菊芋（Helianthus tuberosus）又名洋姜，是一种菊科向日葵属宿根性草本植物。菊芋原产北美洲，十七世纪传入欧洲，十八世纪传入中国。被联合国粮农组织誉为“21世纪最具有代表性的健康食品”。

菊芋，富含功能性因子，具有利水除湿、清热凉血、肝脏益胃、排毒养颜、减肥瘦身、保护肠道、降血脂血压、双向调节血糖、促进矿物质吸收、提高人体免疫力等功效。

一、形态特征菊芋是多年生草本植物，高1-3m。具块状地下茎。茎直立，上部分枝，基部叶对生，上部叶互生，有叶柄，叶柄上部有狭翅，叶片卵形至卵状椭圆形，长10-15cm，宽3-9cm，先端急尖或渐尖，基部宽楔形，边缘有锯齿，上面粗糙，下面被柔毛，具3脉。头状花序数个，生于枝端，直径5-9cm，有1-2个线状披针形的苞叶；总苞片披针形或线状披针形，开展；舌状花中性，淡黄色，特别显著；管状花两性，阴云育，花冠黄色、棕色或紫色，裂片5。瘦果楔形；冠毛上端常有2-4个具毛的扁芒。花期8-10月。

二、生长习性

1、耐寒抗冻：块茎在-30℃的冻土层中可安全越冬。块茎在6～7℃时萌动发芽，8～10℃出苗，早春幼苗幼能耐1～2℃低温，秋季成叶能忍受短期-4～-5℃。温带18～22℃，光照12小时，有利于块茎形成。

2、耐瘠薄：对土壤要求不严，除酸性土壤，沼泽地带不宜种植外，一些不宜种植其他作物的土地，如废墟、宅边、路旁都可生长。

3、抗逆性强：在年积温2000℃以上，年降水150毫米以上，-40℃至-50℃的高寒沙荒地只要块茎不裸露均能生长。

4、抗旱抗风沙：菊芋块茎在沙下30厘米内均可利用本身的养分、水分及强大的根须正常萌发；块茎、根系储存水分能力强,待干旱期维持生长所需；随着根茎发达,起到固沙作用。

5、再生性强：一次种植可永续繁衍。大旱时,地上茎叶全部枯死，但一旦有水，地下茎又重新萌发；每一复生块茎,都分蘖发芽,年增殖速度可达20倍。菊芋籽落地扎根,四处繁衍。

6、改良盐碱地：菊芋根系发达，通过主动吸收盐分并储存于茎叶中，已成为盐碱地修复的重要作物。菊芋根际微生物活动旺盛，增加土壤孔隙度和有机质含量，种植菊芋后土壤pH值显著下降，酶活性提高，土壤团粒结构优化。

、种植贮藏

1、生长特征：中国北方地区3月份地温开始回升，冬眠的块茎逐渐由冰冻状态复苏过来。当地温达到10℃时开始发芽，4月初叶片露出地面并开始生长，期间晚霜对其毫无影响和损害。正常情况下，8月末至9月初菊芋茎高2m左右开始开花。花为纯黄色，无香味也无异味，花瓣13枚。由于品种不同，叶片的颜色、宽窄也有不同，虽花色相同，但花瓣的宽窄各异。由媒介传粉可结出种子，与此同时地下茎开始结果。早熟品种10月中旬地上茎自然死亡即告成熟，晚熟品种要到冰冻期地上茎死亡后成熟。菊芋的产量（地下块茎）与地上茎的粗细、高矮以及土壤的养分、水分密切相关。如果太过干旱，地上茎很细矮，不开花，或即使开花也不很规则，花片少，地下茎小、产量低，但绝不会旱死。冰冻期地下茎结冰进入冬眠。

2、生态特性① 耐寒、耐旱能力特强，中国荒漠地区大都处于高寒地带，气候寒冷，冰冻期长，气候干燥，多风沙。但菊芋有着极强的耐寒能力，可耐-40℃甚至更低的温度。但有一点不容忽视，那就是菊芋的块茎必须在沙土下面，至少要有1cm厚的沙土覆盖，切不可露出地面。荒漠中干旱、缺水乃正常现象，即使旱情很重，菊芋也能以其所具有的惊人的抗干旱能力安然渡过难关，并于早春块茎开始正常萌发，利用自身的养分和水分供萌芽生长，同时生出大量根系，伸向地下各处寻找养分和水分，供给小苗生长。在新生根系可供给小苗生长的情况下，块茎中的养分、水分还可继续储备，尤其是在雨季，块茎、根系会贮存大量水分，以备干旱时逐渐供给叶茎生长。菊芋的地上茎和叶片上长有类似茸毛的组织，可大大减少水分蒸发。当干旱严重到一定程度时，地下茎会拿出尽可能多的养分、水分供给地上部分茎叶生长，待块茎营养消耗殆尽时，地上茎死亡，然地下茎翌年仍可生长出新苗。

② 抗风沙：荒漠地区风大、干燥、沙土流动性强，但菊芋能在较深的沙土中顶出地面，只要覆盖的沙土厚度不超过50cm，菊芋皆可正常萌发。为了避开春季覆沙，春播可稍晚一些进行。秋季菊芋即将成熟或已成熟时，凭籍它们密麻的地上茎形成一片低矮的防护带，加之其根系的牢固抓沙能力，以及随着地下块茎增多、重量加大对沙土产生的强大压力，共同起到固沙作用。这种利用菊芋治理沙漠的方法，被治沙权威称为治沙成本低、见效快的最佳方法。再有就是菊芋茎叶枯落后经分解成为肥料，对改良土壤、增强有机质含量、改善沙地结构有重要作用，进而为退沙还田、还林创造有利条件。

③ 繁殖力强：菊芋治沙一劳永逸，一次播种后，荒漠上的菊芋将永久生存，并以每年倍以上的增长速度扩张，因此荒漠上的菊芋面积会逐年增加，同时又可从中采收部分块茎，作为种子使用，进一步扩大种植面积。另外，在生长期较长的地区还可收获部分菊芋籽，其发芽率可达100%。即使不收获菊芋籽，它也会随风飘荡到可安家落户的荒漠适宜角落。

④ 保持水土：菊芋的根系特别发达，每株菊芋都有上百根长达0.5～2m的根系深深地扎在土中。因菊芋可以每年倍的速度繁殖扩张，故只需2～3天时间就会在地表形成一层由菊芋的茎和根系编织而成的防护网络，从而有效牢固住了地表层的水土。

3、栽培技术

① 整地施基肥：秋季采收后整地，亩施土杂粪肥5000kg，70%撒施，30%播种时集中沟施；另施硫酸钾15kg，深耕30cm，耕后整平作畦以备播种。② 播种：春季解冻后，选择20～25g重的块茎播种，亩需块茎种子50kg，株行距0.5×0.5m，播种深度10～20cm，播后30天左右出苗。菊芋一年播种，收获后有块茎残存土中，翌年可不再播种，但为了植株分布均匀，过密的地方要疏苗，缺株的地方要补栽。

4、田间管理

① 中耕培土：春天出苗后或雨后要及时除草，并结合中耕进行培土。② 浇水：菊芋的苗期、拔节期、现蕾期和块茎膨大期是浇水的4个关键时期，一般可在4月中旬浇出苗水，5月下旬浇拔节水，8月中旬浇现蕾水，10月中旬浇块茎膨大水。③ 追肥：在施足基肥的基础上，菊芋的生长期需追施两次肥：第一次在5月下旬前后，每亩追施碳氢基肥10kg，促使幼苗健壮多发新枝；第二次在现蕾初期，每亩追施碳氢复合肥15kg，追后浇水。④ 摘蕾：在块茎膨大期要摘花摘蕾，以促使块茎膨大。

5、收获与贮藏

① 收获：秋后正值菊芋块茎快速生长的时期，待到10月上旬，菊芋的叶、茎完全被霜冻死，即可收获地下块茎了。采用人工或机械等办法，把菊芋块茎从土里取出即可。②冬季贮藏：如果是第二年春季用菊芋的话，可以在秋后把菊芋杆割去，不收菊芋块茎，但第二年春季要尽可能早些取出，否则发芽很快（地温2℃即开始萌发），影响菊芋质量。冬季贮藏方法：秋季挖一浅窖，把菊芋放入，随即撒上沙土，保持湿度和足够的通气，然后四周盖上5cm厚的土，不要让菊芋暴露出来。大量贮藏时，可用草把子作几个通气孔。菊芋在0℃以下即开始冬眠，冬季贮藏期间怕热不怕冷，只要有土盖住，-50℃也不会被冻死，第二年仍可发芽生长。要本着这一原则做好冬季贮藏工作，只要温度不高，就不会霉烂。③包装与运输：菊芋的包装一般可采用塑料编织袋包装，即透气又保湿，一般放置10～20天没问题。菊芋的运输可采用汽运或铁路运输，采用汽车运输应将菊芋用苫布盖好，以免失水过多。铁路运输最好选用通风的车皮装载。若选择船运，应将菊芋置于通风良好、低温的状态下海运时间最好不超过30天。

                                                                           碳氢核肥菊芋茎秆粗壮 叶片厚、油亮

四、化学成分块根含菊糖(inulin)，蔗糖1F-β-D-果糖转移酶(sucrose 1F-β-D-fructosyltransferase)，核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶(ribulose-1,5-bisphosphatecarboxylase)，多酚氧化酶(polyphenoloxidase)，旋覆花酶(inulase)，果糖低聚糖(fructo-oligosaccharides)。叶含向日葵精(heliangine)，肿柄菊内酯(tagitinin)E，密花绵毛叶菊素(erioflorin)。叶的腺毛含勒普妥卡品(leptocarpin)，14-羟基勒普妥卡品(14-hydroxyleptocarpin)，巴德来因(budlein)A,巴德来因A巴豆酸酯(budlein A tighate)，巴德来因A2-甲基丁酸酯(budlein A2-methylbutyrate)，巴德来因 A异丁酸酯(budleinA isobutyrate),巴德来因A甲基丙烯酸酯(budlein A methylacry-late)，4,5-异-巴德来因A异丁酸酯(4,5-iso-budlein Aisobutyrate)，4,15-异-阿吹坡利西内酯醇异丁酸酯(4,15-iso-a-tripliciolide isobutyrate)，4,15-异阿吹坡利西内酯醇甲基丙烯酸酯(4,15-iso-atripliciolide methyl acrylate，4,15-异阿吹坡利西内酯醇巴豆酸酯(4,15-iso-atripliciolide tiglate)，4,15-异阿吹坡利西内酯醇当归酸酯(4,15-iso-atripliciolide angelate)，3-羟基-阿吹坡利西内酯醇巴豆酸酯(3-hydroxy-atripliciolide tiglate)，8β-14二羟基木香烯内酯(8β,14-dihydroxy costunolide)，去乙酰锯齿泽兰内酯(desacetyleupaserrin)，14-乙酰氧基替替佛灵环氧当归酸酯(14-acetoxy tlthifolin epoxyangelate),，1α, 2-二羟基羽状半裂素(lα,2-dihydroxy pinnatifidin)，棘壳孢菌素(pyrenocin)A、B,茉莉酮酸(jasmonic acid)，甲基β-D-吡喃葡萄糖块茎酮酸酯(Meβ-D-glucopyranosyl tuberonate)，甲基β-D-吡喃葡萄糖向日葵酸酯(Meβ-D-glucopyranosyl helianthenate)A、B、C、D、E、F，甲基块茎酮酸葡萄糖甙(Me tuberonic acid giucoside)。地上部分的挥发油含向日葵醇(helianthol)A、芳香性成分中主要含有β-甜没药烯(β-bisabolene)。

五、经济价值

1、高寒沙漠生物量最大的植物：叶、茎、根块均是优质青饲料；可作为解决沙化草原人工植被的选择之一，在不影响固沙的前提下，种后第三年即可适当收获。它的块茎即可食用，又可通过深加工制成淀粉、菊糖、食品添加剂、酒精、保健品等。菊芋的叶和茎秆还可用做饲料。可见，菊芋在治沙、固沙的同时，还具有很大的开发利用价值，特别适合开展沙地产业化经营。

2、 菊芋块茎耐储存：富含氨基酸、糖、维生素等，每100克块茎中含水分79.8克，粗蛋白0.1克，脂肪0.1克，碳水化合物16.6克，粗纤维0.6克，灰分2.8克，钙49毫克，磷119毫克，铁8.4毫克，维生素B 10.13毫克，维生素B 20.06毫克，尼克酸0.6毫克，维生素C 6毫克，并含丰富的菊糖、多缩戊糖、淀粉等物质。菊芋块茎质地白细脆嫩，无异味，可生食、炒食、煮食或切片油炸，若腌制成酱菜或制成洋姜脯，更具独特风味。

3、菊芋是提取高纯度低聚果糖的最佳原料：低聚果糖可有效增殖人体内双歧杆菌、降低血脂、改善脂质代谢,提高人体免疫功能，已被广泛运用于医药、保健领域。市场上的“双歧因子”等医药保健品,均以菊芋为原料。

4、果糖发酵后尚可制成酒精：被称为绿色石油，是很好的代用燃料，又是增加汽油燃烧质量的理想提高剂。

5、菊芋可作为医药原料：菊芋富含功能性因子，通过提取有效成分可治疗多种疾病。

6、菊芋的块茎和地上茎叶可做饲料饲喂兔、猪、羊、牛、马等：既可在菊芋生长旺季割取地上茎叶直接用做青饲料，也可在秋季粉碎后制做干饲料。

六、产品深加工

菊粉及低聚果糖国际上以日本研究、开发和应用居领先水平。在欧美及韩国的应用和发展也很快。中国功能性低聚果糖的研究始于20世纪90年代，起步较晚，但发展很快。国家科委“九五”攻关项目取得的科研成果-酶法生产低聚果糖，即为第三代保健食品功能因子，并被称为21世纪高科技生物制品。经国内外多家著名大学及医学院研究证实，菊粉及低聚果糖具有超强增殖人体双歧杆菌的作用，是对人体有益的功能性物质。对于调节机体平衡、恢复胃肠道功能、促进新陈代谢、预防各种疾病、维护人体健康有着极为重要的作用，是21世纪人类健康最具有代表性的典型产品。菊粉作为一种天然功能性食用多糖，具有水溶性膳食纤维和生物活性前体的生理功能，因而已被广泛应用于低热量、低糖、低脂食品中。另外，利用菊芋等植物的块茎制备菊粉，再经酶水解直接生产高纯度果糖，具有工艺简单、转化率高、产物纯等优点。

1、菊粉及低聚果糖的主要特性（1）调节肠胃功能（2）提高免疫力（3）排毒养颜（4）改善脂质代谢（5）促进矿物质吸收（6）有利于维生素合成（7）防止龋齿（8）适宜于糖尿病人食用

2、需求和市场美、英、法、德、澳大利亚以及台湾都已生产含有菊糖及低聚果糖的食品。已应用于乳制品、乳酸菌饮料、固体饮料、糖果、饼干、果冻和冷饮等多种食品。特别是保健食品和老年食品中，约有200多个品种。并可作为填充剂，质构改良剂，风味掩盖剂和脂肪替代品应用于食品中。

3、功能性食品菊粉（菊芋多糖）、低聚果糖（糖浆及粉剂）、高纯度果糖（糖浆），因其结构明确，生理保健功能确切，已成为一种重要的功能性食品。

菊芋多糖是从菊芋中提取的一种果聚糖型植物多糖，是菊芋块茎中的核心活性成分，具有调节肠道菌群、降血糖、降血脂、抗氧化和抗肿瘤等功效，尤其对糖尿病患者的血糖控制效果显著。菊芋多糖的降血糖机制（1） 延缓糖分吸收菊芋多糖中的菊糖（一种可溶性膳食纤维）能减缓食物在肠道中的消化吸收速度，降低餐后血糖的快速升高。此外，菊糖可通过抑制α-葡萄糖苷酶活性，减少碳水化合物的分解，从而减少葡萄糖的生成。（2）改善胰岛素敏感性菊芋多糖可通过激活AMPK信号通路，增强细胞对胰岛素的敏感性，促进葡萄糖的摄取和利用。一项针对2型糖尿病的研究显示，菊芋多糖干预后，空腹血糖显著下降，胰岛素分泌增加。（3）调节肠道菌群菊芋多糖作为益生元，可促进肠道内有益菌（如双歧杆菌、乳酸菌）的增殖，抑制有害菌生长。健康的肠道菌群结构有助于改善脂代谢和糖代谢紊乱，间接调控血糖。（4）双向调节作用菊芋多糖不仅能在高血糖状态下降低血糖，还可缓解低血糖症状。其机制可能与菊糖的结构类似胰岛素有关，可双向调节血糖平衡。（5）促进胰岛素分泌菊粉通过调节胰岛β细胞功能，增加胰岛素表达。菊芋多糖可显著提高2型糖尿病的血清胰岛素水平，并改善胰岛细胞的形态学损伤，使胰岛素阳性表达增加。其机制与菊粉通过短链脂肪酸（SCFAs）激活肠道-胰岛轴有关，间接促进β细胞再生和功能恢复。（6）保护胰岛细胞免受糖毒性损伤长期高血糖会导致胰岛β细胞凋亡，而菊粉通过抑制JNK和p38 MAPK信号通路的过度激活，减少氧化应激和炎症反应，从而保护胰岛细胞。（7）清除自由基与抗氧化酶激活菊粉中的多糖果糖结构可清除活性氧（ROS），并通过激活Nrf2通路增强超氧化物歧化酶（SOD）和谷胱甘肽过氧化物酶（GPx）的活性，减轻氧化应激对胰岛和肝细胞的损伤。（8）菊芋多糖的市场价值随着健康消费趋势增强，菊芋多糖在保健、医药和抗衰老化妆品领域需求激增。菊粉作为益生元成分被广泛用于功能性食品。