甘薯(Ipomoea batatas)是继水稻、小麦、玉米之后的我国第四大粮食作物,目前年种植面积约750万公顷,占世界种植面积的62%,总产量占世界的84%。甘薯能量产量高,单位面积能源产出约为玉米的三倍;其出酒率也较高,转化效率约10%,即10吨鲜薯或2.8吨薯干可生产1吨酒精,且生产成本是目前粮食酒精中最低廉的。因此,甘薯成为发展生物质能源的重要选择。
中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所研究员张鹏团队与山东泰安农业科学院合作,成功培育出淀粉改良的转基因甘薯,并于近期收获。该研究旨在利用沙地、滩涂、盐碱地等边际土地种植甘薯,避免与主要粮食作物争地,同时保障粮食安全。甘薯为匍匐生长,受台风影响小,且通过无性繁殖,基因漂移风险低,适合转基因研究。
转基因甘薯的直链淀粉含量可从常规的20%-30%扩展至0%-70%,满足生物基产品加工对原料品质多样化的需求。例如,普通甘薯淀粉用于食品加工,而通过化学方法获得的变性淀粉广泛应用于医药、纺织、造纸等行业。淀粉组成的多元化有助于提高燃料乙醇的转化效率。
研究历程始于2006年,在上海进行转基因植株培养,2007年通过分子生物学检测,2008年获农业部许可,2009年在泰安进行田间中试。在256个株系中,十余个获得成功,淀粉品质改善,生长良好,产量稳定。我国已建立甘薯遗传转化体系,可对50多个品种中的30多个进行遗传操作。
未来方向包括利用黄河三角洲盐碱地种植耐盐碱甘薯品种,以及结合产业需求推动变性淀粉和燃料乙醇生产。张鹏表示,田间试验后还需进行环境释放试验和商业化评估,但转基因甘薯在生物能源领域潜力巨大。