Рапс ( Brassica napus subsp. napus ), также известный как рапс и масличный рапс , является ярко-желтым цветущим членом семейства Brassicaceae (семейство горчичных или капустных), выращиваемым в основном из-за его богатых маслом семян, которые естественным образом содержат значительное количество эруковой кислоты . Термин « канола » обозначает группу сортов рапса , которые были выведены с очень низким содержанием эруковой кислоты и которые особенно ценятся для использования в качестве пищи для человека и животных. Рапс является третьим по величине источником растительного масла и вторым по величине источником белковой муки в мире. [2] [3]
_Brassica_napus_-_Habit.jpg/1280px-(MHNT)_Brassica_napus_-_Habit.jpg)
.jpg/1280px-Brassica_napus_fruit7_(14678237321).jpg)
Brassica napus достигает высоты 100 сантиметров (39 дюймов) с голыми, мясистыми, перисто-надрезанными и сизыми нижними листьями [4] [5] [6] , которые имеют черешки, тогда как верхние листья не имеют черешков . [7]
Цветки рапса ярко-желтые и около 17 миллиметров ( 3 ⁄ 4 дюйма) в поперечнике. [5] Они радиальные и состоят из четырех лепестков в типичной крестообразной форме, чередующихся с четырьмя чашелистиками . У них неопределенное кистевидное цветение, начинающееся с самого нижнего бутона и растущее вверх в последующие дни. Цветки имеют две боковые тычинки с короткими нитями и четыре срединные тычинки с более длинными нитями, пыльники которых отделяются от центра цветка при цветении. [8]
Рапсовые стручки зеленые и удлиненные во время развития, которые в конечном итоге созревают до коричневого цвета. Они растут на цветоножках от 1 до 3 см ( от 3 ⁄ 8 до 1+3 ⁄ 16 дюйма) в длину и может варьироваться от 5 до 10 см (от 2 до 4 дюймов) в длину. [7] Каждый стручок имеет два отсека, разделенных внутренней центральной стенкой, внутри которой развивается ряд семян. [9] Семена круглые и имеют диаметр от1,5 до 3 мм ( от 1 ⁄ 16 до 1 ⁄ 8 дюйма). Они имеют сетчатую текстуру поверхности, [7] и становятся черными и твердыми при созревании. [9]
B. napus можно отличить от B. nigra по верхним листьям, которые не охватывают стебель, а от B. rapa по более мелким лепесткам, которые имеют размер менее 13 мм ( 1 ⁄ 2 дюйма) в поперечнике. [5]
Вид Brassica napus принадлежит к семейству цветковых растений Brassicaceae . Рапс — это подвид с автонимом B. napus subsp. napus . [10] Он охватывает озимый и яровой масличный, овощной и кормовой рапс. [11] Сибирская капуста — это отдельный сорт листовой формы рапса ( B. napus var. pabularia ), который раньше был распространен как зимне-однолетний овощ. [12] [11] Второй подвид B. napus — B. napus subsp. rapifera (также subsp. napobrassica ; брюква, брюква или желтая репа). [13] [14]
B. napus — дигеномный амфидиплоид , возникший в результате межвидовой гибридизации между B. oleracea и B. rapa . [15] Это самосовместимый опылительный вид, как и другие амфидиплоидные виды Brassica . [16]
Термин «изнасилование» происходит от латинского слова, обозначающего репу , rāpa или rāpum , родственного греческому слову ῥάφη , rhaphe . [17]
В Северной Ирландии зафиксированы случаи побега B. napus и B. rapa на обочины дорог и пустыри. [18]
Культуры из рода Brassica , включая рапс, были одними из самых ранних растений, которые широко культивировались человечеством еще 10 000 лет назад. Рапс выращивался в Индии еще в 4000 году до нашей эры, а 2000 лет назад он распространился в Китае и Японии. [11]
Рапсовое масло преимущественно выращивается в озимой форме в большинстве стран Европы и Азии из-за необходимости яровизации для начала процесса цветения. Его сеют осенью, и он остается в листовой розетке на поверхности почвы в течение зимы. Растение вырастает длинный вертикальный стебель следующей весной, за которым следует развитие боковых ветвей. Обычно оно цветет поздней весной, а процесс развития и созревания стручков происходит в течение 6–8 недель до середины лета. [8]
В Европе озимый рапс выращивается как ежегодная прорывная культура в трех-четырехлетних севооборотах с зерновыми, такими как пшеница и ячмень , и прорывными культурами, такими как горох и бобы . Это делается для того, чтобы снизить вероятность переноса вредителей и болезней с одной культуры на другую. [19] Озимый рапс менее подвержен неурожаю, поскольку он более энергичен, чем летний сорт, и может компенсировать ущерб, нанесенный вредителями. [20]
Яровой рапс выращивают в Канаде, Северной Европе и Австралии, так как он не зимостоек и не требует яровизации. Культуру высевают весной, и развитие стебля происходит сразу после прорастания . [8]
Рапс можно выращивать на самых разных хорошо дренированных почвах, он предпочитает pH от 5,5 до 8,3 и умеренно устойчив к засолению почвы . [21] Это преимущественно ветроопыляемое растение, но при опылении пчелами урожайность зерна значительно увеличивается , [22] почти вдвое по сравнению с конечным урожаем [23] , но эффект зависит от сорта. [24] В настоящее время его выращивают с высоким содержанием азотсодержащих удобрений, и при их производстве образуется N 2 O. По оценкам, 3–5% азота, вносимого в качестве удобрения для рапса, преобразуется в N 2 O. [25]
Рапс имеет высокую потребность в питательных веществах - в частности, его потребность в сере является самой высокой среди всех пахотных культур. С момента снижения поступления серы в атмосферу в 1980-х годах удобрение серой стало стандартной мерой в производстве масличного рапса. [26] [27] Среди микроэлементов особое внимание при выращивании рапса следует уделять бору , [28] марганцу [29] и молибдену . [30]
Ожидается, что диапазон возделывания рапса сократится из-за изменения климата. Качество урожая, как по урожайности, так и по объему масла, также, как ожидается, существенно снизится. [31] Некоторые исследователи рекомендуют найти альтернативные сорта Brassica для выращивания. [31]
Основными болезнями озимого рапса являются рак , светлая пятнистость листьев ( Pyrenopeziza brassicae ), альтернариоз и склеротиниоз - стеблевые гнили. Рак вызывает пятнистость листьев , преждевременное созревание и ослабление стебля в осенне-зимний период. Обработка коназолом или триазолом фунгицидом требуется поздней осенью и весной против рака, в то время как фунгициды широкого спектра действия используются в весенне-летний период для контроля альтернариоза и склеротиниоза. [32] Масличный рапс нельзя высаживать в тесном севообороте из-за таких почвенных болезней, как склеротиниоз, вертициллезное увядание и кила . [19]
Трансгенный рапс подает большие надеждыустойчивость к болезням .[33] ТрансэкспрессияклассаIIизячменя(Hordeum vulgare) ибелка, инактивирующего рибосомы типа I,в B. juncea производит большойЭффект грибковой устойчивости .[33]Чхикараи др., 2012[34]обнаружили, что эта комбинациятрансгеновснижаетгифна 44% изадерживает проявление заболеванияу Alternaria brassicicola изJuncea.[33]
Черная ножка ( Leptosphaeria maculans / Phoma lingam ) является серьезным заболеванием. [35] Ю и др. , 2005 использует анализ полиморфизма длины рестрикционных фрагментов на двух двойных гаплоидных популяциях DHP95 и DHP96. Они находят по одному гену устойчивости в каждой,LepR1 и LepR1 .[35]
Рапс подвергается нападению множества насекомых,нематоды ,слизни , а такжелесные голуби.[36]Капустная мошка ( Dasineura brassicae ), капустный долгоносик (Ceutorhynchus assimilis), капустный стеблевой долгоносик ( Ceutorhynchus pallidactylus ), капустная стеблевая блошка ( Psylliodes chrysocephala ), рапсовый стеблевой долгоносик (Ceutorhynchus napi) ипыльцевые жукиявляются основными насекомыми-вредителями, которые охотятся на масличный рапс в Европе.[37]Насекомые-вредители могут питаться развивающимися стручками, чтобы откладывать внутри яйца и поедать развивающиеся семена, вгрызаться в стебель растения и питаться пыльцой, листьями и цветами. Синтетическиепиретроидныеинсектициды являются основным вектором атаки против насекомых-вредителей, хотя во многих странах широко используютсяпрофилактическиеинсектициды.[32] Моллюскоцидныегранулы используются либо до, либо после посева рапса для защиты от слизней.[36]
В 2014 году массив SNP был опубликован для B. napus Далтоном-Морганом и др. [ 38] , а другой — Кларком и др. в 2016 году [39], оба из которых с тех пор стали широко использоваться в молекулярной селекции . Демонстрируя важность эпигенетики , Хаубен и др. в 2009 году обнаружили, что изогенные линии не имеют одинаковой эффективности использования энергии в реальных условиях выращивания из-за эпигенетических различий. [40] Секвенирование фрагментов амплифицированного специфического локуса (SLAF-seq) было применено к B. napus Генгом и др. в 2016 году, что раскрыло генетику прошлого процесса одомашнивания, предоставило данные для исследований ассоциаций по всему геному (GWAS) и используется для построения карты сцепления высокой плотности . [40]
В 1973 году канадские ученые-агрономы запустили маркетинговую кампанию по продвижению потребления канолы . [41] Семена, масло и белковая мука, полученные из сортов рапса с низким содержанием эруковой кислоты и низким содержанием глюкозинолатов, были первоначально зарегистрированы в качестве торговой марки в 1978 году Канадским советом по каноле как «канола». [42] [43] В настоящее время канола является общим термином для съедобных сортов рапса, но по-прежнему официально определяется в Канаде как рапсовое масло, которое «должно содержать менее 2% эруковой кислоты и менее 30 мкмоль глюкозинолатов на грамм высушенной на воздухе обезжиренной муки». [43] [44] В 1980-х годах снижение поступления атмосферной серы в почвы Северной Европы в связи с менее эффективным внутренним использованием серы в метаболизме недавно выведенных сортов с низким содержанием глюкозинолатов (сорта 00) привело к увеличению появления белых цветков, весьма специфичного симптома дефицита серы, у рапса [45] , что во время официальных процедур оценки сортов было ошибочно отнесено к генетической неоднородности («канадская кровь»). [46]
Ожидаемый ущерб диким животным, вызванный кормлением посевами рапса сорта 00, был вызван изменением рациона животных в сторону повышенного потребления белков и серосодержащих метаболитов за счет волокон, а не специфическими особенностями генетически измененных сортов сорта 00. [47]
После принятия в 2003 году Директивы Европейского парламента о транспортном биотопливе , поощряющей использование биотоплива, выращивание озимого рапса в Европе резко возросло. [23]
Компания Bayer Cropscience в сотрудничестве с BGI-Shenzhen (Китай), KeyGene (Нидерланды) и Университетом Квинсленда (Австралия) объявила, что в 2009 году она секвенировала весь геном B. napus и его составляющие геномы, присутствующие в B. rapa и B. oleracea . Компонент генома «A» амфидиплоидного вида рапса B. napus был секвенирован в рамках Многонационального проекта генома Brassica. [48]
Генетически модифицированный сорт рапса был разработан в 1998 году, разработан для устойчивости к глифосату и считается наиболее устойчивым к болезням и засухе рапсом. К 2009 году 90% посевов рапса в Канаде были этого сорта. [49]
Компания Monsanto генетически модифицировала новые сорта рапса, чтобы они были устойчивы к воздействию ее гербицида Roundup . В 1998 году они вывели его на канадский рынок. Monsanto потребовала компенсации от фермеров, у которых на полях были обнаружены посевы этого сорта без уплаты лицензионного сбора. Однако эти фермеры утверждали, что пыльца, содержащая ген Roundup Ready, была занесена на их поля и скрещена с немодифицированным рапсом. Другие фермеры утверждали, что после распыления Roundup на полях, не засеянных рапсом, для уничтожения сорняков перед посадкой, добровольцы Roundup Ready остались, что привело к дополнительным расходам на очистку их полей от сорняков. [50]
В тесном судебном разбирательстве Верховный суд Канады вынес решение в пользу иска Monsanto о нарушении патентных прав на нелицензированное выращивание Roundup Ready в своем решении 2004 года по делу Monsanto Canada Inc. против Шмайзера , но также постановил, что Шмайзер не обязан возмещать какие-либо убытки. Дело вызвало международные споры, как санкционированное судом узаконивание глобальной патентной защиты генетически модифицированных культур . В марте 2008 года внесудебное урегулирование между Monsanto и Шмайзером согласилось с тем, что Monsanto очистит весь урожай ГМО-канолы на ферме Шмайзера, что обойдется примерно в 660 канадских долларов. [50]
Продовольственная и сельскохозяйственная организация сообщает , что мировое производство составило 36 миллионов метрических тонн (40 миллионов коротких тонн; 35 миллионов длинных тонн) в сезоне 2003–2004 годов и, по оценкам, 58,4 миллиона метрических тонн (64,4 миллиона коротких тонн; 57,5 миллиона длинных тонн) в сезоне 2010–2011 годов. [51]
Мировое производство рапса (включая канолу) увеличилось в шесть раз в период с 1975 по 2007 год. Производство канолы и рапса с 1975 года открыло рынок пищевого масла для рапсового масла. С 2002 года производство биодизеля неуклонно росло в ЕС и США до 6 миллионов метрических тонн (6,6 миллионов коротких тонн; 5,9 миллионов длинных тонн) в 2006 году. Рапсовое масло позиционируется как поставляющее значительную часть растительных масел, необходимых для производства этого топлива. Таким образом, ожидалось, что мировое производство будет иметь тенденцию к дальнейшему росту в период с 2005 по 2015 год, поскольку в Европе вступают в силу требования к содержанию биодизеля. [52]
Рапс выращивается для производства пищевых растительных масел, кормов для животных и биодизеля . Рапс был третьим по значимости источником растительного масла в мире в 2000 году после сои и пальмового масла . [2] Это второй по значимости источник белковой муки в мире после сои. [3]
Рапсовое масло является одним из старейших известных растительных масел, но исторически использовалось в ограниченных количествах из-за высокого уровня эруковой кислоты , которая повреждает сердечную мышцу животных, и глюкозинолатов, которые делали его менее питательным в кормах для животных. [54] Рапсовое масло может содержать до 54% эруковой кислоты. [55] Пищевое масло, полученное из сортов рапса, известное как масло канолы или рапсовое масло с низким содержанием эруковой кислоты (масло LEAR), было в целом признано безопасным Управлением по контролю за продуктами и лекарствами США . [56] Масло канолы ограничено государственным регулированием до максимум 2% эруковой кислоты по весу в США [56] и 2% в ЕС [57] , а также существуют специальные правила для детского питания. Считается, что эти низкие уровни эруковой кислоты не наносят вреда младенцам . [ 56] [58]
Переработка рапса для производства масла производит рапсовый шрот в качестве побочного продукта. Побочный продукт представляет собой корм для животных с высоким содержанием белка, конкурирующий с соей. Рапс является превосходной силосной культурой (ферментируется и хранится в герметичных условиях для последующего использования в качестве зимнего корма). Корм используется в основном для кормления крупного рогатого скота , но также используется для свиней и птицы . [3] Однако высокие уровни глюкозинолатов , синапина и фитиновой кислоты в жмыхе семян рапса оказывают пагубное воздействие на здоровье животных, снижают усвояемость определенных питательных веществ, ухудшают вкусовые качества и способствуют эвтрофикации водных путей. [59] [60] [61] В Китае рапсовый шрот в основном используется в качестве удобрения почвы, а не в качестве корма для животных. [62]
Рапсовое масло используется в качестве дизельного топлива, либо как биодизель , напрямую в подогреваемых топливных системах, либо в смеси с нефтяными дистиллятами для питания транспортных средств. Биодизель может использоваться в чистом виде в новых двигателях без повреждения двигателя и часто сочетается с ископаемым дизельным топливом в пропорциях от 2% до 20% биодизеля. Из-за затрат на выращивание, дробление и очистку рапсового биодизеля, производство рапсового биодизеля из нового масла обходится дороже, чем производство стандартного дизельного топлива, поэтому дизельное топливо обычно производят из отработанного масла. Рапсовое масло является предпочтительным масляным сырьем для производства биодизеля в большей части Европы, составляя около 80% исходного сырья, [ необходима ссылка ] отчасти потому, что рапс производит больше масла на единицу площади земли по сравнению с другими источниками масла, такими как соевые бобы, но в первую очередь потому, что рапсовое масло имеет значительно более низкую точку гелеобразования, чем большинство других растительных масел.
В связи с изменениями в окружающей среде, вызванными изменением климата, исследование 2018 года предсказало, что рапс станет ненадежным источником масла для биотоплива. [31]
Рапс также используется в качестве покровной культуры в США в зимний период, поскольку он предотвращает эрозию почвы , производит большое количество биомассы , подавляет сорняки и может улучшить почвенную обработку с помощью своей корневой системы. Некоторые сорта рапса также используются в качестве ежегодного корма и готовы к выпасу скота через 80-90 дней после посадки. [21]
Рапс обладает высоким медоносным потенциалом (производит вещества, которые могут быть собраны насекомыми) и является основной кормовой культурой для медоносных пчел . [23] Монофлорный рапсовый мед имеет беловатый или молочно-желтый цвет, перечный вкус и, благодаря быстрому времени кристаллизации, мягкую-твердую текстуру. Он кристаллизуется в течение 3-4 недель и может бродить с течением времени, если хранить его неправильно. [63] Низкое соотношение фруктозы к глюкозе в монофлорном рапсовом меде приводит к его быстрой грануляции в сотах , заставляя пчеловодов извлекать мед в течение 24 часов после его запечатывания. [23]
Как биосмазка , рапс может использоваться в биомедицинских целях (например, в качестве смазки для искусственных суставов) и в качестве личной смазки для сексуальных целей. [64] Биосмазка, содержащая 70% или более рапсового/рапсового масла, заменила в Австрии масло для бензопил на основе нефти, хотя она, как правило, более дорогая. [65]
Рапс исследовался как средство удержания радионуклидов , загрязнивших почву после катастрофы на Чернобыльской АЭС [66] [67], поскольку он имеет скорость поглощения в три раза выше, чем другие зерновые, и только около 3–6 % радионуклидов попадают в масличные семена. [66]
Рапсовый шрот можно вносить в почву в качестве биофумиганта . [68] Он подавляет такие грибковые патогены сельскохозяйственных культур , как Rhizoctonia solani и Pratylenchus penetr . [68] : 39
Халс-Кемп, Аманда М .; Лемм, Яна; Плиске, Йорг; Ашрафи, Хамид; Буйарапу, Рамеш; Фанг, Дэвид Д.; Фрелиховски, Джеймс; Гибанд, Марк; Хейг, Стив; Хинце, Лори Л.; Кочан, Келли Дж.; Риггс, Пенни К.; Шеффлер, Джоди А.; Удалл, Джошуа А.; Уллоа, Маурисио; Ван, Ширли С.; Чжу, Цянь-Хао; Баг, Сумит К.; Бхардвадж, Арчана; Берк, Джон Дж.; Байерс, Роберт Л.; Клавери, Мишель; Гор, Майкл А.; Харкер, Дэвид Б.; Ислам, Мохаммад Сарифул; Дженкинс, Джони Н.; Джонс, Дон С.; Лакап, Жан-Марк; Ллевеллин, Дэнни Дж.; Перси, Ричард Г.; Пеппер, Алан Э.; Поланд, Джесси А.; Mohan Rai, Krishan; Sawant, Samir V; Singh, Sunil Kumar; Spriggs, Andrew; Taylor, Jen M; Wang, Fei; Yourstone, Scott M; Zheng, Xiuting; Lawley, Cindy T; Ganal, Martin W; Van Deynze, Allen; Wilson, Iain W; Stelly, David M (1 июня 2015 г.). "Разработка массива SNP 63K для хлопка и высокоплотное картирование внутривидовых и межвидовых популяций Gossypium spp". G3: Genes, Genomes, Genetics . 5 (6). Genetics Society of America ( OUP ): 1187–1209. doi : 10.1534/g3.115.018416. ISSN 2160-1836. PMC 4478548 . PMID 25908569. S2CID 11590488.
Медиа, связанные с Brassica napus на Wikimedia CommonsМедиа, связанные с Рапсовое масло на Wikimedia Commons