【正文】 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)崿F(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作用的候選骨干親本，并通過育種實踐 驗證 ，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。在此基 礎(chǔ)上，通過建立微藻能源生產(chǎn)過程各單元 的 優(yōu)化放大工藝，然后構(gòu)建微藻能源規(guī)模化系統(tǒng)，建立其系統(tǒng)集成與優(yōu)化方法，以實現(xiàn)各個單元之間高效率的耦合，并系統(tǒng)考察耦合系統(tǒng)的經(jīng)濟性。 5. 針對能源微藻規(guī)?；囵B(yǎng)過程中細胞特性的多樣化，引入細胞大小、細胞形態(tài)、細胞膜組成、細胞膜電荷、細胞膜表面極性等參數(shù)，對能源微藻規(guī)?；囵B(yǎng)過程中細胞特性進行表征，建立能源微藻細胞特性表征 的方法；以此為依據(jù)，考察不同藻種、不同培養(yǎng)工藝等 情況 下微藻細胞特性的變化規(guī)律，為后續(xù)加工工藝的優(yōu)化與建立提供理論依據(jù)；研究 藻細胞密度、藻細胞形態(tài)及其易變性、大小、表面電荷等不同的物理特性 ，對各種方法的采收效率的影響規(guī)律及其機制，建立高效低成本、易放大采收工藝優(yōu)化方法；研究細胞膜強度及 水含量，對各種方法破壁效率的影響規(guī)律，建立 高效低成本、易放大的破壁工藝優(yōu)化方法 ；研究油脂組成對各種方法提取效率的影響規(guī)律，建立 高效低成本、易放大的油脂提取工藝優(yōu)化方法 ；設(shè)計并構(gòu)建 油脂 到生物柴油的反應(yīng) /分離耦合過程，研究油水共存條件下高效轉(zhuǎn)化微藻油脂合成生物柴油的作用規(guī)律，包括三甘酯的轉(zhuǎn)化，單甘酯、二甘酯和甲酯的變化規(guī)律及反應(yīng)動力學(xué)，研究生物柴油轉(zhuǎn)化過程中甘油的產(chǎn)生規(guī)律，達到甘油在線分離，實現(xiàn)生物柴油合成和甘油分離耦合的集成，為高效 、 低成本、易放大 的微藻 生物柴油 制備 工藝 的建立 奠定基礎(chǔ)?；讷@得的光照方向的混合特性及光分布特性方面的敏感參數(shù)，利用 CFD 對合適類型的22 22 光生物反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)進行系統(tǒng)優(yōu)化，結(jié)合 CFD 模擬計算結(jié)果與逐級放大試驗，挖掘 基于光照方向混合及光衰減特性的光 生物反應(yīng)器設(shè)計與放大原理 ，為規(guī)?；馍锓磻?yīng)器的設(shè)計提供依據(jù)。結(jié)合光衰減模型，通過數(shù)學(xué)分析方法（如傅里葉分析和小波分析等）獲得藻細胞在光生物反應(yīng)器內(nèi)的光暗循環(huán)頻率、光區(qū)停留時間占循環(huán)時間比例和時間平均光強等光分布特性參數(shù)。 3. 采用 CFD 多尺度模擬技術(shù)和多尺度離散化超級并行計算機群系統(tǒng)，對 不同類型光生物反應(yīng)器（如敞開式跑道池及圓池、封閉式平板光生物反應(yīng)器及管道式光生物反應(yīng)器等）內(nèi)部氣 液 固三相體系的混合特性等進行模擬計算，獲得不同混合條件下的流體混合特性參數(shù)。 以光和 CO2 等 為限制因子開展微藻細胞生理特性穩(wěn)定的計量化學(xué)和動力學(xué)研究，結(jié)合轉(zhuǎn)錄物組學(xué)、 代謝 組學(xué)等技術(shù)， 研究 能源微藻高光效突變體光合途徑的網(wǎng)絡(luò)調(diào)控機制，為提高 微 藻 細胞 光吸收、傳遞和利用效率提供基礎(chǔ)。 2. 開展基 因組、轉(zhuǎn)錄 組、 代謝 組等組學(xué)研究， 并結(jié)合 13C 標(biāo)記法解析不同條件下小球藻等可工業(yè)規(guī)模培養(yǎng)的能源微藻的碳代謝途徑，闡明代謝流遷移變化規(guī)律?；谝陨辖Y(jié)果與信息， 建立適用不同氣候、不同培養(yǎng)體系和不同工藝、性狀優(yōu)良、生產(chǎn)性能穩(wěn)定的能源微藻藻種和優(yōu)良株系庫，形成具有完備信息基礎(chǔ)、能共享、具有自主知識產(chǎn)權(quán)的能源微藻藻種（株）庫和信息平臺。通過連續(xù)分離純化獲得遺傳純系，研究其繁殖方式及其環(huán)境影響機制，建立能源微藻遺傳改良原理和方法體系。 21 21 一、研究內(nèi)容 1. 采用組合流式細胞儀分選和高通量篩選或組合混合富集培養(yǎng)、細胞分選和高通量篩選等組合方法，從自然環(huán)境和已有藻種資源分離篩選出具有速生長、高含油、適應(yīng)不同氣候、不同培養(yǎng)體系、不同 CO2 氣源、耐低 pH、高效利用氮磷廢水等多樣化特征的優(yōu)良藻種。 5. 在 SCI 和 EI 期刊上發(fā)表論文1518 篇 ； 申請專利 46 項 。 6. 構(gòu)建微藻能源規(guī)?；苽湎到y(tǒng)的研究平臺和示范裝置（生物柴油年生產(chǎn)能力達到 10 噸級），建立基于全生命周期分析的微藻能源規(guī)?；苽湎到y(tǒng)的集成與優(yōu)化方法 。 4. 全面完成關(guān)鍵環(huán)境因子作用下的脂代謝標(biāo)志物，揭示環(huán)境因子誘導(dǎo)微藻中脂類過量合成與響應(yīng)機制；給出能源微藻規(guī)?；庾责B(yǎng)過程培養(yǎng)過程動力學(xué)模型；闡明能源微藻培養(yǎng)體系 CO2吸收過程的放大規(guī)律；建立基于重構(gòu)全基因組代謝網(wǎng)絡(luò)模型與多尺度分析方法相結(jié)合的能源微藻20 20 研究內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo) 究成果，編寫總結(jié)報告，進行課題驗收工作。 。 4. 全面完成課題任務(wù)，總結(jié)課題研1. 形成具有完備信息（如形態(tài)特征、生理特性、遺傳信息等）基礎(chǔ)、能共享、具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的能源微藻藻種（株）庫和信息平臺。 3. 全面完成環(huán)境因子對能源微藻光自養(yǎng)培養(yǎng)過程的調(diào)控與響應(yīng)規(guī)律；完成能源微藻光自養(yǎng)培養(yǎng)過程計量學(xué)、過程特征及動力學(xué)的研究；全面能源微藻培養(yǎng)體系CO2 吸收規(guī)律 及其與培養(yǎng)過程的耦合任務(wù)；建立能源微藻光自養(yǎng)培養(yǎng)過程優(yōu)化方法；能源微藻光自養(yǎng)培養(yǎng)過程放大規(guī)律。 第 五 年 1. 建立適合于不同氣候、不同培養(yǎng)體系和不同條件、抗生物污染能力強、性狀優(yōu)良、生產(chǎn)性能穩(wěn)定的能源微藻藻種和優(yōu)良株系庫，進一步完善藻種庫和信息庫的建設(shè)。 11. 在 SCI 和 EI 期刊上發(fā)表論文2834； 申請專利 711 項 ； 培養(yǎng)23 名博士研究生和 68 名碩士研究生 。 9. 建立與年產(chǎn) 10 噸生物柴油相配套的非油脂組分能源化利用的設(shè)備與工藝 。 7. 獲得藻渣加入比例對氣化性能影響規(guī)律。 5. 建立采收、破壁、油脂提取與生物柴油制備系統(tǒng)的集成與優(yōu)化方法。 10. 針對模型進行技術(shù)經(jīng)濟性分析的適應(yīng)性優(yōu)化；為生命周期分析提供基礎(chǔ)模型和數(shù)據(jù)庫，并 建立能源微藻規(guī)?；苽涞娜嬷芷诜治銎脚_ 。 8. 在多噴嘴對置式水煤漿氣流床氣化熱態(tài)試驗平臺（ 500 公斤煤 /天）上開展藻 渣煤漿的氣化性能測試 。 6. 研究能源微藻高效低成本、易放大轉(zhuǎn)化生物柴油工藝優(yōu)化原理。 4. 完成環(huán)境因子對能源微藻光自養(yǎng)培養(yǎng)過程的調(diào)控與響應(yīng)規(guī)律研究；完成能源微藻培養(yǎng)體系CO2 吸收規(guī)律及其與培養(yǎng)過程的耦合；全面開展能源微藻光自養(yǎng)培養(yǎng)過程優(yōu)化方法；進行能源微藻光自養(yǎng)培養(yǎng)過程放大規(guī)律研究；進行室外微藻規(guī)模培養(yǎng)，初步進行能源微藻培養(yǎng)經(jīng)濟分析。 4. 完成主要環(huán)境因子作用下的脂代謝標(biāo)志物 23 個的鑒定，全面18 18 研究內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo) 藻株應(yīng)用的可行性。 2. 建立純化轉(zhuǎn)基因能源微藻藻落的技術(shù)體系，發(fā)掘 510 個影響能源微藻脂 肪酸合成及油脂積累的關(guān)鍵調(diào)控因子， 建立 12 種高效的能源微藻基因組規(guī)模突變方法，獲得 35 株生長快，高產(chǎn)油脂的突變能源微藻藻種。 第 四 年 1. 對小球藻、三角褐指藻等優(yōu)良藻株進行比較基因組學(xué)研究，通過基因組再測序并與參考序列比較，甄別可規(guī)模化培養(yǎng)的優(yōu)良能源微藻藻株及其改良藻株的遺傳差異，闡明優(yōu)良生產(chǎn)性狀遺傳基礎(chǔ)，為基因工程改造提供基礎(chǔ)。 完成全生命周期相關(guān)模型和軟的設(shè)計 。 8. 初步完成藻渣與煤共氣化過程中氮、磷元素的遷移規(guī)律。 6. 確定能源微藻細胞特性對不同油脂提取方法與效率的影響規(guī)律并解析其機制。 9. 全生命周期相關(guān)模型和軟件的設(shè)計 。 7. 對藻高值副產(chǎn)品例如多糖和蛋白的結(jié)構(gòu) , 熱敏性和穩(wěn)定性進行分析。 17 17 研究內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo) 規(guī)律 。 4. 進一步發(fā)現(xiàn)并鑒定 24個重要環(huán)境因子作用下的脂代謝標(biāo)志物，揭示環(huán)境因子誘導(dǎo)微藻中脂類過量合成與響應(yīng)機制；完成規(guī)模化光自養(yǎng)過程培養(yǎng)過程動力學(xué)建模實驗；基本闡明能源微藻培養(yǎng)體系 CO2吸收放大規(guī)律；初步建立基于重構(gòu)全基因組代謝網(wǎng)絡(luò)模型與多尺度分析方法相結(jié)合的能源微藻戶外規(guī)模光自養(yǎng)過程優(yōu)化與放大方法；開展規(guī)模培養(yǎng)產(chǎn)油微藻，單位油脂能耗及經(jīng)濟成本基本不增加的前提下，油脂產(chǎn)率提高 1525%以上，初步測算成本，提出 大規(guī)模培養(yǎng)工藝設(shè)計。 2. 解析能源微藻高效光能轉(zhuǎn)化機制，闡明最優(yōu)光能利用與光合固碳關(guān)聯(lián)模式， 發(fā)現(xiàn)若干個可能與能源微藻光合固碳、生長生理、油脂合成和環(huán)境及營養(yǎng)條件響應(yīng)相關(guān)的調(diào)控基因 ，初步形成能源微藻影響光合固碳和油脂積累的代謝調(diào)控網(wǎng)絡(luò) 。 4. 基本完成環(huán)境因子對能源微藻光自養(yǎng)培養(yǎng)過程的調(diào)控與響應(yīng)規(guī)律研究；完成能源微藻培養(yǎng)體系CO2 吸收與培養(yǎng)過程耦合規(guī)律；基本完成能源微藻光自養(yǎng)培養(yǎng)過程優(yōu)化方法；進行室外微藻規(guī)模化培養(yǎng)和中試論證。 2. 以光能和 CO2等為限制性基質(zhì)開展藻細胞生理特性的化學(xué)計量學(xué)和動力學(xué)研究，并結(jié)合轉(zhuǎn)錄物組學(xué)、代謝組學(xué)等技術(shù)，研究高光效突變體光合途徑的網(wǎng)絡(luò)調(diào)控機制，循環(huán)光合磷酸化及光合放氧機理，并闡析光合電子傳遞、光化學(xué)與非光化學(xué)淬滅等生理過程的分子基礎(chǔ)；研究 CO2 加富對 CO2 固定效率的影響、固碳關(guān)聯(lián)酶與碳酸鹽系統(tǒng)變化，闡明碳固定、濃縮及利用分子機制及環(huán)境脅迫下的固碳過程的分子基礎(chǔ)。 11. 在 SCI 和 EI 期刊上發(fā)表論文2232； 申請專利 913 項 ； 培養(yǎng)36 名博士研究生和 1112 名碩士研究生 。 9. 獲得藻渣添加比例等對水煤漿固含率、流變性、穩(wěn)定性和霧化性能影響規(guī)律。 細胞中含量的影響 。 11. 整合微藻生產(chǎn)油脂系統(tǒng)的各關(guān)鍵過程，并開發(fā)系統(tǒng)模型，進行質(zhì)量平衡和能量平衡計算。 9. 并完成藻渣煤漿霧化性能的測試 。 7. 研究培養(yǎng)條件對高值產(chǎn)品在藻細胞中含量的影響 。 5. 綜合考察藻種及培養(yǎng)工藝對微藻細胞特性變化的影響規(guī)律 。 7. 明確培養(yǎng)條件對高值產(chǎn)品在藻15 15 研究內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo) 特性研究；結(jié)合 CFD 計算、 LDA測試對光反應(yīng) 器結(jié)構(gòu)優(yōu)化，對原反應(yīng)器進行評價 。 5. 確定不同能源微藻藻種及其培養(yǎng)工藝對細胞特性的影響規(guī)律 。結(jié)合CFD、 LDA 結(jié)果及閃光效應(yīng)，提出新型優(yōu)化光反應(yīng)器結(jié)構(gòu)和設(shè)計原理，并通過自養(yǎng)培養(yǎng)對原反應(yīng)器進行評價 。 2. 發(fā)現(xiàn)若干個可能與能源微藻光合固碳和油脂合成與積累相關(guān)的調(diào)控基因；進一步完善能源微藻的遺傳操作系統(tǒng)。進一步研究小球藻和微擬球藻的遺傳操作系統(tǒng)，獲得新型有自有知識產(chǎn)權(quán)的遺傳操作系統(tǒng)。 2. 基于重構(gòu)模型并結(jié)合組學(xué)分析，研究限制微藻二氧化碳吸收和利用的主要因素：包括微藻二氧化碳吸收和利用的機制和特性；環(huán)境條件對二氧化碳的吸收和利用的影響等。 培養(yǎng)博士生 1 名，碩士生 23 名 。 9. 完成熱模實驗平臺以及取樣與測試平臺的改造、搭建與測試。 10. 建立高通量的分析系統(tǒng)對所選藻種包含的高值副產(chǎn)品進行分析。 8. 改造現(xiàn)有熱態(tài)實驗平臺和制漿平臺，包括現(xiàn)有平 臺的取樣與測試系統(tǒng)；并進行微藻預(yù)處理裝置平臺的設(shè)計、搭建和調(diào)試。 6. 研究幾種采收方法對藻細胞采收效率的影響規(guī)律及其影響機制。 13 13 研究內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo) 律；進行室外微藻培養(yǎng)。 7. 明確本課題各研究內(nèi)容的研究方案，完善技術(shù)路線。 6. 確定能源微藻細胞特性對不同采收方法與效率的影響規(guī)律并解析其機制。 4. 發(fā)現(xiàn)并鑒定主要環(huán)境因子作用下的脂代謝標(biāo)志物 23 個，初步了解環(huán)境因子誘導(dǎo)微藻中脂類過量合成機制；初步建立能源微藻規(guī)?；庾责B(yǎng)過程培養(yǎng)過程動力學(xué)模型；掌握 CO2基本傳遞過程。 2. 完成 12種優(yōu)質(zhì)能源微藻的代謝網(wǎng)絡(luò)模型的重構(gòu)；發(fā)現(xiàn)若干個可能與能源微藻光合固碳相關(guān)的調(diào)控基因；建立和完善能源微藻的遺傳操作系統(tǒng)。 3. 采用 CFD 技術(shù)，對氣 — 液 — 固三相的跑道池、園池進行 CFD 大渦模擬，及能源微藻的閃光效應(yīng)、光譜特性研究 ?；谥貥?gòu)模型并結(jié)合組學(xué)分析，研究限制微藻光吸收和利用的主要因素和改善光吸收和利用的效率：包括微藻光吸收和光合作用的特性；微藻培養(yǎng)系統(tǒng)和環(huán)境條件對光的吸收和光合作用效率的影響；高效光的傳遞和吸收系統(tǒng)的關(guān)鍵途徑等。 11 11 課題 1 能源微藻優(yōu)良藻種 ( 株 ) 選育原理與綜合評價體系 課題 2 能源微藻光合固碳和 油脂積累的代謝網(wǎng)絡(luò)及 系統(tǒng)生物學(xué)研究 課題 4 能源微藻 規(guī)?；? 光自養(yǎng)培養(yǎng)過程的 環(huán)境 響應(yīng) 、優(yōu)化及放大原理 課題 3 基于光照方向混合及 光衰減特性