作者:刘晓倩 来源:中国科学报 发布时间:2014-7-28 8:02:34
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访中科院近物所:甜高粱背后的数百亿产业链

 

■本报记者 刘晓倩

▲中科院副院长詹文龙(中)考察甜高粱产业基地。

甜高粱早熟品种“近甜1号”种植及加工。

“通过甜高粱种植发展畜牧业和生物产业相结合的循环经济,开辟了新的农业模式,也开发了生物发酵工业的新思路。”中科院近代物理研究所所长肖国青近日在接受《中国科学报》记者采访时表示。

肖国青介绍说,在中国科学院西部行动计划项目的支持下,作为近代物理所“一三五”战略规划及“创新2020”的任务之一,甜高粱产业化示范工程项目自2006年启动以来,利用重离子辐照成功培育出高产、优质、抗逆的优良品种,引种和推广自主品种种植甜高粱10万亩、开发生物产品10余种。预计2~5年内将增加产值10亿~15亿元,农民增收超过1.2亿元。未来,将建成数百亿产值的产业链。

这一串沉甸甸的数字,是科研人员用滴滴汗水浇灌出来的。

“两年前,腾格里沙漠深处的邓马营还是满眼黄色的沙漠,在地方政府和企业的推动和支持下,甜高粱使这片沙漠披上了绿色,还在短时间建成了一个颇具规模的现代化养殖场。”近代物理所成果与产业化处处长蔡晓红对记者说。

重离子诱变

2004年,一场粮食与燃料的竞争,让科学家们将目光聚集到被“冷落”的非粮作物——甜高粱上。近代物理所生物物理研究室植物育种课题组组长董喜存回忆说,当时,为了应对能源危机及粮食安全,国家号召发展生物质可再生能源,从非粮作物中找燃料,寻求适合我国大面积种植的能源作物。

科研人员经过种植选择,北方确定发展甜高粱种植,南方地区则确定了木薯和甘蔗。2006年,时任近代物理所所长詹文龙提出,瞄准国家能源战略需求,研发非粮可再生能源,发展循环经济产业链,以保证国家粮食安全。

“在这方面,美国和巴西已经走在了世界前列,他们用玉米、甘蔗和甜高粱制造的乙醇已经可以用作汽车燃料。而当时,我国的很多科研单位却还被困在甜高粱固体发酵生产乙醇产率低和成本高的难题里。”肖国青说。

让科学家们感到为难的是,我国大部分地区的甜高粱种子都要依赖进口。“开发属于我们国家自己的品种迫在眉睫。”肖国青说,“很多人知道重离子可以治疗癌症,其实,重离子还可以育种。”

从那以后,所里的生物物理研究室主任李文建带领科研人员从重离子诱变育种开始,向甜高粱发起了挑战。

“就像打靶一样。”李文建说,“重离子诱变育种就是将遗传物质DNA损伤,引起基因突变及表型变异,通过选育获得新品种。”

2006年3月,植物育种课题组用不同剂量的重离子束辐照甜高粱种子,经过选育获得了一株生育期缩短、农艺性状优良的突变材料,通过稳定性观察、比较试验、区域试验及生产试验,于2013年通过了甘肃省品种审定委员会品种认定,定名为“近甜1号”,具有高产、优质、抗逆的特点。

2013年,甜高粱种植获得成功,平均生物产量超过6吨/亩,其中民勤县达9吨/亩以上,最高超过10吨/亩。经核算:农民每亩纯收入可达玉米的两倍多;种植甜高粱每亩需水仅300方,不足玉米需水量的一半,单方水效益达到6.88元,远高于玉米的1.67元。

“绿色油田”

从2007年开始,董喜存的植物育种小组没日没夜地在地里育种,李文建则安排微生物组同时启动了另一项研究。他早早算了一笔账:研发高产甜高粱最初目的是为了寻找可再生能源,用甜高粱做乙醇。但是用甜高粱生产每吨乙醇的成本需要8500元,而目前市场价格每吨乙醇只有7800元。往年国家每吨乙醇补贴1500元,今年开始每吨补贴800元,如果没有补贴,绝对是赔本买卖。

“西部地区土壤贫瘠,国家能源与粮食安全形势逼迫我们必须找到甜高粱背后的‘绿色油田’以及更高的附加值和更完善的产业链。”肖国青的考虑和他不谋而合。

抱着把甜高粱“吃干榨尽”的想法,微生物组研究人员陈积红和王曙阳等一起扎进实验室,研发出甜高粱汁生产燃料乙醇、酵母β-葡聚糖、谷胱甘肽、氨基酸、果葡糖浆等产品的技术工艺,并开发出高效复合微生物菌剂,将甜高粱渣制成青贮饲料,实现了甜高粱的完全利用,大大延伸了甜高粱的产业链,提高了产品附加值。

7年的研发过程,一切都是从零开始。“以往酵母发酵都使用甜菜、淀粉等原料,用甜高粱汁发酵生产酵母产品尚属空白。”助理研究员马良回忆说,在实验室里用甜高粱汁培养酵母相对容易,从中试放大到规模生产,则须克服一个个难题。温度、PH值等发酵参数需要不断调整,反复试验,才能摸索到最佳培养条件。目前,有关研究成果已成功通过中试和示范生产,产品指标达到国家标准,工艺成熟,已具备年产各种酵母产品500吨的能力。

打造新品牌

国家“十一五”规划明确把非粮作物甜高粱的应用开发作为优先发展的方向,以甜高粱为原料开发乙醇和酵母系列等产品,符合循环经济、保护环境的生物产业发展思路。甜高粱前景被看好。

甘肃省武威市委书记火荣贵算了一笔账:目前武威市羊存栏数为200万只,正在往饲养千万只羊及獭兔发展,饲料是个大难题,耐旱、高产的甜高粱成为支撑武威畜牧业和循环经济产业发展的关键。

荣华集团董事长张严德也看中了甜高粱的巨大商机,他推平了邓马营的沙丘种植甜高粱,在沙漠深处建成现代化养殖场。

“以前,甜高粱在全国只有零星的种植——有的是科研单位种植几十亩用于研究,有的是农民自己家里种几亩喂牲口。面积较大的在东北地区,大多用固体发酵来酿酒,没有形成规模化、高附加值的产业链。经过近代物理所多年推广,目前,全国甜高粱种植面积最大的地区是甘肃,2013年,全省种植超过10万亩。”李文建告诉记者。

针对西部发展甜高粱产业,近代物理所确定的总目标是:根据“因地制宜,非粮为主;能源替代,能化并举;循环经济,清洁生产”的发展思路,预计5~8年,使甜高粱产业成为我国西部循环经济产业的新品牌,引领西部农业经济跨越式发展。

“在农牧交错区,甜高粱循环经济有利于农民增收和促进地方经济发展。”肖国青表示,甜高粱产业以种植为龙头,以秸秆汁生产乙醇,延伸到酵母β-葡聚糖等高附加值系列产品,秸秆渣用于青贮养殖,是集生态农业、工业和养殖业等为一体的循环经济产业链。

未来,甜高粱产业有望建成百亿产值的产业链。对保证国家粮食安全、能源安全,带动区域经济发展、提高农民收入、改善生态环境具有十分重要的意义。

《中国科学报》 (2014-07-28 第5版 创新周刊)
 
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