现代甘蔗育种理论与品种选育——异质复合抗逆高产高糖育种与实践

**章 中国甘蔗与蔗区生态 **节 中国甘蔗 甘蔗原产于热带、亚热带，是世界主要的制糖原料。据统计，中国有18个省份种植甘蔗，主产蔗区主要分布在北纬24°以南的热带、亚热带地区，集中在我国的南部和西南部，以广西、云南、广东、海南及邻近省份为主。 2017年，全国甘蔗种植面积2057.04万亩 ，主要分布于广西、云南、广东、海南、江西、四川、贵州、湖南、湖北、浙江、福建等17个省份。其中广西、云南、广东三省（区）种植1927.77万亩，约占全国甘蔗种植面积的93.72%，甘蔗产量9991.97万t，约占全国甘蔗总产量的95.70%，见表1-1。 表1-1 全国各省份甘蔗种植面积与产量 甘蔗作为我国主要的糖料作物，具有很高的经济价值。多年来，我国根据甘蔗生产发展的自然气候条件和南方省份的资源禀赋，重点发展广西、云南、广东的糖料蔗生产，形成了桂中南、滇西南、粤西三个国家*糖料蔗优势产业带。在国家产业发展导向和各级政府的努力下，2018/2019榨季，广西、云南、广东三省（区）糖料蔗种植面积突破1900万亩，产糖量达922.97万t，蔗糖产业取得了显著的发展成效，见表1-2。 表1-2 2000/2001～2018/2019榨季全国蔗糖产量统计 （单位：万t） 第二节 中国蔗区生态与条件 一、甘蔗生长生态条件 甘蔗是一种生长于热带和亚热带的草本植物，属于禾本科甘蔗属（Saccharum L.），是高光合C4作物。对甘蔗属进行分类，主要分为栽培种与野生种两大类，细分为6种，即中国种（S. sinense）、食穗种（S. edule）、印度种（S. barberi）、热带种（S. officinarum）、割手密（S. spontaneum）以及大茎野生种（S. robustum），其中割手密、大茎野生种为野生种，其余4个品种均为栽培种。 热带种又名高贵种，具有高糖分、低纤维、高纯度等特点，并具有优良的可栽培农艺性状。割手密又称细茎野生种，起源于中国、印度以及巴西，割手密是甘蔗属中分布范围*广、种类*多的野生种，在热带和亚热带地区均有分布，是现代栽培甘蔗的重要亲本之一。另外3个栽培种：中国种、印度种和食穗种，前两者分别起源于中国和印度，是热带种和大茎野生种的种间杂种，食穗种则被认为是大茎野生种或热带种与甘蔗的一个近缘属种杂交而来的。中国种、印度种、食穗种和现代甘蔗都是属于种间杂交种。 甘蔗从生长生态条件来讲，属喜高温、多湿、强光照作物，原产于热带与亚热带地区，目前世界上的甘蔗主要集中于南北纬25°，所以甘蔗的生长与气候因子有重要的关系。在各种因子中，影响甘蔗生长的主要气候因子有气温、光照、空气、水分及土壤等，其中在甘蔗生长的各个时期所需气候生态条件又有不同。 （一）气温 甘蔗在不同的生育期需要不同的气温。甘蔗在12～13℃可缓慢生长，20～25℃生长逐渐加快，30～32℃为*适温度，生长*快，超过34℃则生长减缓，超过40℃甘蔗就不能正常生长，而低于0℃，甘蔗则会受害。 在甘蔗成熟方面，如果前、中期温度较高（20℃以上），生长后期温度逐渐降低（13～18℃），那么甘蔗早熟且糖分积累好；若前期热量不足，后期降温快，则甘蔗产量低，含糖分也不高；如果成熟期温度降至0℃左右，则糖分会因转化而下降。 （二）光照 光照是甘蔗光合作用的能源。甘蔗是C4作物，特别喜光，在阳光的作用下，其叶片细胞内的叶绿体把二氧化碳和水合成蔗糖等碳水化合物。甘蔗各器官干物质及其积累的糖分，98%左右是通过光合作用合成的。甘蔗光补偿点低，光饱和点高，光能利用率高，在自然光照下，光照越强对光合作用越有利。大田生产中，在阳光充足的地区，蔗茎较粗，节间相对较短，叶片宽而绿；在阳光不足的地区，蔗茎细小，叶片窄而薄，且色黄，干物质积累少。 （三）空气 甘蔗对空气的需要主要表现在进行光合作用和呼吸作用上。空气中的二氧化碳和氧是甘蔗进行光合作用和有氧呼吸的主要原料。 （四）水分 原料蔗茎中，其水分含量高达70%左右。在甘蔗生长过程中，每形成一份干物质，约需要250份水，可见甘蔗生长需水量之大。甘蔗生长期长、产量高，总的耗水量就多。试验表明，亩产5t以下的甘蔗，每吨原料蔗耗水171.9t；亩产5～10t的甘蔗，每吨原料蔗耗水128.8t；亩产10t以上的甘蔗，则每吨原料蔗耗水99.7t。在生产实践中，在甘蔗全生育期灌溉8次，其中伸长期前灌溉4次，之后灌溉4次。 （五）土壤 甘蔗对土壤的适应性比较强，以黏壤土、壤土、砂壤土较好，土壤pH为4.5～8.0，甘蔗都能生长，但以土壤pH 6.5～7.5*为适宜。 二、我国甘蔗生态区域 （一）适宜蔗区的划分 气温是影响甘蔗生产*主要的条件，气温是区别适宜种蔗区与不适宜种蔗区的*主要指标，一般以气温（包括积温）为主要指标，将蔗区划分为3种类型，即*适宜种蔗区、适宜种蔗区、次适宜种蔗区，如表1-3所示。 表1-3 适宜甘蔗产业发展的气候条件 从全国甘蔗主产区来看： （1）广西的*适宜种蔗区主要包括崇左、贵港、北海、钦州、防城港等市大部，南宁和梧州两市南部，右江河谷、澄江河谷等地。广西的适宜种蔗区主要包括梧州市大部、贺州市南部、南宁市北部和西部部分地区、柳州市南部、来宾市除东北部山区以外的大部地区、河池市东南部、百色市右江河谷海拔为200～600m的部分地区。 （2）云南的*适宜种蔗区主要包括滇西南的德宏、保山、临沧、普洱、西双版纳等蔗区和文山南部（富宁）等蔗区。云南的适宜种蔗区主要包括滇东南的弥勒、开远、蒙自、石屏，玉溪境内的新平蔗区、元江蔗区，大理鹤庆以及红河州的元阳、红河、金平等蔗区，以及昭通巧家等蔗区。 （3）广东的*适宜种蔗区主要在粤西地区，集中在遂溪、雷州、徐闻、廉江、麻章等地。 （二）蔗区生态的划分 根据作物生态区划的基本原理，以温度为一级指标，可把适宜种蔗区划分为3个气候带：北热带、南亚热带、中亚热带，如表1-4所示。再以年降水量、干燥度及农业意义为二级指标，划为两个类型区：即湿润区和半湿润区。按以上两级分类指标，综合地形、土壤、植被等因素，综合农业气候区划，可以将我国的蔗区划分为北热带湿润蔗区、北热带半湿润蔗区、南亚热带湿润蔗区、南亚热带半湿润蔗区、中亚热带湿润蔗区、中亚热带半湿润蔗区。 表1-4 甘蔗生态区划与气候条件 我国蔗区按生态区划，结合区域发展，一般分为华南蔗区、西南蔗区、华中蔗区。 （1）华南蔗区：包括广西、广东、海南的北纬24°以南地区，台湾全省，福建东南沿海等地区。 （2）西南蔗区：包括云南的大部分、贵州西部及西南隅、四川西部高原南部，南起北纬23°，北至北纬29°。西南蔗区海拔大部分在400～1600m，大部分属亚热带季风气候。 （3）华中蔗区：位于北纬24°以北、33.5°以南地区，包括浙江、湖南、湖北等部分地区。 我国的主产蔗区，主要分布在北纬24°以南的热带、亚热带地区，包括广西、云南、广东等省（区）。20世纪80年代中期以来，我国的蔗糖产区迅速向广西、云南等西部地区转移，截至2015年，广西、云南两省（区）的蔗糖产量已占全国的85.7%，在中国的蔗区区域划分中，主要集中在北热带蔗区和南亚热带蔗区，其中广西、广东主要为北热带蔗区，云南主要为南亚热带蔗区。 参 考 文 献 秦文清，1989. 中国甘蔗地理[M]. 北京：中国农业出版社. 苏广达，叶振邦，吴伯全，等，1983. 甘蔗栽培生物学[M]. 北京：轻工业出版社. 张跃彬，2011. 中国甘蔗产业发展技术[M]. 北京：中国农业出版社. 《中国农业年鉴》编辑委员会，2011. 中国农业年鉴[M]. 北京：中国农业出版社.？ 第二章 甘蔗育种进展概况 甘蔗是无性繁殖作物，随栽培年限的增加，各种种传病害在繁育过程中不断累积，从而导致品种种性退化。持续育成适宜当前生产模式和甘蔗生产环境的新良种，重点突破高产、高糖和抗逆等性状，是促进蔗糖产业健康可持续发展的重要基础。甘蔗育种包括有性杂交育种、转基因育种、分子标记辅助育种和诱变育种等。其中，杂交育种是*常用、*普遍、育种成效*大的方法，在我国育成的甘蔗品种中，通过有性杂交育成的甘蔗品种达98%以上。国内外甘蔗育种均以杂交育种为主，通过育种或引种的方式，甘蔗品种改良在不同国家的不同历史时期均发挥着重要作用。 **节 甘蔗杂交育种起源 甘蔗杂交育种始于1887～1888年，荷兰人F. Sotwedel和英国人J. B. Harrison与J.R. Boyell相继在爪哇和巴巴多斯发现了甘蔗天然杂交形成的实生苗，此后，各产蔗国家无不以有性杂交（尤其是种间杂交）育种作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。 在甘蔗实生苗被发现后约十年，甘蔗育种家Jeswiet首创了甘蔗高贵化育种法。在高贵化过程中，大茎、多汁、高产、高糖、抗逆性差的甘蔗热带种（S. officinarum）被称为高贵种（noble cane），而细茎、低糖、低产、抗逆性强、生势好的割手密（S. spontaneum）被称为野生种（wild cane）。利用高贵种和野生种两者杂交获得**代高贵化杂交种F1，F1再回交高贵种获得第二代高贵化杂交种F2，F2再回交获得第三代高贵化杂交种F3。以此思路，他利用热带种（Black Cheribon）与割手密（Glagah）的天然杂交种Kassoer（**代高贵种）同POJ100回交，获得了POJ2364（第二代高贵种）。1921年，Jeswiet利用POJ2364同另外一个热带种EK28回交，获得了一批第三代高贵化杂种，对F1、BC1、BC2细胞学分析时发现F1和BC1配子结合后，高贵种亲本的配子染色体加倍，即高贵化过程把热带种的优良遗传物质加倍结合到新的杂交种中去，此为甘蔗高贵化育种的重要发现。采用高贵化选育出了蔗茎产量、含糖量兼顾抗逆性和适应性优越的POJ2878。该品种的选育，是甘蔗热带种和割手密杂交取得的*大突破。POJ2878在1927～1930年遍及爪哇，振兴了当地蔗糖业，后来成为全球甘蔗育种的*重要亲本。 19世纪20年代，在印度哥印拜陀（Coimbatore）育成的Co213、Co281、Co290为具有热带种、印度种和印度野生种的三元杂交种，它们集爪哇、印度高贵种和印度种的抗病、高产、高糖为一体。这些品种不仅成为印度的主栽品种，而且被引种到南非、阿根廷、美国、中国、澳大利亚推广种植，成为世界性的品种，显示了三元杂交种广泛的适应性，这些品种也成为世界主要甘蔗育种场的重要杂交亲本。美国夏威夷以热带种、割手密、印度