科普 | 食糖每年进口600万吨！如何改良中国的产糖大户甘蔗？

食糖包括白糖、红糖和冰糖，主要成分均为蔗糖。食糖既是不可或缺的生活物资，也是食品、饮料、制药、化工等120多个行业门类的基础原料。在我们的日常生活中，食糖不仅仅是一种调味品，更是能量的源泉。当食糖进入人体后，它能迅速转化为葡萄糖和果糖，为我们提供必要的能量，帮助我们恢复体力。100克白糖，能够为我们人体提供400大卡的热量，但是100克米饭提供的热量仅仅只有116大卡。正是因为白糖含的热量极高，而且易被人体吸收，同时容易储存、不易变质。早在1960年，我国就已经正式将白糖与粮、棉、油列为同等重要的战备物资之一。

食糖的产业链上游，主要为甘蔗、甜菜等糖料作物的种植。我国是世界上用甘蔗制糖较早的国家，已有2000多年的历史，目前糖料分布呈南甘北甜的布局，甘蔗糖与甜菜糖的产量比约为9:1。从甘蔗产量来看，虽然南部各省份均有甘蔗种植，但广西云南广东这三个省份占据了甘蔗产量的头三把交椅，合计甘蔗产量达全国产量的90%以上，全国每三勺糖就有两勺来自广西。作为全国最大的糖料种植基地和食糖主产区，广西蔗糖种植面积和食糖产量，连续19个榨季占全国60%左右，是名副其实的中国糖罐子。根据中国糖业协会的数据，2022-2023年榨季，我国食糖产量仅897万吨。近年，我国食糖年消费量在1,500万吨左右，推算起来，食糖的自给率应该是不足60%，需要进口近600万吨，低于国家蔗糖自给率的70%的保供稳价的安全线。

甘蔗的含糖量和产量的提升，其实主要是依赖于甘蔗种质的改良。目前我国的甘蔗育种，仍处于传统的杂交育种阶段，即通过杂交产生不同性状的后代群体再进行选育。杂交育种要通过大量的群体的筛选，在群体筛选的过程中，有可能就会产生一些性状选育的丢失。也就是说获得的一些性状，如果关注它的抗病，可能产量和含糖量就会受一定的影响；如果关注它的产量和含糖量，有可能在抗病性上就会有一定的缺陷。像我们平常常见的作物，水稻或者玉米，它们都是二倍体，二倍体如果要获得纯合（也就是说这两条染色体都是一模一样）的基因，杂交稻F1代，它（的基因型）是一边是来自父本，一边是来自母本。到F2进行分离的时候就会出现父本-父本，父本-母本以及母本-母本（的基因型）。父本-父本和母本-母本，这样的基因型就是纯合的材料。在甘蔗中，由于它是12-18倍体，倍性非常复杂，到F2代，有可能还获得不了这么多一模一样的纯合的个体。所以通过传统的杂交育种，很难获得纯合的基因，这就是为什么要利用基因编辑或者人工智能育种来进行甘蔗的育种。

基因编辑技术，是实现种质高效精准设计的最适用技术，具有更加广泛的应用价值。例如可以直接改造甘蔗中的含糖量和产量的调控基因，达到提升含糖量和产量的目的。以基因编辑技术为核心的现代生物育种技术，全面应用于高倍化的作物将有助于全面迅速的提升我国甘蔗育种水平和能力，为改变甘蔗产业的落后现状提供新的机遇。智能育种，也是当前生物育种的重大发展方向。甘蔗是典型的营养体作物，其植株高大，种植行间距较宽，是自动化、智能化育种技术应用的理想场景，预期将解决甘蔗传统育种中，表型筛选工作的工作量巨大的瓶颈问题。甘蔗产量、品质和抗性等多种性状的评估数据，经过采集整合与研发的机器学习和数据挖掘的技术相结合，可以准确地预测甘蔗材料中的基因型和表型之间的潜在关系，将加快甘蔗品种选育的速度，精准地筛选出具有多种优异性状的候选品种。

甘蔗育种要实现从传统育种（2.0时代）跨越到智能育种（4.0时代），需要融合创新现代生物育种技术，包括高质量的基因组和泛基因组拼接组装技术、表型组智能采集技术、表型组-基因组-环境组的核心算法分析技术、精准的基因组编辑技术等。运用融合创新的现代生物育种新技术，将在甘蔗育种中产生新突破，促进甘蔗产业的发展。后续，我们将通过精准的基因组编辑技术，利用基因组编辑将某一些基因的功能进行改良，然后再直接的运用到甘蔗的底盘的品种中，直接在这个底盘的甘蔗品种中实现进一步的基因改良，实现创制新的种质。

甘蔗的种质和我们平常说的品种有什么区别呢？甘蔗的品种是要通过一系列的区试，最后获得的甘蔗审定后的品种。种质是在获得这个审定之前，我们对于甘蔗进行改良的一些新的植株。它有可能为我们后续的新品种提供一个非常好的基础。发展高糖、高产、抗病、抗逆、抗倒伏的甘蔗育种新技术，实现甘蔗生产亟需的重要农艺性状的快速创制，加快甘蔗栽培品种的更新换代，从源头解决我国甘蔗生产的核心问题，增强我国糖业的竞争力，保障食糖供应的平稳和基本自主。

甘蔗生产中除了新型优良品种缺乏之外，仍存在着生产管理粗放低效、先进绿色生产技术体系落后以及机械化程度低等重大突出问题。

甘蔗种植过程中，蔗农仅凭借自身的经验进行种植管理，缺乏信息技术等高新技术的应用、智能化管理水平有待提高。针对这一问题，如果能通过海量的数据获取，精准的信息分析和智能决策，发展甘蔗表型认知分析技术，对甘蔗全生命周期进行一个人工智能的图像识别，将有效的提升甘蔗种、管、收、储运、生产的效率。

广西甘蔗种植区域，多分布在山区和丘陵地带，肥料径流严重、利用率低、化肥用量高，不仅污染环境而且增加成本；广西约3/4以上的蔗田土壤酸化造成甘蔗减产、糖分降低，同时土壤酸化，还会增加甘蔗黑穗病、梢腐病、白条病等主要病害的发生率；宿根栽培是甘蔗生产的主要种植方式，目前广西的宿根蔗面积占广西甘蔗的总面积的40%-60%，甘蔗宿根性随着种植年限的延长不断减弱，土壤微生物群落结构失调、土壤健康状况变化、种植优势丧失、重茬障碍问题不断显现。针对这些问题，如果发展与甘蔗新品种适配的先进种植技术体系，如甘蔗的养分高效利用技术、酸土高效修复技术、重茬障碍快速消减技术以及土壤功能微生物组的调节与维持技术等，将为优质甘蔗品种的种植提供技术保障。

由于我国蔗区主要分布在广西、广东、海南、云南等地，超过一半为丘陵地形。受到坡度影响，甘蔗机械化难度高；此外耕作土地碎片化程度高，地块小部分区域为红壤土，粘性高，导致机收含杂率高；雨水台风导致倒伏，增加了收获的难度。像巴西和澳大利亚，在生产上基本上已经实现了机械化，甘蔗的生产成本约在70-80元每吨，而我国甘蔗生产的机械化程度比较低，生产成本约110-150元每吨，特别是收获基本依赖人工作业。广西崇左市的榨季每天需要40万劳力，才能保证糖厂的正常生产。劳动强度大、收获进展慢、容易错过收获的最佳时期。针对这一问题，如果我们加强南方丘陵地区农机体系的创新和智能农业支持系统的研发，设计制造适于南方甘蔗种植区的播种、采收、除杂等配套农机，将有效的提升甘蔗生产机械化的程度，降低种植成本。