作者:张晴丹 来源:科学网 www.sciencenet.cn 发布时间:2018/3/13 20:27:11
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耕耘在香蕉的田野上

香蕉副产物再利用产品展示 盛占武供图

香蕉是一种家喻户晓的热带水果,其经济效益好、营养丰富、保健价值高,而且是全世界鲜果消费量最大的水果,地位毋庸置疑。我国是香蕉的生产大国,同时也是香蕉的消费大国,香蕉产业在我国具有十分广阔的发展前景。

为了探究香蕉的秘密,挖掘其更多的价值,中国热带农业科学院香蕉重要性状调控与副产物利用创新团队多年来刻苦钻研、努力探索,一步一个脚印地在香蕉研究领域辛苦耕耘。团队研究领域涵盖了香蕉产业的产前、产中和产后各个环节,近年来特别是在新品种选育、功能基因挖掘、废弃物资源化利用方面积累了大量的阶段性成果,为香蕉产业发展奠定了坚实的基础。

基础研究要扎实

“要把海南建设成为热带高效农业产业基地,没有扎实的基础科研是不行的。”中国热带农业科学院香蕉重要性状调控与副产物利用创新团队带头人、中国热带农业科学院海口实验站站长金志强研究员深深地意识到这个问题,他在刚刚毕业时就决定一定要在热带农业基础研究上贡献自己的力量。

为此,金志强瞄准香蕉研究国际前沿,20多年扎根于香蕉基础研究。“我们主要从三个方面开展长期、持续的研究。一是香蕉遗传改良的分子生物学基础,二是香蕉新品种培育及优质种苗繁育技术,三是香蕉废弃物资源化综合利用技术。”金志强告诉《中国科学报》记者。

据介绍,团队创建于1994 年,当时成员只有 4 人,主要针对香蕉果实采后成熟的分子生物学机制开展研究,在采后保鲜新技术研发方面取得一系列研究成果。如今,团队不断壮大,成员数量扩充到21人,研究领域也得到了拓展。

二十年磨一剑,金志强带领团队刻苦攻关,推动我国香蕉研究向前发展,创造了一个又一个突出的成绩。

针对我国香蕉主栽品种亲缘关系较近、遗传基础狭窄的问题,他们开展了香蕉野生种质资源收集与鉴定工作,以期为香蕉种质资源的起源、进化、利用等提供科学依据。

经过20多年的努力,团队成员已完成国内海南、广东、广西、云南、福建和贵州等地的香蕉野生种质的收集,并对老挝、越南、斐济、厄瓜多尔等5个热带国家部分地区主要的香蕉野生资源进行了收集。累计收集和精准鉴定了香蕉野生种质资源1000余份,建立了香蕉野生种质资源圃。

此外,团队在香蕉遗传改良的分子生物学研究方面也取得了重要进展。针对芭蕉属植物遗传背景研究不够深入、系统演化规律不明确以及现有分类基础上A和B基因组在品质和抗逆等方面差异机理不清楚等问题,该团队在国际上完成了香蕉B基因组测序工作。

他们首次证实可以通过体外调节乙烯生物合成启动相关基因进而调节香蕉成熟与品质,对调控香蕉品质形成关键基因进行深入挖掘。发掘了一批拥有自主知识产权的全长功能基因,其中3个基因获得国家专利授权。证明MaGBSSI-3基因在香蕉直链淀粉合成中的作用及其表达调控机制,为进一步通过调控基因表达改良香蕉果实淀粉种类及品质提供了理论依据。该成果于2009年获海南省科技进步奖一等奖。

一项值得一提的突破性技术是,该团队研发了香蕉种苗培育新型基质。针对香蕉种苗培育过程中技术操作不规范、带毒种苗出圃、带病土壤等作为培养基质等问题,他们在国内率先利用香蕉未成熟雄花为外植体的离体繁殖技术进行规模化生产,繁殖系数高,减少了继代次数,缩短了继代时间,降低了组培苗的变异概率和外植体携带枯萎病菌及病毒的风险。

浑身是宝待开发

香蕉废弃物产量十分巨大,每年全国香蕉废弃物就有1000多万吨,而且基本上都是烂在香蕉地里,不仅影响蕉园环境,还会产生病虫害。

从2008年开始,团队成员、中国热带农业科学院海口实验站副研究员盛占武就开始针对香蕉废弃物进行综合利用研究。“由于香蕉果实本身的加工问题较多,而且香蕉价格变动比较大,原料成本无法控制,因此那时还是以鲜食香蕉为主,所以我们把研究的重点放在了对废弃物开发利用上。”盛占武在接受《中国科学报》记者采访时表示。

盛占武介绍,香蕉废弃物包括香蕉茎秆、花、果皮以及收完香蕉后剩下的残次品等。一直以来,印度和菲律宾就有把香蕉茎秆提取出的纤维做成衣服的传统,这给了他启发。“我国的纺织技术相对比较发达,完全可以利用纤维做出布来。”

此外,该团队在国内外首次明确了巴西蕉和粉蕉两个品种香蕉花不同部位(花、苞片、生长点)的营养组成、急性毒性、抗氧化活性和降血糖活性单体及其作用机理,研发了香蕉雄花可溶性膳食纤维的蒸汽爆破结合酶处理提取技术。

他们还优化了香蕉纤维汽爆脱胶工艺和俐迪链霉菌产酶条件,阐述了香蕉纤维中非纤维素成分的降解规律,制定了《香蕉纤维清洁脱胶技术规范》(NY/T 2265-2012),建立了香蕉纤维素纳米纤维和黄原酸酯的制备方法。

从农业秸秆废弃物利用来说,目前主要是五种方式:肥料化、饲料化、基料化、能源化和原料化。团队成员韩丽娜副研究员在研究过程中也发现了香蕉废弃物“变废为肥”的潜力,并开展技术创新。他们在国内外率先研究了香蕉茎秆堆肥过程中物质变化规律,优化了茎秆有机肥制备工艺参数,建立了茎秆有机肥的工厂化生产技术,研制了除芽装置和茎秆切碎机。

“我们利用香蕉废弃物生产出的肥料,在热带地区的瓜果蔬菜种植上具有很好的效果,不仅替代了很多化肥,还大幅提升了作物本身的产量和品质。”盛占武说。

不仅如此,他们还在国内外首次建立了一种低糖香蕉菠萝复合果酱的制作方法, 制作出香蕉菠萝复合果酱产品,并完成产品中试。该项研究成果已于2014 年分别获海南省科技进步奖一等奖和海口市科技进步奖一等奖。

推广应用是关键

多年来,团队十分重视技术转移与成果转化工作。

为了解决我国香蕉产业发展中优良品种不足的问题,团队利用“企业引导、农民参与”的方式构建了香蕉产业技术的推广体系,通过“科技下乡”的方式把自主培育的新品种、新技术和新产品在我国海南、云南、广西、广东和福建等地进行广泛推广。

目前,累计推广1280万亩,建立健康优质香蕉核心种苗示范基地23个,培训育苗相关种植户1000余人次,其中主要从事育苗大户100余人次,发放技术知识手册5000余份。鉴于团队为我国香蕉产业的发展作出了重要贡献,其所在单位连续3年获海南省科技活动月活动组织一等奖。

据介绍,团队成果“香蕉种苗培育新技术的研究与示范”,先后建立健康优质香蕉种苗示范基地30多个,推广健康优质香蕉种苗1500万株以上。开展健康优质种苗知识讲座20多场次,培训育苗相关种植户1000余人次,取得了较好的社会与经济效益。

而且,他们研发的香蕉纤维精干麻、降血糖胶囊、低糖果酱和香蕉茎秆有机肥先后参加“中国农业科技十年发展成就展”、第12届和第13届 “中国国际高新技术成果交易会”,得到高度评价。

开发的新型植物源降血糖药物、纤维纺织品、手工艺品和新型植物源吸附重金属新材料,都是极具开发潜力的高附加值产品,不仅可改善蕉园环境,延长产业链,也可作为香蕉种植企业新型产品,降低香蕉生产成本和风险。

团队通过组培诱变培育出的1个香蕉新品种“热粉1号”,已获国家品种审定命名。该品种果皮光滑,熟后果皮为淡黄色,外观品质较好,甜酸度适中且口感好,平均单果重120~147克,平均单株产量18.6~25.7千克,折合亩产1624~2056千克,适宜在海南、贵州西南部等华南热带、亚热带地区种植,抗风、抗寒能力较强,在低温条件下能正常出蕾、结果,不易感染叶斑病。目前,“热粉1号”新品种已在海南、贵州等地累计推广15万亩。

“我们制备的香蕉茎秆有机肥先后在香蕉、芒果、蔬菜、西瓜等作物上进行推广应用,施用后可有效改良连作障碍土壤,增强土壤保水保肥能力,提高产量并改善果蔬品质,在海南、广东等地应用效果显著。”盛占武说。

 
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