禾本科(Gramineae)甘蔗屬(Saccharum)多年生草本。莖稈汁液是制糖的主要原料。生啖的稱果蔗。近年已發展成為能源作物之一。制糖後的副產品用途廣泛。(見彩圖)
甘蔗田
全世界食糖產量中，蔗糖約占60％。20世紀80年代初年產量約為6400萬噸，種植總面積1300多萬公頃。中國甘蔗種植面積約60萬公頃，產糖量近300萬噸；臺灣省種植面積約10萬公頃，通常年產量約80萬噸。
甘蔗的類型很多。從染色體組成看，因甘蔗是異源多倍體的雜合體，同一個種以至同一植株的染色體數也有很大差異。野生種有：①熱帶野生種或野生大莖種(Saccharum robustum)，2n=60～194；②野生肉質花穗種(S.edule)，2n=70～94，可作蔬菜；③野生割手密種（甜根子草，S.spontaneum），2n=40～128。原始栽培種有：①中國種(S.sinensis)，2n=106～118；②熱帶種(S.officinarum)，2n=80～128；③印度種(S.barberi)，2n=81～124，有人認為可歸入中國種。現代生產上用的多為雜交種，染色體變化更大，有2n+n，n+2n，n+n等等，染色體數有多達200條以上的。
起源和歷史 關於栽培甘蔗的起源大致有3種說法：①起源於印度。公元前327年亞歷山大三世（大帝）在印度見當地人嚼食一種狀如蘆葦的植物，無蜂幫助而有“蜜”，後曾因此而稱糖為“無蜂之蜜”。②起源於南太平洋的伊裡安島一帶。20世紀30年代英國探險者在伊裡安采集到熱帶野生種甘蔗，並發現普遍生長著割手密。據此認為熱帶栽培種即由熱帶野生種演變而來，並推測世界栽培的甘蔗起源於伊裡安一帶。中國栽培種甘蔗也是由那裡傳來的，後因地殼變遷，形成海洋阻隔，發展成為獨特的中國種。然而近年甘蔗活葉光譜和葉片光合膜等的研究結果顯示，割手密野生種和中國栽培種甘蔗都是最古老的種。③起源於中國。《楚辭·招魂》中有“柘漿”詞，“柘”即“蔗”，柘漿是指甘蔗汁。東漢張衡《七辯》一文已有“沙糖”之稱。南朝陶宏景《名醫別錄》記有“蔗出江東為勝，廬陵亦有好者。廣州一種數年生，皆大如竹，長丈餘，取汁為沙糖，甚益人。又有荻蔗節疏而細，亦可噉也。”記載瞭甘蔗品種和栽培地區可制砂糖亦可生吃。有關甘蔗的描述在中國古代文獻中屢見不鮮，可見中國是最古老的種蔗國之一。蘇聯學者瓦維洛夫認為中國種甘蔗(S.sinensis)的起源中心在中國。
中國的栽培甘蔗和制糖技術，據日本鳥倉龍治《沖繩一千年史》記載，公元754年由鑒真和尚東渡時傳入日本。13世紀意大利《馬可·波羅行記》中曾提到今雲南與老撾交界處產糖，印度商人到中國福州、泉州等地來買糖。此外，還有華僑將制糖技術自中國福建傳去東南亞的記載。後甘蔗栽培和制糖方法又被傳去中東，再經地中海傳至西班牙南部。哥倫佈第2次去美洲時，將蔗種帶去聖多明各種植；1650年前後巴西、秘魯、南美和大西洋島嶼各地也開始種蔗。18世紀後遍及全世界。
現在甘蔗生長地區分佈於北緯32°至南緯30°之間，甚至達北緯37°和南緯35°的地方，但主產區則在南北緯25°之間。世界上以巴西、印度、古巴、澳大利亞、墨西哥、中國、菲律賓、南非、泰國、美國、阿根廷、多米尼加和印度尼西亞為主要產蔗糖國傢，年產量都在100萬噸以上。
中國蔗區主要分佈在長江以南的廣東、臺灣、廣西、福建、雲南、四川、江西、浙江、湖南、貴州等省（自治區）以及海洋島嶼。種蔗的海拔高度在赤道附近達1500米。
形態和特性 主要栽培用甘蔗(S.officinarum)為須根系，莖實心粗壯（圖1），高0.5～6米。復總狀花序，每個花軸節上著生2個小穗，一有柄、一無柄。每個小穗有外護穎、內護穎、內含2朵小花，僅第2小花結實。結實小花有外稃(外穎)、內稃（內穎），鱗被2，雄蕊3個，雌蕊1個。子實為穎果，比芝麻細小，每個花序著生小穗8000～30000個（圖2）。生產上多行無性繁殖。為避免影響蔗莖生長和糖分積累，不待開花、結實即行收割，故通常在田間隻能見到根、莖、葉3部分。蔗莖既是制糖原料，又是做種的材料，由節間和節以及節上的芽和根點組成（圖3）。節和節間分界處有一明顯生長環，為分生組織，幼嫩莖易在此截斷。蔗莖內部主要為維管束和薄壁細胞，蔗糖即貯於薄壁細胞的液泡內。節間薄壁細胞多，維管束縱向平行。節部薄壁細胞少，維管束多而分支，主要集中在芽和根點的底下，有的平行伸入上一節間，故食用時節硬而不甜。
甘蔗為四碳植物（C4）。其光合作用最初產物為蘋果酸和天門冬氨酸；催化酶是磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶，與二氧化碳親和力強。甘蔗的二氧化碳補償點可低到5%以下，光飽和點則在100千勒克斯以上，氣溫40℃時仍能營光合作用。利用氮素和水的效率較高。原料蔗莖的幹物質一般約占總幹物產量的50～60％，梢部約占15％，蔗根、殘屑和綠葉約占25～35%。蔗莖幹物質中約有97%為有機質，主要元素是碳、氫、氧。綠葉、梢部、殘屑和死莖等的幹物質中有90%為有機質，餘為礦物元素。每噸原料蔗連同所有地上部分約含氮1.25～1.5千克，磷0.85千克，鉀3.5千克，鈣0.95～1.1千克；矽也是大量元素。所含微量元素有鎂、錳、鋅、鋁、銅、硼、氯、硫和鉬等。
育種 生產上仍以有性雜交育種為主。甘蔗結子和萌發成苗的事實發現較晚，1885年才在爪哇和巴巴多斯最初得到從子實萌發長成的植株，故有性雜交育種遲至1887年才在爪哇正式開始，20世紀初雜交種才投產。雜交親本選用野生種，或生產上表現好的栽培種作父本。也有主張用F2、F3野生種後代或遠親作父本，用當代生產上表現好的作母本的。由於甘蔗小穗不便人工去雄，難以完全防止自行授粉，同時因甘蔗是雜合體，自交後分離顯著，雜交組合數和用種子培育的實生苗數宜多。當選後的植株用無性繁殖，不再分離。育種目標：制糖用蔗在於提高以蔗產量和蔗糖分合並計算的單位面積含蔗糖量；能源用蔗隻要求單位面積生產的碳水化合物多；果蔗要求水分多而脆嫩，含蔗糖和還原糖多。熟性、抗性等目標則因地而異。
除有性雜交外，芽變育種、組織培養、物理、化學誘變和細胞雜交等方法也有應用。甘蔗繁殖系數低，育出的優良植株，須加速繁殖；用組織培養方法可加快繁殖速度。
栽培 甘蔗喜光、喜熱，生長的有效溫度在15℃以上，自萌發至糖分積累的最適宜溫度都為30℃。在30℃發芽成苗的甘蔗，當季產量和宿根蔗產量均高，且品種不易退化。強光不僅有益於甘蔗長粗和分蘗，也可促進蔗糖分的形成和積累。甘蔗好水又怕水；對土壤要求不嚴，較耐鹽，以含有機質豐富的中性偏微堿的沙壤到粘壤較好。最喜鉀，但其他元素也不可缺。肥料的施用須兼顧蔗產量和糖分積累。
甘蔗栽培有新植和宿根兩大類。在中國，兩類的比例目前約為1:1，其他國傢一般宿根多於新植。新植蔗中又分春植、夏植、秋植、冬植，因地而異。中國實行育苗移栽，可使土地利用和耕作制度更加合理，且有利於甘蔗增產和糖分積累。栽培的主要技術有下種、苗期和伸長期管理等。
下種 選擇種苗一般經田塊選、株選、砍種選等步驟。中選的莖砍留生長點以下、芽已發育健全而未老化、含蔗糖分少的一段做種。下種時，再砍兩個芽為一段，以免除頂端優勢，保證水分和養分及利於萌發整齊。許多國傢多用整莖或半莖做種，用機械下種後砍斷於土中，蔗種損失較多。為節省蔗種，可采蔗芽帶有部分蔗莖的芽片種和一節一個芽的單芽種以及組織培養小苗移栽等方法。蔗芽在13℃、根點在10℃即開始萌發，從根點萌發的根系稱種根。萌發隨溫度升高而加快。為加速蔗種內養分水解，避免失水幹癟，適合甘蔗水多長根、水少長芽的特性，土壤濕度宜保持60～70％。
苗期管理 發芽後出現第1片真葉即進入幼苗期。一般具有3片真葉時才從幼苗基部發生永久根；但芽鱗多的甚至在真葉未出現前永久根即已發生，宿根蔗常有此現象。苗期適宜溫度在15℃以上，土溫對幼苗生長關系更大。苗期最怕水，生理用水不多，主要是生態用水，土壤濕度保持60～70％即可。土壤積水會妨礙幼苗生長甚至導致幼苗死亡。苗期施肥約占總追肥量的10％，宜多施磷肥，結合施肥進行間苗、補苗、淺中耕除草和小培土，以促進分蘗。萌發分蘗所需溫度在20℃以上，溫度和光與分蘗多少成正比。土壤濕度要求在70％左右。分蘗時期的施肥一般占施肥總量的20％左右，尤應多施鉀肥，並結合施肥進行間苗、中耕培土，以鞏固早生分蘗。
伸長期管理 蔗株長出12片真葉後，即發大根、開大葉、長大莖，進入伸長期，所需溫度在25℃以上，土壤濕度要求80～90％，是最喜水的階段。光照要求更強和更長，也是光合作用最旺盛的時期，產量的70％左右在這時形成。宜施重肥，施量占用肥總量的50％以上；同時結合大培土覆蓋肥料，防止倒伏，控制分蘗，進行定苗。伸長中、後期結合施肥進行高培土，使蔗株均勻分開，以利通風透光，並防止倒伏和病蟲害。這時對光照的要求更高，全被遮蔭的蔗株會造成生理死亡。伸長末期土壤濕度應逐漸降低至60～70％。結合培土對生長旺盛的甘蔗剝除腳葉，有利於蔗節與土壤接觸，從而加速長根；伸長後期及時剝除枯老葉，則對防冶病蟲害、加強通風透光和蔗糖分的積累等有益；但幹旱時不宜進行剝葉。
成熟和收獲 甘蔗的成熟分為工藝成熟和生理成熟。制糖甘蔗的收獲期根據工藝成熟標準而定。工藝成熟以莖內糖分積累達到最多時為準。其外部形態表現為梢尖細，葉片變小，色變黃綠，蔗莖外表光滑，蠟質脫落，莖色變深。糖分積累由下逐節向上。生長基本停止後，除未充分生長的梢部各節外，上下各節的蔗汁錘度比達到0.9～1.0時，即為工藝成熟。在蔗形成3個以上完整的節後，生長錐在一定條件下會分化轉向生殖生長，經孕穗、抽穗、開花、結實而達到生理成熟。收獲程序一般為先早熟後中熟、晚熟品種；先宿根，後新植；先旱地，後洲地、水田；先砂土，後壤土、粘土。砍收、運輸和壓榨的時間須緊密銜接，以防變質和降低糖分。砍收後無法及時加工的，須蔗蔭和適量灑水。收獲時要盡量減少夾雜物。種子的收獲一般在授粉後20多天時進行。
病蟲害等的防治 甘蔗病害已發現有100多種。最常見的有赤腐病、鳳梨病、嵌紋病、灰煤病、褐條病、環斑病、銹病、梢腐病、黑腐病和宿根滯頓病等。此外線蟲病也有發生。防治辦法包括消滅帶病害蟲、藥劑防治、蔗種用50～52℃溫湯或蒸汽消毒、選用無病蔗種、砍種刀消毒、病害流行區不留宿根蔗、及時剝葉、清除並燒毀蔗田殘屑以及選育抗病品種等。害蟲種類也多，食葉的有粘蟲等；吸汁的有蚜蟲、薊馬、介殼蟲、草蟬、長蝽、浮塵子等；鉆心的有螟蟲等；為害地下部或基部的有金針蟲、蠐螬、白蟻、天牛、蟋蟀、螻蛄和食根蚜等。除藥劑防治和培育抗蟲品種外，用赤眼蜂、紅螞蟻等進行生物防治，現已受到重視；性誘、食物誘殺等方法也已試驗應用。對雜草可用人工、機械或藥劑防除。輪作尤其是水旱輪作，不僅有益於維持土壤肥力，對防除某些雜草和病蟲害也有重要作用。鼠害在某些蔗區相當嚴重。在亞熱帶和溫帶蔗區，為防禦冬季霜凍害，除采用早熟品種外，在霜凍來臨前幾小時灌水、對蔗葉噴水或在田邊熏煙，也有一定效果。在冬季通常土壤結凍的地方，留宿根的蔗畦要加蓋蔗葉並覆土。
用途 甘蔗含蔗糖分一般為14％，高的達15％以上，收回率一般為90％。蔗糖可產生的熱量也較高。甘蔗除制糖外還有多種用途：制糖後的蔗渣是很好的能源，還可作飼料和造紙、制纖維板、人造棉、尼龍絲、糠醛等的原料，以及香菇、木耳的培養基等，廢糖蜜可用於制酒精、高級食用酒、味精、酵母、甘油、丙酮、丁醇、檸檬酸、賴氨酸等。濾泥可提取蔗蠟、甾醇。蔗葉、蔗梢可作飼料和用於編織。加工後的副產品均可作肥料。果蔗富含還原糖和水分，纖維短而脆，又稱脆皮蔗，是受人喜愛的水果。