刘兆普

南京农业大学  江苏 南京  210095

前言:菊芋层层设防,适应逆境(生物与非生物胁迫):菊芋通过盐胁迫下的酶促保护机制、盐与干旱胁迫下渗透调节物质对渗透势的调节作用(脯氨酸代谢调控等)、钠氢逆向转运蛋白调控、及菊芋糖代谢调控基因克隆及盐胁迫下全生育期糖代谢分子调控机制等途径主动而巧妙地应对逆境,使其经历了500年的风风雨雨而顽强生存下来。

1.菊芋对生长环境的抗逆性很强

我们科研团队对菊芋现实水分利用效率、菊芋潜在水分利用效率、灌溉水利用效率、菊芋生物量水平水分利用效率等多种角度与层次研究表明,菊芋对水分利用效率很高,是干旱荒漠地不可多得的栽培植物之一。

我们科研团队进行了种植菊芋修复海涂的试验研究与示范推广,创建了以菊芋为节点的海涂生态高值农业新型清洁生产模式。田间试验发现,无论是表层土壤(0～25mm)还是耕层土壤(25～200mm),菊芋根际土壤的孔隙面积均大于非根际土壤和空白对照土壤的孔隙面积。经过实验对比表明菊芋可显著提高滨海盐土的孔隙度,这有利于海涂脱盐:不同土壤层pH从光板地到蒿子地再到菊芋地表现为逐渐下降的趋势。菊芋茬土壤脲酶以及其他酶在菊芋茬土壤史也显著提高。

我们菊芋研究团队探索了在低盐胁迫和高盐胁迫下,根际土壤微生物多样性和丰度的变化规律,探究分析微生物群落的结构组成和相关的功能及土壤理化性质与各细菌门、纲、属和相关微生物多样性指数的相互关系,以揭示菊芋、微生物、土壤的相互关系、作用过程与特征,旨在阐明菊芋在这一体系中的生态功能。表明种植菊芋、土壤含盐量和细菌多样性之间的关系:高盐胁迫明显地增加了细菌群落的多样性。

2.菊芋为人类健康保驾护航

菊芋为重要的新型粮食与蔬菜作物,菊芋块茎可直接干燥磨粉,掺和面粉用来制作面包、馒头等,也可鲜作蔬菜食用。鲜菊芋块茎中含18%～22%菊粉(Inulin),茎杆菊粉约占新鲜茎杆重量的5.6% 。

菊芋块茎中含苏氨酸0.8%、异亮氨酸0.09%、蛋氨酸0.09%、色氨酸0.24%、组氨酸0.06%、精氨酸0.12%、苯丙氨酸0.13%;富含钠、钾、钙、镁、铁等多种矿物元素与维生素A、B1、B2、C等。采用现代生物技术将菊芋块茎制成菊粉、低聚果糖和超高果糖浆,这些都是当今保健食品全新的、绿色安全的多功能配料,菊粉是一种全水溶性的膳食纤维,是人体肠道中双歧杆菌的增殖因子,具有特殊的保健和抗癌作用。

菊芋块茎性味甘平、无毒、能利水去湿、和中益胃,具有清热解毒的功效。它是糖尿病、高血压病、肥胖病等患者的健康食品。直接把菊芋块茎晾干磨成粉,可掺和到小麦或黑麦面粉中加工成面包,以提高面包的内在品质与感观评价。例如提高面包碎屑的柔软度,增加面包发泡,延长面包存贮时间,菊糖是冰淇淋、夹心、巧克力及糕点中的增稠剂。

菊芋块茎也可以直接食用,包括生食如做成色拉、腌制成咸菜或煮熟食用,因其富含膳食纤维,可减少便秘。因人类胃中没有菊粉酶,食用的菊糖与低聚果糖有89%～97%进入小肠,并在肠道中促进双歧杆菌与乳酸杆菌为主的肠道微生物生长从而提高人们的免疫力;菊芋营养丰富而热值低,是十分理想的减肥控肥食品。同时菊芋还可作为功能性饲料减少对抗生素的依赖。

我们研究团队经过对菊芋菊粉喂饲高血脂症小鼠血清血脂水平的测定结果表明,菊芋菊粉能够显著降低高血脂症小鼠血清中的总胆固醇、甘油三酯、低密度脂蛋白胆固醇水平以及动脉粥样硬化指数,作用效果呈现出剂量依赖性;同样,在对高血症小鼠肝脏中总胆固醇和甘油三酯的测定结果也表现出菊芋菊粉可以显著降低两者的含量。表明菊芋菊粉能够降低高血脂症小鼠的血清以及组织中的血脂指标,菊芋菊粉能够有效减轻小鼠的高血脂症并提高肝脏抗氧化能力并缓解肝脏脂肪变性。

3.总结:菊芋产业是一个新兴的朝阳产业。我国菊芋产业起步于1998年,经过20多年的努力,菊芋产业已经取得了明显进展。2007年,南京农业大学、中国科学院大连化学物理研究所、大连理工大学、复旦大学等单位成立了我国首个“菊芋生物质炼制协作组”,大大推进了我国以菊芋为原料的生物炼制产品的研究与开发。

目前,我国菊芋产业正有序高速发展。菊芋种质资源收集与品种培育、栽培已有一定的研究基础,南京农业大学、青海大学等单位建立并完善了菊芋种植制度,成功培育了“南芋1号”“青芋2号”等高产优质品种,为菊芋原料生产与供应奠定了坚实基础。2008年开始在非耕地大面积种植栽培菊芋品种,主要栽培品种为“南芋1号”“青芋2号”“吉芋1号”“吉芋2号”以及内蒙古几个新品系“蒙芋1号”“蒙芋2号”“蒙芋3号”“蒙芋4号”等,种植面积达100万亩以上。

2014年以来,菊芋种植面积迅速扩大,2018年仅山东瑞鸿农业种植有限公司就种植南菊芋1号等品种达4万亩,山西田根农业科技开发有限公司在山西静乐县种植菊芋2万余亩,辽宁喀左县老爷庙镇把菊芋产业作为田园综合体的主干项目。

我国应组织力量,加大投入,重点构建菊芋的产业体系,目标是培育我国特色的菊芋产业群,延伸至滨海盐土农业产业链。根据我国菊芋产业发展及盐碱地利用现状,为发挥菊芋产业对美丽中国与健康中国建设的潜在功能,促进农业供给侧结构的变革,应从战略层面考虑解决问题,构建科学——技术——工程团队,培育推进非耕地“两个健康”发展的朝阳产业航母群。

4.专家简介:刘兆普老师,南京农业大学教授、博士生导师,清华大学能源管理与社会发展研究中心学术委员会委员,中国科学院烟台海岸带研究所特聘研究员,博士生导师,曾任大连理工大学海天学者,博士生导师,中国科学院大连化学物理研究所特聘研究员,博士生导师;中国国务院政府特殊津贴专家、中国农业部有突出贡献中青年专家,江苏省有突出贡献中青年专家,江苏省先进科技工作者、中国全国先进科技工作者、中国全国野外先进科技工作者;现任南京农业大学能源生物资源研究所所长、南京农业大学(海南)滩涂农业研究所所长;云南省刘兆普教授工作站首席专家(昆明市石林),中华环保联合会绿色产业工作委员会特聘专家,2023年减污降碳专家行专家组成员,中国大百科全书«土壤卷»“土壤改良篇”主编{修}。

从1985年开始从事海岸带盐土资源、水资源及耐盐高效特质植物资源的循环利用研究,承担国家863、支撑项目、国家公益性行业项目十多项,发表与本项目相关的学术论文500余篇,其中SCI收录70余篇;授权中国发明专利数十项,出版学术专著5部,500多万字。

《高效滨海盐土,快速利用模式及其配套技术体系的研究与推广》1997年获国家教委科技进步一等奖、《高效滨海盐土农业技术体系集成与推广应用》2010年获得中国教育部科技进步一等奖、《耐盐经济植物规模化栽培技术研究与应用》2012年获中国江苏省人民政府科学技术二等奖、《滨海盐碱地加速治理培育与农业高效利用》2015年获中国江苏省人民政府科学技术二等奖、《海涂盐土农业产业链研究与创制》2015年获中国产学研合作创新成果奖一等奖,从2006年起,从能源智能转型的视野进行植物-微生物与土壤动物-土壤一体化康养保健的技术与综合功能产品研发,在我国的黑土地区域、沙漠化严重的内蒙新疆地区、云贵广石漠化地区及沿海盐渍化地区进行跨行业、跨学科触合,科学、技术与工程三链藕合的新型科技创新研究,培育推进“两个健康”发展的朝阳产业航母群。

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