高粱產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新鏈研究

王慧賢，王慧杰，張建華，郭瑞峰，范娜，關望輝，白文斌

（1.山西省農(nóng)業(yè)科學院高粱研究所，高粱遺傳與種質(zhì)創(chuàng)新山西省重點實驗室，山西晉中030600；2.山西省土壤肥料工作站，山西太原030001）

高粱產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新鏈研究

王慧賢1，王慧杰2，張建華1，郭瑞峰1，范娜1，關望輝1，白文斌1

（1.山西省農(nóng)業(yè)科學院高粱研究所，高粱遺傳與種質(zhì)創(chuàng)新山西省重點實驗室，山西晉中030600；2.山西省土壤肥料工作站，山西太原030001）

高粱是農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中重要的糧食及飼料作物，對全球農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。通過分析高粱產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新鏈現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)其存在的問題。圍繞高粱產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新鏈，推進高粱生產(chǎn)全程機械化，實現(xiàn)產(chǎn)學研結(jié)合，開展聯(lián)合攻關，加快成果轉(zhuǎn)化，推動我國高粱產(chǎn)業(yè)鏈的完善、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級，提高高粱產(chǎn)業(yè)的核心競爭力。

高粱；產(chǎn)業(yè)化；創(chuàng)新鏈；現(xiàn)狀；對策

高粱（Sorghum bicolor（L.）Moench）作為世界最古老的農(nóng)業(yè)作物之一[1]，又稱烏禾、蜀黍，種植歷史可追溯到3 000年以前，目前為全球第五大谷類作物，面積僅次于小麥、玉米、水稻、大麥，是人類生活所需的重要谷類作物之一[2]。高粱廣泛分布在世界100多個國家，主要集中在中國、美國、法國、德國等。高粱較高的光合效率和其獨特的抗旱、抗堿等抗逆性及環(huán)境適應性，使得高粱獲得較高的生物及經(jīng)濟產(chǎn)量[3-4]，在全球農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展中具有重要的意義。在高粱作物發(fā)展的同時，產(chǎn)生了一整套的高粱技術產(chǎn)業(yè)鏈，高粱產(chǎn)業(yè)中種質(zhì)資源創(chuàng)新、遺傳育種和高效的栽培技術及其再生能源產(chǎn)業(yè)等技術貫穿于高粱產(chǎn)業(yè)技術鏈的每一個關鍵環(huán)節(jié)。

本研究主要通過分析高粱產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新鏈發(fā)展現(xiàn)狀，闡明制約高粱產(chǎn)業(yè)技術發(fā)展的核心問題，并圍繞高粱產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新鏈中亟待突破的瓶頸問題，提出高粱產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新發(fā)展的對策，為促進現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展提供一定的參考價值。

1 高粱產(chǎn)業(yè)發(fā)展概況

1.1 高粱產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

高粱作為全球第五大谷類作物，具有糧飼兼用性，無論在我國還是其他國家，其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中都占有重要地位。高粱主要分布在世界五大洲的48個國家的熱帶干旱和半干旱地區(qū)[5]。2015年，根據(jù)美國農(nóng)業(yè)部發(fā)布的作物播種面積報告，高粱將成為產(chǎn)值最大的作物。2015年美國高粱種植面積調(diào)高至358萬hm2，與2014年相比提高了24%，成為美國2007年以來產(chǎn)值最大的作物。在澳大利亞，高粱每年種植面積約75萬hm2，總產(chǎn)約150萬t，出口量僅次于美國和阿根廷，占第3位。在法國、俄羅斯及烏克蘭等地區(qū)，用于飼養(yǎng)家禽牲畜的飼草高粱種植也較為普遍，其中，高粱籽粒占發(fā)酵飼料的70%。近年來，甜高粱作為生物產(chǎn)量最高的作物之一，成為新能源作物的首選。美國逐漸用甜高粱取代玉米成為生產(chǎn)酒精的主要作物，每公頃甜高粱可以轉(zhuǎn)化6 106 L酒精。歐共體組織國家也將甜高粱列為重點研究的再生能源。德國、俄羅斯、印度、墨西哥和日本等國家也將甜高粱作為工業(yè)和能源作物，經(jīng)過生物質(zhì)能源實驗對再生資源測試做了大量的研究?；诜肿由飳W和遺傳育種耦合研究的高粱基因組學研究表明，從DNA水平上標記調(diào)控高粱重要性狀的功能基因，從而開發(fā)出具有高競爭性的抗蟲和抗除草劑高粱品種[6]。

高粱作為我國重要的糧食作物之一，種植面積近100萬hm2，廣泛分布于25個?。ㄊ?、區(qū)）。由于高粱栽培區(qū)氣候環(huán)境特征的不同，表現(xiàn)出明顯的區(qū)域性。我國高粱主要種植區(qū)域在東北、華北和西南，占全國高粱種植面積的87.8%。具體的高粱生產(chǎn)區(qū)域列于表1[7]。

表1 我國高粱主產(chǎn)區(qū)分布情況

1.2 高粱產(chǎn)業(yè)鏈分析

我國高粱總產(chǎn)約為250萬t，用于釀造工業(yè)的原料占高粱總產(chǎn)量的80%，飼料占10%，糧食占5%，其他用途占5%。然而，美國高粱的總產(chǎn)量為1800萬t，其中，用于出口占45%，飼料占36%，能源占15%，工業(yè)占4%[8]。

由此可見，我國的高粱產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)單一，釀造工業(yè)占比過大，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)布局與發(fā)達國家相比，還有很大差距。由于高粱抗逆和高產(chǎn)的生物學特性及傳統(tǒng)的釀造產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，使得高粱成為我國經(jīng)濟的重要產(chǎn)業(yè)支柱[9]，2009年僅酒類年利稅800多億元，其中，白酒占30%左右。

高粱產(chǎn)業(yè)鏈按照產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)劃分為上游、中游和下游3個環(huán)節(jié)，按照用途劃分為釀造業(yè)、能源業(yè)、畜牧業(yè)和食品業(yè)等4類產(chǎn)業(yè)（圖1）。

上游主要是高粱的生產(chǎn)，包括生產(chǎn)需要的種子、耕地、水資源、肥料等以及所需的農(nóng)機設備。中游主要是用途的分類和產(chǎn)業(yè)的選擇，按照不同的高粱品種進行產(chǎn)業(yè)的選擇，為各產(chǎn)業(yè)提供生產(chǎn)加工原料。下游主要是高粱的加工和深加工，形成加工增值高粱產(chǎn)品，提升高粱價值，并將產(chǎn)生的廢棄物進行再利用，循環(huán)使用到高粱生產(chǎn)或者畜牧業(yè)中，形成完整的循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈。

2 高粱產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新鏈發(fā)展現(xiàn)狀及問題

高粱具有抗旱、耐澇、耐鹽等高抗逆性特性，可抵抗惡劣的生態(tài)條件，常被作為先鋒作物栽植于邊際農(nóng)田，是提升旱區(qū)農(nóng)田產(chǎn)量的主栽作物，具有良好的經(jīng)濟效益。山西省農(nóng)業(yè)科學院在新品種選育方面，針對高粱雜種優(yōu)勢，開展了A2細胞質(zhì)的利用研究，育成新型細胞質(zhì)高粱雄性不育系A2V4A及其雜交高粱品種晉雜12號，獲得了國家發(fā)明三等獎[10]。結(jié)合我國高粱生產(chǎn)實際，研創(chuàng)了“二矮”雜交高粱育種新模式，育成晉雜1號、晉雜5號等，全國種植面積高達0.24億hm2，開創(chuàng)了我國高粱雜種優(yōu)勢利用新時代，為我國高粱雜種利用研究奠定了基礎[11]。目前，國外科學家已經(jīng)完成高粱（BTx623）全基因組測序，這為更好地研究高粱基因及其相關功能研究奠定了扎實的基礎。高粱在分子生物學和遺傳育種的結(jié)合，使得常規(guī)育種和分子標記相結(jié)合這種方法已成為新的育種模式[12-13]。高粱富含豐富的蛋白質(zhì)、碳水化合物及維生素等營養(yǎng)物質(zhì)，隨著高粱功能性的不斷開發(fā)，高粱已經(jīng)被廣泛用于保健品、減肥產(chǎn)品及化妝品行業(yè)。

我國明確現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術體系建設是農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新體系建設的重要組成部分，而高粱產(chǎn)業(yè)技術體系又是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術體系建設工作的一部分，對提高農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新能力和效率方面提供了新思路、新機制。通過調(diào)研高粱產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的需求，緊扣產(chǎn)業(yè)滯后、機械化程度低等發(fā)展問題，以市場需求為導向，以高粱生產(chǎn)的環(huán)境友好及高效為目標，建立產(chǎn)學研長效合作機制，構(gòu)建完整產(chǎn)業(yè)鏈條，提高高粱科技創(chuàng)新能力，提升我國高粱產(chǎn)品的國際市場占有率。然而，盡管我國高粱的產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新鏈（圖2）在促進國民經(jīng)濟和社會發(fā)展中發(fā)揮了重要的意義，但是我國的產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新鏈仍然存在問題，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

2.1 機械化程度較低

我國高粱種植機械化程度低，生產(chǎn)規(guī)模小，加之勞動力成本逐年提高，機械化栽培技術落后問題尤為突出[14]。目前高粱生產(chǎn)全程機械化仍未實現(xiàn)，多以人工栽培為主，使用落后的手工工具，勞力投入多，生產(chǎn)效率低，成本高，嚴重制約了面積的擴大。機械化程度低直接導致小規(guī)模生產(chǎn)，極大的限制了我國高粱產(chǎn)業(yè)的規(guī)?；a(chǎn)及高粱生產(chǎn)的市場化管理機制的形成[15]，使得生產(chǎn)盲目性增加，最終影響了我國高粱在國際市場的競爭力。

2.2 高粱生產(chǎn)清潔能源乙醇產(chǎn)業(yè)鏈脫節(jié)

甜高粱具有抗病性強、抗旱、耐貧瘠、耐鹽堿、生物產(chǎn)量高、適應性廣、莖稈富含糖分等特性，是公認的生產(chǎn)乙醇的一種高效綠色能源作物[16-17]。我國利用甜高粱加工制造乙醇已創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟和社會效益。而建設甜高粱生產(chǎn)乙醇的加工龍頭企業(yè)需要大規(guī)模的原料生產(chǎn)基地和綜合利用技術，由于國內(nèi)能源甜高粱的儲存、深加工等方面研究滯后，直接導致能源甜高粱產(chǎn)業(yè)鏈脫節(jié)。

2.3 高粱分子生物技術研究較晚

目前，國外發(fā)達國家已完成了高粱的全基因組測序，突破了常規(guī)高粱育種的局限性[18-19]，將傳統(tǒng)遺傳育種與分子生物學標記手段相結(jié)合，標記高粱重要的抗性功能基因用于高粱育種中，較大地提高了品種的抗逆性。而我國在高粱分子生物學育種方面起步較晚，重要相關抗性基因的研究任重道遠。

3 高粱產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新發(fā)展的對策及趨勢

3.1 推進高粱生產(chǎn)全程機械化

據(jù)初步統(tǒng)計，2015年國內(nèi)釀酒用高粱需求量在250萬～280萬t，同時釀醋用高粱需求量也在增加，全國每年用高粱釀醋70萬～80萬t[20]，隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，我國高粱產(chǎn)業(yè)一定會有較大的發(fā)展空間，這就需要高效的生產(chǎn)效率來促進高粱生產(chǎn)。隨著高粱種植面積的不斷擴大，全程機械化、標準化種植尤為迫切。通過推廣示范，解決高粱全程機械化生產(chǎn)中的瓶頸問題，實現(xiàn)高粱生產(chǎn)全程機械化發(fā)展。由于高粱的機械化生產(chǎn)與高粱品種密切相關，因此，推廣應用適宜機械化生產(chǎn)的高粱品種，開展機械播種、機械施肥及機械收獲等環(huán)節(jié)的栽培技術研究，實現(xiàn)全程機械化生產(chǎn)是現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)中高粱種植的必然趨勢。

3.2 產(chǎn)學研結(jié)合，開展聯(lián)合攻關，振興高粱產(chǎn)業(yè)鏈

按照優(yōu)勢互補、資源共享、互利共贏原則，針對我國高粱產(chǎn)業(yè)及產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)亟待解決問題，以企業(yè)為主體，市場為導向，在政府的引導和推動下，企業(yè)、高等院校和科研機構(gòu)聯(lián)合開展產(chǎn)學研結(jié)合創(chuàng)新實踐活動，打造高粱產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新體系，融合創(chuàng)新要素，實現(xiàn)高粱的高效及環(huán)境友好化生產(chǎn)。一方面，產(chǎn)學研結(jié)合的創(chuàng)新可以使高粱產(chǎn)業(yè)研發(fā)產(chǎn)品與市場的對接過程中，借鑒企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)驗和市場信息等優(yōu)勢，可以有效促進前沿理論及學術成果轉(zhuǎn)化的可行性，摒棄不適合的理論和技術，從而研發(fā)出更加適應市場銷售的產(chǎn)品。另一方面，可以使科研人員的智慧直接用于生產(chǎn)領域，通過企業(yè)集成、引進、消化、吸收，創(chuàng)造出新的生產(chǎn)工藝、新的技術、新的產(chǎn)品和先進的管理模式，實現(xiàn)高粱產(chǎn)業(yè)技術與市場的充分結(jié)合，推動我國高粱產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新鏈的完善、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級，提升高粱產(chǎn)業(yè)的核心競爭力。

3.3 加快示范轉(zhuǎn)化高粱應用科技創(chuàng)新和新成果

通過圍繞高粱優(yōu)勢特色產(chǎn)業(yè)鏈布局，進一步推進產(chǎn)學研緊密結(jié)合，增強農(nóng)業(yè)龍頭企業(yè)技術創(chuàng)新、技術轉(zhuǎn)移擴散和輻射帶動能力，建立完善龍頭企業(yè)工程技術研究中心、技術中心、產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟，為培養(yǎng)科技創(chuàng)新性人才提供便利。

同時充分發(fā)揮農(nóng)業(yè)科研單位、龍頭企業(yè)和專業(yè)合作組織科技資源優(yōu)勢、經(jīng)濟優(yōu)勢，通過增加科研及經(jīng)費投入，建立農(nóng)業(yè)科技示范基地，在不同的主產(chǎn)區(qū)示范新型的高粱品種、新型的栽培技術或機械化生產(chǎn)的農(nóng)機具設備等，針對高粱生產(chǎn)中的關鍵、共性技術瓶頸，加大科技研發(fā)，合力推進高粱應用科技創(chuàng)新與轉(zhuǎn)化推廣工作，為農(nóng)業(yè)新品種、新技術、新設備的推廣應用提供展示平臺，引導農(nóng)民應用現(xiàn)代化的機械設備及栽培手段進行高粱的生產(chǎn)加工，從而實現(xiàn)成果轉(zhuǎn)化，促進現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展。

［1］盧慶善.高粱學[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，1999：25-26.

［2］寇興凱，徐同成，宗愛珍，等.高粱的營養(yǎng)價值以及應用現(xiàn)狀[J].安徽農(nóng)業(yè)科學，2015，43（21）：271-273.

［3］薛曉強，張一中.不同高粱雜交種萌發(fā)期耐鹽性評價[J].山西農(nóng)業(yè)科學，2016，44（3）：300-302，340.

［4］詹鵬杰，張福耀，王瑞，等.釀造專用糯高粱雜交種晉雜105的選育[J].山西農(nóng)業(yè)科學，2015，43（2）：140-141，154.

［5］張志學，劉占江，高振東，等.國內(nèi)外高粱發(fā)展趨勢及對策[J].雜糧作物，2002，22（2）：72-74.

［6］張俊珍，程慶軍，田承華，等.幾個高粱新選育親本配合力分析[J].山西農(nóng)業(yè)科學，2016，44（4）：440-443，455.

［7］鄒劍秋.加快高粱體系建設促進高粱體系發(fā)展[J].農(nóng)業(yè)技術與裝備，2010（17）：7-9.

［8］王紅育，李穎.高粱營養(yǎng)價值及資源的開發(fā)利用[J].儀器研究與開發(fā)，2006（2）：91-93.

［9］盧慶善，丁國祥，鄒劍秋，等.試論我國高粱產(chǎn)業(yè)發(fā)展：二論高粱釀酒業(yè)的發(fā)展[J].雜糧作物，2009，29（3）：174-177.

［10］景小蘭，柳青山，平俊愛，等.山西省高粱產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢與對策[J].山西農(nóng)業(yè)科學，2014，42（6）：621-624.

［11］牛天堂，侯荷亭.高粱恢復系晉粱5號的選育及其系譜分析[J].山西農(nóng)業(yè)科學，1990（4）：1-4.

［12］張福耀，李團銀，李占林.高粱產(chǎn)業(yè)發(fā)展與科技創(chuàng)新目標研究[J].農(nóng)業(yè)技術與裝備，2010（9）：10-13.

［13］劉宣雨，劉樹君，宋松泉.建立甜高粱高頻、高效再生體系的研究[J].中國農(nóng)業(yè)科學，2010，43（23）：4963-4969.

［14］焦少杰，王黎明，姜艷喜，等.粒用高粱機械化栽培品種選擇[J].園藝與種苗，2012（12）：1-2.

［15］史紅梅，宋旭東，李愛軍，等.高粱產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)如何與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機械相結(jié)合[J].山西農(nóng)業(yè)科學，2012，40（4）：307-309，356.

［16］屈陽.武威市甜高粱的工業(yè)化開發(fā)利用[J].中國糖料，2016，38（2）：74-76.

［17］陳朝儒，王智，馬強，等.甜高梁莖汁及莖渣同步糖化發(fā)酵工藝優(yōu)化[J].農(nóng)業(yè)工程學報，2016，32（3）：253-258.

［18］羅洪，張麗敏，夏艷，等.能源植物高粱基因組研究進展[J].科技導報，2015，40（16）：17-26.

［19］儀治本，梁小紅，趙威軍，等.高粱基因組遺傳圖譜構(gòu)建的研究進展[J].農(nóng)業(yè)生物技術學報，2006，14（2）：279-285.

［20］楊婷婷，平俊愛，張福耀，等.高粱雜交種晉雜31號選育報告[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2015，18（2）：47-48.

Study on Sorghum Industry Technology Innovation Chain

WANGHuixian1，WANGHuijie2，ZHANGJianhua1，GUORuifeng1，F(xiàn)ANNa1，GUANWanghui1，BAI Wenbin1
（1.Institute ofSorghum，Shanxi AcademyofAgricultural Sciences，KeyLaboratoryofSorghumGenetic and GermplasmInnovation ofShanxi Province，Jinzhong030600，China；2.Shanxi Station ofSoil&Fertilizer，Taiyuan 030001，China）

Sorghum,as an important food and feed crop,has a great influence on the sustainable development of global agriculture. Byanalyzingthe state ofthe sorghumindustrytechnological innovation chain,we find many problems that exist.In addition,based on the sorghum industry technological innovation chain,we should accelerate the sorghum production mechanization,realize the combination of industryand research,carryout joint research,speed up the change ofachievements,promote the perfection ofsorghum industry chain in China,upgrade the industrial structure and improve the core competitiveness ofsorghumindustry.

sorghum;industrialization;innovation chain;current situation;countermeasures

F326.11

A

1002-2481（2016）12-1887-04

10.3969/j.issn.1002-2481.2016.12.37

2016-08-30

國家科技支撐計劃項目（2014BAD07B02）

王慧賢（1983-），女，山西稷山人，助理研究員，主要從事高粱栽培研究工作。白文斌為通信作者。