新型能源植物浮萍的研究进展

第26卷第5期2014年5月生命科学ChineseBulletinofLifeSciencesVol.26,No.5May,2014文章编号：1004-0374(2014)05-0458-07DOI:10.13376/j.cbls/2014068新型能源植物浮萍的研究进展于昌江，朱明，马玉彬，于丽，周功克*(中国科学院青岛生物能源与过程研究所，中科院生物燃料重点实验室，青岛266101)摘要：能源需求以及化石能源所产生的环境问题已引起全世界的重视，而浮萍作为一种极具应用潜力生产生物燃料的非粮淀粉原料，目前已受到越来越多的关注。对能源浮萍的生长特性、遗传学和生化方面及其主要应用现状进行综述，并展望浮萍未来的发展前景。关键词：浮萍；生物燃料；污水处理；饲料中图分类号：Q948.8；TK6文献标志码：AAdvancesinresearchonduckweeds--anewenergyplantYUChang-Jiang,ZHUMing,MAYu-Bin,YULi,ZHOUGong-Ke*(KeyLaboratoryofBiofuels,ShandongProvincialKeyLaboratoryofEnergyGenetics,QingdaoInstituteofBioenergyandBioprocessTechnology,ChineseAcademyofSciences,Qingdao266101,China)Abstract:Energydemandsandenvironmentalproblemscausedbyfossilenergyattractedworldwideattentions.Duckweedasapotentialcandidateforbiofuelfeedstockhasdrawnmoreandmoreattention.Thisreviewarticlesummarizesrecentprogressesongrowthcharacteristics,cultureconditions,genetics,biochemistryandmainapplicationsofduckweeds.Inaddition,weprovidetheoutlookinsomefutureresearchdirectionsonduckweeds.Keywords:duckweed;biofuels;wastewatertreatment;livestockfeed收稿日期：2013-08-14基金项目：中国科学院青岛生物能源与过程研究所所长创新基金和旭阳煤化工集团有限公司资助项目*通信作者：E-mail:zhougk@qibebt.ac.cn以非粮生物质资源为核心的“新一代生物燃料”纤维乙醇与微藻生物柴油具有良好的发展前景，但由于一些关键技术瓶颈尚未突破，导致较高的生产成本，严重制约其向产业化的推广应用。尽管目前以玉米、小麦和木薯等淀粉资源为核心的燃料乙醇生产技术体系最为成熟完善，并且生产工艺也最为简单，但将导致“与人争粮、与粮争地”的困境，因而该技术路线的燃料乙醇产业化也面临着难以解决的淀粉原料瓶颈。因此，需要寻找适合燃料乙醇产业化发展的其他非粮淀粉类能源植物资源来解决原料瓶颈问题。水生植物浮萍(duckweed)是浮萍科(Lemnaceae)植物的统称，是一类漂浮在淡水湖、池塘和水池中的水生植物，在世界各地均有分布，其繁殖主要是通过从母叶状体无性繁殖出子叶状体，繁殖速率几乎接近指数增长。Lemnaceae包含5个属：青萍(Lemna)、多根紫萍(Spirodela)、少根紫萍(Landoltia)、芜萍(Wolffia)和无根芜萍(Wolfiella)，约38个种。尽管浮萍科植物已经被研究了近一个世纪，但大多数研究主要集中于Lemnaminor、Lemnagibba、Spirodelapolyrhiza和Landoltiapunctata等4个品种，对其余品种的生物学特性及潜在的应用价值了解甚少[1]。目前，浮萍已被认为是最具有发展潜力的战略性新型非粮生物质原料之一，有望部分解决燃料乙醇产业化发展所面临的淀粉原料瓶颈问题。此外，浮萍在净化污水和改善水质等方面也具有重要作用。本文主要对浮萍的特性及其应用现状进行概述，并展望浮萍未来的发展前景。1浮萍的遗传学和生化特性1.1基因组和遗传分析浮萍每个体细胞核的DNA含量在不同品种之于昌江，等：新型能源植物浮萍的研究进展第5期459间的差异较大，大约在1.2~6.5pg，从而导致了不同品种和不同发育时期内浮萍染色体数目的变化[1]。Mardanov等[2]在2008年完成了青萍Lemnaminor叶绿体基因组测序工作，并比较了浮萍与其他被子植物的亲缘关系。Lemnam