能源植物資源 植物科學(xué)研究專題-

能源植物的具有合成高還原性烴的能力，可產(chǎn)生接近石油成分或可代替代石油使用的植物洪開衛(wèi)10生物科學(xué)一班20100704011009能源植物資源一、能源植物的意義二、能源植物及其資源概況三、國外能源植物培育與開發(fā)利用概況四、我國能源植物培育與開發(fā)利用概況五、能源植物研究的趨勢一、能源植物的意義

能源危機(jī)是人類面臨最重大的問題和巨大挑戰(zhàn)之一。生物能源的開發(fā)利用是當(dāng)今國際上的一大熱點(diǎn)。能源是現(xiàn)代社會賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)，安全、可靠的能源供應(yīng)和高效、清潔地利用能源是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的基本保證。能源也是國家戰(zhàn)略性資源，是國家戰(zhàn)略安全保障的基礎(chǔ)之一。

據(jù)預(yù)測，若按目前的水平開采世界已探明的能源，煤炭資源尚可開采100年，天然氣50～60年，地球上石油的存量已不足2000億噸，在100多年后將被耗盡。因此，加強(qiáng)生物燃料油技術(shù)的研究與開發(fā)，對于我國石油植物資源培育與利用以及培育后備能源都具有十分重要的戰(zhàn)略意義。

二、能源植物及其資源概況1.能源植物概念能源植物,又稱“石油植物”或生物燃料油植物)通常是指那些具有合成較高還原性烴的能力，可產(chǎn)生接近石油成分和可替代石油使用的產(chǎn)品的植物，以及富含油脂的植物。

(1)富含類似石油成分的能源植物，石油的主要成分是烴類，如烷烴、環(huán)烷烴等，富含烴類的植物是植物能源的最佳來源，生產(chǎn)成本低，利用率高，如目前已發(fā)現(xiàn)并受到專家賞識的：

續(xù)隨子（Euphorbialathyrus）綠玉樹（E.tirucalli）

橡膠樹（Heveabrasiliensis）西蒙德木（Simmondsiachinensis）

西谷椰子（Metroxylonsagii）

麻瘋樹（Jatrophacurcas）等續(xù)隨子（Euphorbialathyrus）分類：大戟科,大戟屬。別名：香槐,千金子,千兩金,菩薩豆,灘板救,小巴豆等。分布：我國北至吉林,內(nèi)蒙古。南至廣西,東至江蘇,浙江,西南至云南西藏的廣大地區(qū)都有栽培或野生分布。成分：種子含有約48%的脂肪油，其中含有油酸、棕櫚酸、亞油酸等甘油酯及多種二萜醇酯等，還含有7-羥基千金二萜醇、γ-大戟甾醇、α-大戟甲烯醇、七葉內(nèi)酯、瑞香素、山柰酚-3-葡萄糖醛酸苷等成分。續(xù)隨子綠玉樹（E.tirucalli）分類：大戟科，大戟屬。別名：青珊瑚,光棍樹,綠珊瑚,乳蔥樹,白蟻樹。分布：原產(chǎn)非洲熱帶干旱地區(qū),目前我國南北方都有栽培。成分：莖皮含25-二醇等化學(xué)成分。乳汁中含53.8～79.9%的水和水溶性物質(zhì)，2.8%～3.8%的天然橡膠。鮮乳汁含萜烯類乙醇、異大戟醛和大戟甾醇。乳汁干物質(zhì)中含大戟酮，蒲公英甾醇和甘遂醇。莖含有三十一烷烯、三十一烷醇、β-谷甾醇、蒲公英甙、3，3’-二-O-鞣花酸、鞣花酸等成分。綠玉樹橡膠樹（Heveabrasiliensis）分類：大戟科，橡膠樹屬。別名：三葉橡膠樹、巴西橡膠樹分布：原產(chǎn)于巴西，我國有引種。我國植膠區(qū)主要分布于海南、廣東、廣西、福建、云南，此外臺灣也可種植，其中海南為主要植膠區(qū)。橡膠樹西蒙德木分類：西蒙得木科，西蒙得木屬。別名：火火巴樹、霍霍巴、油油巴。分布：原產(chǎn)于美國南部和墨西哥北部荒漠。西蒙德木西谷椰子分類：棕櫚科，西谷椰子屬。別名：莎木，沙孤。分布：原產(chǎn)于印度尼西亞的摩鹿加群島與巴布亞新幾內(nèi)亞群島。

西谷椰子麻瘋樹分類：大戟科，麻瘋樹屬。別名：黃腫樹，假白欖，小桐子，在日本稱為南洋油桐。分布：原產(chǎn)美洲熱帶地區(qū),我國福建,臺灣,廣東,海南,廣西,貴州,四川,云南等地都有栽培和野生分布。成分：種子含油率達(dá)40%左右，油流動性好，飽和脂肪酸中含棕櫚酸17.5%、硬脂酸6.7%，不飽和脂肪酸中含油酸43%、亞油酸32.2%。這種油現(xiàn)已在農(nóng)用柴油機(jī)上試用。麻瘋樹

2.能源植物的優(yōu)點(diǎn)①能源植物是綠色植物，原料來源廣泛，可利用各種動、植物油作原料．不會造成環(huán)境污染。②可得到經(jīng)濟(jì)價值較高的副產(chǎn)品，以供化工品、醫(yī)藥品等市場。③相對于石化燃料油，生物石油貯存、運(yùn)輸和使用都很安全(不腐蝕溶器，非易燃易爆，較之于核電等能源要安全得多)，熱值高(一般可達(dá)石化燃料油的80％，可再生性(一年生的能源作物可連年種植收獲，多年生的木本植物可維持?jǐn)?shù)十年的經(jīng)濟(jì)利用期)，現(xiàn)實(shí)效益高；可在自然狀況下實(shí)現(xiàn)生物降解，減少對人類生存環(huán)境的污染。3.能源植物資源概況

到目前為止，科學(xué)家們已發(fā)現(xiàn)了40多種能源植物，主要集中在大戟科、豆科、夾竹桃科、桔?？?、菊科、瑞香科、蘿摩科、桃金娘科、禾本科、棕櫚科等。目前，大多數(shù)的能源植物尚處于野生或半野生狀態(tài)，人類正在研究應(yīng)用遺傳改良、人工栽培或先進(jìn)的生物技術(shù)等手段，通過生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換技術(shù)提高利用生物能源的效率，生產(chǎn)出各種清潔燃料，從而替代煤炭、石油和天然氣等石化燃料，減少對礦物能源的依賴，保護(hù)國家能源資源，減輕能源消費(fèi)給環(huán)境造成的污染。能源植物大體有3類：一是大戟科植物，其植物油可制成類似石油的燃料，大戟科的巴豆屬制成的液體燃料可供柴油機(jī)使用。二是豆科植物，美國加利福尼亞大學(xué)化學(xué)博士卡爾文在巴西發(fā)現(xiàn)，在苦配巴樹干上鉆個孔，就能流出油來，每個洞流油3小時，就能得油10～20升。油可以直接在柴油機(jī)上使用。據(jù)估計，1hm2的苦配巴植物每年可生產(chǎn)油50桶。三是其他木本植物，如油棕櫚樹、南洋油桐樹、澳大利亞的闊葉木棉等。美國科學(xué)家通過試種，種植1hm2含油大戟，1年至少可收獲25桶生物石油，經(jīng)改進(jìn)，甚至可能收獲125桶，成本低于天然石油；巴西試種油棕櫚樹，3年后開始結(jié)果產(chǎn)油，產(chǎn)油1萬kg/hm2。某些野草也含有類似“石油”的成分，美國加利福尼亞洲境內(nèi)廣泛生長著一種野草，當(dāng)?shù)厝朔Q為“黃鼠草”或“鼠憂草”，1hm2面積的黃鼠草可提煉1噸石油，若經(jīng)過雜交人工種植，每公頃產(chǎn)量可高達(dá)6噸。目前美國已開始大面積種植這種油料植物。日本科學(xué)家最近發(fā)現(xiàn)一種芳草類植物“象草”，屬于芒屬作物，是一種理想的石油植物。其生長迅速，1季就能長3m高，從亞熱帶到溫帶的廣闊地區(qū)都能生長；1hm2平均每年可收獲12噸“生物石油”，比其它現(xiàn)有的任何能源植物都高產(chǎn)，而且種植成本還不到種油菜成本的1/3，可是變成石油所產(chǎn)生的能量卻相當(dāng)于用菜籽油提煉的生物柴油的兩倍。全球目前開發(fā)利用的主要能源植物三、國外能源植物培育與開發(fā)利用概況自從諾貝爾獎獲得者、美國加州大學(xué)的化學(xué)家卡爾文于1986年在加州福尼亞種植了大面積的石油植物獲得成功以來，在全球迅速掀起了一股開發(fā)研究石油植物的浪潮。許多科學(xué)家們萌生了建立石油“能源林場”的設(shè)想?！澳茉戳謭觥庇袃煞N：一是栽種的木本植物產(chǎn)生碳?xì)浠衔?，提取后即可制成燃料；二是木本植物直接產(chǎn)生近乎石油的燃料。在世界各地相繼發(fā)現(xiàn)了一些“柴油樹”、“酒精樹”和“蠟樹”。目前，發(fā)達(dá)國家用于規(guī)模生產(chǎn)生物柴油的原料有大豆(美國)、油菜籽(歐共體國家)、棕櫚油(東南亞國家)?，F(xiàn)已對40種不同的植物油在內(nèi)燃機(jī)上進(jìn)行了短期評價試驗，其中包括豆油、花生油、棉籽油、葵花籽油、油菜籽油、棕櫚油和蓖麻籽油。棉花籽、食用回收油，其價格低廉，取材廣泛，亦是許多國家研究和利用的對象。日本、愛爾蘭等國用植物油下腳料及食用回收油作原料生產(chǎn)生物柴油，成本較石化柴油低。四、我國能源植物培育與開發(fā)利用概況我國幅員遼闊，地域跨度大，水熱資源分布多異，能源植物資源種類豐富多樣。

我國現(xiàn)已查明的能源油料植物(種子植物)種類為151科697屬1553種，占全國種子植物的5％；其中油脂植物138科1174種，揮發(fā)性油植物83科449種。主要的科有大戟科、樟科、桃金娘科、夾竹桃科、菊科、豆科、山茱萸科、大風(fēng)子科和蘿摩科等。僅以木本植物為例，就有1～2年可收獲的綠玉樹、麻瘋樹、桉樹和一些樟科植物如沉水樟等，以及3～5年可收獲的光皮樹、山桐子、清香木和黃連木等。我國能源油料植物種數(shù)在科屬中分布很不均勻，在地區(qū)分布上差異亦很大。中國油料植物從南到北、從東到西、從低海拔到高海拔逐漸減少。能源油料植物的集中分布區(qū)域為亞熱帶至熱帶區(qū)域，在山區(qū)往往與常綠闊葉林或落葉闊葉林相伴生，而且以野生為主(野生種占總數(shù)的75.4％)，栽培植物種則很少。我國海南的油楠樹，在海南島尖峰嶺、吊羅山、霸王嶺三大林區(qū)生長，高30余米，心材部分能形成棕黃色的油狀液體，似柴油，用它可以直接來發(fā)動汽車，一棵大一點(diǎn)的樹每天能產(chǎn)油10～15kg。海南島熱帶植物牛角瓜，生長在瓊島西南部及沿海沙灘地上，生長速度極快，每周可長高約30cm，其莖、葉含碳?xì)浠衔?，用溶解法或機(jī)械法從牛角瓜中可以提煉出白色汁液，制取輕質(zhì)石油。生長在我國廣東、福建一帶的光棍樹，它的枝條是肉質(zhì)的，具有白色乳汁。據(jù)分析，乳汁里含有極多的碳?xì)浠衔?，在國外被認(rèn)為是最有希望的石油植物。在四川也有許多能源油料植物，攀西地區(qū)的野生小桐子(麻瘋樹)，其果實(shí)含油率40％以上，5年生每hm2可產(chǎn)油1.5～3噸，可以直接參人柴油中使用；宜賓地區(qū)的巴豆，四川盆地的黃連木、烏柏、油桐，盆周山地的木油桐、油茶、山桐子、光皮樹、巴山榧樹，山區(qū)的清香木、四川扁桃、野八角等。目前，已引入四川的石油植物有攀西干熱河谷的生物油料植物有銀合歡(新西蘭)、霍霍巴(美國，“948”項目)、光棍樹(非洲)、橡膠樹、椰子樹、油棕樹(熱帶)等，以及目前大面積引種栽培的桉樹(澳大利亞，“948”項目)。在湖南，還從南非、美國和巴西引進(jìn)了能源樹種綠玉樹(Euphorbiatirucalli)等。熱帶的橡膠樹、椰子樹、棕桐樹也是有潛力的石油植物。橡膠樹乳濁液的主要成分是碳?xì)浠衔铮信c石油類似的分子結(jié)構(gòu)，經(jīng)蒸餾分解最終得到的產(chǎn)物像汽油的碳?xì)浠衔镆后w燃料。椰子也是海南的一大特產(chǎn)，20％的柴油與80％的椰子油混合成的“椰子柴油”適合長時間開動的發(fā)動機(jī)。五、能源植物麻風(fēng)樹的研究與利用1.麻風(fēng)樹的生物學(xué)特性麻瘋樹,屬大戟科麻瘋樹屬，為落葉灌木或小喬木。株高2～5m，葉互生，幼葉背面脈上有柔毛，葉柄長達(dá)16cm。聚傘花序腋生或頂生，由若干黃綠色的小花組成；花單性，雌雄同株，雄花多、雌花少(約占5%左右)。肉質(zhì)蒴果卵圓形，長3～4cm，直徑2.5～3cm；成熟時呈黃色，每果一般具3枚種子，少數(shù)2枚；花期5月，果期10月。種子長橢圓形，黑色。種仁含油率50%～61.5%，機(jī)榨出油率45%，種子的經(jīng)濟(jì)性狀依產(chǎn)地不同而有差異。六、我國能源植物黃連木的研究進(jìn)展1.黃連木生物學(xué)特性及其經(jīng)濟(jì)價值漆樹科黃連木屬有9個種和1個變種，中國僅有1種黃連木即中國黃連木。中國黃連木為落葉喬木，高達(dá)30m，胸徑2m；樹冠近圓球形，樹皮薄片狀脫落，通常為偶數(shù)羽狀復(fù)葉；雌雄異株，圓錐花序，先葉后花，核果倒卵狀扁球形；直徑5-6mm，3-4月開花，9～11月果熟。黃連木分布廣，耐干旱、鹽堿、瘠薄，適應(yīng)性強(qiáng)，是荒山、灘地造林的優(yōu)良樹種，也是具有重要經(jīng)濟(jì)價值的油料樹種。嫩

葉含芳香油可代茶，葉與樹皮可作藥用，種子含油量為42.5％，種仁含油量為56.7％，可作食用油，亦是優(yōu)良的生物質(zhì)燃料油原料。2.黃連木的資源分布狀況中國黃連木分布廣，遍布華北、華中、華南23個省、區(qū)，一般分布在海拔2000m以下的山地與灘地，多零星分布于海拔700m以下的山地、丘陵，也有大面積的純林或混交林。黃連木樹齡很長，在散生木中樹齡達(dá)200年以上(安徽、福建)，山東省青島市和棲霞市有生長健旺的560年和630年的黃連木古樹，甘肅省文縣屯案鄉(xiāng)王家莊有一棵千年黃連木古樹，樹高42.5m，胸徑5.7m，冠幅571m，生長良好。黃連木亦有大面積的分布，如河北省(50萬畝)、河南省(30萬畝)、安徽省(60萬畝)、陜西省(30萬畝)，山東、江蘇、湖北、湖南、福建、江西、浙江等11個省都有片林分布。

桉樹

海南桉林桉樹是桃金娘科Myrtaceae桉屬Eucalyptus植物的統(tǒng)稱，可能起源于白堊紀(jì)末。在已知的七百多種桉樹中，原產(chǎn)地絕大多數(shù)在澳洲大陸，少部分生長于鄰近的新幾內(nèi)亞島、印度尼西亞，以及菲律賓群島。19世紀(jì)引種至世界各地，目前有96個國家或地區(qū)有栽培。桉樹，常綠植物，一年內(nèi)有周期性的老葉脫落現(xiàn)象，大多品種是高大喬木，少數(shù)是小喬木，呈灌木狀的很少。樹冠形狀有尖塔形、多枝形和垂枝形等。單葉，全緣，革質(zhì)，有時被有一層薄蠟質(zhì)。葉子可分為幼態(tài)葉、中間葉和成熟葉三類，多數(shù)品種的葉子對生，較小，心臟形或闊披針形。桉樹屬性桉樹是桃金娘科，常綠植物，一年內(nèi)有周期性的老葉脫落現(xiàn)象。大多數(shù)種是高大喬木，少數(shù)是小喬木，呈灌木狀的很少。樹冠形狀有尖塔形、多枝形和垂枝形等。單葉，全緣，革質(zhì)，有時被有一層薄蠟質(zhì)。葉子可分為幼態(tài)葉、中間葉和成熟葉三類，大多數(shù)的幼態(tài)葉是對生的，較小，心臟形或闊披針形。七、能源植物研究的趨勢目前，大多數(shù)富含類似石油成分的能源植物尚處于野生或半野生狀態(tài)。雖然我國在高效能源植物選育、能源轉(zhuǎn)化利用方面有一定研究，但其規(guī)模小且缺乏系統(tǒng)性。收集、篩選和培育高效優(yōu)質(zhì)的能源植物；利用新技術(shù)篩選和種植優(yōu)質(zhì)、高效的能源植物，最終轉(zhuǎn)化為可再生生物質(zhì)能源，將成為今后研究的重點(diǎn)。能源植物研究的趨勢：能源植物種質(zhì)的收集與種質(zhì)保存能源植物種質(zhì)資源評價與新種質(zhì)創(chuàng)制能源植物油脂代謝調(diào)控機(jī)理研究與分子修飾能源植物抗性機(jī)理研究與分子育種能源植物規(guī)?；N植關(guān)鍵技術(shù)研究能源植物規(guī)?；N植的生態(tài)效應(yīng)研究

能源植物種質(zhì)的收集與種質(zhì)保存

根據(jù)國內(nèi)外能源植物研究成果，按照油脂類、烴類、碳水化合物類能源植物對不同區(qū)域內(nèi)的重要能源植物做重點(diǎn)考察和收集，摸清能源植物資源在我國分布的基本格局，建設(shè)能源植物專類園(中國科學(xué)院華南植物園2006年開放了我國第一個能源植物專類園)，為我國能源植物戰(zhàn)略資源儲備和篩選優(yōu)良能源植物提供豐富的地域種質(zhì)資源。2.能源植物種質(zhì)資源評價與新