經(jīng)濟的飛速發(fā)展,能源的利用不斷加劇糧食作物,甜高粱的產(chǎn)量比玉米、甘蔗等高出很多導(dǎo)致全球能源供不應(yīng)求,尤其是石油的消耗速度倍。此外,甜高粱除了作為糧食外,還可以制酒、更為迅速。據(jù)石油儲量的綜合估算,可支配的化制糖,作為飼料和造紙的原料。甜高粱的諸多用石能源的極限,大約為1180億~1510億t,以1995年世界石油的年開采量33.2億t計算,石油在全球能源緊缺的大形勢下,甜高粱以其獨儲量大約在2050年左右宣告枯竭。這就要求人特的優(yōu)勢在糧食作物中發(fā)揮著重要的作用,并且類急需開發(fā)一種新型能源代替石油。而開發(fā)新型甜高粱的諸多特性也為全球的資源提供了良好的能源帶來的環(huán)境污染也是人們急需面對的一大課原材料,因此,發(fā)揮甜高粱的資源優(yōu)勢,對于解決題。那么,解決這一系列問題的重點在于開發(fā)利能源以及其它一些問題提供了基本保障。用可再生能源,而生物能源是目前最理想的一種參考文獻:能源。我國是一個人口龐大的國家,與此同時,我[1]盧慶善.甜高粲研究進展[冂.世界農(nóng)業(yè),1998(5):21-23[2]郭平銀,齊士軍,徐憲斌,等.能源植物甜高粱的研究利用現(xiàn)國的耕地面積也不斷的減少,糧食產(chǎn)量供不應(yīng)求狀及展望[]].山東農(nóng)業(yè)科學(xué),2007(3):125-128據(jù)研究表明,到2030年中國人口將超過16億,糧[3]劉曉輝高士杰楊明,等淺談甜高粱的利用價值[冂種食的年需求量將達到6.4×108t,如果想通過擴子,2006,25(9)大生產(chǎn)面積來提高產(chǎn)量是不現(xiàn)實的,唯一的出路[4]石龍閣.我國甜高粱產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景分析[].雜糧作物,2007,27(3):242-243就是提高單位面積的生產(chǎn)量?，F(xiàn)階段,要想解決[5]魯巍,程哲明,甜高梁制糖大有作為[J].中國糖料,能源危機和糧食安全問題的關(guān)鍵是種植高能植物2002(1);37-39甜高粱。過去我們國家曾用陳糧來生產(chǎn)燃料,但[6]盧慶善甜高粱及其產(chǎn)業(yè)化問題和方略[J,遼寧農(nóng)業(yè)科學(xué),是其效率遠(yuǎn)不及甜高粱。因此利用甜高粱生產(chǎn)燃1998(5);24-28料乙醇是目前一項重大課題。[7]王艷秋,朱翠云,盧峰,等.甜高粱的用途及其發(fā)展前景[雜糧作物,2004,24(1):55-56.4.2甜高粱是減排的優(yōu)良作物8]石永順,王艷秋,王立新,等、加快甜高粱科研和生產(chǎn)開用甜高粱制作酒精燃料的最大特點是降低了發(fā)[冂].遼寧農(nóng)業(yè)科學(xué),2004(3):30-31Research Advances of Sweet SorghumJIANG Hui, HU Rui-fang, ZoU Jian-qiu, LI Yue-ying(l Chemistry and Life Science College of Shenyang Normal University, Shenyang, Liaoning110034; 2. Liaoning Academy of Agricultural Sciences, Shenyang, Liaoning 110161)Abstract: Sweet sorghum is one of the important energy plants in the world中國煤化工wide range of applications and applications for energy, feed, sugar, wine and otheCNMHGThe current status of resources, breeding, physiology and biochemistry of sweetming at the global energy crisis, the developing prospect was analyzed from food security, environmental protec-tion, renewable energy and industrial structure adjustment and soKey words: sweet sorghum; biological characteristics; purpose; main research: prospects141