现代甘蔗栽培育种学

**章 绪论 **节 甘蔗在国民经济发展中的作用和地位 甘蔗是我国*重要的糖料作物，也是重要的可再生能源作物，在我国国民经济中占有特殊的重要地位。甘蔗产业的健康发展事关蔗农增收、蔗区财政增长、食糖安全和国家社会稳定。我国的甘蔗种植区和蔗糖主产区分布在广西、云南等地的边远少数民族地区，发展甘蔗产业对边疆民族地区经济的振兴和稳定、保障国内食糖供给安全具有特别重要的意义。 一、甘蔗的化学组成与用途 甘蔗全身都是宝，除了富含蔗糖分（糖分在蔗茎中可以达到0.7mmol/L，是全球茎秆中蔗糖含量*高的作物），还包括纤维素、半纤维素、木质素及多种灰分和矿物质（表1-1）。全球食糖的85.9%来自甘蔗，其也是仅次于玉米的全球第二大生物制乙醇的作物。蔗茎脆嫩多汁、清甜可口的品种，适于作为新鲜水果；甘蔗的多酚、黄酮类和多糖类物质丰富，有很好的医学疗效，如甘蔗多酚在梢部含量为37%、叶片33%、茎30%；甘蔗黄酮类物质以叶片含量*高，*高可达18.37mg/g干重；多糖类在甘蔗中可达0.695%。蔗茎制糖后的副产物，如蔗渣、废糖蜜、滤泥，以及田间残余物如蔗梢、蔗叶等，是造纸、饲料、纺织、化工、食品和医药等的重要原料，又可作为多种食用菌的培养料。 表1-1 甘蔗渣的组成成分 二、甘蔗糖业在生产和生活中的作用 甘蔗的含糖量十分丰富，高达17%～18%，其糖分由蔗糖、果糖、葡萄糖等构成。蔗糖是一种天然有机物，食用后其分解的*终产物是二氧化碳和水。经过几百年人类的食用证明，蔗糖是安全的食品；蔗糖还可用作食品添加剂，具有化学合成甜味剂所不具备的特性，而且蔗糖具有独特的功能，有利于食品的加工和品质的提高；蔗糖还可用作人体的增强剂。蔗糖可直接溶解食用，并且很快被人体消化吸收和利用，因此，食用蔗糖能够快速消除疲劳，可增强体力和脑力，还可增强人体的抗寒能力。果糖是一种*为常见的己酮糖，广泛应用于食品、医药、保健品生产中。果糖具有蔗糖不可比拟的性能优势，如解决甜度问题、改善制品性能、增进风味口感、提高产品档次等。在医药领域里应用的果糖都是结晶果糖，而不能使用果葡糖浆。因为果葡糖浆中的葡萄糖成分会严重干扰果糖的药用效果，目前市场上已经出现了一些使用果糖的医药制品。葡萄糖是微生物的碳源，在发酵工业中是发酵培养基的主料，如抗生素、味精、维生素、氨基酸、有机酸、酶制剂等都需大量使用葡萄糖，同时其也可用作微生物多聚糖和有机溶剂合成的原料。 甘蔗糖业的综合利用主要集中在其副产物上，包括蔗渣、滤泥、糖蜜、乙醇废液、甘蔗叶、蔗尾等。甘蔗经过机械压制留下的部分是蔗渣，蔗渣的主要成分是纤维素和半纤维素，均属于多糖。*古老和直接的利用是作为燃料，如今还可以用于生产生物柴油。蔗渣的木质纤维非常适合造纸，聚戊糖可以生产木糖醇和低木聚糖，这也是蔗渣副产品中*有价值的产品。滤泥是制糖生产中的大宗副产品，其主要成分是碎纤维、脂肪、蛋白质、矿物质及少量糖分，并含有多种可被作物吸收的营养成分，长期以来，滤泥直接用于肥田或废弃，如今可以对其进行活化处理，用来生产肥料和饲料。甘蔗糖蜜为深棕色的黏稠液体，也是甘蔗制糖生产的一种副产品。糖蜜可以作为原料生产乙醇，而糖蜜经过发酵提取乙醇后，废液可以在甘蔗种植时作为肥料还田。总的来说，甘蔗的茎是制糖的主要原料，制糖的副产物蔗渣是造纸和加工其他产品的原料；滤泥可加工成很好的有机肥料；而糖蜜可以用来加工乙醇和生产饲料，乙醇废液可以还田；另外，甘蔗叶片、蔗尾也是畜牧业、食用菌业的好原料。 三、甘蔗糖业在国民经济发展中的地位 1.国际 全球食糖分为甘蔗糖和甜菜糖。全球食糖总产量为1.9亿t左右，其中甘蔗糖产量占全球食糖总产的85.9%。全球有103个国家生产甘蔗糖，主要集中在巴西、印度、巴基斯坦、泰国、中国、美国、墨西哥及澳大利亚等地区。甜菜糖主要集中于欧洲及中国东北和西北地区。在主要产糖国中，从糖料种植水平、单产、含糖量及糖厂规模和自动化程度等总体水平比较，甘蔗糖以澳大利亚的整体水平*高，含糖量为15.11%，糖厂规模多在日榨蔗万吨以上；甜菜糖则以法国*优，含糖量为17.5%，糖厂规模在日榨甜菜万吨以上的居多。 巴西的甘蔗产糖量位居世界**。巴西的气候适宜种植甘蔗，蔗区主要集中在中南部和东北部两个地区，是世界上唯一的每年有两次甘蔗收获和加工期的国家。巴西的甘蔗除用于生产糖外，还将超过一半的甘蔗用于生产乙醇，乙醇产量占世界总产量的40%以上，大部分供国内使用，小部分出口。由于巴西汽车工业的飞速发展，巴西已经逐渐演变成生物乙醇的净进口国。 印度是世界第二大甘蔗产糖国、**大白糖消费国，印度的产糖量过去也曾长时间位居世界**。糖业是印度第二大农产品产业，仅次于棉纺织行业，种蔗从业人员5000万人。糖业对印度的农业和工业发展起到了十分重要的推动作用，对国际糖价也有举足轻重的影响。由于制糖业是关系印度国计民生的重要行业，印度政府对蔗价和糖价都有严格的控制，每年都要制定甘蔗的*低保护价格，各个地方政府可以在此基础上将甘蔗收购价上调20%～50%，各糖厂必须严格按照政府制定的收购价格来收购甘蔗。 欧盟是世界白糖主产区之一，也是世界甜菜糖的发源地和主产区。欧盟的主要产糖国是法国和德国，两国的甜菜产量占欧盟甜菜总产量的40%以上。欧盟国家的甜菜糖业发展程度较高，在甜菜种植机械化和制糖生产方面都达到了很高的水平。糖厂设备先进、自动化程度高、能耗低、糖分总回收率高，糖厂的技术水平和管理水平都处于世界前列。目前我国种植的甜菜品种主要来自欧盟。 泰国地处东南亚，大部分地区属于热带季风气候，土地肥沃，土层深厚，非常适合发展甘蔗生产。泰国甘蔗糖业有着悠久的历史，通过采取“农业工业化”的经济发展战略，泰国的糖业得到了高速发展，产糖量也从2008年度榨季开始超越了美国，排名世界第五位，2018年甚至超过中国，产糖量排名世界第三位，其中白糖出口位列世界第二位，仅次于巴西。 美国是一个产糖大国，既产甘蔗糖又产甜菜糖。甘蔗产糖量目前居世界第十位，仅次于巴西、印度、中国、泰国、巴基斯坦、墨西哥、哥伦比亚、菲律宾和印度尼西亚（印尼）。同时，美国也是一个白糖消费大国和世界上淀粉糖的*大生产国。美国每年需要进口300万t左右的白糖，为了避免进口糖冲击本国成本较高的国产糖业，保证国内糖业的稳定生产，美国政府制定了相关政策保护其糖业。甘蔗主要种植在佛罗里达州、路易斯安那州和得克萨斯州。 巴基斯坦甘蔗生产是农民就业和收入的主要来源之一。巴基斯坦甘蔗平均产量应为45～50t/hm2，低于其他国家的甘蔗收获量。巴基斯坦向其附近的国家如塔吉克斯坦、阿富汗等国家出口糖。全国甘蔗生产总量为583.97亿t。 墨西哥糖业占GDP的0.5%左右。蔗田面积超过67万hm2，仅次于玉米，是面积第二大作物。甘蔗单产为每公顷60～70t，主要种植在韦拉克鲁斯、哈利斯科和圣路易斯波托西，纳亚里特、瓦哈卡和恰帕斯等地区也有种植。因甘蔗解决的就业人数约200万，生产的蔗糖主要出口美国。 菲律宾是东南亚主要的产糖国之一，也是美国主要的糖进口来源国。制糖工业提供就业岗位约70万个，菲律宾的甘蔗对GDP的贡献约697亿菲律宾比索。 澳大利亚是甘蔗单产*高的国家，其糖产量虽然仅占世界糖产量的4%，但其出口量占全球食糖自由贸易量的12%，甘蔗对澳大利亚的经济有着重要的贡献。澳大利亚在国际上被认为是工作效率*高的产糖国，也是采用机械化收割甘蔗与大宗处理原糖的先进国家。 2.中国 糖业是我国农业的支柱产业之一，糖产量和产值在我国农业经济中居第四位，仅次于粮食作物、油料作物和棉花。我国幅员辽阔，南方可以发展甘蔗糖生产，北方可以发展甜菜糖生产，是世界上少有的可以同时生产甘蔗糖和甜菜糖的国家之一。其中，甘蔗糖占90%左右、甜菜糖占10%左右。全国有18个省区产糖，主要糖区集中在中国北部、西北部、南部、西南部，沿中国边境地区分布。甘蔗糖主要分布在广西、云南、广东、海南、台湾、福建、四川等省区。甜菜糖主要分布在新疆、内蒙古、黑龙江等邻近省区。 长期以来，甘蔗经历了众多经济作物的激烈竞争和多次的农业产业结构调整，但其始终保持着大宗农作物的地位，具有强劲的生命力，始终还是产区农民无法割舍的作物，在农业生产中有着举足轻重的重要地位。甘蔗是我国优势农产品之一，具有较强的生存适应性，广泛分布于我国南方多个省份，是我国主要的制糖原料之一，同时还是轻工、化工和能源的重要工业原料作物。保证甘蔗的稳定供给对我国经济发展和工业生产有着重要的意义。因此，甘蔗产业在我国国民经济发展中占有十分重要的地位。我国食糖产业主要分布在广西、云南等甘蔗主产区，涉及糖农4000多万人。甘蔗种植收入是主产区农民收入和财政收入的重要来源，直接影响到边疆地区的社会稳定和经济发展。 3.广西 广西是我国*大的甘蔗糖生产区，广西甘蔗种植面积和蔗糖产量均占全国的60%以上，蔗糖业产值占广西国内生产总值的10%～11%，2018/2019年榨季产糖量达到675万t，占全国的59%，连续25年保持全国首位。糖业是广西*大的农产品加工业，也是广西的优势产业和支柱产业。2019年，糖业实现工业总产值168亿元，占全区工业总产值的6.6%；实现利润29.55亿元，占全区工业利润的22.27%；农民种蔗收入262.96亿元，人均5066.30元；甘蔗运输收入8亿元，占全区农民收入的10%。 截至2018年底，广西区内有12个地级市种植甘蔗，110个县（市、区）中有93个种植糖料蔗，其中有23个国家脱贫攻坚重点县、19个省级脱贫攻坚县和6个边境县；涉及663个乡镇，种蔗农户124.39万户，蔗农500多万人，相关产业工人10多万人（表1-2）。2018年，国家公布了广西龙州县等多个国家贫困县已“脱帽”，全部都是糖料蔗种植大县。2019年，农民在甘蔗种植方面增加收入20多亿元；全区21个县的财政收入有一半来自糖业税收。同时，糖业还带动了相关产业的发展，对食品加工、运输、生产资料及贸易等产业都具有很强的带动作用。由此可见，食糖产业作为扶贫产业，在带动农民脱贫增收上作用显著，对实现2020年贫困人口全部脱贫具有重大意义。 表1-2 广西甘蔗生产情况（广西糖业发展办公室，2018年） 东盟国家是重要的“一带一路”沿线国家，也是世界上重要的蔗糖产区，我国食糖的缺口大部分通过从东盟国家进口补充。与我国相比，东盟国家如越南、缅甸等普遍人少地多，但居民生活水平较低，甘蔗科研相对落后。广西作为我国唯一与东盟既有陆地接壤又有海上通道的省区，在“一带一路”倡议实施中处于重要位置。广西糖业的可持续发展不仅可以为东盟国家培养高层次甘蔗科研和管理人才，促进我国甘蔗科研成果在东盟国家的应用，而且对实施我国“一带一路”倡议、促进区域协调发展、深化双边开放合作、维护国家安全和西南边疆稳定具有重要意义。 第二节 国内外甘蔗生产贸易 一、种蔗制糖技术在世界的传播 甘蔗制糖*早记载于公元前300年印度的《吠陀经》和中国的《楚辞》。印度和中国是世界上*早的植蔗国，也是两大甘蔗制糖发源地。屈原在《楚辞 招魂》中写道“胹鳖炮羔，有柘浆些”。这里的“柘”即是蔗，“柘浆”是从甘蔗中取得的汁。这说明在战国时代，楚国已能对甘蔗进行原始加工。到了西汉，蔗类制品的应用有了进一步的发展。刘歆《西京杂记》述及“闽越王献高帝石蜜五斛”，所谓“石蜜”是指以甘蔗为原料制成的固态制品，这与战国后期的液态柘浆相比，应该是一个技术上的进步。元鼎五年（即公元前112年），司马相如等赋诗创作了《郊祀歌》，十九章中有“泰尊柘浆析朝酲”之句；东方朔的《神异经》写道：“南方有甘蔗之林，其高百丈a，围三尺八寸。促节多汁，甜如蜜，咋啮其汁，令人润泽。”长沙马王堆一号汉墓所出土的简牍中“糖一笥”的记载证实