综述：欧洲甜菜案例：气候变迁与循环农业背景下传统粮食作物的挑战综述

本综述系统探讨了欧洲甜菜产业面临的气候变化与农业转型挑战，分析了甜菜作为糖料作物在可持续生产、病虫害抗性育种（如抗根腐病基因Rz1/Rz2）、生物技术应用（如CRISPR基因编辑）及副产品高值化（如蔗糖生物转化平台）等方面的前沿进展，为应对极端环境（干旱/涝渍）和实现循环农业（生物基经济）提供战略视角。

　　

引言

欧洲作为全球主要甜菜（Beta vulgaris subsp. vulgaris var. altissima）产区，贡献了世界约50%的甜菜糖产量（1700万公吨）。甜菜不仅是传统食品蔗糖的来源，其加工副产物（ pulp, molasse, carbonation lime）和地上部分生物质更具增值潜力。随着气候变迁与循环农业需求，甜菜产业面临产量提升、环境适应性及非食品应用拓展等多重挑战。

甜菜的价值维度

蔗糖生产与需求

甜菜糖产量达12吨/公顷（欧盟均值），约为理论最大值的一半。蔗糖除作为甜味剂外，更是生物基工业的关键碳源，可替代化石原料用于化工、医药及能源领域（如生物乙醇）。欧洲蔗糖年消费量约1680万吨，其中生物基应用占140万吨。若以生物塑料（如聚乳酸PLA）产能估算，未来欧洲需4200万至9600万吨葡萄糖当量，远超当前产能，需依赖进口或多元化原料策略。

副产物增值路径

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  Pulp（渣粕）：富含果胶的无木质素细胞壁材料，用作饲料、生物能源基质或高值化学品（如单体糖）；

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  Molasse（糖蜜）：含50%残糖，用于饲料改良或发酵底物生产低聚果糖（FOS）；

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  Carbonation lime（碳酸钙渣）：类似天然石灰石，用于酸性土壤改良或低碳水泥生产；

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  地上部分生物质：占收获物鲜重三分之一，可提取蛋白质（如RuBisCO）或开发为绿色肥料。

栽培与育种技术前沿

精准农业实践

依托GPS、无人机传感与变量施肥（VRT）技术，实现播种深度（2–4 cm）、植株密度（7–9万株/公顷）及病虫害管理的精细化操作。集成害虫管理（IPM）策略因应欧盟农药限用政策（如新烟碱类杀虫剂禁用），结合生物防治（如益生微生物组）和生物刺激剂（如海藻提取物）提升可持续性。

抗逆育种与生物技术

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  抗病性基因挖掘：野生种质（如海甜菜B. maritima）提供抗根腐病（Rz1/Rz2）、孢囊线虫（Hs1pro-1）及褐斑病（Cercospora beticola）的遗传资源；

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  基因编辑应用：CRISPR技术靶向病毒抗性（如BCTIV病毒干扰）及抗旱性状（ABA通路调控），但欧盟法规仍存不确定性；

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  多倍体与杂交优势：二倍体单胚种质辅以细胞质雄性不育（CMS）系统主导商业品种选育。

气候变化的影响与应对

温度与CO₂效应

升温延长生长季，但增加春冻致早薹风险；CO₂浓度升高提升生物量7–12%，但光合适应性有限。极端天气（干旱/涝渍）导致发芽率下降、根腐病高发及贮藏损失加剧（呼吸作用增强）。

新发病害与虫媒扩张

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  低糖综合征（SBR）：由Pentastiridius leporinus传播的Candidatus Arsenophonus细菌引发，随气候暖化北移；

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  卷顶病毒（Curly top）：原属北美病害，潜在威胁欧洲产区；

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  盐碱化适应：甜菜耐盐性（野生种质溯源）支持边际土地利用，但需防控盐生杂草。

2050愿景：韧性系统构建

栽培创新

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  智能农业：基于AI的病害预测（如无人机监测褐斑病）、机器人除草及滴灌系统（应对水资源短缺）；

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  微生物组工程：根际与叶际益生菌群调控提升抗逆性及养分利用（如生物固氮探索）。

育种范式转型

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  库源关系优化：通过延缓春化（vernalization抑制）或细胞壁强化基因编辑提升根系库容；

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  多抗性聚合：聚合抗病、抗虫及非生物胁迫耐受性，培育广适性品种；

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  韧性评估框架：品种测试需纳入多变环境模拟，以稳定性替代单一高产目标。

产业链整合

糖厂转型生物精炼厂（biorefinery），整合副产物高值化（如渣粕制纸材、糖蜜发酵）与绿色能源生产（生物甲烷），降低每吨糖能耗（目标≤600 kWh）。

结论

欧洲甜菜产业需通过多学科协作应对气候与政策双重挑战：在育种层面加速基因编辑技术应用与抗性整合，在栽培层面推广精准农业与生态管理，在产业层面深化循环经济模式。唯有构建韧性生产系统，方能保障甜菜作为可再生碳源在食品与工业双轨中的战略地位。