综述：南非甘蔗生物技术研究：解锁基因组密码，推动产业发展

为解决甘蔗常规育种难题，南非研究人员开展甘蔗生物技术研究，成果助力产业发展。

　　甘蔗，作为全球 80% 食糖的来源，近年来其用途不断拓展，在乙醇、生物塑料以及电力联产等领域展现出巨大潜力。在非洲大陆，南非和埃及是主要的甘蔗产国。然而，甘蔗复杂的多倍体基因组，犹如一座难以攀登的高山，给传统育种工作带来了重重挑战。传统育种方法在面对甘蔗基因组的高度复杂性时，效率大打折扣，难以满足日益增长的产业需求。为了突破这些困境，南非甘蔗研究所（SASRI）的研究人员勇挑重担，开展了一系列深入的甘蔗生物技术研究，相关成果发表在《In Vitro Cellular & Developmental Biology - Plant》杂志上。

研究人员采用了多种关键技术方法。在种质保存与繁殖方面，利用微繁殖技术（Micropropagation），如 NovaCane? 技术，为种植者提供优质、无病的种苗；同时，通过体外种质保存技术，包括低温保存（Cryostorage）等，确保种质资源的长期保存。在分子诊断领域，运用多种分子生物学技术，如 PCR、RT - qPCR 等，对甘蔗的病虫害进行精准检测。在遗传改良方面，开展突变育种（Mutation breeding）和基因编辑（Genome editing）研究，探索新的遗传变异，以培育更优良的品种。

微繁殖和种质保存

研究人员利用直接器官发生的微繁殖技术，通过茎尖培养建立了成熟的甘蔗繁殖体系。NovaCane? 技术的应用，使得新培育的甘蔗品种能够快速、高效地推广到种植者手中。该技术不仅确保了种苗的质量，还能有效避免病虫害的传播，为甘蔗产业的健康发展提供了有力保障。在种质保存方面，研究人员采用了两种方法：一是将增殖的芽存储在半固体培养基中，通过缓慢生长的方式减少继代培养的需求；二是运用低温保存技术，对茎尖进行长期保存，为甘蔗种质资源的保护提供了可靠的手段。

低温生物学和病毒消除

研究发现，通过低温疗法（Cryotherapy）和渗透疗法（Osmotherapy）处理受病毒感染的甘蔗茎尖，能够有效消除甘蔗花叶病毒（SCMV）和甘蔗黄叶病毒（SCYLV）等病毒。这一发现为甘蔗病毒病的防治提供了新的思路和方法，有望解决长期以来困扰甘蔗产业的病毒传播问题，提高甘蔗的产量和质量。

种质交换

SASRI 积极与多个国家开展甘蔗种质交换，丰富了甘蔗的遗传资源。在种质交换过程中，严格遵循相关的检疫程序，对所有进出口的甘蔗进行茎尖组织培养，确保消除潜在的病原体。同时，对所有甘蔗进行指纹识别，有效防止了有害生物的传播，保障了甘蔗产业的生物安全。

分子疾病诊断

研究人员针对甘蔗常见的病虫害，如锈病、黑穗病、宿根矮化病等，开发了一系列分子诊断方法。通过 PCR、RT - qPCR 等技术，能够快速、准确地检测病原体的存在，为病虫害的早期防治提供了科学依据。这些分子诊断技术的应用，极大地提高了甘蔗病虫害防治的效率和精准度。

突变育种

为了应对甘蔗种植过程中面临的各种挑战，研究人员开展了突变育种研究。通过化学诱变剂（如 EMS）和表观诱变剂（如 5 - 氮杂胞苷，5 - azaC）处理甘蔗材料，成功获得了具有多种优良性状的突变体，如抗除草剂、抗病虫害、耐旱、耐铝毒等。这些突变体的获得，为甘蔗品种的改良提供了丰富的遗传资源。

遗传修饰

SASRI 在甘蔗遗传修饰方面取得了显著进展。通过基因枪转化和农杆菌介导等方法，将外源基因导入甘蔗细胞，获得了具有不同优良性状的转基因甘蔗植株，如提高蔗糖产量、增强耐旱性、抗螟虫和抗除草剂等。同时，研究人员还开展了相关的安全性评估和社会经济研究，为转基因甘蔗的商业化推广奠定了基础。

甘蔗基因组资源和分子育种

随着甘蔗基因组测序的完成，研究人员对甘蔗的基因组有了更深入的了解。通过生物信息学分析，揭示了甘蔗的起源和进化关系，为甘蔗的分子育种提供了理论依据。同时，研究人员还开发了多种分子标记，用于甘蔗品种的鉴定和遗传多样性分析，为甘蔗育种工作提供了有力的技术支持。

研究人员通过一系列的研究，在甘蔗生物技术领域取得了丰硕的成果。这些成果不仅为解决甘蔗产业面临的实际问题提供了有效的解决方案，还为甘蔗的遗传改良和品种培育奠定了坚实的基础。未来，随着研究的不断深入，甘蔗生物技术有望在提高甘蔗产量和质量、增强甘蔗的抗逆性、拓展甘蔗的应用领域等方面发挥更大的作用，推动甘蔗产业的可持续发展。同时，研究中发现的一些新现象和新问题，也为后续的研究提供了方向，有望进一步深化对甘蔗生物学特性的认识，实现甘蔗产业的跨越式发展。