我国果蔗研究新进展

肖祎，吕达，陈道德

（四川省植物工程研究院，资中 641200）

果蔗即可直接食用的甘蔗，其甘甜多汁，营养丰富，所含糖分极易被人体吸收利用。还含有多量的铁、钙、磷、锰、锌等人体必需的微量元素，以及有利于人体的氨基酸和维生素等。甘蔗在我国古代就被列入“补益药”，中医认为，甘蔗入肺、胃二经，具有清热、生津、下气、润燥、补肺益胃的特殊功效。甘蔗因其甜蜜的口感，丰富的营养且具补益身体之功效而深受人们的青睐。随着人们生活水平的提高，越来越重视食材的品质，对果蔗的品质要求也越来越高，现有的果蔗品种已无法满足人们多样化的需求，从事甘蔗研究的科技工作者们早已认识到这一现实，他们高度关注着果蔗的发展，并投入了巨大的热情进行相关研究。

1 果蔗育种研究

1.1 果蔗种质资源研究

果蔗种质资源是果蔗育种的物质基础，是新品种选育的资源宝库。研究果蔗种质资源，既可为育种工作积累信息资料，又可为新品种选育储备材料，是一个长期且必须持续开展的工作。

义乌市果蔗研究所收集引进果蔗种质资源100余份，通过现代生物技术和传统育种技术相结合，采取系统选育、辐射育种、染色体加倍、转基因等育种技术进行了种质资源开发利用及种质资源创新研究，共获得4个表现较好的株系[1]。福建省农科院甘蔗研究所为开发利用地方果蔗的种质资源，对42份地方果蔗种质资源的18个质量性状和10个农艺性状的遗传多样性进行了研究，结果表明质量性状和农艺性状的多样性均表现丰富，经聚类分析将42份地方果蔗材料划分为高秆密生型、中茎中高型、中大茎高秆型和矮秆稀疏型4大类型，并指出中茎中高型果蔗资源具有群体长势旺盛、农艺性状好、丰产潜力大的优点，可从中筛选出生产后备品种[2]。

1.2 果蔗杂交育种研究

1887年Soltwedel在爪哇，J.B.Harrison和J.R.Bovell在巴巴多斯相继发现甘蔗产生种子可以萌发成幼苗，这一发现揭开了甘蔗有性杂交育种史的序幕。此后，各产蔗国家无不以有性杂交育种为改良甘蔗品种的主要方法，创造出许多优良品种，为世界甘蔗育种事业奠定了基础。目前，甘蔗杂交育种仍然是最常用、育种成效最大的一种方法。

贵州省亚热带作物研究所从CO419×崖城红皮的杂交后代中选育出了适宜在贵州低热河谷蔗区种植的果蔗新品种黔糖5号[3]；从华南54/11×ROC22的杂交后代中优选出一个综合农艺性状较好的果蔗新品系黔蔗06/126[4]；从云蔗94/343×ROC22的杂交后代中优选出果蔗新品种黔糖9号[5]。四川省内江市农业科学院从内江90-112×内江92-244的杂交后代中选育出了优质高产的果蔗新品种甜城99[6]。

1.3 果蔗系统育种研究

系统育种是直接从自然变异中进行选择并通过比较试验选育新品种的方法，具优中选优，简便快捷，纯合快，推广应用快等特点，是杂交育种的重要补充。

浙江省温岭市农业技术推广站在Badila群体变异中选育出优良果蔗品种温联果蔗，此后在温联果蔗群体变异中又选育出高产优质早熟新品种温联2号果蔗[7]。四川省植物工程研究院在华南54-11群体变异中选育出高产、优质、多抗果蔗新品种川蔗26号[8]。福建省龙岩龙津作物品种研究所、福建省农科院甘蔗研究所和苏坂农业技术推广站共同在“龙岩黑蔗”的群体变异中选育出高产、优质、抗病、适应性强的果蔗新品种“龙黑果蔗”[9]。广西农业科学院甘蔗研究所在Badila群体变异中选育出优质果蔗新品种桂果蔗1号[10]。

1.4 果蔗引种研究

引种是指从外地或外国引进新品种，通过简单的试验证明适合本地区栽培后，直接在生产上推广应用；或将引进品种作为具有特性的育种中间材料，选育出新的优良品种。可以在较短时间内将新品种用于发展农业生产，充实本地区种质资源，丰富优良品种种类。鉴于目前我国蔗区的本地果蔗品种种性退化较严重，为了尽快实现良种更替，科技工作者们正积极开展着果蔗引种研究，并取得了显著成效。

贵州省亚热带作物研究所从广东、浙江、四川等省引进广东蜡蔗、广东黄皮和川果蔗3个地方名优果蔗品种，进行了区域试验和生产示范，结果表明引进品种丰产性好、稳产性高，适应性较强，适宜在海拔800m以下的蔗区应用推广[11]；从浙江引进广东黄皮、宁华果蔗、福建1号、四川白鳝蔗等果蔗品种，进行了品比试验，结果表明引进品种品质优良且具较强的抗逆性[12]；从云南引进云南红皮果蔗，进行了区域适应性试验，结果表明该品种适应性广、抗逆性强、商品性好、蔗糖分含量高、早熟且丰产稳定，可在生产上更替黔糖3号老品种[13]。浙江省衢州市农业科学研究所从浙江引进新品种澳洲果蔗，进行了品比试验和高产示范，结果表明该品种高产稳产，商品性好，抗病毒能力强[14]。歙县科技实验站从广西引进Badila健康种苗，进行了品比试验，结果表明该健康种苗适合在歙县当地种植，商品性状优于当地栽培品种，并提出为了减轻组培效应对商品蔗的不利影响，以种植三级种为宜[15]。福建省农业科学院甘蔗研究所从广东引进原产于台湾的果蔗新品种，进行了示范推广种植，结果表明该品种具早生快发、高产稳产、品质佳、适口性好等特点，推广成效显著，并于2010年通过福建省农作物品种审定委员会认定[16]。

1.5 果蔗转基因研究

转基因育种就是将目的基因导入现有品种，从而培育出有一定要求的新品种的育种方法。其主要作用在于改良现有品种的抗病、抗虫、抗逆或品质等个别缺点，缩短育种年限，是常规育种的重要补充。通过转基因技术来提高果蔗的病虫害抗性，是减少农药污染的一个重要途径。

福建农林大学采用农杆菌介导法将3α-HSD基因成功导入并整合到果蔗基因组DNA中，转基因果蔗对胆固醇的平均降解率达80%左右，高于对照25%左右，有效增强果蔗对类固醇类环境污染物的降解能力[17]；利用玉米Ubi启动子构建Rar1基因cDNA片段的反义表达载体，用农杆菌LBA4404介导将反义载体成功转导至果蔗中，转反义Rar1基因果蔗植株对甘蔗赤腐病的抗病性有所下降，其抗病性相关的SOD、POD酶活力受到抑制呈下调表达，抗病性相关物质MDA无显著的影响，表明果蔗Rar1基因参与了果蔗一些活性氧代谢途径的抗病反应[18]，为果蔗抗病育种奠定了基础。

2 果蔗栽培技术研究

为提高果蔗种植效益，实现果蔗优质高产，除种植新品种外，配套栽培技术是关键，良种需良法。科技工作者们针对不同的果蔗品种（系）开展了多方面的栽培技术研究，为已有果蔗品种提质增产和优良新品种推广做出了积极贡献。

四川省植物工程研究院从播种量、生长调节剂和无机底肥等方面研究其对果蔗产量和品质的影响，结果表明播种27000芽/hm2效益最好；生长激素植物龙能增产增糖、降低蔗茎纤维分，是唯一可在果蔗生产上单独应用的生长调节剂，稀施美、硕丰481、喜田宝和赤霉素等均存在不同程度的减糖效应而不能单独使用，须与植物龙配合施用；施300kg/hm2无机底肥增产最多、效益最高[19-24]。贵州省亚热带作物研究所从基肥、种植模式及种植规格等方面研究其对果蔗贵引07-15生长及产量的影响，结果表明牛马粪（7500kg/hm2）+腐熟菜枯（7500kg/hm2）+48%复合肥（1500kg/hm2）作基肥，对该果蔗生长有积极促进作用，能显著增产增糖[25]；采用宽厢宽幅种植模式较宽窄行和传统种植模式增产效果更佳，尤其以200cm行距的宽厢宽幅种植模式下产量最高（117648.0kg/hm2），增产显著[26]；以行距200cm的宽厢宽幅规格种植时，果蔗农艺性状表现更好，增产率达35.54%，间种作物后更能提高蔗地单位面积经济效益，纯收入可达83452.5元/hm2[27]；对脱毒果蔗广东蜡蔗和黔糖3号进行宽厢宽带套作辣椒的栽培试验，结果表明各处理均能提高脱毒果蔗的产量及产值，以250cm×70cm处理效果最好[28]；对自育果蔗新品系黔蔗06/126的最佳用种量和施氮水平进行了研究，结果表明用种量与产量关系不大，增施尿素可增产增收，用种量9.0万芽/hm2，施尿素450kg/hm2为合理水平[29]。

广西农业科学院从缓释肥及旱地等方面对脱毒果蔗生产进行了研究，结果表明脱毒果蔗生产中应用缓释肥，既减少施肥次数，又可提高単位面积纯收入，是实现增产增收的有效措施；在有微喷灌条件的旱地栽培脱毒果蔗，其单位面积产量、叶绿素含量、叶片相对含水量、伤流量、单株根系鲜重和干重、后期功能叶片数均比未脱毒果蔗有所增加，株高、节间长度、茎粗、可溶性糖含量、商品蔗率等比未脱毒果蔗明显提高或改善，蔗茎花皮率、纤维素含量、劳动力成本等显著下降，旱地栽培脱毒果蔗是发展果蔗栽培的一种新方法[30-32]；对黑皮果蔗拔地拉茎尖杯苗商品蔗的栽培研究表明，脱毒果蔗组培苗在分蘖盛期拔节初期进行间苗，并去除主茎苗，定苗5.175万株/hm2，可显著提高产量和商品率[33]。

浙江省温岭市农业林业局对温联果蔗组培苗的施肥量效应进行试验，结果表明果蔗组培苗比较适宜基施且少量施肥[34]。浙江省瑞安市陶山镇农技站研究了不同施肥处理对陶山果蔗商品性及经济效益的影响，结果表明亩（667m2）施 N 38kg，N∶P2O5∶K2O=1∶0.4∶0.6 时果蔗的商品性和经济效益最佳[35]。 广东江门市农业科学研究所采用3414完全试验方案研究了果蔗平衡施肥效应，初步建立了黑皮果蔗的N、P2O5、K2O肥料效应模型，从而确定每亩甘蔗N、P2O5、K2O最佳施肥量为26.3kg、11.18kg、15.91kg[36]。广西钦州市土壤肥料工作站研究了新型缓释肥对果蔗产量及效益的影响，结果表明有机无机缓释/控释肥可使果蔗产量高达146.12t/hm2，且可省工150～180个/hm2，对促进果蔗生长发育，改善产量构成因素、提高产量及经济效益有明显的作用[37]。龙岩市新罗区种子站采用单因素随机区组试验探讨了种植密度和施肥水平对龙黑果蔗产量及其构成因素的影响，结果表明播种双芽苗4.5～5.0段/m，有效茎4.35万株～4.95万株/hm2，施纯N、P、K各787.5kg/hm2、有机肥4500kg/hm2时龙黑果蔗产量最佳[38]。西藏自治区农牧科学院蔬菜研究所从广西引进拔地拉进行设施栽培试验，初步摸清了果蔗在拉萨设施栽培的生长情况和应采取的措施，提出应选择黄皮甘蔗，育苗宜早，控制室温在25～40℃，灌溉以地表水为宜，透明地膜更能促进生长，分蘖数控制在3～6株，一定要采取措施让甘蔗在10月下旬前成熟[39]。

华南农业大学资源环境学院采用农户抽样调查的方法研究了广东省果蔗施肥状况，指出果蔗栽培过程中存在施肥不平衡，有机肥未得到充分利用，施用量偏低等主要问题，必须进一步摸清土壤肥力变化情况，及时调整土壤培肥改良措施，从而确保果蔗的可持续发展[40]。

科技工作者们在综合研究基础上，针对不同的果蔗品种及当地的栽培条件总结出了配套的高产栽培技术及间套作模式[41-51]，是对栽培技术研究的完美总结。

3 果蔗加工及保鲜技术研究

自然条件下，采收后的果蔗易失水干枯，糖分转化和氨基酸含量下降导致果蔗口感变差，尤其感染凤梨病及赤腐病等病害后，变质更快，使果蔗迅速失去其商品的感官价值和营养价值。研究果蔗的加工及保鲜技术对延长果蔗的商品期具有重大意义。

福建省农科院甘蔗研究所研究了中草药制剂保鲜果蔗的过程中可溶性固形物、氨基酸、维生素C及过氧化物酶的变化，结果表明可溶性固形物均呈现出由下降转为上升再下降的趋势，丁香、高良姜、藿香处理能让其鲜味氨基酸含量、17种氨基酸重量升高；丁香和藿香能较好地保存果蔗中的维生素C，中草药制剂在一定程度上能有效抑制POD活性，从而延缓果蔗发生劣变，达到保鲜的目的[52-53]。宁波市农科院农产品加工研究所以福建紫皮果蔗为原料，进行了气调保鲜技术研究，结果表明以常温与单捆气调包装的效果为佳，贮藏期突破30d[54]；以新鲜果蔗为原料进行即食果蔗加工工艺及货架期研究，结果表明新鲜果蔗经过清洗、去皮、切段（15～20cm）、10%食盐杀菌可加工成即食果蔗，通过2%～4%O2和8%～10%CO2的气调包装，货架期可突破6d，且菌落总数和大肠杆菌均符合食品相关标准[55]。

4 果蔗病虫害研究

在栽培生产以及贮藏过程中，甘蔗病虫害对果蔗的产质量和农民的经济效益影响很大。对于果蔗病虫害的相关研究，科技工作者们进行了积极的探讨，为甘蔗病虫害防治及抗病虫育种积累了物质基础。

4.1 果蔗病害研究

福建农林大学利用差异蛋白组学、qRT-PCR与生理生化的方法初步探讨了果蔗与梢腐病病原菌G.Fujikuroi之间互作的分子机制，并利用电子克隆与RT-PCR方法分离果蔗参与抗病途径的信号传导因子SGT1与RAR1的编码基因，分析了果蔗SGT1与RAR1的编码基因理化性质、基因拷贝数与受到G.fujikuroi侵染诱导后的转录水平。研究获得24个可能参与了果蔗与梢腐病病原菌G.Fujikuroi之间的病理反应的差异蛋白点，并从24个蛋白中选择SOD、POD、CHIT、CAT与MDA进行互作表达研究，结果表明这些指标都呈现“先升后降”的表达模式；病程相关蛋白基因SoSOD、SoCHIT与SoPOD在不同果蔗叶片中受到梢腐病病原菌G.fujikuroi诱导后总体上呈上调表达，SoTPS6P先是出现上调表达后再呈现下调表达；果蔗防卫相关基因SoSgt1与SoRar1，受G.fujikuroi诱导时表达量得到提高[56]。通过GST pull down技术捕捉到7个与SoSgt1互作蛋白，其中HSP70、14-3-3蛋白、2-半胱氨酸-过氧化物酶与吡哆醇生物合成蛋白的编码基因，受G.Fujikuroi诱导时呈上调表达，初步说明这些蛋白可能与SoSgt1蛋白互作共同参与了果蔗防御梢腐病病原G.Fujikuroi的病理过程[57]。广西农科院植物保护研究所对采自南宁市郊的果蔗花叶病样品进行了ELISA和RT-PCR检测，均鉴定为甘蔗花叶病毒（Sugarcane mosaic virus，SCMV）[58]；福建省农科院甘蔗研究所从黑皮果蔗黄叶病株中分离到SCYLV-FJBadila，经RT-PCR鉴定属于BRA-PER基因型，对福建省果蔗种植区的果蔗进行采样检测，结果表明，福建省果蔗普遍受到SCYLV（Sugarcane yellow leaf virus）的侵染[59]，对果蔗病害的有效鉴定为果蔗病害的综合防治提供了重要的理论指导。

4.2 果蔗虫害研究

四川省凉山州亚热带作物研究所探索了在不同生长时期主要危害拔地拉果蔗的3种蓟马（甘蔗蓟马、稻蓟马和花蓟马）的生活习性、发生规律和危害情况，针对不同种类制定了不同的综合防治技术措施[60]。广西玉林市农产品安全检测中心通过对玉林市黑皮果蔗产区的调查研究，总结出棉蚜虫、蓟马、二点螟和蔗龟等主要虫害发生症状和规律，提出了具体的综合防治措施[61]。广西甘蔗糖业研究所利用电镜扫描图像对果蔗狭跗线螨几种虫态的主要形态特征进行描述，对其生物学特性进行研究，初步探明了其生活史、生活习性和发生规律，并探讨了相应的防治策略[62]。

5 果蔗脱毒研究

我国果蔗品种多样性较低，大部分果蔗种植区的果蔗品种单一，经多年种植后出现了种性退化，尤其是花叶病和宿根矮化病发生严重，造成植株变矮、节间变短、品质变劣，致使其商品性变差，产量下降，严重影响了果蔗产业的发展。已有研究表明果蔗脱毒种茎苗能在一定程度上提高果蔗的产量和品质，科技工作者们围绕果蔗脱毒种茎苗展开了一系列研究。

广西大学农学院以果蔗 （Badila）茎尖脱毒组培苗为材料，利用间歇浸没式生物反应器（Temporary immersion bioreactors，TIBs）进行了果蔗组培快繁的技术体系研究，结果表明TIBs系统的增殖较传统方法高出10倍，接种密度在10~15株/L培养基，6-BA浓度为0.5~1.0mg/L时适合于增殖培养，NAA浓度为4mg/L时有利于根的诱导，浸没间歇频率在1min/3h时增殖和生长表现较为优异，1min/6h时有利于根的诱导和生长[63]。贵州省亚热带作物-生物质能源研究所探索了果蔗简便易行的脱毒方法，结果表明脱毒有利于促进果蔗生长和控制病害的发生，药剂和温水脱毒均有明显的增产效果，而药剂脱毒增产效果好且持续增产效果稳定，有利于操作和节本增收[64]。福建省龙岩市新罗区种子站开展了黑皮果蔗组培脱毒研究，结果表明MS+2，4-D 2.5mg/L诱导愈伤组织效果最好，MS+BA 1.5 mg/L+KT 1.5 mg/L+NAA 0.3 mg/L最有利于分化绿苗及其增殖；1/2 MS+IBA 2.0 mg/L+NAA 1.0 mg/L最适宜生根[65]。广西壮族自治区甘蔗研究所利用果蔗（Badila）进行甘蔗花叶病的脱毒研究，结果表明热处理结合茎尖培养能够有效脱除花叶病毒[66]。福建省农科院甘蔗研究所开展了不同代数黑皮果蔗脱毒种茎苗生产性状的比较研究，结果表明第2代和第3代种茎苗的蔗茎产量和蔗糖含量均得到极显著提高，可直接作为商品蔗栽培种苗，而第1代种茎苗建议作为高代脱毒种茎苗的种源加繁材料[67]。

6 果蔗茎节的研究

茎节是果蔗的主要构成部分，又是蔗糖积累的主要部位，果蔗最重要的口感甜味便是来自于此，了解果蔗茎的生长和糖分积累的规律和关系，对果蔗生产具有重要意义。

海南大学对果蔗不同茎节的显微结构和性状与糖分含量的相关性进行了研究，结果表明果蔗不同茎节维管束面积与含糖量极显著相关，韧皮部面积与含糖量显著相关，且不同茎节间的糖分含量差异达到显著水平[68]；茎径、茎长、茎重与含糖量极显著相关，与皮重显著相关，其中茎重与含糖量最相关[69]。

7 果蔗抗寒性研究

我国果蔗的主产区主要在南部省份，那里光照充足，温度高，能满足果蔗的生长需要。然而，近几年来，南部省份却出现了少有的低温冻害天气，致使果蔗生产严重减产，为合理指导果蔗抗寒栽培及为果蔗抗寒育种提供理论参考，科技工作者们开展了果蔗抗寒性研究，并取得了一定成果。

浙江象山县丹东街道农技站进行的果蔗不同繁育方式抗冻性试验结果表明，组培苗果蔗冻害率和冻害指数均为0，未受冻害影响，而蔗梢苗果蔗却全部受冻，两者的抗冻性差异极显著[70]。广西农科院开展了寒害及适应处理下黑皮果蔗（Badila）幼苗不同器官抗氧化生理机制研究，结果表明果蔗幼苗不同器官抗氧化御寒能力和御寒机制差别明显，其抗氧化系统对适应处理的响应机制也明显不同[71]。

8 果蔗农药残留分析方法研究

随着人们对食品安全和绿色环保意识的提高，农残检测在农作物生产中的重要性更加突出。而目前国内对于农残技术在果蔗品质检测中的应用较少，且传统农残检测方法存在处理时间长、操作繁琐且需大量溶剂等不足，科技工作者们对果蔗的农残检测新方法进行了积极的探索，并取得了一定的成效。

广西农科院甘蔗研究所采用加入氯化钠、石墨化炭黑 （GCB）、无水硫酸镁的QuEChERS（Quick，Easy，Cheap，Effective，Rugged and Safe）前处理技术，结合GC-NPD对6种有机磷农药残留量进行了测定，结果表明该方法能快速、高效地提取果蔗样品中6种有机磷农药，达到农药残留测定的技术要求[72]。广西农科院植物保护研究所采用乙腈提取及改进的QuEChERS前处理净化技术（提取液中加入乙二胺基-N-丙基、石墨化炭黑、无水硫酸镁）处理样品，利用隔垫吹扫和玻璃衬管内填充玻璃棉的措施消除样品蒸发反扩散、吸附和垫片流失所造成的色谱峰拖尾和鬼峰干扰，建立了一种能快速、高效、准确的同时检测果蔗中10种有机磷农残的分析方法[73]。

9 果蔗地土壤污染的研究

果蔗地土壤是果蔗赖以生存之根本，清洁的土壤才能生长出食用安全的果蔗。近年来，果蔗生产中大量使用农药、磷肥、污水等，使得果蔗地土壤中重金属污染更加复杂和多样化，已有研究证明土壤中的重金属能富集到甘蔗的根、茎、叶中[74]，因此，针对果蔗地土壤重金属污染的研究意义重大。广西农科院农产品质量安全与检测技术研究所以《土壤环境质量标准》二级标准为参照标准，采用单因子污染指数法、综合污染指数法、地积累指数法和潜在生态危害指数法对研究区域土壤中重金属污染特征及其生态风险进行评价，结果表明研究区域中的Cd、Pb、Cr、Cu、Zn、As和Hg均存在一定程度的污染，其中Cd的潜在生态危害指数最高，达到强生态危害程度[75]。为果蔗地土壤重金属的污染防治和治理提供了科学依据。

10 展望

果蔗是多倍杂合体植物，遗传背景十分复杂，其染色体数目2n=40～120极不稳定，且很难开花，给果蔗的育种研究带来了很大的困难。但其非整倍性的特点，使得其品种间杂交后代分离大、变异多、产生优良个体的机会也更多，解决果蔗开花难的问题，将会极大地促进果蔗育种进程。在今后的果蔗育种工作中，应以杂交育种为主，系统选育、转基因育种、分子标记辅助育种及引种选育为辅，多种方式相结合，才能更有效地选育出优良果蔗新品种。

果蔗配套栽培技术是充分发挥其优良种性的保障，果蔗加工及保鲜技术研究是其产业链延伸的基石，果蔗病虫害研究、脱毒种苗研究、茎间结构研究及抗寒性研究是其优质高产的支撑，果蔗农残及土壤污染研究是为果蔗食品安全提供保证。只有将育种、生产、加工及食品安全等多方面紧密结合，才能充分发挥果蔗新品种的优良特性，促进果蔗产业的持续健康发展。

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