Рис – это зерновое зерно , и в одомашненном виде он является основным продуктом питания для более чем половины населения мира , особенно в Азии и Африке . Рис — это семена травы вида Oryza sativa (азиатский рис) или, гораздо реже, O. glaberrima (африканский рис). Азиатский рис был одомашнен в Китае примерно 13 500–8 200 лет назад, тогда как африканский рис был одомашнен в Африке около 3 000 лет назад. Рис стал обычным явлением во многих культурах мира; в 2021 году было произведено 787 миллионов тонн, что поставило его на четвертое место после сахарного тростника , кукурузы и пшеницы . Лишь около 8% риса продается на международном уровне. Китай, Индия и Индонезия являются крупнейшими потребителями риса. Значительное количество риса, произведенного в развивающихся странах, теряется после сбора урожая из-за таких факторов, как плохая транспортировка и хранение. Урожайность риса может снизиться из-за вредителей, включая насекомых, грызунов и птиц, а также из-за сорняков и таких болезней , как рисовый ожог . Традиционные поликультуры , такие как выращивание риса и уток , и современные комплексные методы борьбы с вредителями, направлены на устойчивый контроль ущерба от вредителей .
Многие сорта риса были выведены для улучшения качества и урожайности урожая. Биотехнология позволила создать рис «Зеленой революции» , способный давать высокие урожаи при использовании азотных удобрений и интенсивном управлении. Другими продуктами являются рис, способный экспрессировать человеческие белки для использования в медицинских целях; устойчивый к наводнениям или глубоководный рис ; и засухоустойчивые и солеустойчивые сорта. Рис используется в качестве модельного организма в биологии.
Сухое рисовое зерно измельчают для удаления внешних слоев; В зависимости от того, сколько удалено, продукты варьируются от коричневого риса до риса с зародышами и белого риса. Некоторые пропаривают , чтобы их было легче готовить. Рис не содержит глютена ; он обеспечивает белок , но не все незаменимые аминокислоты, необходимые для хорошего здоровья. Рис разных сортов едят во всем мире. Длиннозерный рис имеет тенденцию оставаться неповрежденным при приготовлении; среднезернистый рис более липкий, его используют для сладких блюд, а в Италии — для ризотто ; а клейкий короткозернистый рис используется в японских суши , поскольку он сохраняет форму при приготовлении. Белый рис в приготовленном виде содержит 29% углеводов и 2% белка, а также немного марганца . Золотой рис — это сорт, полученный с помощью генной инженерии и содержащий витамин А.
По оценкам, производство риса станет причиной более 1% глобальных выбросов парниковых газов в 2022 году. Прогнозируется, что урожайность риса упадет примерно на 20% при повышении средней глобальной температуры на каждый 1°C. В человеческой культуре рис играет роль в определенных религиях и традициях, например, на свадьбах .
Растение риса может вырасти до более 1 м (3 футов) в высоту; в глубокой воде он может достигать длины 5 м (16 футов). Одно растение может иметь несколько облиственных стеблей или побегов . Прямостоячий стебель по всей длине соединен узлами ; из каждого узла выходит длинный тонкий лист. [1] Самоплодные цветки образуют метелку , разветвленное соцветие , которое возникает из последнего междоузлия на стебле. В метелке может быть до 350 колосков , каждый из которых содержит мужские и женские части цветка ( пыльники и семязачаток ). Из оплодотворенной семязачатка развивается съедобное зерно или зерновка . [2]
Рис — злак, принадлежащий к семейству Poaceae . Как тропическую культуру, ее можно выращивать в течение двух сезонов года (засушливых и влажных) при условии наличия достаточного количества воды. [3] Обычно это однолетнее растение, но в тропиках оно может выжить как многолетнее растение , давая урожай крыс . [4]
Как и все сельскохозяйственные культуры, рост риса зависит как от биотических, так и от абиотических факторов окружающей среды. Основными биотическими факторами являются сорт сельскохозяйственных культур, вредители и болезни растений . К абиотическим факторам относятся тип почвы (низинная или возвышенная), количество дождевой или поливной воды, температура, продолжительность дня и интенсивность солнечного света. [5]
Зерна риса можно сажать прямо в поле, где они будут расти, или выращивать рассаду на грядке и пересаживать в поле. Для прямого посева требуется около 60–80 кг зерна на гектар, а для рассады — меньше, около 40 кг на гектар, но требует гораздо больше труда. [6] Большую часть риса в Азии пересаживают вручную. Механическая пересадка занимает меньше времени, но требует тщательно подготовленного поля и выращивания рассады на ковриках или в лотках, соответствующих машине. [7] Рис не будет хорошо себя чувствовать, если постоянно находиться под водой. [8] Рис можно выращивать в различных условиях, в зависимости от наличия воды. Обычно низинные поля окружаются насыпями и затопляются на глубину в несколько сантиметров примерно за неделю до сбора урожая; для этого требуется большое количество воды. Техника «попеременного смачивания и сушки» требует меньше воды. Одна из форм этого заключается в том, чтобы затопить поле на глубину 5 см (2 дюйма), а затем позволить уровню воды упасть до 15 см (6 дюймов) ниже уровня поверхности, как измеряется путем наблюдения за перфорированной полевой трубой для воды, погруженной в воду. почву, а затем повторяем цикл. [9] Глубоководные сорта риса переносят затопление на глубину более 50 сантиметров в течение как минимум месяца. [10] Возвышенный рис выращивается без затопления, в холмистых или горных районах; его выращивают на богарных землях , как пшеницу или кукурузу. [11]
По всей Азии немолотый рис или «падди» (индонезийский и малайский « пади ») традиционно был продуктом мелкого земледелия с ручным сбором урожая . Более крупные фермы используют такие машины, как комбайны , чтобы снизить трудоемкость. [12] Зерно готово к уборке, когда влажность составляет 20–25%. Сбор урожая включает в себя жатву , складирование срезанных стеблей, обмолот для отделения зерна и очистку путем веяния или просеивания . [13] Рисовое зерно сушат как можно скорее, чтобы снизить содержание влаги до уровня, безопасного для плесневых грибов. Традиционная сушка основана на солнечном тепле, когда зерно раскладывают на циновках или тротуарах. [14]
Съедобные виды риса относятся к кладе BOP семейства злаковых Poaceae . Подсемейство риса Oryzoideae является сестрой бамбука Bambusoideae и подсемейства злаков Pooideae . Род риса Oryza — один из одиннадцати в Oryzeae; это сестра Phyllorachideae . Съедобные виды риса O. sativa и O. glaberrima входят примерно в 300 видов или подвидов этого рода. [15]
Рис Oryza sativa был впервые окультурен в бассейне реки Янцзы в Китае 13 500–8 200 лет назад. [16] Функциональный аллель неразрушаемости, критический показатель одомашнивания зерна, а также пять других однонуклеотидных полиморфизмов идентичен как у indica , так и у japonica . Это подразумевает единственный случай одомашнивания O. sativa . [17] И индика , и японская формы азиатского риса возникли в результате единственного случая одомашнивания в Китае дикого риса Oryza rufipogon . [16] [17] Несмотря на эти доказательства, похоже, что рис Индика возник, когда японский рис прибыл в Индию около 4500 лет назад и гибридизовался с другим рисом, будь то неодомашненный прото- индика или дикий О. нивара . [18] Кроме того, рисовые зерна со следами разрезания были найдены рядом с каменными орудиями, датируемыми 17 300 лет назад, в Сорори в Корее. Это подразумевает, что одомашнивание происходило вдали от бассейна реки Янцзы и в более ранние сроки. [19]
Выращивание, миграция и торговля распространили рис по всему миру - сначала в большую часть Восточной Азии, затем дальше за границу и, в конечном итоге, в Америку в рамках колумбийского обмена после 1492 года . [20] Сейчас менее распространенный Oryza glaberrima (африканский рис) был независимо одомашнены в Африке около 3000 лет назад [20] и завезены в Америку испанцами. [21]
В 2021 году мировое производство риса составило 787 миллионов тонн , при этом лидировали Китай и Индия, на долю которых пришлось в совокупности 52% от общего объема. [22] Это поставило рис на четвертое место в списке сельскохозяйственных культур по объему производства после сахарного тростника , кукурузы и пшеницы . [23] Другими крупными производителями были Бангладеш , Индонезия и Вьетнам . [23] 90% мирового производства приходится на Азию. [24]
В 2022 году средняя мировая урожайность риса составила 4,7 метрических тонны на гектар (2,1 коротких тонны на акр). [25] Юань Лунпин из Китайского национального центра исследований и разработок гибридного риса установил мировой рекорд по урожайности риса в 1999 году - 17,1 метрических тонн. на гектар (7,6 коротких тонн на акр) на демонстрационном участке. При этом использовался специально разработанный гибридный рис и Система интенсификации риса (SRI), инновация в выращивании риса. [26]
Рис является основным продуктом питания в Азии, Латинской Америке и некоторых частях Африки [27] , он кормит более половины населения мира. [24] Однако значительная часть урожая может быть потеряна после сбора урожая из-за неэффективной транспортировки, хранения и измельчения. Четверть урожая в Нигерии теряется после сбора урожая. Потери при хранении включают в себя повреждение плесневыми грибами, если рис недостаточно высушен. В Китае потери в современных металлических силосах составили всего 0,2% по сравнению с 7–13%, когда рис хранился в сельских домохозяйствах. [28]
Сухое зерно измельчают для удаления внешних слоев, а именно шелухи и отрубей . Их можно удалить за один этап, за два этапа или, как при промышленном измельчении, в многоэтапном процессе очистки, шелушения, разделения, полировки, сортировки и взвешивания. [29] У коричневого риса удалена только несъедобная шелуха. [30] При дальнейшем измельчении удаляются отруби и зародыши, что позволяет получать более белые продукты. [30] Пропаренный рис перед измельчением подвергается пропариванию. Это делает зерно более твердым и перемещает некоторые витамины и минералы зерна в белую часть риса, поэтому они сохраняются после помола. [30] Рис не содержит глютена , поэтому подходит людям, соблюдающим безглютеновую диету . [31] Рис является хорошим источником белка и основным продуктом питания во многих частях мира, но он не является полноценным белком , поскольку не содержит всех незаменимых аминокислот в количествах, достаточных для хорошего здоровья. [32]
Показатели мировой торговли намного меньше, чем показатели производства, поскольку менее 8% произведенного риса продается на международном уровне. Китай, экспортер риса в начале 2000-х годов, к 2013 году стал крупнейшим в мире импортером риса. [33] Развивающиеся страны являются основными игроками в мировой торговле рисом; к 2012 году Индия была крупнейшим экспортером риса, а Таиланд и Вьетнам - другими крупнейшими экспортерами. [34]
По состоянию на 2016 год странами, потреблявшими больше всего риса, были Китай (29% от общего количества), Индия и Индонезия. [35] К 2020 году Бангладеш заняла третье место после Индонезии. В среднем за период с 2020 по 2023 год Китай потреблял 154 миллиона тонн риса, Индия - 109 миллионов тонн, а Бангладеш и Индонезия - около 36 миллионов тонн каждая. Во всем мире потребление риса на душу населения в 21 веке упало, поскольку люди в Азии и других странах ели меньше зерна и больше мяса. Исключением являются страны Африки к югу от Сахары, где растет как потребление риса на душу населения, так и численность населения. [36]
Рис обычно употребляют в пищу во всем мире. Сорта риса обычно делятся на короткозернистые, среднезернистые и длиннозернистые. К короткозернистым рисам относится итальянский рис Арборио для ризотто . К среднезернистым рисам относится японский рис для суши , который слегка липкий. К длиннозернистым рисам относятся южноазиатский рис Басмати с ореховым вкусом и тайский рис Жасмин с цветочным ароматом и мягкой текстурой. [37]
Вареный белый рис на 69% состоит из воды, на 29% из углеводов , на 2% из белка и содержит незначительное количество жиров (таблица). В эталонной порции в 100 граммов (3,5 унции) приготовленный белый рис обеспечивает 130 калорий пищевой энергии и содержит умеренный уровень марганца (18% дневной нормы), без существенных содержаний других микроэлементов (все менее 10% дневной нормы) . Ценить ). [38] В 2018 году Всемирная организация здравоохранения настоятельно рекомендовала обогащать рис железом и условно рекомендовала обогащать его витамином А и фолиевой кислотой . [39]
Золотой рис — это сорт, полученный с помощью генной инженерии для синтеза бета-каротина , предшественника витамина А, в эндосперме рисового зерна. Его предназначено для выращивания и употребления в пищу в тех частях мира, где распространен дефицит витамина А. [40] [41] Против золотого риса выступили активисты, например, на Филиппинах . [42] В 2016 году более 100 нобелевских лауреатов поддержали использование генетически модифицированных организмов , таких как золотой рис, из-за преимуществ, которые они могут принести. [43]
В 2022 году выбросы парниковых газов при выращивании риса оцениваются в 5,7 млрд тонн CO2-экв, что составляет 1,2% от общего объема выбросов. [44] В сельскохозяйственном секторе рис производит почти половину выбросов парниковых газов с пахотных земель , [45] около 30% выбросов метана в сельском хозяйстве и 11% выбросов закиси азота в сельском хозяйстве . [46] Метан выделяется из рисовых полей, подверженных длительным наводнениям, поскольку это препятствует поглощению почвой атмосферного кислорода, что приводит к анаэробной ферментации органических веществ в почве. [47] Выбросы можно ограничить, высаживая новые сорта, не допуская постоянных затоплений и убирая солому. [48]
Исследование 2010 года показало, что в результате повышения температуры и уменьшения солнечной радиации в последние годы 20-го века урожайность риса, измеренная на более чем 200 фермах в семи азиатских странах, снизилась на 10–20%. Это может быть вызвано усилением дыхания в ночное время. [49] [50] IRRI предсказал, что урожайность риса в Азии упадет примерно на 20% при повышении средней глобальной температуры на 1°C. Кроме того, рис не может дать зерна, если цветы подвергаются воздействию температуры 35°C и более в течение более одного часа, поэтому в таких условиях урожай будет потерян. [51] [52]
Урожайность риса может снизиться из-за роста сорняков и множества вредителей, включая насекомых, нематод, грызунов, таких как крысы, улитки и птицы. [53] К основным насекомым-вредителям риса относятся муравьи, совки, черные клопы, совки, полевые сверчки, кузнечики, цикадки, мучнистые червецы и цикадки. [54] Высокие нормы внесения азотных удобрений могут усугубить вспышки тли. [55] Погодные условия могут способствовать вспышкам вредителей: вспышки рисовой галлицы усугубляются обильными осадками в сезон дождей, а вспышки трипса связаны с засухой. [56]
Поражение риса , вызываемое грибком Magnaporthe grisea , является наиболее серьезным заболеванием выращиваемого риса. [57] Это и бактериальная полосатость листьев (вызванная Xanthomonas oryzae pv. oryzae ) неизменно являются двумя худшими болезнями риса во всем мире; обе они входят в десятку наиболее важных болезней всех сельскохозяйственных растений. [58] Другие основные болезни риса включают гниль влагалища (вызванную Rhizoctonia solani ), ложную головню ( Ustilaginoidea virens ) и бактериальную гниль метелки ( Burkholderia glumae ). [58] Вирусные заболевания включают рисовую кустистость, рисовую карликовость, рисовую тунгро и рисовую желтую крапчатость. [59]
Ученые по защите растений разрабатывают устойчивые методы борьбы с вредителями риса. [60] Устойчивая борьба с вредителями основана на четырех принципах: биоразнообразие, устойчивость растений-хозяев, ландшафтная экология и иерархия в ландшафте — от биологической до социальной. [61] Применение пестицидов фермерами часто не является необходимым. [62] Пестициды могут фактически вызвать возрождение популяций вредителей риса, таких как цикадки, как за счет уничтожения полезных насекомых, так и за счет усиления размножения вредителей. [63] Международный научно-исследовательский институт риса (IRRI) продемонстрировал в 1993 году, что сокращение использования пестицидов на 87,5% может привести к общему снижению численности вредителей. [64]
Фермеры в Китае, Индонезии и на Филиппинах традиционно борются с сорняками и вредителями с помощью поликультурной практики выращивания уток , а иногда и рыбы на своих рисовых полях. Они дают ценный дополнительный урожай, поедают мелких животных-вредителей, удобряют рис, а в случае уток также борются с сорняками. [65] [66]
Растения риса производят собственные химические средства защиты, чтобы защитить себя от атак вредителей. Некоторые синтетические химикаты, такие как гербицид 2,4-Д , заставляют растение увеличивать выработку определенных защитных химикатов и тем самым повышают устойчивость растения к некоторым типам вредителей. [67] И наоборот, другие химические вещества, такие как инсектицид имидаклоприд , по-видимому, вызывают изменения в экспрессии генов риса, которые делают растение более восприимчивым к определенным вредителям. [68]
Селекционеры создали сорта риса, обладающие устойчивостью к различным насекомым-вредителям . Традиционная селекция растений устойчивых сортов ограничена такими проблемами, как выращивание насекомых-вредителей для испытаний, а также большое разнообразие и непрерывная эволюция вредителей. Гены устойчивости ищутся у диких видов риса и применяются методы генной инженерии. [69]
Международный научно-исследовательский институт риса поддерживает Международный банк генов риса, в котором хранится более 100 000 сортов риса. [70] [71] На большей части территории Юго-Восточной Азии выращивают липкие или клейкие сорта риса. [72] Высокоурожайные сорта риса, подходящие для выращивания в Африке, называемые « Новый рис для Африки» (NERICA), были выведены для повышения продовольственной безопасности и борьбы с бедностью в странах Африки к югу от Сахары. [73]
Полный геном риса был секвенирован в 2005 году, что сделало его первым растением, достигшим такого статуса. [74] С тех пор были секвенированы геномы сотен видов риса, как дикого, так и культивируемого, включая азиатские и африканские виды риса. [75]
Высокоурожайные сорта — это группа культур, созданных во время « зеленой революции» с целью радикального увеличения мирового производства продуктов питания. Первый сорт риса «Зеленая революция», IR8 , был выведен в 1966 году в Международном научно-исследовательском институте риса путем скрещивания индонезийского сорта «Пета» и китайского сорта «Ди Гео Ву Ген». [76] Сорта «Зеленая революция» были выведены так, чтобы иметь короткие крепкие стебли, чтобы рис не застревал и не падал. Это позволило им оставаться в вертикальном положении и продуктивной даже при обильном внесении удобрений. [76]
Компания Ventria Bioscience разработала генетически модифицированный рис для экспрессии лактоферрина и лизоцима , белков , которые обычно содержатся в грудном молоке , а также человеческого сывороточного альбумина . Эти белки обладают противовирусным , антибактериальным и противогрибковым действием. [77] Рис, содержащий эти добавленные белки, можно использовать в качестве компонента растворов для пероральной регидратации для лечения диарейных заболеваний, тем самым сокращая их продолжительность и уменьшая вероятность рецидивов. Такие добавки также могут помочь обратить вспять анемию . [78]
В районах, подверженных наводнениям , фермеры уже давно сажают устойчивые к наводнениям сорта, известные как глубоководный рис . В Южной и Юго-Восточной Азии наводнения ежегодно затрагивают около 20 миллионов гектаров (49 миллионов акров). [79] Наводнения исторически приводили к огромным потерям урожая, как, например, на Филиппинах, где в 2006 году из-за наводнения был потерян урожай риса на сумму 65 миллионов долларов. [80] Стандартные сорта риса не могут выдерживать застойное затопление более чем на неделю, поскольку оно лишает растение доступа к необходимым требованиям, таким как солнечный свет и газообмен. Сорт Swarna Sub1 может переносить недельное погружение в воду, эффективно потребляя углеводы и продолжая расти. [79]
Засуха представляет собой серьезный экологический стресс для производства риса: 19–23 миллиона гектаров (47–57 миллионов акров) неорошаемого риса в Южной и Юго-Восточной Азии часто подвергаются риску. [81] [82] В условиях засухи, без достаточного количества воды, чтобы дать им возможность получать необходимые уровни питательных веществ из почвы, обычные коммерческие сорта риса могут серьезно пострадать, как это произошло, например, в Индии в начале 21 века. [83]
Международный научно-исследовательский институт риса проводит исследования по выведению засухоустойчивых сортов риса, в том числе сортов Сахбхаги Дхан, Саход Улан и Сукха Дхан, которые в настоящее время используются фермерами в Индии, Филиппинах и Непале соответственно. [82] Кроме того, в 2013 году Японский национальный институт агробиологических наук возглавил группу, которая успешно внедрила ген DEEPER ROOTING 1 ( DRO1 ) из филиппинского горного сорта риса Кинанданг Патонг в популярный коммерческий сорт риса IR64, что привело к появлению у полученных растений гораздо более глубокая корневая система. [83] Это способствует улучшению способности рисового растения получать необходимые питательные вещества во время засухи за счет доступа к более глубоким слоям почвы - особенность , продемонстрированная испытаниями, в ходе которых урожайность риса IR64 + DRO1 упала на 10% в условиях умеренной засухи. по сравнению с 60% для немодифицированного сорта IR64. [83] [84]
Засоленность почвы представляет собой серьезную угрозу урожайности риса, особенно в низменных прибрежных районах в засушливый сезон. [81] [85] Например, примерно 1 миллион гектаров (2,5 миллиона акров) прибрежных районов Бангладеш страдают от засоленных почв. [86] Эти высокие концентрации соли могут серьезно повлиять на физиологию рисовых растений , особенно на ранних стадиях роста, и поэтому фермеры часто вынуждены покидать эти районы. [87]
Достигнут прогресс в выведении сортов риса, способных переносить такие условия; Одним из примеров является гибрид, созданный в результате скрещивания коммерческого сорта риса IR56 и дикого вида риса Oryza coarctata . [88] O. coarctata может расти на почвах с двойным пределом засоления, чем у обычных сортов, но не дает съедобного риса. [88] Гибридный сорт , выведенный Международным научно-исследовательским институтом риса , использует специальные листовые железы, которые удаляют соль в атмосферу. Он был получен из одного успешного эмбриона из 34 000 скрещиваний двух видов; затем его повторно скрещивали с IR56 с целью сохранения генов, ответственных за солеустойчивость, которые были унаследованы от O. coarctata . [87]
Производство риса на рисовых полях вредно для окружающей среды из-за выделения метана метаногенными бактериями . Эти бактерии живут в анаэробной заболоченной почве, потребляя питательные вещества, выделяемые корнями риса. Введение гена ячменя SUSIBA2 в рис создает сдвиг в производстве биомассы от корня к побегам, уменьшая популяцию метаногена и приводя к сокращению выбросов метана до 97%. Далее модификация увеличивает количество рисовых зерен. [89] [90]
Рис используется как модельный организм для изучения механизмов мейоза и репарации ДНК у высших растений. [91] Например, исследование с использованием риса показало, что ген OsRAD51C необходим для точного восстановления двухцепочечных разрывов ДНК во время мейоза. [92]
Рис играет важную роль в некоторых религиях и народных верованиях. В индуистских свадебных церемониях рис, символизирующий плодородие, процветание и чистоту, бросают в священный огонь - обычай, модифицированный на западных свадьбах, куда люди бросают рис. [93] На малайских свадьбах рис используется во многих специальных свадебных блюдах, таких как сладкий клейкий рис. [94] В Японии и на Филиппинах рисовое вино используется на свадьбах и других торжествах. [95] Деви Шри — богиня Индо-Малайзийского архипелага, которая в мифах превращается в рис или другие сельскохозяйственные культуры. [96] Начало сезона посадки риса отмечается в азиатских странах, включая Непал и Камбоджу, королевской церемонией вспашки . [97] [98] [99]
Рисовые поля….
на них приходится ~48% выбросов парниковых газов (ПГ) от пахотных земель.
Первоначально в Индии было около 110 000 местных сортов риса с разнообразными и ценными свойствами. К ним относятся обогащение жизненно важными питательными веществами и способность противостоять наводнениям, засухе, засолению или заражению вредителями. Зеленая революция покрыла поля несколькими высокоурожайными сортами, так что примерно 90 процентов местных сортов исчезло из коллекций фермеров. Высокоурожайные сорта требуют дорогостоящих затрат. Они плохо работают на маргинальных фермах или в неблагоприятных экологических условиях, вынуждая бедных фермеров влезать в долги.