濮文辉 张慧坚 李琼
木薯（Manihot esculenta crantz）为大戟科木薯属灌木，起源于热带美洲，为热带地区重要的农作物之一。其块根肉质富含淀粉，供食用或作糊料，可磨木薯粉、做面包、提供木薯淀粉和浆洗用淀粉乃至酒精饮料。目前广泛栽培于热带和部分亚热带地区，种植已遍布亚洲、非洲、拉丁美洲及大洋洲的100多个国家。我国于19世纪20年代引种栽培，现已广泛分布于华南地区，以广西、广东和海南栽培最多，福建和台湾地区次之，云南、贵州、四川、湖南和江西等省亦有少量栽培。据FAO统计，2012年全世界木薯产量与收获面积分别达到2.63亿吨和2038.52万公顷，我国木薯产量与收获面积分别达到456万吨和28万公顷。
一、2014年我国木薯科技进展基本情况
（一）遗传育种
2014年木薯遗传育种研究主要集中在基因工程、种质资源研究和品种选育研究上。此外，诱变育种也有相关研究报道。
1.基因工程
主要采用生物信息学方法对木薯乙烯信号途径中的受体基因家族(MeERS1、MeERS2、MeERS3、MeERS4、MeERS5、MeETR2和MeEIN4)，部分转录因子基因家族(MeEIL1、MeEIL2)，干旱响应基因MeHDS1、MeHDS2，干旱诱导调控基因MeMYB63，与木薯抗旱性相关的AP2转录因子基因，MeCWINCV5 基因，SYP基因，木薯蔗糖合酶SuSy1和SuSy4基因，淀粉合成酶基因SSⅠ、SSⅡ，AGPase小亚基基因进行了分析研究。
分析了木薯乙烯信号转导途径中重要基因的蛋白质特征及组织器官表达谱，亚细胞定位表明：MeHDS1蛋白定位于细胞核与细胞壁中，MeHDS2蛋白在植物细胞核中特异表达；实时荧光PCR分析表明，MeHDS1在木薯根部表达量最高，受干旱诱导上调表达，MeHDS2在木薯根、茎、叶中都有表达，但表达丰度不同；表达谱分析结果表明，推测MeHDS1可能作为转录调控因子参与木薯非生物胁迫应答反应，推测MeHDS2为HD-ZIP转录因子家族中一员。对MeCWINCV5基因启动子的分析表明：MeCWINCV5基因启动子与逆境胁迫有关，在木薯抵御逆境胁迫的生理过程中具有重要作用。探讨了与木薯抗旱性相关的2个AP2转录因子基因在不同干旱胁迫下的表达差异；考察MeCWINCV5对植物生长发育、激素调节和逆境胁迫应答的影响，发现MeCWINCV5基因启动子与逆境胁迫有关。分析了木薯SYP因及其蛋白结构、核有酸多态性和系统进化关系。通过对木薯SSII多态性分析，推测在木薯基因组内存在等位基因及旁系同源基因。
973项目“重要热带作物木薯品种改良的基础研究”课题完成了木薯基因组测序并揭示了其进化特征。郭雅静等利用改良RACE方法，成功获得木薯淀粉合成关键酶AGPase小亚基基因5’端cDNA序列；并克隆获得了木薯淀粉合成关键酶AGPase小亚基cDNA全长1566 bp，其中包括1566 bp的完整ORF，编码一个含521个氨基酸的多肽。
2.种质资源研究
通过种质鉴定、评价，筛选出了一批性状优良的木薯种质资源。中国热带农业科学院的魏云霞等对33份木薯种质进行了干旱胁迫下表型性状分析，筛选出了C322等抗旱性能优良的种质资源。中国热带农业科学院张振文等对国内主栽的9个木薯品种块根的淀粉和酒精加工特性进行了因子分析，结果平均酒精产率最高的一类品种为SC6和SC9。广西农业科学院谢向誉等对13份国内外木薯种质资源的农艺性状进行鉴定，筛选获得5个优良新品系。广西大学的吴海宁等探讨了低温胁迫对不同木薯品种幼苗生理特性的影响。此外，灰色系统理论的关联度方法被应用于引种木薯的性状分析上，已在江西红壤旱地地区实施。
3.品种选育
中国热带农业科学院培育出了淀粉改性（包括糯性）、抗产后生理衰变 PPD 及高淀粉、高产量的木薯新种质和新品种—SC12和新选048。广西亚热带作物研究所从CIAT引进木薯杂交实生种子，通过有性和无性系的繁殖和评选，并通过品种比较和适应性试验等，选育出高产、优质、抗旱性强和适应性广的木薯新品种SM1600（桂热4号）。
广西农业科学院谢向誉等的研究表明：60Co-γ射线诱变木薯成熟种茎有明显效果，其适宜剂量为90Gy，在适宜剂量范围内，剂量增加抑制木薯种茎腋芽伸长和叶片发生，但促进多腋芽的萌发，同时提高了变异芽数和致死率。
（二）生理生化
中国热带农业科学院生物技术研究所王力敏等对木薯块根膨大期韧皮部和木质部比较蛋白组学开展了初步研究；该所邹良平等利用高效液相色谱-蒸发光检测法测定了木薯生氰糖苷的含量。中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所宋红艳等研究了木薯华南205二倍体及其同源四倍体叶片中光系统Ⅱ(PSⅡ)叶绿素荧光参数的差异，结果表明：SC205染色体加倍后，叶绿素a、叶绿素b及总叶绿素含量均显著提高，叶绿素荧光参数Fo、ΦPSⅡ、qP和ETR均显著升高，NPQ 降低，Fv/Fm并未发生显著变化；该所林立铭等采用等离子光谱发射法检测了木薯块根矿质元素的分布规律，比较结果表明，木薯肉的Ca、k、Mg、Fe、Zn、Cu等营养价值优于或不亚于糙米、马铃薯及小麦等粮食作物，而木薯皮比木薯肉矿质营养更丰富。广西大学尹秀华等通过ICP-AES法测定表明，食用木薯淀粉中元素含量丰富， Cu、Cr、 Cd、 Pb、 Hg、 Ba和Sr等重金属元素含量较低，K、 Na、 Mg、 P、 Ca、 Fe、 Al、 Mn和Zn等营养元素含量较高。
（三）栽培技术研究
栽培方面主要集中在繁育技术、施肥技术、种植方法和收获技术等方面。
中国热带农业科学院陈松笔等发明了一种木薯嫩茎温室嫁接方法，该方法具有成本低、操作简单、愈合时间短及成活率高的特点。广西农业科学院严华兵等发明了3种方法：①木薯多倍体诱导方法，该方法克服了传统木薯育种周期长、效率低、预见性差等问题，获得多倍体纯系育种周期短、多倍体诱导效率高；②木薯试管薯的诱导方法，该方法解决了诱导木薯试管薯效率不高，诱导时间较长等问题；③木薯组培苗壮苗生根的方法，该方法克服了木薯组培苗较脆易断、易失水萎蔫等问题，提高了组培苗移栽成活率。
中国热带农业科学院的陆小静等研究了含钙药剂浸种对木薯产量和品质的影响。广西木薯研究所的盘欢等探讨了不同复混肥对木薯生物学性状及产量，淀粉含量的影响，得出结论，木薯复混肥均有利干木薯的生长及产量的提高，且以桂绿木薯专用肥最好，其次为绿先机木薯专用肥。中国热带农业科学院李静等探讨施肥水平和肥料配比方式对木薯土壤养分、酶活性以及木薯生长的影响。广东省农业科学院黄巧义等的研究表明，氮肥对木薯的氮磷钾含量及累积量、物质累积及产量形成的影响最大，其次是钾肥，磷肥的影响最小；综合分析表明，苗期、块根形成期、块根生长早期为氮、磷肥的最佳施用时期，块根形成期、块根生长早期及块根快速膨大期为钾肥的补充阶段。
云南省农业科学院刘海刚和中国热带农业科学院黄洁等探讨了种茎覆膜、浸水和蜡封对木薯抗旱性的影响，结果表明，种茎蜡封和浸水有利于提高成活率，蜡封和覆膜有利于提高单株发芽数，蜡封有利于提高收获指数、薯干率和鲜薯淀粉含量。中国热带农业科学院黄洁等研究了种茎种植法及芽向对华南205木薯产量的影响，经田间试验，建议采用起垄、平放、种茎芽眼向南的木薯机械化种植技术。广西平南县农业产业化办公室黄学华和中国热带农业科学院黄洁等研发出了凉粉草套种木薯技术，包括凉粉草的选种、留种、育苗、选地、整地盖膜、定植、田间管理、病虫草害防治、采收贮藏以及套种木薯等方面内容。
相关科研单位研制出了一系列用于木薯栽培过程的相关器械、装置及系统，如：广西水力机械研究所邵仁清等研发的2BMSU/2X旋切开沟式木薯播种机、广西力源宝科技有限公司唐芳玉等研发的木薯智能施肥系统、中国热带农业科学院杨之曦等研发的双杆木薯收获器、广西大学杨望等研发的振动挖拔式木薯收获机、中国热带农业科学院薛忠等研发的木薯茎杆切割试验台；海南大学廖宇兰等研发的木薯收获机夹持输送机构。
（四）病虫草害防治技术
海南大学卢昕与中国热带农业科学院李超萍等初步鉴定了木薯疫霉根腐病病原菌，并测定了其生物学特性。对分离获得的病原菌形态学观察初步表明其为棕榈疫霉(Phytophthora palmivora)。ITS 序列分析表明，其和几株棕榈疫霉(HQ237481、HQ237478 和 HQ237477)的序列同源性为99%。生物学特性研究表明， OA或 CMA培养基、26～30℃、pH值5、D-木糖醇、乙酸铵、光暗交替是病菌生长最适条件，菌丝致死温度为50℃，10分钟。广西农业科学院曾宪儒等根据有害生物风险分析（PRA）程序，分析了木薯绵粉蚧入侵广西的风险性，分析结果，木薯绵粉蚧在广西的综合风险值为2.16，属于高度危险的检疫性有害生物；预测了木薯绵粉蚧在中国的潜在地理分布，适生区预测结果与中国主要木薯种植区域具有高度的一致性，并对木薯绵粉蚧的入侵风险进行了分析。
（五）采后处理技术
中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所和农业机械研究所发明了一种脚踏式木薯块茎削皮机、一种手动式木薯块茎削皮机、一种木薯块茎去芯立式削皮机。在鲜木薯保存方面，北海市翰华生物技术有限公司刘键研发出了一种采用乳酸菌菌液浸泡保存鲜木薯的方法，可将鲜木薯保存6个月不腐烂。在木薯处理设备方面，研发出了一种仓房式木薯烘干机。此外，广西农业科学院刘斌等针对我国不同纬度不同气候条件地区的木薯种茎越冬贮藏，通过试验给出了相应的推荐方案：北纬21.60°以南地区的无霜区(广东茂名—广西合浦—云南景洪以南)，可采用露天浅理堆放和盖膜堆放的方法贮藏；北纬21.60°～23.80°地区轻霜至重霜伪缘区(广东清源—广西来宾—云南临沧以南)，可采用塑料大棚、露天盖膜堆放及大棚内她理竖放等方法贮藏；北纬23.80°以北的重霜和低温区(广东清源—广西来宾—云南临沧以北至湖南、江西、浙江等省)，可采用防寒性岩洞或地窖贮藏法及塑料大棚加小拱棚竖直堆放法贮藏。
（六）加工技术与废弃物利用
在木薯产品加工领域，研究成果主要集中在木薯乙醇、木薯淀粉和木薯食品等方面。
木薯乙醇制备技术多采用糖化发酵法，所取得的进展也主要围绕糖化发酵技术，成果表现形式绝大部分为发明专利，申请发明专利的机构主要有中国热带农业科学院热带生物技术研究所、海南大学、北京林业大学、广西民族大学、青岛嘉能节能环保技术有限公司、湖南尔康制药股份有限公司、广西科学院、广西大学、广西科技大学、南阳师范学院、沈阳农业大学、中粮生物化学股份有限公司和河南天冠企业集团有限公司等。
木薯淀粉的制备工艺研究成果较多，绝大部分集中在生物改性、化学改性、物理改性及复合改性淀粉研发方面。
研发出了甜木薯饮品、即食型木薯全粉、木薯马卡龙、木薯柠檬饼干、木薯巧克力蛋糕、木薯奶酥、木薯红茶饼干、木薯咸味香葱饼干、木薯抹茶饼干、木薯红糖饼干、木薯面包和鲜木薯粉丝等一系列木薯食品及其加工技术。
研发了木薯淀粉制备木薯淀粉基十二烷基糖苷（APG）以及木薯清液发酵生产柠檬酸的工艺。
在废弃物利用方面，研发出了木薯酒精废液在香蕉上的资源化利用技术、利用木薯淀粉及木薯酒精工业废水制备车用生物天然气及其纯化技术、木薯秆、木薯渣和牧草制作肉用牛生物饲料的生产方法以及利用微生物发酵木薯渣生产生物饲料的技术。上海天之冠可再生能源有限公司、南京元凯生物能源环保工程有限公司发明公开了一种木薯乙醇废水的深度处理工艺和处理系统。研究人员将AJIC 工艺应用于木薯淀粉、变性淀粉、木薯酒精生产废水的综合处理，取得了良好的效果。
二、木薯研究技术瓶颈
目前，木薯研究在优良新品种选育、大规模加工技术、产业化发展等方面面临着亟待解决的技术瓶颈。
（一）现有品种难以适应加工需求，需改进新品种研发技术
目前，木薯的推广种植规模越来越大，用途被不断发掘，以木薯为原材料可以加工的产品越来越多，亟需单产高、加工性能适应性广的优良木薯品种。
（二）现有加工技术难以形成规模化
目前，我国的木薯加工规模化还未成形，加工技术多为小规模形式，需要大型、成套的加工设备、技术来提升木薯加工产业的集中度，实现规模效益。
（三）木薯产业缺乏品牌化
小企业、小品牌数量多，大大削弱了木薯产业的规模效应，不利于木薯产业的发展。木薯加工产业的出路在于规模化，其产品的市场营销也应该依附于规模效应，创出自己的强势品牌。
三、木薯研究发展方向与趋势
随着各种育种新技术、栽培新技术、加工新技术的出现和发展，木薯研究正逐渐朝着以下几个方向发展。
一是育种方式多样化。目前，在木薯育种方式上，已不仅局限于传统的杂交育种，随着木薯基因工程研究的不断深入，分子育种逐渐发展成熟。同时，新的特殊手段育种方式如诱变育种等不断出现。木薯的育种方式进入多元化的发展格局。
二是育种方式复合化。由于各种育种方式都具有各自不可替代的优缺点，将两种或两种以上育种方式相结合，可实现扬长避短，提高育种的效率和质量，因此，分子育种、特殊手段育种与传统育种技术相结合开展木薯新品种的培育将是一个新的发展方向。
三是开展木薯种质资源的收集、鉴定、评价和筛选，木薯优异基因资源发掘及其功能基因组研究。
四是开发与应用新型分子标记发展木薯育种新技术。
五是木薯GAP良好农业栽培技术、抗逆栽培技术研究。
六是木薯淀粉、木薯乙醇及其它木薯化工产品、木薯食品的大型、成套生产技术与设备研发。
七是木薯加工工业废料环境无害化处理、资源化利用技术及设备研发。
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