Διερεύνηση δυναμικού ποικιλιών σόργου για εγχώρια αειφορική παραγωγή βιοκαυσίμων

Abstract

Το σόργο (Sorghum bicolor L. Moench) αποτελεί ένα από τα πλέον σημαντικά σιτηρά σε παγκόσμιο επίπεδο και μία πολλά υποσχόμενη καλλιέργεια για την ελληνική γεωργία. Περιλαμβάνει διαφορετικούς τύπους οι οποίοι δύνανται να έχουν πολλαπλές χρήσεις. Το γεγονός ότι το σόργο αποτελεί φυτό υψηλής φωτοσυνθετικής δυνατότητας ενώ παράλληλα παρουσιάζει μειωμένες απαιτήσεις σε εισροές το καθιστά ως ένα από τα πιο σημαντικά φυτά και για την παραγωγή βιοκαυσίμων. Με δεδομένη την υποχρέωση όλων των κρατών-μελών της ΕΕ να καλύψει το 10% των καυσίμων για τις μεταφορές με βιοκαύσιμα, καθίσταται αναγκαία η αξιολόγηση των καταλληλότερων πρώτων υλών για την παραγωγή βιοαιθανόλης και στη χώρα μας. Για το σκοπό αυτό αξιολογήθηκαν ποικιλίες γλυκού και χορτοδοτικού σόργου, σόργου του Σουδάν και σόργου υψηλής βιομάζας ως προς το παραγωγικό τους δυναμικό και τη δυνατότητα οικονομικά βιώσιμης και αειφορικής παραγωγής βιοαιθανόλης. Η αξιολόγηση πραγματοποιήθηκε σε πέντε πειραματικούς αγρούς, τέσσερα στην Βοιωτία (2008-10 & 2012) και ένα στον Έβρο (2008). Παράλληλα, διερευνήθηκε η δυνατότητα αξιοποίησης του διαθέσιμου γενετικού υλικού για την ανάπτυξη βελτιωτικού προγράμματος για τη δημιουργία εγχώριων ποικιλιών. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα, οι ποικιλίες γλυκού σόργου παρουσίασαν τη μεγαλύτερη καταλληλότητα για παραγωγή βιοαιθανόλης πρώτης γενιάς με εξαιρετική προοπτική για αξιοποίηση τους και για παραγωγή βιοαιθανόλης δεύτερης γενιάς. Αντίστοιχα καλά παραγωγικά αποτελέσματα έδωσαν και αρκετές ποικιλίες χορτοδοτικού τύπου καθώς και τύπου υψηλής βιομάζας, οι οποίες όμως ενδείκνυνται για παραγωγή βιοαιθανόλης δεύτερης γενιάς και βιοαερίου. Από την ανάλυση της διαχρονικής μεταβολής των ζαχάρων με ‘ομικές’ τεχνικές προέκυψε ότι δεν υφίσταται μεταβολή των ολικών ζυμώσιμων ζαχάρων στα στελέχη όταν αυτά συγκομίζονται ένα μήνα μετά το άριστο στάδιο (μαλακή ζύμη) ή ακόμα και όταν συγκομιστούν στο στάδιο αυτό και παραμείνουν στον αγρό επί ένα μήνα. Με τον τρόπο αυτό μπορεί να διευρυνθεί ο χρόνος τροφοδοσίας πρώτης ύλης στις αντίστοιχες βιομηχανικές μονάδες. Προέκυψε επίσης πληθώρα δεδομένων της διακύμανσης των μεταβολιτών σε φύλλα και στελέχη του γλυκού σόργου παρέχοντας χρήσιμο υπόβαθρο για περαιτέρω μελέτες της ανάπτυξης, παραγωγικότητας και βελτίωσης του σόργου στο πλαίσιο προσέγγισης βιολογίας συστημάτων. Ο προσδιορισμός των παραμέτρων που υπεισέρχονται στην αξιολόγηση των κριτηρίων αειφορίας της παραγόμενης βιοαιθανόλης υπέδειξε ότι οι ποικιλίες γλυκού σόργου ικανοποιούν δυνάμει τα κριτήρια αυτά στο μέγιστο δυνατό βαθμό. Η εκτίμηση των σχετικών γενετικών παραμέτρων στο υλικό που μελετήθηκε, κατέδειξε τη δυνατότητα επιτυχούς διεξαγωγής βελτιωτικού προγράμματος για τη δημιουργία υψηλοαποδοτικών ποικιλιών σόργου, κατάλληλες για τις αγροκλιματικές συνθήκες της χώρας.

Sorghum (Sorghum bicolor L. Moench) constitutes one of the most important cereal crops globally, with a highly promising potential for Greek agriculture. There are many cultivated types of sorghum appropriate for multiple uses. Being a highly photosynthesizing C4 species, also characterized by low input demands for its production, renders the crop as exceptionally attractive candidate feedstock for bioethanol production. Given the EU members’ obligation for substituting a 10% of bioethanol for gasoline in transportation, the assessment of suitable feedstocks for bioethanol production in our country is of imperative importance. To this purpose, several varieties of various sorghum types, sweet and forage sorghum, high biomass sorghum and Sudan sorghum, were thoroughly evaluated for their yield potential as well as their suitability for an economically viable and sustainable bioethanol production. The evaluation included five experimental fields, four in the Boeotia region (2008-10 & 2012) and one in the Evros region (2008). At the same time, the possibility of exploiting the available genetic material to develop a local sorghum breeding program has been investigated. According to the findings of this study, sweet sorghum varieties proved the most suitable for the production of first generation bioethanol along with an excellent perspective for the production of second generation bioethanol in one step. Simultaneously, such varieties would comply best to the sustainability criteria for bioethanol as soon expected to be set by EU. Comparably satisfactory production was obtained from varieties of the forage and high biomass sorghum types which though were suggested as better suited for the production of second generation bioethanol and biogas. Stem profiling at the transcriptome and metabolome level throughout pre- and post-harvest stages of sweet sorghum revealed the possibility of delaying harvesting one month after the optimum stage of soft dough, or even harvesting at that stage and stem piling on the field for one month, without worthwhile sugar losses thus allowing a longer period for feedstock supply to the industrial plants. Also, metabolomic analysis on leaves and stems provided useful background information for further studies concerning growth, development and genetic improvement of sweet sorghum employing system biology approaches. Genetic parameters evaluated for genetic material in hand, suggested the possibility of exploiting this material to successfully develop a breeding program aiming at producing sorghum varieties particularly suited to the agroclimatic conditions of the country.