【正文】 ，構(gòu)建 水稻、小麥、玉米 骨干親本 的 基礎(chǔ) 遺傳 圖譜各 1 個 ， 為基于全基因組分子設(shè)計育種提供依據(jù) 。 項(xiàng)目名稱： 主要糧食作物骨干親本遺傳效應(yīng)和利用的基礎(chǔ)研 究 首席科學(xué)家： 李立會 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所 起止年限： 至 依托部門： 農(nóng)業(yè)部 二、預(yù)期目標(biāo) （一）總體目標(biāo) 針對骨干親本在育種實(shí)踐中作用突出以及新時期育種目標(biāo)的需求，在我們通過前一個 973 項(xiàng)目的研究，已基本明確了骨干親本第一個關(guān)鍵科學(xué)問題 “遺傳構(gòu)成 ”的基礎(chǔ)上，本項(xiàng)目圍繞骨干親本的第二個關(guān)鍵科學(xué)問題 “遺傳 與利用 效應(yīng) ”，以水稻、小麥、玉米等主要糧食骨干親本親本及其衍生的大面積推廣品種為基本研究材料，應(yīng)用表型組學(xué)、基因組學(xué)、作物育種學(xué)、生物信息學(xué)等學(xué)科的理論和方 法，闡明不同時期、不同生態(tài)區(qū)的水稻、小麥、玉米骨干親本中重要基因組區(qū)段 /基因簇 /基因 /等位基因的演變趨勢，構(gòu)建水稻、小麥、玉米骨干親本 的 基礎(chǔ) 遺傳 圖譜 ，為基于全基因組分子設(shè)計育種提供依據(jù)； 闡明水稻、小麥、玉米骨干親本的基礎(chǔ) 遺傳 圖譜的遺傳與 育種 效應(yīng)；發(fā)掘?qū)?shí)現(xiàn)水稻、小麥、玉米未來育種目標(biāo)具有重要價值的 關(guān)鍵 基因組區(qū)段 /基因簇 /基因 /等位基因 ； 闡明水稻、玉米的穗粒數(shù)、粒重等產(chǎn)量性狀一般配合力的遺傳學(xué)基礎(chǔ)，并揭示一般配合力對骨干親本形成的作用以及骨干親本能夠衍生出大量主栽品種的生物學(xué)基礎(chǔ) ；闡明控制一般配合力基因組區(qū)段 與 骨干親本的基礎(chǔ) 遺傳 圖譜 的關(guān)系；建立 水稻、小麥、玉米 候選骨干親本選育以及最佳親本組配的分子設(shè)計模型 ；提出綜合評估候選骨干親本和改良現(xiàn)有骨干親本的技術(shù)方法，指導(dǎo)并提高親本組配和育種效率 ； 篩選、創(chuàng)制對未來 5～ 10 年水稻、小麥、玉米等糧食作物育種具有重要促進(jìn)作用的候選骨干親本，并通過育種實(shí)踐 驗(yàn)證 ，為創(chuàng)立骨干親本育種理論、培育新時期需求的新品種提供理論和物質(zhì)支撐。新工藝的成熟有賴于深入認(rèn)識 粉 狀殘 焦和 CaO 的高溫反應(yīng)機(jī)理、焦中無機(jī)組分的作用、氧熱狀況下的傳遞行為、反應(yīng)器設(shè)計等 重要 問題。目前國內(nèi)外對煤分級轉(zhuǎn)化 液態(tài)產(chǎn)物 的 組成認(rèn)識不足 ，所采用的化學(xué)品分離方法（如酚 /油分離）能耗和物耗均高，還產(chǎn)生二次污染。 雖然這 些油品經(jīng)精制后可直接作為燃料（如汽、柴油），但附加值不高。 主要研究內(nèi)容包括： ? 高效催化劑制備和催化 原理 、 催化劑的結(jié)構(gòu)和活性的關(guān)系、催化劑回收工藝原理 ， 包括褐煤 溫和 加氫 聯(lián)產(chǎn) 油 /酚 /芳烴 的催化劑和 中低 煤催化轉(zhuǎn)化 聯(lián) 產(chǎn)甲烷 和油 的復(fù)合催化劑； ? 工藝條件 對傳遞 過程 、進(jìn)而對轉(zhuǎn)化過程和產(chǎn)物組成的影響機(jī)理，包括煤預(yù)處理方法、梯級反應(yīng)溫度、反應(yīng)氣氛、復(fù)雜反應(yīng)耦合、反應(yīng)機(jī)理和動力學(xué)； ? 煤中灰分對轉(zhuǎn)化 過程 、催化劑、殘渣形態(tài)的影響； ? 質(zhì)量 、動量、熱量 傳遞 和 催化 反應(yīng) 的反應(yīng)器模型構(gòu)建和計算機(jī)模擬 ； ? 能量 效率 碳 污染物的逐級變化規(guī)律、系統(tǒng)評價與優(yōu)化 。由于國內(nèi)外的研究主要集中在轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)率 等 宏觀 方面 ，缺乏分子層面的鍵合信息和產(chǎn)物組成信息，致使對反應(yīng)機(jī)理、催化作用 和過程定向調(diào)控方法 了解甚少，影響了技術(shù) 發(fā)展 。 不同煤種 的結(jié)構(gòu)特征不同，適宜采用的 分級轉(zhuǎn)化 工藝 也不 應(yīng) 相同 。 ? 建立 檢測和原位鑒別煤中大分子團(tuán)簇、熱解自由基和 過渡態(tài) 的同步輻射真空紫外單光子電離 — 分子束質(zhì)譜技術(shù) 和 理論分析 方法， 研究不同煤種在不同熱解條件下 自由基和反應(yīng)產(chǎn)物的形成規(guī)律與作用機(jī)制 及 本征動力學(xué) ，考察 硫氮結(jié)構(gòu) 單元 的自由基反應(yīng)特征 ； ? 煤中非共價鍵和弱共價鍵結(jié)合特性 、 解離方式及產(chǎn)物形成 機(jī)理的 量子化學(xué)計算 和集總描述。 由于煤在分子水平 上 的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，首先認(rèn)識與煤分級轉(zhuǎn)化過程密切相關(guān)的非共價鍵和弱共價鍵的特征、解離行為及解離產(chǎn)物的連續(xù)反應(yīng)性就變得至關(guān)重要。已有的煤結(jié)構(gòu)探索均是基 于終態(tài)轉(zhuǎn)化產(chǎn)物的光譜分析或取樣分析進(jìn)行的宏觀推測，對轉(zhuǎn)化過程的中間體、連續(xù)反應(yīng)、關(guān)鍵控制因素不能進(jìn)行科學(xué)準(zhǔn)確的探測。 下面詳細(xì)分述這些科學(xué)問題的內(nèi)涵及主要研究內(nèi)容。 國內(nèi)外在 中低階煤的優(yōu)化轉(zhuǎn)化 方面雖然已有較好積累，但對分子水平 上的 結(jié)構(gòu) 特征 和核心化學(xué)反應(yīng)規(guī)律的認(rèn)識還處于統(tǒng)觀和模糊的水平，對傳遞 和 反應(yīng)工程 及 過程調(diào)控原理的認(rèn)識還處于經(jīng)驗(yàn)層面，對復(fù)雜產(chǎn)物的組成特征還 了解不夠 ， 因而 過去的 工藝大都止步于 粗放開發(fā)，產(chǎn)品附加值不高 。 6） 五年 發(fā)表學(xué)術(shù)刊物論文 200篇以上， 形成 國家發(fā)明專利 25項(xiàng)，出版專著 2部，培養(yǎng)博士生 30名、碩士生 50名，力爭獲得國家級獎勵 1項(xiàng) ；培養(yǎng) 3名國家級中青年人才。 年度 研究內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo) 第 五 年 1） 構(gòu)建煤的 集總 化學(xué)結(jié)構(gòu)模型 ；繼續(xù)深入研究 熱解行為與產(chǎn)物分布的關(guān)系 ； 2） 測定 各級熱溶物 的性質(zhì) ，繼續(xù)進(jìn)行 熱溶過程調(diào)控 研究 ； 3） 粗酚精制分離及 芳烴精制分離工藝 優(yōu)化； 4） 繼續(xù)進(jìn)行 流化床放大理論 研究 ； 5） 中試規(guī)模（ 600 t/a）的電石工藝驗(yàn)證和反應(yīng)器結(jié)構(gòu)優(yōu)化，聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的流程模擬及全系統(tǒng)分析與評價 ； 6） 研究工作進(jìn)行全面總結(jié)，進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)的補(bǔ)充和驗(yàn)證工作 。 年度 研究內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo) 第 四 年 1） 煤及熱解中間產(chǎn)物 在不同條件下 反應(yīng)的原位 定量分析 ， 研究煤中其 它弱鍵的熱解機(jī)理 ； 2） 各種 萃取產(chǎn)物的制備色譜分離及純化產(chǎn)物的組成結(jié)構(gòu)分析； 3） 連續(xù)化芳烴萃取分離，超臨界CO2萃取， 粗酚精制分離工藝及芳烴精制分離工藝； 4） 繼續(xù)進(jìn)行 煤預(yù)處理對熱解行為的影響 研究 ， 考察 700 t/a 中試反應(yīng)器中流動、傳遞 、反應(yīng)條件對熱解產(chǎn)物分布的影響 ； 5） 催化劑回收工藝及回收催化劑的活性評價，流化床流場對灰熔融的影響，灰熔融機(jī)理，工業(yè)流化床的數(shù)值模擬，甲烷 /焦油聯(lián)產(chǎn)過程中 能量 效率 碳的逐級變化規(guī)律 ； 6） 電石制備 中 傳遞、相變 和 反應(yīng) 的復(fù)雜耦合關(guān)系 調(diào)控，多相反應(yīng)機(jī)理及反應(yīng)過程 強(qiáng) 化，模擬及 600 t/a 規(guī)模反 應(yīng)器的結(jié)構(gòu)分析和運(yùn)行評價，褐煤溫和加氫新工藝流程模擬系統(tǒng)的建立及聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的分析與評價。 7） 氧熱條件下 電石制備過程中的 傳遞、相變 和 反應(yīng) 的 復(fù)雜耦合關(guān)系及灰分的作用、 多相反應(yīng)機(jī)理及反應(yīng)過程 強(qiáng) 化、 傳遞性能及傳遞參數(shù) ，中試反應(yīng)器結(jié)構(gòu)評價； 8） 煤 熱溶解聚過程 的 流程模擬 及 聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的分析與評價 。 1） 得到 多 種煤樣的大分子團(tuán)簇 ，進(jìn)行 同步輻射 分子束質(zhì)譜 以及動力學(xué)分析實(shí)驗(yàn) ， 認(rèn)識 煤結(jié)構(gòu) 在 熱解過程 中的 變化規(guī)律 ； 2） 揭示萃余煤的 熱溶規(guī)律， 了解 熱溶物 和 不溶物的組成結(jié)構(gòu)信息，認(rèn)識 不溶物的 轉(zhuǎn)化行為； 3） 確定 褐煤加氫液化新 催化劑 的制備工藝和條件，揭示反應(yīng)機(jī)理；掌握酚萃取劑配方、 構(gòu) 建離子液體與油 /酚 物理性質(zhì)預(yù)測模型 ； 4） 揭示 多段 熱解 、煤預(yù)處理、催化劑等對 油氣產(chǎn)率和品質(zhì) 的影響規(guī)律；認(rèn)識多段反應(yīng)間的相互影響、催化劑的變遷與回收條件，完成 鉀 鹽與煤灰熔融特性研究 ；認(rèn)識多級流化床中的 流場 分布，提出和驗(yàn)證流化床放大理論； 5） 認(rèn)識電石制備過程中物料的相態(tài)變化規(guī)律、副反應(yīng)發(fā)生的條件和控制方法，提出反應(yīng)機(jī)理；獲取 一種反應(yīng)器 中的 傳遞參數(shù) ，完成熱解與電石生產(chǎn)耦合工藝的能量 碳 污染物 變遷 的 分析； 6） 前兩年發(fā)表學(xué)術(shù)刊物論文 4560篇，申請 /授權(quán)發(fā)明專利 1113 件，培養(yǎng)研究生 1216 名。 1） 完成 相關(guān) 儀器設(shè)備 和反應(yīng) 系統(tǒng)的建立 、 調(diào)試 和驗(yàn)證；建立 在分子水平研究煤轉(zhuǎn)化本 征動力學(xué)的 手段和方法 ， 2） 完成煤樣的選擇，認(rèn)識所用煤種在多種分級轉(zhuǎn)化過程中的轉(zhuǎn)化行為及產(chǎn)物分析 ； 3） 完成 溫和加氫液化催化劑的設(shè)計 ， 揭示催化劑性質(zhì)與活性的關(guān)系； 4） 認(rèn)識催化氣化中單組分催化劑的 反應(yīng)動力學(xué) ，建立 堿金屬鹽與煤灰 三相熔融相圖 ； 5） 獲得 1t/d 規(guī)模 氣化爐 中 流場、溫度場、氣體組分 信息； 6） 認(rèn)識電石制備原料物性與反應(yīng)的關(guān)系， 建立反應(yīng)器概念設(shè)計模型 ，完成電石生產(chǎn)新工藝中能量碳 污染物 CO2的變化分析?？梢钥闯?，課題設(shè)置在全面貫穿共性基礎(chǔ)理論研究的同時， 解決中低階煤 分級轉(zhuǎn)化 聯(lián)產(chǎn) 低碳 燃料和化學(xué)品 及殘焦利用 過程中的具體問題 ，形成了理論知識支持技術(shù)研發(fā)的有機(jī)體。 承擔(dān)單位 ：北京化工大學(xué) 課題負(fù)責(zé)人 ： 劉振宇 課題參加人員 ：吳衛(wèi)澤、鄭丹星、劉清雅、 劉輝 經(jīng)費(fèi)比例 ： % 課題間的關(guān)系 課題以及課題之間的關(guān)系如圖 3 和 4 所示。 (3) 分級轉(zhuǎn)化系統(tǒng)中“能量 效率 碳 污染物”變化規(guī)律分析與評 價 基于本項(xiàng)目其它課題的進(jìn)展，構(gòu)建中低階煤 分級轉(zhuǎn)化聯(lián)產(chǎn)低碳燃料和化學(xué)品系統(tǒng)，分析評價各個系統(tǒng)中“能量 效率 碳 污染物”的變化規(guī)律。 (2) 創(chuàng)建 新工藝和新反應(yīng)器構(gòu) 型 構(gòu)建低能耗電石生產(chǎn)新工藝 ，分析 能量 效率 碳 污染物的變化規(guī)律及 CO生成和 CO2減排特征 ；通過 實(shí)驗(yàn)研究和計算機(jī)模擬 ，考察 反應(yīng)器 構(gòu)型和操作參數(shù) 與 物料 流動 和混合 特性的關(guān)系， 提出高效反應(yīng)器設(shè)計概念 。 預(yù)期目標(biāo)： (1) 揭示 決定 催化劑性能的關(guān)鍵因素及催化劑的協(xié)同作用機(jī)理，指導(dǎo)催化劑的設(shè)計； 闡明 流場 與 催化 轉(zhuǎn)化、 催化劑與灰熔融 間 的關(guān)系 ，揭示 催化劑失活和損失的機(jī)理， 掌握催化劑 回收 的有效方法 ； 形成 煤反應(yīng)模型， 指導(dǎo) 反應(yīng)器放大和優(yōu)化 ；達(dá)到甲烷收率 30%、油收率 10%，與氣化合成路線相比熱效率提高 10%； (2) 發(fā)表 國內(nèi)外刊物 論文 25 篇， 申請國家發(fā)明 專利 68 項(xiàng)，培養(yǎng) 博士生 4 名、碩士生 6 名。 (2) 流化床中流場 與催化反應(yīng)及灰熔融 行為 的關(guān)系 考察 流化床中溫度、氣速、反應(yīng) 氣氛 、碳轉(zhuǎn)化率對顆粒流化及灰熔融行為的影響 。 預(yù)期目標(biāo)： (1) 揭示煤 預(yù)處理 影響熱解產(chǎn)物性質(zhì)的本質(zhì)，掌握有效的預(yù)處理方法；掌握煤熱解反應(yīng)中的過程調(diào)控原理，形成調(diào)控方法， 實(shí)現(xiàn)提高油氣品質(zhì)和產(chǎn)率、抑制重質(zhì)組分生成的定向熱解轉(zhuǎn)化目標(biāo) ； 完成 煤處理量 700 t/a 的熱解裝置 的 中試驗(yàn)證 ；與傳統(tǒng)技術(shù)路線相比 提高能效 1020%，降低水耗 2030%，減少 CO2排放 噸 /噸煤 ； (2) 發(fā)表 國內(nèi)外刊物 論文 40 篇，申請國家發(fā)明專利 5 項(xiàng)，撰寫中文專著 1 本，培養(yǎng)國家 級 中青年煤化工 專家 1 名，培養(yǎng)博士生 10 名 、 碩士生 10 名。 (2) 煤熱解定向轉(zhuǎn)化 的過程 調(diào)控 根據(jù)熱場中煤自由基 的 形成規(guī)律，考察 加熱介質(zhì)（氣 /固熱載體、外場） 、反應(yīng)氣氛（氫氣、水蒸汽、熱解氣） 、催化劑 和壓力 等 對熱解產(chǎn)物產(chǎn)率和組成的影響； 研究 反應(yīng)器中 氣固兩相流動 和 傳遞 行為 對熱解產(chǎn)物分布的影響 ；根據(jù)已獲取的煤熱解優(yōu)化條件，構(gòu)建 反應(yīng)器結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)熱解反應(yīng)器中的流動、傳熱、傳質(zhì)和反應(yīng)速率的匹配調(diào)控 ；分析能量 效率 碳 污染物的變化規(guī)律。 預(yù)期目標(biāo)： （ 1） 闡明褐煤溫和加氫熱解機(jī)理，建立催化反應(yīng)動力學(xué)模型，掌握新型高效催化劑制備原理，形成褐煤緩和加氫聯(lián)產(chǎn)化學(xué)品的新工藝； （ 2） 形成芳烴 /酚液液萃取分離理論和清 潔高效分離工藝 ， 獲得 4~5種工業(yè)純芳烴和酚類化合物； （ 3） 構(gòu)建褐煤溫和加氫聯(lián)產(chǎn)油 /芳烴 /酚新工藝，與單產(chǎn)油 工藝 相比經(jīng)濟(jì)效益提高 30%； （ 4） 發(fā)表學(xué)術(shù)刊物論文 25 篇，申請國家發(fā)明專利 2~3 項(xiàng)，培養(yǎng)博士生 3 名、碩士生 8 名。 (3) 褐煤加氫 液體 產(chǎn)物 （ 油 /芳烴 /酚 ） 的分離基礎(chǔ) 通過餾分 切割 考察 芳烴 /酚 在產(chǎn) 物粗油中 的類型和分布特征 ， 研究 二者 在不同 萃取劑 中 的 相平衡規(guī)律， 研發(fā) 高效 綠色 萃取劑； 考察萃取劑 /油比、萃取溫度、萃取級數(shù)等對 芳烴和 酚類化合物收率的影響， 研究萃取過程的傳質(zhì)動力學(xué)，甄別控制步驟，形成萃取過程強(qiáng)化機(jī)制，提高萃取速率和分離效率 。 承擔(dān)單位 ：中國礦業(yè)大學(xué)，安徽工業(yè)大學(xué) 課題負(fù)責(zé)人 ：魏賢勇 課題參加人員 ：倪中海、韓相恩、水恒福、王知彩 經(jīng)費(fèi)比例 ： % 課題 3. 褐煤溫和加氫機(jī)理及產(chǎn)物油 和芳烴 /酚的 分離精制 研究內(nèi)容： (1) 褐煤溫和加氫催化劑 的制備及催化機(jī)理 研究 提高高分散鐵系催化劑的表面酸性的方法； 認(rèn)識 催化劑表面 酸性 與液體產(chǎn)物產(chǎn)率和組