填补紫胶虫种质资源库及国产紫胶水果保鲜剂之空白

　　紫胶是特殊且无可替代的重要生物化工材料，广泛应用于电子、食品、军工、医药等领域。我院资源昆虫研究所（简称资昆所）陈晓鸣研究员率领的研究团队针对我国紫胶质量差、产量低、高端产品缺乏等问题，从资源收集保存、生态选育、高效培育和新产品研发等方面开展了系统研究。
　　研究团队历时20年，建立了世界上第一个紫胶虫种质资源库；驯化出多种紫胶虫适应于南亚热带、干热河谷区等环境；并在多气候带区域实现集约化经营；研发出了紫胶精加工关键技术；建成了我国第一条食品级精制漂白胶生产线，开发出了食品级精制漂白紫胶、优质紫胶和紫胶水果保鲜剂等系列产品，填补了我国紫胶水果保鲜剂之空白。提高了紫胶产品的质量、产量和综合效益，增强了我国紫胶产品的市场竞争力，使我国紫胶培育、精加工技术和高端产品步入了国际先进行列。“紫胶资源高效培育与精加工技术体系创新集成”成果获得2013年度国家科技进步二等奖。
建立世界上第一个紫胶虫种质资源库
　　研究团队首次成功异地活体保存了多种气候带的紫胶虫种质资源，构建了世界上第一个紫胶虫及寄主植物种质资源库。库内收集和保存了印度、泰国、缅甸、中国等国家的9种紫胶虫10个品系以及256种寄主植物，并发现和发表紫胶虫新属1个，新种8个。为解决我国紫胶虫种单一、质量差、分布狭窄等制约紫胶产业发展问题奠定了资源基础。
　　陈晓鸣研究员说，与成熟的植物种质资源收集和保存技术相比较，昆虫种质资源的收集和保存缺乏成熟的方法和技术。由于是昆虫活体保存，涉及到昆虫、寄主植物和环境等因素，所以难度较大。
　　首先，要进行生态潜力驯化。因为，引种的国外优质紫胶虫要求环境热量较高，而我国没有满足条件的区域，所以选择冬季和夏季交替野外驯化，不同温度刺激紫胶虫种群，从冬季低温下残存的个体中逐步筛选和培育，再采用夏季恢复种群，经历多年冬季低温筛选和夏季恢复，逐步选育出适应于我国干热区域和南亚热带的紫胶虫新种群。
　　其次，要进行紫胶虫种群复壮。紫胶虫长期在一种寄主植物上生存会产生退化，表现在死亡率增加、性比异常、怀卵量降低、生殖力下降等。我们采用多种寄主植物轮流养殖，驯化紫胶虫对寄主植物的适应性，不断刺激紫胶虫的适应能力，使紫胶虫种群保持优良性状。
　　最后，构建紫胶虫种虫、泌胶能力和寄主植物评价指标体系。保存的紫胶虫及寄主植物是否是优异的种质需要科学评鉴，而我们没有任何可以借鉴的现成方法，所以新创建了紫胶种胶评价指标及方法，紫胶虫泌胶能力评价方法和寄主植物评价方法。评鉴出具生产潜质的7种紫胶虫资源。
驯化出多种紫胶虫适应于南亚热带、干热河谷区等环境
　　经过20多年的研究和探索，通过梯次适应性驯化，成功选育出了适应于我国南亚热带、干热河谷和北热带区域的4种紫胶虫，使我国能用于紫胶生产的紫胶虫种由过去的1种增至了5种，改变了我国长期采用单一紫胶虫种生产的格局，将引种紫胶虫的生产区域拓展到了北热带和干热河谷。同时通过寄主植物适应性研究，发掘了苏门答腊金合欢等12种新寄主植物，并从中筛选出了繁殖快、产胶量高、4种新驯化的紫胶虫能适应的8种优良寄主植物，解决了4种紫胶虫寄主植物较少之难题。为多气候带、多虫种紫胶生产奠定了基础和技术支撑。
　　优异的紫胶虫种质资源虽然保存下来并评鉴出来，但并不能马上应用到生产，还需要很长的驯化过程。在驯化之前又必须彻底弄清其生物学、生态学基础和演化规律，然后才是采取系统的驯化技术，得到生产中需要的紫胶虫种。
　　研究团队对紫胶虫生物学、生态适应性和分子进化与系统发育进行了研究，为紫胶虫驯化提供了科学依据。1）掌握了紫胶虫的种群生态学特征：发现幼虫期环境温度是紫胶虫存活的关键因素，幼虫期温度<10℃大量死亡，成虫耐低温能力高于幼虫约2～3 ℃。研究团队通过调节紫胶虫成虫虫态应对冬季低温，从而使种群适应能力大大提高。2）掌握了紫胶虫对寄主植物适应性规律：紫胶虫口针是否能到达寄主植物枝条新分生出的次生韧皮部，是能否成活的关键，研究团队据此选择出了优良寄主植物以及对枝条修枝整形的系列技术。3）阐明了性比偏斜机制：研究团队发现了紫胶虫性比异常波动遵循局域交配竞争和局域资源竞争机制，通过筛选适宜的环境（温湿度组合等）以及从优良寄主植物中选择枝条萌发能力强的寄主植物有利于引种的紫胶虫扩繁。4）揭示了紫胶虫演化规律：比较分析了7种紫胶虫的遗传距离、核基因EF1α、核糖体28SrRNA、Co1、Co2、16S、12S等基因序列特征。综合形态、细胞和分子生物学的证据指出：亲缘关系与地理分布密切相关，分布环境相近的紫胶虫亲缘关系较近。杂交和分子证据厘清了我国紫胶虫生产用种的分类地位，解决了长期困惑学术界的中国紫胶虫种分类地位问题。并揭示了紫胶虫从热带向南亚热带演化的重要规律，为热带紫胶虫种驯化到南亚热带提供了科学依据。
　　通过20多年梯次生态驯化，4种优质紫胶虫突破了原分布地的气候条件，在我国干热河谷区、南亚热带、北热带区域内成功驯化。4种优质紫胶虫在我国新适生区较原自然分布区平均温度下降3～4℃。4种优质紫胶虫在国内寄主植物较少，大面积生产还是不能实现，为此需要筛选和培育出优良寄主植物。研究团队研究发掘出苏门答腊金合欢Acacia glauca、光叶合欢Albizia lucidior、滇刺枣Ziziphus mauritiana等12种新寄主植物，筛选出8种优良寄主植物，审定植物良种1个，拓宽了寄主植物资源。
创新集成优质高效培育技术体系，使紫胶产量提高20倍
　　研究团队利用这4种紫胶虫和筛选出的优良寄主植物，结合气候资源配置，应用多虫种紫胶生产配置等关键技术，建立了多虫种、多区域紫胶生产基地，产区扩大了150%，年产量由过去150吨不到提高到了现在的3000多吨，提高了20倍。通过林粮、林药、林草等多种人工紫胶园复合生态经济系统构建模式，提高了土地利用率，其产值亦提高了50%～80%，改变了以往紫胶生产单一的土地利用模式。
　　根据选育出4种紫胶虫生物学和生态学特性，提出多虫种紫胶生产地理配置及区域交替养殖技术，紫胶虫不同寄主植物配置及交替轮放技术、紫胶病虫害生态调控技术等多项技术:构建了人工紫胶园复合生态经济系统，实现了紫胶生产集约化经营：选择多种乔木和灌木寄主植物，根据物种、时空结构特征，形成林粮、林药、林草等多种模式，改变了紫胶生产单一土地利用模式。人工复合系统产值提高了50%～80%，土壤流失量比坡耕地和撂荒地分别减少86%和65%，有机质和N、P、K等元素流失量减少89%和80%。
创新的精加工和加工工艺，使国产紫胶水果保鲜剂从无到有
　　研究团队创新的紫胶精加工和加工工艺，取得了13项加工关键技术、17项专利，实现了高端产品产业化的预想。
　　研制出的优质紫胶产品，具有粘接力和抗盐腐蚀能力强，绝缘防潮、透明和延展性均好等特点，可满足军工、电子等特殊行业需求。开发出食品级精制漂白紫胶和7种紫胶水果保鲜剂等系列产品，填补了我国紫胶水果保鲜剂之空白，打破了国外水果保鲜剂垄断中国市场之格局，极大地提高了水果商品价值。目前，本技术已支撑和培育了20多家水果保鲜剂企业，产品已占国内市场一半以上。
　　经过长期的艰苦研究，我国紫胶综合加工利用技术步入国际先进行列。漂白紫胶脱水干燥关键技术，干燥时间由过去的15～20天减少到了3～5天；应用漂白紫胶微粒回收关键技术，从废液中回收漂白紫胶4.9公斤/立方米，增产5%以上，每吨新增利润超过5000元。废液中的化学需氧量和5日生化需要量分别降低了77.64%和67.29%，悬浮物降低了99.6%，显著减轻了环境污染；采用漂白紫胶颗粒除盐洗涤技术，漂白紫胶水溶物和残留物分别下降了66%和60%，洗涤时间减少了60%，用水量减少30%～40%；运用漂白紫胶脱氯技术，使产品含氯量小于0.8%；产品热寿命大于4分钟，质量优于国外产品。国外产品含氯量为1%～2%，国外产品热寿命只有1～2分钟。这些技术的营养提高了紫胶色素、紫胶蜡等副产品的产量、质量和综合效益。附加值显著提高。
　　目前，成果已在云南、广东、广西、福建、江西、湖南、四川等省区进行生产示范和推广，14.5万多农户和30多家企业受益，近3年产值已达16.9亿元。同时，紫胶培育过程中，营建的大面积寄主植物在绿化荒山、保持水土、保护天然林、改善生态环境等方面发挥了巨大的作用。在我国，目前紫胶生产主要集中于云南，云南既是我国紫胶原产地，也是主产地，占全国产量90%以上，是当地农民的主要收入来源和脱贫骨干项目。
　　谈及未来，陈晓鸣研究员说，他们的目标是开展高产新品种选育，开拓新产品新用途，更好地服务社会、服务企业和林农。并希望，各级政府加强政策扶持,保障紫胶产业长期稳定发展；成立行业组织,稳定价格机制；加强技术革新,注重产品定位,开拓市场,以促进紫胶产业的壮大和发展。（王建兰 侯春华）
中国林科院宣传中心 科技处 资昆所 2014-2-10

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