菊芋

菊芋（学名：Helianthus tuberosus）^[3]，又称洋姜、番姜、鬼子姜、洋生姜^[4]，是菊科向日葵属多年生宿根性草本植物^[5]。菊芋原产于北美^[6]，后传至欧洲，中国、日本、印度等地有引种栽培^[7][8][9]。菊芋耐贫瘠、耐旱、耐寒，适应性强，适合在干燥、凉寒、光好的气候条件和含沙量高的土壤条件下种植、生长^[10]。

菊芋植株高1~3米，茎直立，有分枝，被白色短毛。叶通常对生，边缘粗锯齿状，叶面被白色短柔毛。头状花序单生于枝端，总芭片多层，披针形，边缘被开展的缘毛，托叶长圆形，舌状花12~20个，黄色管状花，黄色。瘦果圆柱形，下部较狭，疏被微毛；冠毛2-4枚，近膜质，扁平，条状长三角形，不等长。花期8~9月^{[11][12][13][14]}。

菊芋块茎质地细致，脆嫩，可生食、煮食、炒食或酱腌加工，最宜酱腌食用^[15]，同时块茎耐贮存，富含氨基酸、糖、维生素、菊糖、多缩糖、淀粉等物质，是提取低聚果的最佳原料，入药，有清热凉血作用，消肿之功效，已广泛用于医药、保健领域。其中低聚果糖可有效增殖人体内双歧杆菌，中国“双歧因子”保健品的原料就是菊芋^[16][13][17]。菊芋也可制造果糖和酒精^[13][9]，美、英、法、德、澳大利亚及中国台湾地区都已生产含菊糖及低聚果糖食品，包括乳制品、乳酸菌饮料、糖果、饼干、果冻、冷饮等多种食品^[17]。但由于它的繁衍速度很强，也被许多国家，包括日本、韩国、德国等，当作了入侵植物^[18]。

菊芋（Helianthus tuberosus L.）自传入欧洲后便有许多不同的拉丁名和常用名。Linne在1753年给出了菊芋现在的二项式拉丁名（H.tuberosus L.），如今他的分类系统是被公认的。除此之外，菊芋还有两个最广泛使用的两个名字“Jerusalem artichoke"和“topinambou”^[19]。

有关菊芋起源地说法不一，目前认可最多的两个观点一是起源于北美洲密西西比盆地，二是起源于欧洲，18世纪传入中国后，在中国华北、东北华南等地广泛种植，作为一种可食用蔬菜进入百姓餐桌^[20]。

菊芋被归类为菊科（Aster或Daisy家族）向日葵属。根据1972年的国际植物命名法规第18条Asteraceae是作为代替Compositae引进的新科名。在1972年以前的文献中菊芋的科名为Compositae，目前菊芋的科名更为常见的写法是“Asteraceae”（Compositae），这一现代的名称作为一种标准化的分类术语被引用^[19]。

菊芋原产于北美^[6]，被认为是北美最为古老的栽培作物之一。一些美洲土著人很可能是在欧洲探险者到达新大陆前的几个世纪就开始种植菊芋了^[21]。1607年左右，菊芋被带到欧洲，自传入欧洲后便有许多不同的拉丁名和常用名，它最常见的2个名字是“Jerusalem artichoke”和“topinambou”，但这两个名字从植物学角度来说都不太恰当^[22]，Linne在1753年给出了菊芋现在的二项式拉丁名（M tuberosus L.)。如今他的分类系统是被公认的，尽管在当时这并不被普遍认同^[23]。

菊芋最早由欧洲人Champlain提及，他描述了北美洲的印第安人在1605年便开始栽培这种作物，早期的传播路径是1607年从北美传播至法国，然后基于文献中的首次记录，于1613年至荷兰，1614年至意大利，1617年至英国（经新西兰或直接由法国传人），1626年至德国，1642年至丹麦，1652年至波兰，1658年至瑞典，1661年至葡萄牙^[21]，进而传入伊朗印度马来西亚、日本和中国^[9]。已经遍布世界的各个角落，且在温带地区引起了更多的关注。例如，18世纪彼得大帝（1672~1725）将菊芋引入俄罗斯^[21]。

菊芋于清代传入中国^[15]，已有近百年的种植历史^[6]，由于食用方法较少，食用量较少，虽中国内各地均有培，都很零星^[9]，以西北地区为主^[10]。

菊芋为多年生宿根性草本植物^[5]。

高1~3米，有块状的地下茎及纤维状根。茎直立，有分枝，被白色短糙毛或刚毛^[3]。

叶通常对生，有叶柄，但上部叶互生；下部叶卵圆形或卵状椭圆形，有长柄，长10~16厘米，宽3~6厘米，基部宽楔形或圆形，有时微心形，顶端渐细尖，边缘有粗锯齿，有离基三出脉，上面被白色短粗毛、下面被柔毛，叶脉上有短硬毛，上部叶长椭圆形至阔披针形，基部渐狭，下延成短翅状，顶端渐尖，短尾状^[3][8]。

头状花序较大，少数或多数，单生于枝端，有1~2个线状披针形的苞叶，直立，径2~5厘米，总苞片多层，披针形，长14~17毫米、宽2~3毫米，顶端长渐尖，背面被短伏毛，边缘被开展的缘毛；托片长圆形，长8毫米，背面有肋、上端不等三浅裂。舌状花通常12~20个，舌片黄色，开展，长椭圆形，长1.7~3厘米；管状花花冠黄色，长6毫米^[3][5]。

瘦果小，楔形，上端有2~4有毛的锥状扁芒^[8]。

菊芋原产于北美^[6]，现在法国、意大利、英国、、日本、加拿大、美国、德国、荷兰和印度等国都有栽培^[24][9]。菊芋在中国各地广泛分布^[8]，在黑龙江、安徽、宁夏、山西等省区都可栽培^[25][26]，但以西北地区为主^[10]。

菊芋生长于北纬40°~55°范围内以及南半球近似范围内的温带生物群落中，常见于林边路旁、荒地、潮温地等^[7][27][28]。

菊芋对环境要求不严，喜温暖，耐寒，苗期可耐轻霜冻，生长适宜温度为18~22℃，块茎可在-25~30℃的冻土层内安全越冬；各种土壤，都能较好地生长，耐瘠薄，耐盐碱，抗风沙，但以土层深厚，富含腐殖质的微酸性壤土为最宜；根系发达，能耐干旱，而不能忍受长期积水，整体繁殖能力强，适应性强^{[29][30][31][32][33]}。一般秋季现蕾开花，花期8～9月^[11][34]。

菊芋自交不亲和，故自花授粉较为罕见，主要是依靠异花授粉，而菊芋的传粉者有黄蜂、苍蝇、甲虫和蝴蝶等^[28]。

菊芋种子的发芽率非常高，但结实率极低，每花序仅形成2~4个瘦果，致使有性繁殖的种子产量不多，在北半球甚至有不产种子的情况，故通常以“种子块茎”进行无性繁殖^[35][32][28]。菊芋在根茎处长出匍匐茎，起初粗细均匀，以后尖端膨大形成块茎，每株有块茎50~60个^[32]，块茎的再生能力非常强，每个块茎上都有许多芽眼，可以萌发植株^[35]。

菊芋主要以块茎进行营养繁殖^[24]。播种分春秋两季，秋播比春播出苗早，结薯也提早^[6]。一般秋冬收获块茎后，或砂藏备种，也可于春季土壤解冻后挖取大小适中的块茎播种。块茎的大小与第一年产量成正比，块茎过大播种量增加，块茎过小则苗弱产量不高^[29][24]。

菊芋用种子进行繁殖时，可先将种子播种在花盆中进行萌发，萌发后将幼苗移到肥沃土壤中，4片真叶时移栽到大田中。但用种子繁殖的一般不如块茎形成的植物体生长得好和产量高，生长期也较长^[29][36]。

菊芋将块茎植于育苗床内，保温催苗，当苗长至适当高度时，切段作育苗种坯；将育苗种坯再置于繁殖腐殖土中保温，至育苗种坯的芽株为15cm以上时，将其移栽，或将其再切段，保持切段芽株上至少有3片叶子，再重复上述步骤继续繁殖，但重复繁殖不超过3次^[37]。

菊芋栽培地块选择疏松透气性好，富含有机质土层深厚的土壤^[10]，它的植株高大，根系发达，吸收力强，要达到丰产目的，要求亩施有机肥和草木灰，深耕土壤。整平后做畦qí，做畦可根据地形及水利条件而定，多雨地区应筑高畦为宜^[38]。

灌水：视天气情况，若在菊芋的幼苗期、现蕾期及开花期遇上干旱，要及时补水，保持土壤湿度。菊芊虽然耐早，但水分充足可提高产量，生产条件具备地区应多浇水。在4月、5月、8月、10月各浇水一次块茎膨大水^[17][38]。

追肥：常在5月中下旬即苗期和8月上中旬即植株显蕾期各追肥1次，增强植株抗倒、抗寒能力，提高品质和产量^[38]。

菊芋块茎膨大期应摘花摘蕾，以促使块茎膨大。当秋后菊芋茎、叶霜冻枯死时，即可采用人工或机械方法，挖取地下块茎^[17]。收获后易窖藏，将完好无损块茎晾晒干层积排放窖中，分层堆放，最上层用土封之，窖温0℃最为适宜^[10]。

菊芋的病害主要有菌核病、灰腐病和赤霜病，对这几种病害的防治，应采取合理密植、通风透光，减少田间湿度和药剂防治相结合等方法防治。药物可用托布津，多菌灵、百菌清的稀释液喷洒^[38]，其虫害不太严重，常见的有粘虫、地老虎、蝼蛄、金针虫、蚜虫等。注意在田间观察，达到防治限度时，可用毒饵诱杀，喷洒敌百虫、敌敌畏等药剂防治^[39]。

菊芋生物量很高；适合在荒漠、滩涂、盐碱草地等边缘性土地上推广耕种，不与粮争地；其发达的根系可有效保持水土并改良土壤^[6]，具有耐干旱、抗风沙、保持水土、繁殖力强、生产过程中管理粗放等特点，对治理中国西部荒山、沙漠，保持生态环境极有好处^[40]。种植菊芋治理沙化的方法被专家称为“治理沙漠低成本、见效最佳的方法”^[41]

从开发利用而言，其地上部分和扎根于地下的块茎均有很高的利用价值：地下块茎富含淀粉、菊糖等营养成分，是加工淀粉、制取酒精的原料^[42][43]；还可以作为纤维素乙醇的生产原料；因富含菊粉，可用来制备低聚果糖，作为一种新型的功能食品和食品添加剂已经越来越受到人们的欢迎和重视。除了可以作为保健品外，还可以转化果糖、乙醇、呋喃衍生物等多种重要的化学品，这些产品可以广泛用于食品、液体燃料、树脂塑料和医药等行业^[44][6][41]。同时因菊芋的产量大，生长快，营养价值以干物质计算和玉米相差不多，是一种优良的饲用植物，可作为牛、马特别是猪和毛皮兽的饲料^[45]。在2019年11月，中国饲料库情报网中心发布的第30版《中国饲料成分及营养价值表》中，首次将菊芋秸秆作为粗饲料纳入中国饲料数据库^[46]。

菊芋块茎耐贮存，富含氨基酸、糖、维生素、菊糖、多缩糖、淀粉等物质，可以煮食，熬粥，腌制咸菜，晒制菊芋干、粉或制作酒精原料，在美、英、法、德、澳大利亚及中国台湾地区都已生产含菊糖及低聚果糖食品，乳制品、乳酸菌饮料、糖果、饼干、果冻、冷饮等多种食品^[47][5][17]。联合国粮农组织官员称其为“21 世纪人高共用作物”^[5]。

菊芋的块茎或茎叶可入药，其块茎、茎叶可清热凉血，用于热病，肠热下血，跌打骨伤，消渴等功效^[48][16]。

相关研究表明菊芋中含的低聚果糖可有效增加人体内双歧杆菌，降低血脂，改善脂质代谢，提高人体免疫力，已广泛用于医药、保健领域。中国“双歧因子”保健品的原料就是菊芋。目前低聚果糖已成为中国第三代保健食品功能因子尤其菊芋对血糖具有双向调节作用，一方面可使糖尿病患者血糖降低，另一方面又可使低血糖患者血糖升高，具有药用研究价值^[17]。

菊芋叶色碧绿，秋季开花，花鲜艳亮丽，十分美观，可作花境背景材料或路缘边坡应用^[14][30]。

“青芋1号”是中国青海省农林科学院园艺研究所和青海威德生物技术有限公司，从青海地方品种中经过系统选育而成的一个菊芋品种，该品种早熟，从播种至采收210~220天。块茎含粗蛋白2.62%、可溶性糖16.27%、粗纤维1.35%、粗脂肪1.52%。抗逆性强，耐旱、耐寒、在-30~-25℃时，块茎能安全越冬，耐瘠薄，极少病虫害。适应性广，水、旱地均可种植，同时该品种在弃耕沙化地也能正常生长，有很强的防御风沙能力，应用前景极为广阔^[49][50]。

“青芋2号”是中国青海省农林科学院园艺研究所和青海威德生物技术有限公司，从青海地方品种中经系统选育而成的加工专用型菊芋新品种，该品种晚熟，从播种至采收210~225天。块茎粗蛋白含量1.62%、可溶性糖12.72%、粗纤维5.11%、粗脂肪1.29%。具有耐贫瘠、耐寒、耐旱、适应性强的特点，在冷凉、昼夜温差大、阳光充足的地区易获高产，是很好的菊粉生产原料^[51][52]

“红光一窝猴”从中国新疆维吾尔自治区石河子市引进，经过试种、推广，已成为园栽主要品种。表现适应性强，冬季在土壤中-20℃块茎不受冻害，第二年能正常出苗生长。适宜沙壤土或壤土，中等肥力的地头、地边，种植生长良好。单株产量300~1600克，单个块茎30~250克^[53]。

中国学者赵孟良等人采用生物信息学方法，对菊芋WRKY基因家族成员的理化性质及其与其他物种的系统进化关系等进行分析，并据此筛选出与菊芋响应干旱胁迫密切相关的WRKY转录因子基因，为明晰菊芋WRKY家族基因的功能奠定理论基础^[54]。此外，学者WANG等人构建了一种用于菊粉乙醇发酵的天然酵母菌株，在最终的二倍体菌株JZD-InuMKCP实现了菊粉和菊芋块茎的高效乙醇发酵，这为菊芋作为生物能源原料的研究积累了实验数据^[55]。

菊芋作为一种多年生的草本，被很多国家列为入侵物种。因为它的繁殖能力很强，喜欢丛生，且能在地下以块根的形式进行繁殖，生长速度快，如若失去控制，菊芋将压迫和排斥其他农作物，对当地生态系统产生不利影响^[35]。所以被很多国家列为入侵物种，包括日本、韩国、德国、美国、加拿大、英国、法国等，在中国2013年被《中国入侵植物名录》收录为4级一般入侵类物种^[56][57]。