濮文輝 張慧堅 李瓊
木薯（Manihot esculenta crantz）為大戟科木薯屬灌木，起源于熱帶美洲，為熱帶地區重要的農作物之一。其塊根肉質富含淀粉，供食用或作糊料，可磨木薯粉、做面包、提供木薯淀粉和漿洗用淀粉乃至酒精飲料。目前廣泛栽培于熱帶和部分亞熱帶地區，種植已遍布亞洲、非洲、拉丁美洲及大洋洲的100多個國家。我國于19世紀20年代引種栽培，現已廣泛分布于華南地區，以廣西、廣東和海南栽培最多，福建和臺灣地區次之，云南、貴州、四川、湖南和江西等省亦有少量栽培。據FAO統計，2012年全世界木薯產量與收獲面積分別達到2.63億噸和2038.52萬公頃，我國木薯產量與收獲面積分別達到456萬噸和28萬公頃。
一、2014年我國木薯科技進展基本情況
（一）遺傳育種
2014年木薯遺傳育種研究主要集中在基因工程、種質資源研究和品種選育研究上。此外，誘變育種也有相關研究報道。
1.基因工程
主要采用生物信息學方法對木薯乙烯信號途徑中的受體基因家族(MeERS1、MeERS2、MeERS3、MeERS4、MeERS5、MeETR2和MeEIN4)，部分轉錄因子基因家族(MeEIL1、MeEIL2)，干旱響應基因MeHDS1、MeHDS2，干旱誘導調控基因MeMYB63，與木薯抗旱性相關的AP2轉錄因子基因，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小亞基基因進行了分析研究。
分析了木薯乙烯信號轉導途徑中重要基因的蛋白質特征及組織器官表達譜，亞細胞定位表明：MeHDS1蛋白定位于細胞核與細胞壁中，MeHDS2蛋白在植物細胞核中特異表達；實時熒光PCR分析表明，MeHDS1在木薯根部表達量最高，受干旱誘導上調表達，MeHDS2在木薯根、莖、葉中都有表達，但表達豐度不同；表達譜分析結果表明，推測MeHDS1可能作為轉錄調控因子參與木薯非生物脅迫應答反應，推測MeHDS2為HD-ZIP轉錄因子家族中一員。對MeCWINCV5基因啟動子的分析表明：MeCWINCV5基因啟動子與逆境脅迫有關，在木薯抵御逆境脅迫的生理過程中具有重要作用。探討了與木薯抗旱性相關的2個AP2轉錄因子基因在不同干旱脅迫下的表達差異；考察MeCWINCV5對植物生長發育、激素調節和逆境脅迫應答的影響，發現MeCWINCV5基因啟動子與逆境脅迫有關。分析了木薯SYP因及其蛋白結構、核有酸多態性和系統進化關系。通過對木薯SSII多態性分析，推測在木薯基因組內存在等位基因及旁系同源基因。
973項目“重要熱帶作物木薯品種改良的基礎研究”課題完成了木薯基因組測序并揭示了其進化特征。郭雅靜等利用改良RACE方法，成功獲得木薯淀粉合成關鍵酶AGPase小亞基基因5’端cDNA序列；并克隆獲得了木薯淀粉合成關鍵酶AGPase小亞基cDNA全長1566 bp，其中包括1566 bp的完整ORF，編碼一個含521個氨基酸的多肽。
2.種質資源研究
通過種質鑒定、評價，篩選出了一批性狀優良的木薯種質資源。中國熱帶農業科學院的魏云霞等對33份木薯種質進行了干旱脅迫下表型性狀分析，篩選出了C322等抗旱性能優良的種質資源。中國熱帶農業科學院張振文等對國內主栽的9個木薯品種塊根的淀粉和酒精加工特性進行了因子分析，結果平均酒精產率最高的一類品種為SC6和SC9。廣西農業科學院謝向譽等對13份國內外木薯種質資源的農藝性狀進行鑒定，篩選獲得5個優良新品系。廣西大學的吳海寧等探討了低溫脅迫對不同木薯品種幼苗生理特性的影響。此外，灰色系統理論的關聯度方法被應用于引種木薯的性狀分析上，已在江西紅壤旱地地區實施。
3.品種選育
中國熱帶農業科學院培育出了淀粉改性（包括糯性）、抗產后生理衰變 PPD 及高淀粉、高產量的木薯新種質和新品種—SC12和新選048。廣西亞熱帶作物研究所從CIAT引進木薯雜交實生種子，通過有性和無性系的繁殖和評選，并通過品種比較和適應性試驗等，選育出高產、優質、抗旱性強和適應性廣的木薯新品種SM1600（桂熱4號）。
廣西農業科學院謝向譽等的研究表明：60Co-γ射線誘變木薯成熟種莖有明顯效果，其適宜劑量為90Gy，在適宜劑量范圍內，劑量增加抑制木薯種莖腋芽伸長和葉片發生，但促進多腋芽的萌發，同時提高了變異芽數和致死率。
（二）生理生化
中國熱帶農業科學院生物技術研究所王力敏等對木薯塊根膨大期韌皮部和木質部比較蛋白組學開展了初步研究；該所鄒良平等利用高效液相色譜-蒸發光檢測法測定了木薯生氰糖苷的含量。中國熱帶農業科學院熱帶作物品種資源研究所宋紅艷等研究了木薯華南205二倍體及其同源四倍體葉片中光系統Ⅱ(PSⅡ)葉綠素熒光參數的差異，結果表明：SC205染色體加倍后，葉綠素a、葉綠素b及總葉綠素含量均顯著提高，葉綠素熒光參數Fo、ΦPSⅡ、qP和ETR均顯著升高，NPQ 降低，Fv/Fm并未發生顯著變化；該所林立銘等采用等離子光譜發射法檢測了木薯塊根礦質元素的分布規律，比較結果表明，木薯肉的Ca、k、Mg、Fe、Zn、Cu等營養價值優于或不亞于糙米、馬鈴薯及小麥等糧食作物，而木薯皮比木薯肉礦質營養更豐富。廣西大學尹秀華等通過ICP-AES法測定表明，食用木薯淀粉中元素含量豐富， Cu、Cr、 Cd、 Pb、 Hg、 Ba和Sr等重金屬元素含量較低，K、 Na、 Mg、 P、 Ca、 Fe、 Al、 Mn和Zn等營養元素含量較高。
（三）栽培技術研究
栽培方面主要集中在繁育技術、施肥技術、種植方法和收獲技術等方面。
中國熱帶農業科學院陳松筆等發明了一種木薯嫩莖溫室嫁接方法，該方法具有成本低、操作簡單、愈合時間短及成活率高的特點。廣西農業科學院嚴華兵等發明了3種方法：①木薯多倍體誘導方法，該方法克服了傳統木薯育種周期長、效率低、預見性差等問題，獲得多倍體純系育種周期短、多倍體誘導效率高；②木薯試管薯的誘導方法，該方法解決了誘導木薯試管薯效率不高，誘導時間較長等問題；③木薯組培苗壯苗生根的方法，該方法克服了木薯組培苗較脆易斷、易失水萎蔫等問題，提高了組培苗移栽成活率。
中國熱帶農業科學院的陸小靜等研究了含鈣藥劑浸種對木薯產量和品質的影響。廣西木薯研究所的盤歡等探討了不同復混肥對木薯生物學性狀及產量，淀粉含量的影響，得出結論，木薯復混肥均有利干木薯的生長及產量的提高，且以桂綠木薯專用肥最好，其次為綠先機木薯專用肥。中國熱帶農業科學院李靜等探討施肥水平和肥料配比方式對木薯土壤養分、酶活性以及木薯生長的影響。廣東省農業科學院黃巧義等的研究表明，氮肥對木薯的氮磷鉀含量及累積量、物質累積及產量形成的影響最大，其次是鉀肥，磷肥的影響最小；綜合分析表明，苗期、塊根形成期、塊根生長早期為氮、磷肥的最佳施用時期，塊根形成期、塊根生長早期及塊根快速膨大期為鉀肥的補充階段。
云南省農業科學院劉海剛和中國熱帶農業科學院黃潔等探討了種莖覆膜、浸水和蠟封對木薯抗旱性的影響，結果表明，種莖蠟封和浸水有利于提高成活率，蠟封和覆膜有利于提高單株發芽數，蠟封有利于提高收獲指數、薯干率和鮮薯淀粉含量。中國熱帶農業科學院黃潔等研究了種莖種植法及芽向對華南205木薯產量的影響，經田間試驗，建議采用起壟、平放、種莖芽眼向南的木薯機械化種植技術。廣西平南縣農業產業化辦公室黃學華和中國熱帶農業科學院黃潔等研發出了涼粉草套種木薯技術，包括涼粉草的選種、留種、育苗、選地、整地蓋膜、定植、田間管理、病蟲草害防治、采收貯藏以及套種木薯等方面內容。
相關科研單位研制出了一系列用于木薯栽培過程的相關器械、裝置及系統，如：廣西水力機械研究所邵仁清等研發的2BMSU/2X旋切開溝式木薯播種機、廣西力源寶科技有限公司唐芳玉等研發的木薯智能施肥系統、中國熱帶農業科學院楊之曦等研發的雙桿木薯收獲器、廣西大學楊望等研發的振動挖拔式木薯收獲機、中國熱帶農業科學院薛忠等研發的木薯莖桿切割試驗臺；海南大學廖宇蘭等研發的木薯收獲機夾持輸送機構。
（四）病蟲草害防治技術
海南大學盧昕與中國熱帶農業科學院李超萍等初步鑒定了木薯疫霉根腐病病原菌，并測定了其生物學特性。對分離獲得的病原菌形態學觀察初步表明其為棕櫚疫霉(Phytophthora palmivora)。ITS 序列分析表明，其和幾株棕櫚疫霉(HQ237481、HQ237478 和 HQ237477)的序列同源性為99%。生物學特性研究表明， OA或 CMA培養基、26～30℃、pH值5、D-木糖醇、乙酸銨、光暗交替是病菌生長最適條件，菌絲致死溫度為50℃，10分鐘。廣西農業科學院曾憲儒等根據有害生物風險分析（PRA）程序，分析了木薯綿粉蚧入侵廣西的風險性，分析結果，木薯綿粉蚧在廣西的綜合風險值為2.16，屬于高度危險的檢疫性有害生物；預測了木薯綿粉蚧在中國的潛在地理分布，適生區預測結果與中國主要木薯種植區域具有高度的一致性，并對木薯綿粉蚧的入侵風險進行了分析。
（五）采后處理技術
中國熱帶農業科學院熱帶作物品種資源研究所和農業機械研究所發明了一種腳踏式木薯塊莖削皮機、一種手動式木薯塊莖削皮機、一種木薯塊莖去芯立式削皮機。在鮮木薯保存方面，北海市翰華生物技術有限公司劉鍵研發出了一種采用乳酸菌菌液浸泡保存鮮木薯的方法，可將鮮木薯保存6個月不腐爛。在木薯處理設備方面，研發出了一種倉房式木薯烘干機。此外，廣西農業科學院劉斌等針對我國不同緯度不同氣候條件地區的木薯種莖越冬貯藏，通過試驗給出了相應的推薦方案：北緯21.60°以南地區的無霜區(廣東茂名—廣西合浦—云南景洪以南)，可采用露天淺理堆放和蓋膜堆放的方法貯藏；北緯21.60°～23.80°地區輕霜至重霜偽緣區(廣東清源—廣西來賓—云南臨滄以南)，可采用塑料大棚、露天蓋膜堆放及大棚內她理豎放等方法貯藏；北緯23.80°以北的重霜和低溫區(廣東清源—廣西來賓—云南臨滄以北至湖南、江西、浙江等省)，可采用防寒性巖洞或地窖貯藏法及塑料大棚加小拱棚豎直堆放法貯藏。
（六）加工技術與廢棄物利用
在木薯產品加工領域，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。
木薯乙醇制備技術多采用糖化發酵法，所取得的進展也主要圍繞糖化發酵技術，成果表現形式絕大部分為發明專利，申請發明專利的機構主要有中國熱帶農業科學院熱帶生物技術研究所、海南大學、北京林業大學、廣西民族大學、青島嘉能節能環保技術有限公司、湖南爾康制藥股份有限公司、廣西科學院、廣西大學、廣西科技大學、南陽師范學院、沈陽農業大學、中糧生物化學股份有限公司和河南天冠企業集團有限公司等。
木薯淀粉的制備工藝研究成果較多，絕大部分集中在生物改性、化學改性、物理改性及復合改性淀粉研發方面。
研發出了甜木薯飲品、即食型木薯全粉、木薯馬卡龍、木薯檸檬餅干、木薯巧克力蛋糕、木薯奶酥、木薯紅茶餅干、木薯咸味香蔥餅干、木薯抹茶餅干、木薯紅糖餅干、木薯面包和鮮木薯粉絲等一系列木薯食品及其加工技術。
研發了木薯淀粉制備木薯淀粉基十二烷基糖苷（APG）以及木薯清液發酵生產檸檬酸的工藝。
在廢棄物利用方面，研發出了木薯酒精廢液在香蕉上的資源化利用技術、利用木薯淀粉及木薯酒精工業廢水制備車用生物天然氣及其純化技術、木薯稈、木薯渣和牧草制作肉用牛生物飼料的生產方法以及利用微生物發酵木薯渣生產生物飼料的技術。上海天之冠可再生能源有限公司、南京元凱生物能源環保工程有限公司發明公開了一種木薯乙醇廢水的深度處理工藝和處理系統。研究人員將AJIC 工藝應用于木薯淀粉、變性淀粉、木薯酒精生產廢水的綜合處理，取得了良好的效果。
二、木薯研究技術瓶頸
目前，木薯研究在優良新品種選育、大規模加工技術、產業化發展等方面面臨著亟待解決的技術瓶頸。
（一）現有品種難以適應加工需求，需改進新品種研發技術
目前，木薯的推廣種植規模越來越大，用途被不斷發掘，以木薯為原材料可以加工的產品越來越多，亟需單產高、加工性能適應性廣的優良木薯品種。
（二）現有加工技術難以形成規模化
目前，我國的木薯加工規模化還未成形，加工技術多為小規模形式，需要大型、成套的加工設備、技術來提升木薯加工產業的集中度，實現規模效益。
（三）木薯產業缺乏品牌化
小企業、小品牌數量多，大大削弱了木薯產業的規模效應，不利于木薯產業的發展。木薯加工產業的出路在于規模化，其產品的市場營銷也應該依附于規模效應，創出自己的強勢品牌。
三、木薯研究發展方向與趨勢
隨著各種育種新技術、栽培新技術、加工新技術的出現和發展，木薯研究正逐漸朝著以下幾個方向發展。
一是育種方式多樣化。目前，在木薯育種方式上，已不僅局限于傳統的雜交育種，隨著木薯基因工程研究的不斷深入，分子育種逐漸發展成熟。同時，新的特殊手段育種方式如誘變育種等不斷出現。木薯的育種方式進入多元化的發展格局。
二是育種方式復合化。由于各種育種方式都具有各自不可替代的優缺點，將兩種或兩種以上育種方式相結合，可實現揚長避短，提高育種的效率和質量，因此，分子育種、特殊手段育種與傳統育種技術相結合開展木薯新品種的培育將是一個新的發展方向。
三是開展木薯種質資源的收集、鑒定、評價和篩選，木薯優異基因資源發掘及其功能基因組研究。
四是開發與應用新型分子標記發展木薯育種新技術。
五是木薯GAP良好農業栽培技術、抗逆栽培技術研究。
六是木薯淀粉、木薯乙醇及其它木薯化工產品、木薯食品的大型、成套生產技術與設備研發。
七是木薯加工工業廢料環境無害化處理、資源化利用技術及設備研發。
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