Improvement of Crop Plants for Industrial End Uses pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Springer Verlag

作者:Ranalli, P. (EDT)

出品人:

页数:533

译者:

出版时间:

价格:2154.00 元

装帧:HRD

isbn号码:9781402054853

丛书系列:

图书标签:

Crop Improvement
Industrial Crops
Plant Breeding
Genetic Engineering
Biotechnology
Agronomy
Plant Science
Sustainable Agriculture
Biofuels
Renewable Resources

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具体描述

现代农业的演进：从田间到市场的跨界融合前言：重塑食物与非食物作物价值链的迫切性全球农业正经历一场深刻的转型。传统的种植模式已无法完全满足日益增长的人口对粮食安全的需求，同时，工业界对生物基材料、能源和特定化学品的需求也达到了前所未有的高度。这种双重压力要求我们跳出“产量优先”的传统思维，转而关注作物的“多功能性”和“端点价值”。本书旨在深入探讨如何通过创新育种、精准农业和下游加工技术，实现作物价值链的全面升级，使其不仅能提供基础营养，更能高效地服务于非食品工业领域，从而构建一个更具韧性、可持续且高附加值的现代农业生态系统。第一章：作物改良的新范式——超越传统育种的界限农业的进步历经数千年，从经验性的选择到现代分子生物学的介入，每一次飞跃都极大地提高了单位面积的产出。然而，随着现代农业对环境友好性和功能特异性的更高要求，传统的表型选择和基于数量性状杂交的育种方法已显露出局限性。本章将聚焦于当前作物改良领域的前沿技术和思维模式的转变。我们不再仅仅追求高产，而是将育种目标锁定在那些能直接影响下游加工效率和最终产品性能的关键生理和生化指标上。 1.1 分子育种与基因组编辑的精准赋能：详细阐述CRISPR/Cas9、TALENs等基因编辑技术如何被应用于精确调控作物的次生代谢产物合成通路。重点分析如何通过靶向调控基因，提高特定脂肪酸、淀粉结构或纤维素含量，而非仅仅增加生物量。例如，如何通过沉默或激活特定酶的基因，引导植物合成高价值的特种油脂，而非普通的食用油。 1.2 表型组学在作物功能性状筛选中的应用：介绍高通量表型组学（High-Throughput Phenotyping）如何加速复杂性状的筛选过程。阐述如何利用无人机、地面传感器和先进的图像分析技术，实时监测和量化植物在特定环境胁迫下（如干旱、营养缺乏）关键功能组分（如蛋白质沉积速率、次生代谢物积累曲线）的变化，从而实现对“加工适宜性”的早期评估。 1.3 逆境生理学与品质的权衡：探讨环境胁迫（如盐碱胁迫、极端温度）对作物次级代谢物积累的影响。深入分析在一定胁迫条件下，某些非营养物质（如抗氧化剂、天然色素或特定生物碱）的产量反而可能提高，以及育种家如何策略性地利用这些胁迫反应来优化原料的工业价值。第二章：原料特性的标准化与质量控制体系的构建工业应用对原料的均一性、稳定性和可预测性有着近乎苛刻的要求，这与传统农业中面对季节和地块差异的“随机性”形成了鲜明对比。本章着重于建立连接田间生产和工业需求的桥梁。 2.1 作物成分的结构化分析与规格化：详细介绍气相色谱-质谱联用（GC-MS）、高效液相色谱（HPLC）等分析技术在工业原料检测中的应用。重点讨论如何建立针对生物燃料、生物塑料或特种化学品生产所需的原料指标体系，例如，不仅仅是测定总淀粉含量，更要细化到支链/直链淀粉比例、粒径分布等对酶解或聚合过程至关重要的参数。 2.2 供应链中的可追溯性与一致性管理：阐述如何利用区块链技术和物联网（IoT）传感器网络，实时追踪从种子到收割、再到初加工各个环节的关键环境数据和处理参数。强调一致性管理对于保证工业生产流程连续性和最终产品质量的决定性作用。 2.3 预处理技术的优化：讨论初级加工步骤（如干燥、脱粒、去杂）对最终组分活性和稳定性的影响。例如，不恰当的热处理可能导致蛋白质变性或活性酶失活，从而影响后续的生物转化效率。提出适应不同工业用途的定制化预处理方案。第三章：非食品应用领域的深度拓展与价值挖掘本章将跳出传统的粮食和饲料范畴，深入探讨作物原料在能源、材料科学和精细化工等高附加值领域的具体应用潜力。 3.1 生物基材料：从纤维到聚合物的转型：纤维素与木质素的深度利用：讨论如何通过专门设计的作物（如特定品种的麻类或速生木本植物），获得高纯度、易分离的纤维素和木质素。分析纤维素纳米晶体（CNC）在复合材料和生物电子学中的前沿应用。新型生物塑料单体的合成：聚焦于利用作物淀粉或糖类通过微生物发酵或化学转化，高效生产乳酸、丁二酸等可生物降解聚合物的关键单体。分析不同作物路线的经济性和环境足迹比较。 3.2 工业油脂的分子重构与功能化：探讨利用富含特定不饱和脂肪酸的油料作物（如蓖麻、藻油或转基因大豆），通过酯交换、酶催化等方式，生产高性能润滑剂、表面活性剂和生物柴油的最新进展。强调原料结构对最终产品性能的直接影响。 3.3 精细化工与生物活性分子提取：讨论如何将高价值的次生代谢产物——如天然色素、萜类化合物或生物碱——从作物生物质中进行高效、绿色提取和纯化，以服务于制药中间体、化妆品原料或食品添加剂市场。这要求育种目标必须精准指向这些微量但高价值化合物的积累。第四章：经济性、环境可持续性与政策导向作物的工业化应用最终必须在经济上可行，并在环境上可持续。本章从宏观角度审视这一系统的健康发展。 4.1 全生命周期评估（LCA）与环境负荷最小化：介绍如何运用LCA工具，综合评估将作物用于工业用途与化石能源或传统材料相比的环境效益。重点关注在优化育种和加工流程中如何降低水耗、能源消耗和化肥使用强度。 4.2 农业投入品管理的智能化转型：探讨精准施肥和灌溉技术如何结合作物功能性状的需求来实施。例如，在特定发育阶段，如果需要最大化纤维素的积累，则氮肥的施用时机和剂量需要与传统目标完全不同。 4.3 市场动态与跨行业协作机制：分析农业生产者、加工商和最终用户之间建立长期、稳定的供需合作关系的重要性。探讨政府在引导土地利用结构调整、支持生物质能和材料研发方面的潜在政策工具，以激励农业向高价值工业原料供应的转型。结论：构建面向未来的生物经济共同体本书描绘了一个清晰的路径：通过科技创新驱动的作物改良与下游工业需求的紧密耦合，农业将从单纯的食物生产者，演变为现代生物经济体系中不可或缺的关键支撑。实现这一目标，需要跨学科人才的培养、持续的研发投入，以及全球产业链参与者的共同承诺，确保我们培育的每一株作物都能在其生命周期内，实现其最大的工业和社会价值。