生物液体燃料是目前唯一适合于现有发动机系统的石油替代能源，对我国来说，生物液体燃料的推广应用对减轻石油的依赖，减少CO2排放，减少汽车尾气中的颗粒（PM）排放具有重要作用。

由于技术和原料的限制，生物液体燃料的发展还面临一些问题。开发新的非粮生物质原料及相关的转化技术是生物能源技术研发的最重要的发展方向之一。浮萍作为生长最快的最小开花植物并能直接利用废水生长产生高品质的生物质原料，既可减少目前水体的污染，又可解决生物液体燃料的原料的供应，将污染治理与生物能源的生产有机结合，同时还实现了“不与粮争地，不与人争粮”目标。

近年来，浮萍的研究已得到了各国的重视，美国能源部（DOE） 2009年已将浮萍作为能源植物开展了全基因组测序工作。

中国科学院成都生物研究所赵海研究员团队与美国罗格斯大学，北卡罗莱州州立大学，四川大学，云南省轻工业科学研究院，成都固生科技发展有限公司，北京泰天地能源技术开发有限公司等合作单位，在国家科技部支撑项目、中国科学院知识创新工程项目及西部之光项目的支持下，经过多年的工作，在浮萍生物能源的系统开发上取得一系列重要进展。该课题组发表浮萍相关论文11篇，其中SCI 论文7篇，申请发明专利3项。

一、获得高淀粉品系，阐明淀粉快速积累机制

通过大量系统筛选获得了7株高淀粉浮萍品系，建立稳定的高淀粉浮萍培养体系，从多个研究层面系统阐明了浮萍快速积累的机制，确立了浮萍作为高品质的生物能源植物的重要地位。作为一种高品质的生物能源植物，淀粉是其最重要的特征，因此阐明浮萍的淀粉积累机制对浮萍生物能源的系统开发具有重要意义。

团队研究人员肖瑶、陶向、方扬等首先在实验室条件下实现了浮萍淀粉的快速积累，在7天培养时间内，浮萍淀粉由3%增加到45%（干重），淀粉的积累量比开始增加了42倍；同时在酶学水平证明了淀粉合成途径中的第一个限速酶AGP酶的酶活比开始时增加了52.8%，而与淀粉分解相关地α-糖苷酶和β-糖苷酶的活性则始终保持在很低的水平；在浮萍研究中采用“组学”技术，从核酸的转录水平通过淀粉代谢通路的变化阐明了浮萍淀粉快速高效合成的机制：淀粉合成限速酶AGP-LS的基因大量表达同时淀粉降解酶类如α糖苷酶、β糖苷酶及其它一些竞争性的途径，如海藻糖6磷酸合成酶，蔗糖合成酶、海藻糖6磷酸磷酸酶等基因的表达也明显下调，从而实现了淀粉高效快速积累。

这一研究从浮萍个体水平、酶学水平和基因表达水平系统阐明了浮萍的淀粉快速积累机制。同时，通过转录组学的研究，从黄酮和木质素合成的代谢通路上发现了木质素合成途径的最后一个关键酶——漆酶基因的表达量很低，首次阐明了浮萍木质素含量低而黄酮类成分含量高的原因，这是第一次发现浮萍木质素含量低的直接证据。这些系统研究结果表明浮萍是一种高品质的能源植物——它具有淀粉积累快、淀粉产量高，同时木质素含量低三大优良特性。研究结果近期已发表在国际著名刊物Biotechnology for Biofuels上。(Comparative transcriptome analysis to investigate the high starch accumulation of duckweed (Landoltia punctata) under nutrient starvation. Biotechnology for Biofuels, 2013, 6:72)

图１. 淀粉合成代谢通路相关基因的表达图谱

图2. 木质素和黄酮合成代谢通路相关基因的表达图谱

二、建立了高淀粉浮萍的规模化培养技术及浮萍废水处理技术体系

已开发出高淀粉浮萍的规模化培养技术，在野外环境下实现了利用废水培养高淀粉浮萍原料。分别在云南昆明和四川威远建立了直接利用废水培养浮萍的试验基地，团队成员肖瑶、方扬、赵永贵等通过相关参数的控制，采用分段培养技术，实现了在大田条件下浮萍淀粉含量最高可达52.9%。在昆明，利用浮萍系统处理被污染的滇池水及生活废水，通过6-7天的处理，淀粉含量到达40%以上，N、P、COD及浊度达到国家一级排放标准。已实现每亩水面浮萍淀粉产量达800公斤以上，浮萍生物量积累达3吨/亩·年，部分成果近期已发表在国际著名刊物Industrial Crops and Products上。(Culturing duckweed in the field for starch accumulation. Industrial Crops and Products. INDCRO 6625 1–7).

三、建立浮萍能源转化体系

初步研发出以浮萍为原料的生物液体燃料转化技术体系，燃料乙醇和丁醇的技术指标已处于国际领先水平。靳艳玲、陈谦等通过对浮萍的淀粉结构类型、糊化特性、预处理技术以及乙醇、丁醇发酵菌种与发酵技术进行了系统研究，实现了以高淀粉浮萍为原料，乙醇浓度可达7%（v/v）以上，发酵效率达到90%。丁醇发酵浓度可达11.65g / L，总溶剂达到18.65g / L。部分成果已发表在Energies上。（Improving Production of Bioethanol from Duckweed (Landoltia punctata) by Pectinase Pretreatment. Energies, 2012, 5: 3019-3032）

该研究团队还第一次发起并组织了国际性的浮萍研讨会“第一届国际浮萍研究与应用研讨会”，会上形成的“成都宣言”：一是确立了国际浮萍研究的定期交流机制即每两年召开一次国际浮萍研讨会；二是分别在中国成都和美国新泽西建立国际性的浮萍活体种质资源库。（Duckweed rising at Chengdu: summary of the 1st International Conference on Duckweed Application and Research. Plant molecular biology, (2012) 78:627–632）