專利名稱：：一種適于重金屬污染區(qū)種植的能源作物品種篩選方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及能源作物品種篩選技術(shù)，具體涉及一種適于重金屬污染區(qū)種植的能源作物品種篩選方法。
背景技術(shù)：
：甘蔗，是光合作用能力最強的C4作物，是人類迄今所栽培的生物量最高的大田作物之一，年均生物產(chǎn)量高達180200噸/年*公頃，其作為生產(chǎn)燃料乙醇原料的產(chǎn)量和乙醇的產(chǎn)率都顯著優(yōu)于其他作物。廣東省地處熱帶亞熱帶地區(qū)，其緯度和氣候條件與巴西非常相似，同時，廣東也是我國重要的蔗區(qū)，發(fā)展能源甘蔗生產(chǎn)燃料乙醇有著得天獨厚的自然條件和良好的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。甘蔗的乙醇產(chǎn)出量分別是玉米和小麥的2.5倍、3.3倍。就成本而言，目前我國以甘蔗為原料的成本約為3000元/噸左右，如果采用能源甘蔗生產(chǎn)燃料乙醇，所需成本會更低，而以玉米和小麥為原料生產(chǎn)燃料乙醇的成本約為4500元/噸。可見，與其它作物比較，利用能源甘蔗生產(chǎn)燃料乙醇的資源配置效率最高，采用能源甘蔗生產(chǎn)燃料乙醇，不但能使企業(yè)增收，同時也有利于"三農(nóng)"問題的解決和社會主義新農(nóng)村建設(shè)。木薯，系大戟科木薯屬，原產(chǎn)于非洲，它的生物學產(chǎn)量大、淀粉含量高達35%以上，與其他作物相比，又有投入少、省工、省肥等優(yōu)點，不會與糧、果、蔗、林爭地，還可以與其他作物間種或套種，是生產(chǎn)燃料乙醇理想的非糧生物質(zhì)原料作物。同時，木薯以高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)著稱，病蟲害較少，且易于管理，它不需要太多的技術(shù)，不需要太多的水電等服務(wù)設(shè)施，而且當年種植當年收獲，當年見效。廣東東西北地區(qū)處熱帶、亞熱帶，地理環(huán)境和自然條件非常適合木薯的生長，所產(chǎn)的木薯品質(zhì)優(yōu)良，淀粉含量比較高，是我國木薯的主產(chǎn)區(qū)之一，產(chǎn)業(yè)背景良好。菊葉薯蕷，產(chǎn)量高、富含淀粉，淀粉含量為25%28%，與木薯相當，且塊莖味苦，不能食用，屬于非糧作物，不與人爭糧菊葉薯蕷能常年生長、不換頭、不爛根，可隨時采收，無需庫存與儲存干片，保證了鮮品原料的常年供給；再者，菊葉薯蕷一年四季持續(xù)生長，不消苗，3年單株產(chǎn)量可達1218公斤，平均畝產(chǎn)可達18噸；更重要的是，菊葉薯蕷富含甾體類藥物基礎(chǔ)原料薯蕷皂素，皂甙含量為1.55.0%，是我國主栽品種盾葉薯蕷的23倍。因此，菊葉薯蕷的產(chǎn)業(yè)化栽培具有較好的經(jīng)濟前景，是值得推廣種植的非糧能源和醫(yī)藥兩用作物?？梢?，與其它作物比較，利用能源甘蔗、木薯、菊葉薯蕷生產(chǎn)燃料乙醇的資源配置效率最高，采用以上能源作物生產(chǎn)燃料乙醇，不但能使企業(yè)增收，同時也有利于"三農(nóng)"問題的解決和社會主義新農(nóng)村建設(shè)。然而，目前燃料乙醇的發(fā)展面臨著"能源與人爭糧"和"能源與人爭地"的局面。糧食資源和土地資源的嚴重不足，已經(jīng)成為制約我國生物質(zhì)能源發(fā)展的瓶頸，而糧食和土地問題對廣東發(fā)展生物質(zhì)能源的影響更加突出。同時，我省和全國都存在著大量的邊緣化土壤(主要是指尚未開墾利用的土地，如荒山荒坡、礦區(qū)土地、礦山開采剝離的裸露地表土地等；以及正在退化的或已經(jīng)退化的和目前已不再適于常規(guī)農(nóng)事耕作的土壤，如由于使用化4肥過多或受重金屬等有害物質(zhì)污染而需要恢復的土壤、城郊受污染土地、貧瘠土地、鹽堿化土地等)。這些土壤不適于種植糧食作物，但種植非食用性的能源作物——能源甘蔗卻有極大的可行性，這為我國在華南地區(qū)大力發(fā)展能源甘蔗生產(chǎn)燃料乙醇提供了大量的土地資源。因此，利用邊緣化土壤中種植甘蔗生產(chǎn)燃料乙醇，具有很高的現(xiàn)實意義和應(yīng)用前景。目前能源作物品種的篩選只是在無污染土壤中通過作物萌芽率、分蘗率、發(fā)株數(shù)(宿根)、株高、莖徑、有效莖等指標篩選甘蔗品種。而以作物作為能源作物在礦山重金屬污染區(qū)中種植，不僅要考慮經(jīng)濟性狀，而且要考慮環(huán)保價值，尤其是作物品種對重金屬的吸收能力。在礦山污染區(qū)引種作物品種進行篩選，國內(nèi)外尚未報道。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于根據(jù)現(xiàn)有能源作物品種的篩選技術(shù)中的不足，利用作物對重金屬有吸收能力的特性，提供一種適于重金屬污染區(qū)種植的能源作物品種篩選方法。本發(fā)明目的通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)本發(fā)明適于重金屬污染區(qū)種植的能源作物品種篩選方法，包括如下步驟(1)將能源作物種植于重金屬污染區(qū)；(2)每隔23個月測定能源作物的株高、株徑及蔗糖含量；(3)測定能源作物的產(chǎn)量；(4)測定能源作物中的可發(fā)酵糖含量；(5)測定能源作物的重金屬含量；(6)將能源作物進行發(fā)酵，通過殘?zhí)呛亢鸵掖己康臏y定來計算作物的糖轉(zhuǎn)化率和發(fā)酵率；(7)通過上述步驟測定數(shù)據(jù)進行比較分析，篩選出產(chǎn)量、吸收重金屬能力、總糖含量及發(fā)酵產(chǎn)生乙醇量最高的作物，即為適合種植于重金屬污染區(qū)或礦山污染區(qū)的能源作物品種。上述篩選方法中，所述能源作物優(yōu)選為甘蔗、木薯或菊葉薯蕷。上述篩選方法中，步驟(1)中甘蔗的種植是三月份時選擇作物品種種植于重金屬污染區(qū)或礦山污染區(qū)，管理，次年一月份收獲。步驟(2)中作物的株高和株徑的測定方法優(yōu)選為每隔23個月用游標卡尺和直尺量取作物的直徑和株高，每個樣品取十個重復；蔗糖含量的測定方法優(yōu)選為往50ml的容量瓶中分別加入4ml甘蔗汁、木薯或菊葉薯蕷與15ml新配制的18wt^鹽酸混合，加蒸餾水定容至20ml，震蕩5s，沸騰水浴加熱8min后取出，用流水迅速冷卻至室溫，以蒸餾水做參比，用lcm的比色皿在波長285nm處測量吸光度值，從標準曲線上查出相應(yīng)的濃度。步驟(4)中測定甘蔗汁中的可發(fā)酵糖含量的方法是以6mol/L鹽酸溶液置沸水浴中加熱水解甘蔗汁、木薯或菊葉薯蕷30min，冷卻后用lmol/L氫氧化鈉溶液調(diào)pH至中性，過濾，以DNS法測定可發(fā)酵糖含量。步驟(5)中甘蔗的重金屬含量測定包括甘蔗、木薯或菊葉薯蕷的重金屬含量測定。其中，甘蔗的重金屬含量測定包括甘蔗蔗渣的重金屬含量測定和甘蔗蔗汁重金屬含量測定。其中，甘蔗蔗渣的重金屬含量測定方法是將磨碎的甘蔗置于瓷坩堝中在電爐上完全炭化，放入馬福爐內(nèi)60(TC下灰化6h，以2mol/L的鹽酸溶液溶解，轉(zhuǎn)移至容量瓶中定容，過濾后的濾液在原子吸收分光光度計上測重金屬含量。甘蔗蔗汁的重金屬含量測定方法是用體積比為3:1的濃硝酸高氯酸酸解甘蔗汁，在電極板上加熱至澄清，以原子吸收分光光度計測定重金屬含量。木薯或菊葉薯蕷的重金屬含量測定方法是將木薯或菊葉薯蕷置于烘箱中烘烤33天至恒重；將木薯或菊葉薯蕷磨碎過篩，稱量lg樣品，加入30ml濃硫酸混勻浸泡過夜；加入高氯酸10ml，加熱到液體澄清透明，冷卻，以原子吸收分光光度計測定重金屬含量。步驟(6)中所述甘蔗的糖轉(zhuǎn)化率和發(fā)酵率的測定方法如下a.取甘蔗汁原液、木薯或菊葉薯蕷，加入0.lwt^的尿素，將pH調(diào)至3.33.6，90°C滅菌lh，接種量為10體積％;b.將接種后的發(fā)酵液封口，于3032t:靜置發(fā)酵40h以上，至搖動時沒有C02產(chǎn)生即為成熟；c.過濾發(fā)酵液，加入6mol/L鹽酸溶液水解，調(diào)節(jié)pH至中性，以DNS法測定殘?zhí)橇浚籨.取少量發(fā)酵液離心，吸取上清，以氣相色譜測量乙醇成分；e.通過殘?zhí)呛亢鸵掖己縼碛嬎闾寝D(zhuǎn)化率和發(fā)酵率。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果(1)本發(fā)明適于重金屬污染區(qū)種植的能源作物品種篩選方法的篩選平臺是重金屬污染區(qū)或礦山污染區(qū)，該類區(qū)域?qū)儆谶吘壔寥溃ㄟ^甘蔗品種的篩選，得到的作物既可以保證其經(jīng)濟效益，還可以吸附污染區(qū)的重金屬，凈化污染區(qū)的土壤，達到經(jīng)濟價值與環(huán)保價值的雙贏；(2)本發(fā)明提供了一種新的能源作物品種篩選方法，對現(xiàn)有能源作物品種的篩選技術(shù)進行補充。具體實施例方式以下結(jié)合實施例來進一步解釋本發(fā)明，但實施例并不對本發(fā)明做任何形式的限定。實施例1能源甘蔗品種的篩選1.2007年三月份選擇粵糖83-271，粵糖91-600，粵糖94-128，粵糖94-343，粵糖95-128，粵糖95-168，粵糖95-354，粵糖96-598，粵糖00-236，R0C-22，CP89-2143,CP92-1666，CP94-1340，CP93-1382，CP88-1762于礦山污染區(qū)中種植，管理，次年一月份收犾。2.測量所有品種的蔗徑，蔗高，蔗糖含量。測定甘蔗品種的產(chǎn)量，總糖含量，重金屬(鋅、銅、鎘、鉛)吸收能力及乙醇發(fā)酵性能。表1不同甘蔗品種的重金屬含量、產(chǎn)量總糖含量及發(fā)酵產(chǎn)生乙醇情況鋅(Zn)銅(Cu)鎘(Cd)鉛(Pb)產(chǎn)量總糖(kg/畝)含量mg/ml甘鹿品種汁渣汁渣汁渣汁。，，32.9683-271粵糖324191穆9=惡粵糖ww94-34324.16粵糖44.7195-128粵糖34.4132.7616.3828.6412.3924.2422.10.13/0.05//1.040.93/0.4/0.150.760.086.550.1//0.831.13/0.25/0.20.361.080.340.2/1.28/0.3/0.51.121036.552010.371532.371146.621301.610.150.071032.49876951211149395-16895-35496-59800-236ROC-22CP88-1762CP89-2143CP92-1666CP93-1382CP94-134028.4616.6624,5628.5135.5130.6631.9118.9633.3612.9134.2434.3731.0831.5234.7415.8415,1423.361.180.240.3/0.30.990.530.560.2/0.151.960.25nd0.1/1.481.260.4/1.230.090.3/0.051.261223.361091.661240.66/1.731759.111231.540.051.731.030.280.45//2.450.88/0.2//2.250.130.170.1//2.310.38/0.1//0.941761.441398.29962.681353.8410613196111891421189683酵生醇積數(shù)發(fā)產(chǎn)乙體分18o84Q516o1425川7:2o14197表l中，汁的單位是mg/L，渣的單位是mg/kg。由表1可知CP89-2143品種不僅吸收最大的重金屬含量，而且其產(chǎn)量也處于所有品種的第二位，同時其株高株徑的也與正常的甘蔗水平相差不大，這說明CP89-2143品種具有重金屬耐性，使其生存于高含量的重金屬環(huán)境中而不受傷害。因此，根據(jù)CP89-2143吸收重金屬能力以及適宜在礦區(qū)地區(qū)生長的特性，該品種可作為修復植物，對礦山污染土壤進行大生物量的重金屬吸附，恢復礦區(qū)生態(tài)環(huán)境。再者，CP89-2143的總糖含量與發(fā)酵乙醇產(chǎn)量均最高，甘蔗品種的總糖含量是主要影響乙醇產(chǎn)量的因素，總糖含量大，酵母可利用糖分多，轉(zhuǎn)化成的乙醇也較多，但是不是絕對直接相關(guān)關(guān)系。通過比較篩選出耐受重金屬，經(jīng)濟性狀好的能源甘蔗品種CP89-2143。實施例2能源木薯品種篩選1.2006年三月份選擇華南5號，華南6號，華南9號，華南124以及華南205五個品種于礦山污染區(qū)中種植，管理，同年十一月份收獲。2.測量所有品種測定木薯品種的產(chǎn)量，總糖含量，重金屬(鋅、銅、鎘、鉛)吸收能力及乙醇發(fā)酵性能。表2不同木薯品種的重金屬含量、產(chǎn)量總糖含量及發(fā)酵產(chǎn)生乙醇情況<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>由表2可知木薯品種華南205不管是在重金屬吸收能力、總糖含量還是發(fā)酵產(chǎn)生乙醇量都是居于首位的，雖然它沒有華南5號這品種的產(chǎn)量高，但是綜合來說，它是最優(yōu)的品種。通過比較篩選出耐受重金屬，經(jīng)濟性狀好的能源木薯品種華南205號。實施例3能源醫(yī)藥兩用植物菊葉薯蕷礦山污染區(qū)適應(yīng)性種植1.2006年三月于氣候基本相同的礦山污染區(qū)與無污染區(qū)兩地種植菊葉薯蕷，使用無差別的管理方法，2008年6月采收。2.測定菊葉薯蕷的產(chǎn)量，總糖含量，重金屬(鋅、銅、鎘、鉛)吸收能力及乙醇發(fā)酵性能。表3菊葉薯蕷的重金屬含量、產(chǎn)量總糖含量、皂素含量及發(fā)酵產(chǎn)生乙醇情況總糖發(fā)酵皂素菊葉含量產(chǎn)生含量薯蕷鋅(Zn)銅(Cu)鎘(Cd)鉛(Pb)產(chǎn)量k/kg乙醇質(zhì)量(邁g(邁g(邁g(邁g/L)/L)/L)/L)(kg/畝)體積分數(shù)分數(shù)(%)(%)無污————■08098.513.01染區(qū)種植污染78007138.232.98區(qū)種75.382.510.955.72植由表3可知，菊葉薯蕷品種在污染區(qū)種植與無污染區(qū)種植的產(chǎn)量、總糖含量、皂素含量及發(fā)酵產(chǎn)生乙醇情況均無太大差別，且其在污染區(qū)種植還體現(xiàn)出良好的吸附重金屬能力。故其是適于重金屬污染區(qū)種植的能源作物。9權(quán)利要求一種適于重金屬污染區(qū)種植的能源作物品種篩選方法，其特征在于所述方法包括如下步驟(1)將能源作物種植于重金屬污染區(qū)；(2)每隔2~3個月測定能源作物的株高、株徑及蔗糖含量；(3)測定能源作物的產(chǎn)量；(4)測定能源作物中的可發(fā)酵糖含量；(5)測定能源作物的重金屬含量；(6)將能源作物進行發(fā)酵，通過殘?zhí)呛亢鸵掖己康臏y定來計算作物的糖轉(zhuǎn)化率和發(fā)酵率；(7)通過上述步驟測定數(shù)據(jù)進行比較分析，篩選出產(chǎn)量、吸收重金屬能力、總糖含量及發(fā)酵產(chǎn)生乙醇量最高的作物，即為適合種植于重金屬污染區(qū)的能源作物品種。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適于重金屬污染區(qū)種植的能源作物品種篩選方法，其特征在于所述能源作物是甘蔗、木薯或菊葉薯蕷。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的適于重金屬污染區(qū)種植的能源作物品種篩選方法，其特征在于步驟(2)中所述蔗糖含量的測定方法是以新配制的18wt^鹽酸水解甘蔗汁、木薯或菊葉薯蕷，沸騰水加熱8min后冷卻至室溫，以蒸餾水做參比，在波長285nm處測量吸光度值，從標準曲線上查出相應(yīng)的濃度。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的適于重金屬污染區(qū)種植的能源作物品種篩選方法，其特征在于步驟(4)中所述可發(fā)酵糖含量的測定方法是以6mol/L鹽酸溶液置沸水浴中加熱水解甘蔗汁、木薯或菊葉薯蕷30min，冷卻后用lmol/L氫氧化鈉溶液調(diào)pH至中性，過濾，以DNS法測定可發(fā)酵糖含量。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的適于重金屬污染區(qū)種植的能源作物品種篩選方法，其特征在于步驟(5)中所述重金屬含量的測定包括甘蔗、木薯或菊葉薯蕷的重金屬含量測定。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的適于重金屬污染區(qū)種植的能源作物品種篩選方法，其特征在于所述甘蔗的重金屬含量測定包括甘蔗蔗渣的重金屬含量測定和甘蔗蔗汁重金屬含量測定。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的適于重金屬污染區(qū)種植的甘蔗品種篩選方法，其特征在于所述甘蔗蔗渣的重金屬含量測定方法是將磨碎的甘蔗置于坩堝中完全炭化，放入馬福爐內(nèi)60(TC下灰化6h，以2mol/L的鹽酸溶液溶解，過濾后的濾液在原子吸收分光光度計上測重金屬含量。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的適于重金屬污染區(qū)種植的甘蔗品種篩選方法，其特征在于所述甘蔗蔗汁的重金屬含量測定方法是用體積比為3:l的濃硝酸高氯酸酸解甘蔗汁，加熱至澄清，以原子吸收分光光度計測定重金屬含量。9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的適于重金屬污染區(qū)種植的能源作物品種篩選方法，其特征在于所述木薯或菊葉薯蕷的重金屬含量測定方法是將木薯或菊葉薯蕷置于烘箱中烘烤23天至恒重；將木薯或菊葉薯蕷磨碎過篩，稱量lg樣品，加入30ml濃硫酸混勻浸泡過夜；加入高氯酸10ml，加熱到液體澄清透明，冷卻，以原子吸收分光光度計測定重金屬含量。10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的適于重金屬污染區(qū)種植的能源作物品種篩選方法，其特征在于所述糖轉(zhuǎn)化率和發(fā)酵率的測定方法是(1)取甘蔗汁原液、木薯或菊葉薯蕷，加入0.lwt^的尿素，將pH調(diào)至3.33.6，9(TC滅菌lh，接種量為10體積％;(2)將接種后的發(fā)酵液封口，于3032t:靜置發(fā)酵40h以上，至搖動時沒有(A產(chǎn)生即為成熟；(3)過濾發(fā)酵液，加入6mol/L鹽酸溶液水解，調(diào)節(jié)pH至中性，以DNS法測定殘?zhí)橇浚?4)取少量發(fā)酵液離心，吸取上清，以氣相色譜測量乙醇成分；(5)通過殘?zhí)呛亢鸵掖己縼碛嬎闾寝D(zhuǎn)化率和發(fā)酵率。全文摘要本發(fā)明公開了一種適于重金屬污染區(qū)種植的能源作物品種篩選方法。該方法包括如下步驟(1)將能源作物種植于重金屬污染區(qū)；(2)每隔2~3個月測定作物的株高、株徑及蔗糖含量；(3)測定所篩選能源作物的產(chǎn)量；(4)測定能源作物中的可發(fā)酵糖含量；(5)測定能源作物的重金屬含量；(6)將能源作物進行發(fā)酵，通過殘?zhí)呛亢鸵掖己康臏y定來計算能源作物的糖轉(zhuǎn)化率和發(fā)酵率；(7)通過上述步驟測定數(shù)據(jù)比較分析，篩選出適于重金屬污染區(qū)種植的能源作物品種。本發(fā)明方法兼顧能源作物的經(jīng)濟價值和環(huán)保價值，本發(fā)明方法篩選得到的能源作物品種對重金屬有吸收能力，對重金屬污染區(qū)的環(huán)境修復效果好。文檔編號G01N30/02GK101731085SQ200910213799公開日2010年6月16日申請日期2009年12月15日優(yōu)先權(quán)日2009年12月15日發(fā)明者馮蕾,徐寧,徐曉立,朱國輝,朱睿,梁計南,羅思施,謝君,陳國濤,陳曉陽,黃少偉申請人:華南農(nóng)業(yè)大學