对于四倍体柳枝稷,我们将单倍体定义为两个亚基因组的基因组拷贝丢失。双单倍体技术需要有效的 2n 诱导系统以及随后的基因组加倍,并将提供新的育种机会,例如为商业杂交生产系统选择高性能自交系。不同柳枝稷亚种群的杂合亲本之间的杂交可产生生物量产量的杂种优势(Bhandari 等人,2017 年;Martinez-Reyna 和 Vogel,2008 年;Vogel 和 Mitchell,2008 年)。然而,由于柳枝稷中活跃的遗传不相容系统以及在获得的相对较少的自交基因型中可能发生的近交衰退和不育,自交系尚未开发。如果有更好的自交系,开发高产单交杂交种将是一种可选的育种方法。由于自交系的性能通常与其杂交种的性能相关,因此选择高产自交系可能具有优势(Hayes & Johnson,1939;Sprague,1977)。此外,DH 技术将促进所需性状、外来基因、转基因、染色体片段或整个染色体的渗入和稳定(Devaux & Pickering,2005;Forster & Thomas,2005)。
我的实验室研究树木和其他植物如何应对环境压力,包括全球变化因素,如干旱、气温升高和城市化。我们的工作在野外、温室中进行,有时也在实验室中进行。我们有几个正在进行的项目,学生可能有兴趣与我们一起合作:柳枝稷解剖学——柳枝稷是一种潜在的未来生物燃料来源,但转化为燃料的效率取决于细胞特性和化学成分。我们有兴趣评估在水分胁迫条件下生长的植物中木质素成分减少的植物解剖学可能存在的差异。城市森林状况和组成——城市植被提供许多生态系统服务,但城市条件(气温升高,有时水分减少)会给植物带来压力,尤其是在俄克拉荷马州。我们对俄克拉荷马城/诺曼地区公共树木的生长和存活情况进行了长期监测。橡树遗传多样性——橡树经常与其他物种杂交,可能会引入新的特性,这些特性可能对气候变化有用。我们利用来自不同温度梯度的栎树幼苗建立了 3 个“常见”的花园环境,在其中我们可以研究抗旱性等适应性特征的差异。
(42)“非食用纤维素材料”是指主要由纤维素和半纤维素组成,且木质素含量低于木质纤维素材料的原料,包括粮食和饲料作物残留物,如稻草、秸秆、果壳和贝壳;淀粉含量低的草类能源作物,如黑麦草、柳枝稷、芒草、巨蔗;主要作物前后的覆盖作物;草地作物;工业残留物,包括粮食和饲料作物提取植物油、糖、淀粉和蛋白质后的残留物;以及来自生物废弃物的材料,其中草地作物和覆盖作物被理解为临时的、短期播种的牧场,由淀粉含量低的草和豆科植物混合物组成,用于获取牲畜饲料和提高土壤肥力,从而获得更高的可耕主要作物产量;
原料主要由纤维素和半纤维素组成,木质素含量低于木质纤维素材料,包括粮食和饲料作物残渣,如稻草、秸秆、果壳和壳;淀粉含量低的草类能源作物,如黑麦草、柳枝稷、芒草、巨蔗;主要作物前后的覆盖作物;草地作物;工业残渣,包括从粮食和饲料作物中提取植物油、糖、淀粉和蛋白质后的工业残渣;以及来自生物废物的材料。草地作物和覆盖作物被理解为临时、短期播种的牧场,由淀粉含量低的草豆科植物混合物组成,用于获取牲畜饲料并改善土壤肥力,从而获得更高的可耕主要作物产量。
1-1 印第安纳州运营中的大型太阳能发电场 ...................................................................................... 10 1-2 印第安纳州在建的公用事业规模光伏项目 ........................................................................ 10 1-3 印第安纳州已批准但尚未开工的公用事业规模光伏项目 ................................................ 11 2-1 风能资源分类 ............................................................................................................. 22 2-2 美国风电排名:前 25 个州 ............................................................................................. 33 2-3 海上风电容量目标和要求 ............................................................................................. 35 2-4 印第安纳州风电场; 2-5 印第安纳州公用事业公司签订的风能购买协议 ...................................................................... 38 2-6 印第安纳州风电场签订的风能虚拟购买协议 ...................................................................... 39 3-1 综合生物炼制项目 ...................................................................................................... 53 3-2 商业化综合生物炼制项目 ............................................................................................. 54 3-3 印第安纳州的乙醇工厂 ...................................................................................................... 58 3-4 印第安纳州生产柳枝稷的平均农场交货成本(美元/吨) ............................................. 62 3-5 野猫溪流域生产玉米秸秆、柳枝稷和芒草的类别成本 ............................................................................................................................................. 63 4-1 根据 2016 年十亿吨研究基准假设,按特定价格和年份对二次农业废弃物潜力的总结 ............................................................................................................. 73 4-2 美国 75 个城市固体废弃物能源工厂的位置 ............................................................................................................. 76 4-3 发电潜力最大的十大州来自养猪场和奶牛场的碳足迹...................................................................................... 78 4-4 美国废水处理热电联产系统...................................................................................... 79 4-5 印第安纳州垃圾填埋场的发电厂...................................................................................... 81 4-6 沃巴什谷电力协会垃圾填埋场电力项目.................................................................... 81 4-7 印第安纳州垃圾填埋场的潜在发电能力.................................................................................... 82 4-8 印第安纳州运行中的厌氧消化器.................................................................................................... 83 4-9 印第安纳州浓缩动物饲养场的潜在发电能力.................................................................... 84 4-10 印第安纳州污水处理厂的潜在发电能力…….................................................................. 85 5-1 美国 CSP 电厂的预计资本成本............................................................................................................................................. 97 5-2 美国正在运营的聚光太阳能发电厂 .............................................................. 101 5-3 美国已不再运营的聚光太阳能发电厂 .............................................. 102 5-4 美国境外在建的聚光太阳能发电厂 ................................................ 103
1-1 印第安纳州光伏总装机容量 ................................................................................................ 9 1-2 净计量下签约的可再生能源发电容量 ........................................................................ 10 1-3 上网电价下签约的可再生能源发电容量 ................................................................ 10 1-4 印第安纳州在建的公用事业规模光伏项目 ...................................................................... 11 1-5 印第安纳州已批准但尚未开工的公用事业规模光伏项目 ...................................................... 11 1-6 正在等待 IURC 批准的公用事业规模光伏项目 ............................................................. 12 2-1 风能资源分类 ............................................................................................................. 22 2-2 美国风电排名:前 25 个州 ............................................................................................. 33 2-3 东海岸各州的海上风电容量目标 ............................................................................. 35 2-4 印第安纳州风电场; 2-5 印第安纳州公用事业公司签订的风能购买协议 ...................................................................... 38 2-6 印第安纳州风电场签订的风能虚拟购买协议 ...................................................................... 39 3-1 综合生物炼制项目 ...................................................................................................... 53 3-2 商业化综合生物炼制项目 ............................................................................................. 53 3-3 印第安纳州的乙醇工厂 ...................................................................................................... 57 3-4 印第安纳州生产柳枝稷的平均农场交货成本(美元/吨) ............................................. 62 3-5 野猫溪流域生产玉米秸秆、柳枝稷和芒草的类别成本 ............................................................................................................................. 62 4-1 根据 2016 年十亿吨研究基准假设,按特定价格和年份对二次农业废弃物潜力的总结 ............................................................................................................................. 73 4-2 美国 75 个城市固体废物能源工厂的位置 ............................................................................................................. 76 4-3 发电潜力最大的十大州来自养猪场和奶牛场的垃圾焚烧发电厂..................................... 78 4-4 美国废水处理热电联产系统..................................................... 79 4-5 印第安纳州垃圾填埋场的发电厂........................................................ 81 4-6 沃巴什谷电力协会垃圾填埋场电力项目........................................................ 81 4-7 印第安纳州垃圾填埋场的潜在发电能力..................................................... 82 4-8 印第安纳州运行中的厌氧消化器.....................................................................4-9 印第安纳州集中动物饲养场的潜在发电能力......................................................................................................................... 84 4-10 印第安纳州污水处理厂的潜在发电能力...................................................................................................... 85 5-1 美国 CSP 电厂的预计资本成本......................................................................................................................... 97 5-2 美国正在运营的聚光太阳能发电厂.................................................................................................... 101 5-3 美国已不再运营的聚光太阳能发电厂.................................................................................................... 102
“这是我们这一代人的斯普特尼克时刻……几周后,我将向国会提交一份预算,帮助我们实现这一目标。我们将投资于生物医学研究、信息技术,尤其是清洁能源技术——这项投资将加强我们的安全,保护我们的地球,并为我们的人民创造无数新的就业机会。”美国总统巴拉克·奥巴马,国情咨文,2011 年 1 月 25 日 “现在,另一种前景广阔的石油替代品是可再生生物燃料 - 不仅仅是乙醇,还有用柳枝稷、木屑和生物质等制成的生物燃料……就在上周,我们的空军——我们自己的空军——使用了一种先进的生物燃料混合物让一架猛禽 22——一架比音速还快的 F-22 猛禽战斗机飞行……事实上,空军的目标是到 2016 年从替代来源获得一半的国内喷气燃料。我指示海军、能源部和农业部与私营部门合作,创造先进的生物燃料,不仅可以为战斗机提供动力,还可以为卡车和商用客机提供动力。”总统在美国能源安全会议上的讲话,乔治城大学,2011 年 3 月 30 日
已确定有 10 亿吨生物质原料可用于生产可再生生物燃料和生物化学品。这是为运输部门提供轻型、重型和航空燃料能源的关键碳原料之一。木质纤维素原料的利用有助于减少石油进口需求、促进农业发展、创造就业机会和减少温室气体排放,从而提高能源安全。然而,迄今为止,运营挑战阻碍了大批量木质纤维素燃料和化学品的工业生产。因此,美国能源部已投入大量研究资金,以了解和提高先锋纤维素生物炼油厂的运营可靠性。本文介绍了从淀粉乙醇工艺中采用的木质纤维素转化技术。所开发的工艺最终成功演示了使用多种原料(包括柳枝稷、能源高粱和两种玉米粒纤维)进行的 1,000 小时综合运行。本文重点介绍了工艺开发,解决了困扰纤维素糖领域许多问题(并将继续困扰这些问题),例如生物质进料到设备中、高灰分含量、多样化的副产品价值等。
在不断变化的气候情景下,草原保护和发展已成为赋予其生态系统服务功能可持续性的当务之急。通过有针对性地对本地草种进行基因改良,可以有效实现这些目标。据我们所知,关于在天然和半天然草原中普遍存在的非栽培草种(柳枝稷、野生甘蔗、草原大麦、狗牙根草、中国银草等)的基因编辑的研究成果非常少。因此,为了探索这一新颖的研究方面,本研究旨在将用于改良栽培草类尤其是甘蔗的基因编辑技术也用于非栽培草类。我们建议将甘蔗作为非栽培草类基因改良的典型作物的假设是,与其他栽培草类(水稻、小麦、大麦、玉米等)相比,甘蔗的多倍体和非整倍体导致基因编辑的复杂性。另一个原因是,考虑到高度的遗传冗余,已经开发和优化了甘蔗(x = 10 – 13)的基因组编辑方案。因此,据我们所知,本综述是第一项客观评估 CRISPR(成簇的规律间隔的短回文重复序列)/Cas9 技术在甘蔗中的概念和功能的研究,评估其高度多功能性、目标特异性、效率、设计简单性和多路复用能力,以探索针对生物和非生物胁迫对非栽培禾本科植物进行基因编辑的新研究视角。此外,甘蔗基因编辑面临的巨大挑战导致了 CRISPR 工具的不同变体(Cas9、Cas12a、Cas12b 和 SpRY)的开发,其技术性也得到了严格评估。此外,还强调了该技术在非栽培禾本科植物基因编辑过程中可能出现的不同局限性。