木薯

木薯（拉丁学名：Manihot esculenta）又名木番薯、树薯^[1]，为大戟科（Euphorbiaceae）木薯属的一种多年生灌木^[2]。木薯原产于南美洲，在全世界热带和亚热带地区广泛种植^[3]。

木薯块根淀粉含量较高，可食用或做糊料，同时也可用作饲料^[4]或生产酒精，以缓解全球石油供应危机^[5]。据《中华本草》记载，木薯叶、根均可入药，其味苦，性寒，可解毒消肿，主治疮疡肿毒，疥jiè癣等疾病^[5]。

木薯为世界三大薯类作物之一，为接近10亿人提供基本饮食，有着“淀粉之王”^[6]和“粮食银行”^[3]的美誉^[7]。2020年全球木薯收获面积为3420.51万公顷，2021达到了3422.99万公顷，中国木薯供需极不平衡，需求量远大于产量，这是由于木薯蛋白质等营养成分含量较低^[8]、采摘后易变质^[9]等因素限制了木薯产业的发展^[10]。

木薯块根含氰酸毒素，中毒后会引起恶心、呕吐、下痢、昏眩症状，还可引起甲状腺肿，故需刮去外皮，煮熟后才能食用。若生食中毒，需马上催吐，减少毒物吸收，并及时就医^[11]。

关于木薯的地理起源，在19世纪末，研究作物起源的先驱者阿方斯·比拉姆·德康多尔(Alphonse Pyramus deCandolle）和尼古拉·伊万诺维奇·瓦维洛夫（Nikolai Ivanovich Vavilov）通过大量研究证实，木薯的栽培起源于巴西北部的亚马逊河区域，自此之后学术界普遍接受”木薯的起源地是南美巴西“这一观点。但考古人员曾在墨西哥东南部地区发现了距今约2500年的木薯淀粉沉淀物，并且在哥伦比亚和委内瑞拉等国家发现了距今约4000年的木薯绘画，这些考古证据表明木薯可能存在另外的起源中心^[10]。

在地理大发现之前，木薯的栽培与食用已经遍及美洲。16世纪时木薯由美洲传入了南亚和非洲，之后又直接从美洲传入了东南亚，到19世纪是传入了大洋洲^[12]。

木薯传入中国并开始栽培的具体年限未知，但有学者陈仲南认为木薯传栽于中国是在1850年以前，因为广东茂名乡间传说：在太平天国运动时期(1851~1863)，乡人逃避太平军支队时，多在山中掘取木薯充饥。此外还有许多史料可以佐证该观点：清光绪年间的《高州府志》和清道光年间的《新会县志》都对木薯有相关记载，并且史料中的所描述的用途、加工方式和性状都与木薯完全符合。尽管木薯具体年限不可考，但毋庸置疑木薯在中国的栽培和食用已有百年历史^[13]。

1982年以前，文献中一直有一种观点倾向，认为木薯没有已知的祖先。然而，1982年3月，在巴西中部的戈亚斯州，发现了1个木薯的野生种群，它和驯化种群在形态学上不能区分，这说明木薯可以在野外生长。这个观点被认为是木薯史学的一个分水岭，因为它建立了特定的野生种群和作物的植物起源之间的联系^[14]。

对木薯祖先种的复杂研究最初从北美洲物种开始。后来，越来越多的学者参与到木薯复合种群的争论中来。为解开木薯祖先种而开展的分子研究和就该作物起源假设所进行的讨论定期举行，虽然结果各不相同，但基本上认同“阿根廷木薯是木薯祖先”的观点^[14]。

与木薯栽培种相近的野生亲缘种

表格来源于^[14]

野生亲缘种栖息地范围迦太基木薯Manihot carthaginensis与加勒比地区接壤的所有国家七叶木薯Manihot aesculifolia墨西哥，中美洲格雷姆木薯Manihot grahamii巴西、巴拉圭、乌拉圭、阿根廷阿根廷木薯Manihot flabellifolia巴西、巴拉圭、乌拉圭、阿根廷岩生木薯Manihot saxicola圭亚那、苏里南、委内瑞拉

木薯有木质直立茎秆，株高2~5米。每一节茎上仅生一叶，单叶互生，螺旋状排列，通常呈掌状深裂^[10]，裂片3~7，呈倒披针状，先端渐尖，全缘。叶柄长8~22厘米，托叶全缘或具有1~2条细裂^[2]。叶片具有羽状网脉，整体呈绿色，叶脉呈红色或绿色^[14]。花为单性花，浅黄色或带紫红色，呈圆锥花序，顶生，雌雄同序。雌花着生于花序基部，子房三室；雄花着生于花序上部，呈吊钟状。一般种植后3~5个月开花，雌花先开，雄花后开，相距7~10天。果为蒴果，矩圆形，种子呈褐色。根分细根、粗根和块根，木薯肉质块根呈圆锥形、圆柱形或纺锤形^[10]。

木薯集中分布在巴西、哥伦比亚以及加勒比海地区，广泛种植在美洲、非洲和亚洲等100多个国家及地区。截止2019年在中国的总种植面积达28.2万公顷^[7]，主要种植在广东、海南、福建、云南、湖南、江西等省份^[15]。

作为热带作物，木薯喜高温，适宜生长温度为25℃~28℃。木薯对光照时长和光照强度较敏感，时间过短（低于8小时）不利于生长发育，过长（高于14小时）会影响块根增重，导致减产。由于木薯耐干旱，因此对降雨量的适应性较强，最适宜的降水量是1000~2000毫米^[16]。随着海拔梯度的变化，木薯的花（果）变异。木薯块根淀粉与氢氰酸含量随着海拔升高而增加，研究发现，海拔1400米木薯块根品质基本能满足生产需求，因此木薯栽培可以扩大到该海拔区域^[17]。

作为多年生灌木，木薯能够无限生长，其生长期由营养生长期、块根贮藏碳水化合物期，以及由低温或长时间干旱缺水等恶劣气候条件导致的休眠期交替进行^[14]。

发芽

种植后5~7天，第一个不定根于种茎的底部切口表面长出，偶尔从土壤下的芽长出^[14]。

种植后10~12天，第一次发芽，接着开始长出细小的叶片^[14]。

种植后第15天，发芽基本完成^[14]。

根系形成，叶片发育

种植后约30天，光合过程开始对植株生长产生积极影响，真叶开始生长。须根开始生长并取代第一批不定根，大部分新根穿入40~50厘米深土壤并开始吸收水分和养分，少量须根(3~14根)将成为贮藏根^[14]。

种植后60~90天后，贮藏根可与须根分辨出来^[14]。

种植后75天，贮藏根占干物质总量的10%~15%^[14]。

茎和叶发育形成冠层

种植后120~150天，叶片能够截获大部分穿透冠层的光。冠层达到最大，分配到叶和茎的干物质含量达到最大。贮藏根继续膨大。在此期间木薯营养生长最旺盛^[14]。

光合产物贮藏期

这个时期内贮藏根的干物质积累速率最高。光合产物从叶到根的分配被加速，使贮藏根的膨大更快。与此同时叶片加速老化，落叶速率加快，并且茎木质化^[14]。

休眠期

随着叶片生产速率逐渐下降，到后期几乎所有叶片脱落，枝条营养生长结束。此时只有向根部的淀粉转移还在保持，最大量干物质被分配到根^[14]。

木薯是雌雄同株异花植物，并且其花序主要以单性花形式存在。因此自然条件下的木薯可以通过异交进行有性繁殖，但木薯开花过程中雌花数量远小于雄花，因此结实率较低^[18]。

栽培方法

木薯的栽培主要采用营养繁殖，即使用带腋芽的茎作为繁殖材料^[6]。每年2月份前后需要先施肥于沟中，然后斜插种茎。为促进地上部分的生长，需要在5月份左右挖断一半根块，断根后立即去掉植物顶部茎芽，通过去除顶端优势为植株积累营养。待木薯的侧生分支开始花芽分化后，需要保证肥料和水分的喷洒^[19]。此外，如果在栽培过程中常年连作木薯，一方面其部分根系分泌物会导致自毒作用，另一方面根际微生物的种类和数量会发生变化导致土壤肥力下降，最终影响木薯的产量^[20]。

机械化发展

木薯种植主要依靠人工劳作，但随着木薯市场需求量的增加及劳动力资源之间的矛盾日益增大，人工种植木薯难以满足规模化生产的要求，亟需研发木薯种植机械^[21]。

实时切种式木薯种植机是全球研究较多的种植机，巴西、尼日利亚及马来西亚等国家先后研制了多种型号的实时切种式种植机^[22]，如巴西Planti Center公司生产的木薯种植机、泰国久保田有限公司设计的木薯种植机、中国农业机械化科学院设计的2BMU-2型木薯种植机^[21]。

中国广东省水稻移栽机械装备工程技术研究中心的陈林涛等人设计了一种整秆喂入式木薯精密播种机，可以实现起垄、开沟、施肥、切种、薯种竖直播种及覆土等功能^[22]。中国热带农业科学院农业机械研究所的李国杰等人设计了4UMZ-1400型后收集式木薯联合收获机，该机能够完成木薯块根的松土与挖掘、木薯收集装箱以及自卸装车等功能，能够有效提高收获效率^[23]。

木薯的细菌性萎焉病是危害木薯生产的严重病害之一，由菜豆黄单胞菌木薯萎蔫致病变种引起，主要侵染木薯叶片及茎秆。在被病菌侵染后，叶片出现水渍状病斑，最终叶片枯萎脱落。茎秆上的病斑会逐渐变为黑褐色，附着其上的叶片逐渐凋零^[24]。木薯对细菌性萎焉病的抗病性与角质层厚度、侵染后诱导产生的木栓质含量等因素有关^[25]。药剂筛选试验表明乙蒜素、中生菌素等药剂具有较好的防治作用，已在生产中应用^[26]。

二斑叶螨是危害木薯最严重的四大有害生物之一，主要集中在木薯种植后6~8个月严重爆发成灾^[27]，防治二斑叶螨主要依赖于杀螨剂等化学药剂^[28]，此时的木薯地已封行，药剂防治很难^[27]。二斑叶螨的若虫或成虫会刺吸叶片，初期仅导致叶片的叶脉周围出现失绿斑点，中后期时失绿斑点逐渐扩大导致叶片褪绿褐化。害虫密度较大时，叶片布满丝网，最终提前脱落^[28]。中国热带农业科学院环境与植物保护研究所的团队对多个品种进行了抗螨性鉴定并筛选出了多个优质种质资源^[27]。

木瓜秀粉蚧是一种世界检疫性害虫，当其若虫或雌成虫侵染木薯后，会刺吸植物汁液，造成叶片变黄，卷曲甚至掉落，严重时可使整株植物死亡。木薯叶片中的酚类等次生代谢物质在木薯对木瓜秀粉蚧jiè的防御发挥重要作用^[29]，此外，螺螨酯悬浮剂和哒螨灵乳油等化学试剂对木瓜秀粉蚧毒性较高，有望应用于农业生产^[30]。

木薯是世界三大薯类作物之一，有着“淀粉之王”^[6]和“粮食银行”^[3]的美誉，是全世界近十亿人赖以生存的粮食，中国推广的食用木薯品种主要为华南6068、华南102和南植199等^[1]。但新鲜木薯不耐储存；并且除种子之外，木薯的所有器官都含有生氰糖苷，直接生食会引起中毒^[31]，因此木薯通常经过煮制、晒干或加工成副产品后食用^[32]。

淀粉是木薯根的主要成分，干制木薯块根中的淀粉含量大于70%，因此淀粉是木薯产业中重要的利用资源之一。在电子显微镜下观察可发现，木薯淀粉颗粒表面较光滑，形状多为不规则半球型或近球形，大小不一^[7]。

随着玉米等传统饲料的价格持续上涨，利用木薯作为动物饲料开始具有广泛的应用前景，已有利用木薯代替玉米饲养家畜的案例，取得了良好的效果^[4]。木薯价格低廉，但其存在含有抗营养因子和蛋白质含量低等问题，在作为饲料时要注意通过加工降低抗营养因子的含量，并添加一定能量饲料以补充饲料的蛋白质含量^[33]。

由于木薯的根茎淀粉含量高，原料容易粉碎，并且糊化温度低，易于蒸煮，所以木薯极具作为生产酒精的原料的价值。利用木薯作为制造能源的原料，有助于全世界缓解石油供应危机，减少开采石油等不可再生资源造成的污染^[5]。

木薯是重要的粮食作物，但是其蛋白质含量相较于一般谷物偏低。提高木薯块根类胡萝卜素和蛋白质含量，提高其营养成分，已成为木薯选育种的重要目标。中国热带农业科学院已培育出富含β-胡萝卜素的蛋黄木薯^[8]。

与马铃薯等薯类作物相比，新鲜木薯不耐储存，木薯的块根的保质期较短，通常在采收后两天左右发生变质，这种现象称为木薯的“采后生理变质”。发生变质后木薯淀粉的透明度下降，影响了其质量和后续加工。据统计，由于采后生理变质引起的直接经济损失每年可达2亿美元。因此选育耐采后生理变质的木薯品种是全世界育种家们面临的挑战。已有研究发现，α-甘露糖苷酶参与木薯采后生理变质的过程，其活性与变质程度呈正相关^[9]。

除种子之外，木薯的所有器官都含有生氰糖苷。生氰qíng糖苷gān，又名氰苷，是一种存在于高等植物体内的次生代谢产物。在植物遭受到虫害等损伤后，生氰糖苷会转化为醇腈jīng，并在α-醇腈裂解酶的催化下进一步裂解产生氢氰酸，人体食用后会引起呼吸中枢麻痹，因此高生氰糖苷的木薯食用后会使人中毒^[31]。生氰糖苷含量(鲜重)<100毫克/千克的木薯品种为低氰品种，而生氰糖苷含量＞100毫克/千克的品种则被称为高氰品种。其中，含量最多的生氰糖苷是亚麻苦苷，其次是百脉根苷，两者比例约为10:1。生氰糖苷总浓度取决于品种、环境条件、栽培技术以及植物的年龄^[1]。