Виды цветковых растений
Thinopyrum intermedium , обычно известный как промежуточный пырей , [1] — это дернообразующая многолетняя трава из трибы Triticeae семейства Pooideae, произрастающая в Европе и Западной Азии . [2] Он входит в группу растений, обычно называемых пырей из-за сходства их семенных головок или колосьев с обычной пшеницей. Однако пырей, как правило, является многолетним растением, в то время как пшеница — однолетним. Он получил премию Королевского садоводческого общества за заслуги в саду как декоративное растение. [3]
Испытания с промежуточной пшеницей, продукт которой зарегистрирован Институтом земли как « Kernza », показывают, что ее можно выращивать как «многофункциональную» культуру, приносящую различные товары, а также экосистемные услуги . В то время как однолетние растения, такие как кукуруза, имеют тенденцию истощать органическое вещество почвы и требуют вложений, многолетнее зерно, такое как промежуточная пшеница, может давать урожай, создавая органическое вещество почвы . [4] [5]
Синонимы
Научные названия
Виду Thinopyrum intermedium было дано много научных биномиальных названий . Было описано несколько видов или подвидов на основе различных морфологий, например, опушены ли части растений (то есть покрыты ли они «волосами») или нет. Вот частичный список биномиальных синонимов для Thinopyrum intermedium : [6]
- Agropyron aucheri
- Agropyron ciliatiflorum
- Agropyron gentryi
- Agropyron glaucum
- Агропирон средний
- Agropyron podperae
- Agropyron pulcherrimum
- Agropyron trichophorum
- Элимус хиспидус
- Elytrigia intermedia
Распространенные имена
Пырей средний — наиболее широко используемое общее название для Thinopyrum intermedium в Соединенных Штатах. Название «промежуточный», вероятно, относится к высоте растения, которое, как правило, несколько ниже, чем T. ponticum, известный под общим названием «пырей высокий». [ необходима цитата ]
Wild triga — это общее название, которое дали Thinopyrum intermedium исследователи из Института Родейла . Название было предназначено для того, чтобы отличать разновидности вида, выведенные для использования в качестве многолетней зерновой культуры, от кормовых культур , которые идентифицируются общим названием «промежуточная пшеница». [7]
Kernza — это зарегистрированная торговая марка, принадлежащая Институту земли для переработанных зерен промежуточной пшеницы. [5]
Происхождение и распространение
Родной ареал промежуточной пшеницы простирается от Центральной и Юго-Восточной Европы до Малой Азии . Хотя она была впервые завезена в Соединенные Штаты в 1907 году, первая успешная интродукция была из Кавказского региона в 1932 году. [8] Растение теперь можно найти растущим в диком виде по всему Западу Соединенных Штатов и Западной Канаде . [6] [9]
T. intermedium лучше всего подходит для: [6] [ проверка не удалась ]
- Регионы с годовым количеством осадков от 12 до 30 дюймов (от 30 до 76 см)
- Почва с pH от 5,6 до 8,4
- Места с полным воздействием солнца
- Широкий спектр почв, но минимальная глубина составляет 16 дюймов (41 см)
- Места, где минимальная температура превышает −38 °F (−39 °C)
Использует
Фураж
Thinopyrum intermedium является одним из самых продуктивных кормовых видов для западной части Соединенных Штатов. Поскольку он сравнительно поздно колосится, его можно эффективно выращивать в смеси с люцерной для повышения его производительности, долговечности и качества корма. Он медленно отрастает после выпаса или скашивания, что делает его наиболее подходящим для управления с одним урожаем в год. [10] Если необходимо несколько урожаев в год, другие виды будут более продуктивными. При хорошем управлении насаждения могут сохраняться до 50 лет. [ необходима цитата ]
Место обитания
Среда обитания для диких животных - промежуточная пшеница может быть отличным источником пищи для пасущихся и поедающих траву животных. Если оставить ее неубранной, она станет хорошим местом гнездования для некоторых птиц и водоплавающих птиц . Как правило, это не инвазивное растение и хорошо сосуществует с местными видами растений. [ требуется ссылка ]
Управление почвой
Управление почвой путем контроля эрозии и рекультивации земель являются дополнительными применениями этого растения. Оно быстро укореняется, образуя защитный мат из корней и корневищ , даже при посадке на почвах, деградировавших в результате перемещения земли или добычи полезных ископаемых . В течение пяти лет насаждения произвели до 7000 фунтов на акр (7800 кг/га) сухой корневой массы в верхних 8 дюймах (20 см) почвы. [10]
Интенсивное производство корней удерживает почву на месте и восстанавливает ее естественное плодородие, увеличивая содержание углерода в почве . [ требуется ссылка ]
Зерно
Thinopyrum intermedium — многолетняя зерновая культура. В 1983 году исследовательский центр Родейла оценил около 100 видов многолетних трав, чтобы определить те, которые имеют хороший потенциал для развития в многолетние зерновые культуры. Промежуточный пшеничный росток был выбран как наиболее перспективный вид на основе вкуса, легкости обмолота, большого размера семян, устойчивости к осыпанию , устойчивости к полеганию , легкости сбора урожая и многолетнего роста. [11] Промежуточный пшеничный росток по питательным свойствам похож на пшеницу, а его зерно можно измельчать в муку и использовать для пищевых продуктов, включая кексы, лепешки, блины, печенье, крекеры, хлеб, пиво и виски. Некоторые продукты продаются под торговой маркой Kernza . [12]
Производство семян
Хотя основное использование Thinopyrum intermedium — корм , производство семян имеет важное значение, поскольку фермеры и скотоводы продолжают создавать новые насаждения, высаживая семена. В 1988 году только в Саскачеване было собрано более 500 метрических тонн (550 коротких тонн) семян , хотя в последнее время урожай упал до менее 225 метрических тонн (248 коротких тонн) в этой канадской провинции . [13] Средняя урожайность семян составляет около 330 фунтов на акр (370 кг/га), но на фермах была достигнута урожайность до 880 фунтов на акр (990 кг/га). Семена обычно выращиваются рядами, расположенными на расстоянии 30–36 дюймов (76–91 см) друг от друга. Широкое расстояние между рядами (относительно зерновых культур, таких как пшеница ) позволяет получать устойчивую урожайность семян в течение пяти–десяти лет. Без интервалов и периодической обработки между рядами урожайность быстро снижается, поскольку популяция растений становится все более плотной из-за распространения корневищ . Несмотря на это, некоторые все еще считают T. intermedium ниже пшеницы, поскольку ее семена сравнительно мелкие. [14]
Селекция для производства зерна
Промежуточный пырей, Thinopyrum intermedium , широко скрещивался с пшеницей в попытке передать такие черты, как устойчивость к болезням или многолетность. [15] Передача устойчивости к ржавчине и мучнистой росе пшенице представляла особый интерес. [16] Но попытки напрямую одомашнить вид в зерновую культуру начались только после того, как в 1983 году сотрудники исследовательского центра Родейла начали оценивать коллекции. [17] В 1989 году после оценки 300 коллекций сотрудники отобрали двадцать лучших на основе урожайности зерна и качества семян. Выбранным коллекциям было разрешено скрещиваться, и в период с 1991 по 1994 год было оценено 380 потомков. Лучшие одиннадцать растений, а также три из другой оценки, скрестились, что привело к началу второго цикла. Семена лучших растений второго цикла были переданы ученым в Институт земли , где исследования продолжились.
В 2001 и 2002 годах семена из первого и второго циклов селекции Исследовательского центра Родейла были посажены в Институте земли. Осенью 2003 года 1000 отдельных растений были выкопаны и вегетативно размножены для получения трех клонов каждого растения. 3000 полученных растений были случайным образом пересажены на поле на сетке размером три на три фута. Таким образом, генетические различия между растениями были отделены от влияния окружающей среды. В 2005 году головки были собраны с каждого растения и обмолочены для удаления семян. Семена были подсчитаны и взвешены для определения урожайности на головку семян и веса на семя. Пятьдесят растений с самой высокой урожайностью и самыми большими семенами были отобраны для скрещивания в 2004 году. [ необходима цитата ]
Осенью 2004 года было посажено 4000 потомков для установления второго цикла разведения в Институте земли. В 2008 году эти растения были собраны отдельно с помощью электрокосы и обмолочены в комбайне. Снова были отобраны 50 лучших растений, на этот раз на основе урожайности с головы, размера семян, короткостебельности и способности к свободному обмолоту.
Методы селекции, описанные выше, увеличили размер семян и урожайность примерно на 10–18% за цикл. [18] Но, возможно, более важным было открытие двух менделевских признаков. Первый — карликовость, которая приводит к тому, что стебли становятся примерно на 30 сантиметров (1 фут 0 дюймов) короче, чем у растений дикого типа, и короткие, прямые листья. Второй — более тонкое изменение формы головки, которое приводит к толстым, неломким головкам и немного более крупным семенам. Оба эти признака, по-видимому, контролируются доминантными генами.
Весь процесс, упомянутый выше, называется массовым отбором, который заключается в разведении и отборе лучших особей для создания следующего поколения. (Однако массовое разведение — это процесс, в ходе которого создаются большие количества генетически разнообразных особей.) Из-за структуры T. intermedium , напоминающей траву, некоторые полагают, что его все еще необходимо одомашнить, чтобы он стал максимально похож на пшеницу. [19]
Тот факт, что T. intermedium является многолетней травой, важен с точки зрения его использования в качестве зерна. Растение сохраняется и может собираться из года в год, а его одомашнивание даст дополнительные три месяца сельского хозяйства; его листья наиболее активны в месяцы, когда обычная пшеница неактивна: с июля по сентябрь. Несмотря на обещание, урожайность Thinopyrum intermedium с акра составляет 26% от урожайности традиционной пшеницы. Из-за этого некоторые прилагают усилия для гибридизации пшеницы и T. intermedium вместо того, чтобы пытаться одомашнить T. intermedium для более приемлемой урожайности. [20]
Гибридизация с пшеницей
T. intermedium скрещивается с пшеницей с 1940-х годов. [21] Это дает некоторые преимущества. Во-первых, гибридизация T. intermedium с пшеницей передает устойчивость к грибкам и вирусам растениям домашней пшеницы. [21] Однако неизвестно, какие именно гены защищают от каких конкретных грибков. T. elongatum и T. intermedium передают в общей сложности четыре гена устойчивости к листовой ржавчине , в то время как T. intermedium передает два гена устойчивости к мучнистой росе. [22] Есть доказательства того, что T. intermedium также обладает устойчивостью к вирусу полосатой мозаики пшеницы , клещу Aceria tosichella , желтой карликовости ячменя и другим. [23] Эти переданные пшенице гены помогают повысить урожайность и выносливость во времена напряженной окружающей среды. Во-вторых, T. intermedium также имеет гены, которые улучшают выпечку хлеба при гибридизации с обычной пшеницей. Хотя это может показаться не важной характеристикой, лучший хлеб может означать больше калорий, что позволит накормить больше людей. Кроме того, хлеб, который остается свежим дольше, может предоставить больше возможностей для полноценного питания людей, и/или хлеб можно будет перевозить в районы, где нет большого доступа к продовольствию. [24]
Стратегии одомашнивания
Институт земли работает над разработкой жизнеспособных гибридов пшеницы и Thinopyrum intermedium с 2001 года, и было несколько успешных штаммов, которые разделяли 14 хромосом T. intermedium и 42 хромосомы пшеницы. Эти гибриды показывают лучшие результаты в отношении урожайности и устойчивости, чем любой из их родителей, но они не могут быть широко распространены [ необходимо уточнение ] из-за изменений [ необходимо уточнение ] климата по всему миру. Кроме того, у этих гибридов теряется многолетность. Эта потеря многолетности является распространенной проблемой при попытках гибридизации. Все другие желаемые характеристики присутствуют у гибридов - крупные семена, хорошая урожайность и т. д. Однако скрещивание твердой пшеницы и T. intermedium привело к появлению гибридов, которые демонстрируют многолетность в дополнение к другим желаемым характеристикам (повышенная энергия, выносливость в более холодную погоду, хорошая урожайность). [25]
Существуют три основные стратегии одомашнивания T. intermedium с целью создания альтернативной зерновой культуры:
- Одна из стратегий заключается в одомашнивании T. intermedium путем массового разведения и отбора для создания штамма, который имитирует размер семян и урожайность пшеницы, но сохраняет естественную устойчивость, выносливость и многолетность T. intermedium . Другими словами, эта стратегия придает T. intermedium больше характеристик, похожих на пшеницу;
- Вторая стратегия заключается в гибридизации пшеницы с T. intermedium для создания штамма пшеницы, который имитирует устойчивость и многолетность T. intermedium , но сохраняет размер семян и урожайность пшеницы. Другими словами, эта вторая стратегия придает пшенице больше характеристик, похожих на T. intermedium . Исследователи надеются, что эти две стратегии будут развиваться и встретятся посередине. [19]
- Третья стратегия заключается в том, чтобы извлечь выгоду из того, что мы знаем о молекулярных событиях, которые привели к одомашниванию эволюционно родственных злаков, таких как пшеница и ячмень. Мутации в так называемых генах одомашнивания у диких предков привели к фенотипам одомашнивания, которые характеризуют эти культуры сегодня. Если родственные гены могут быть идентифицированы в T. intermedium, может быть, станет возможным мутировать их с помощью новых технологий селекции ( целевой мутагенез , редактирование генома ) и таким образом ускорить одомашнивание. [26]
Кернза
Болезни и вредители
Черные луговые клопы могут быть проблемой для выращивания Thinopyrum intermedium , поскольку они могут нанести серьезный ущерб растениям пырея. [27] Сильное заражение может снизить производство семян и в сочетании с неблагоприятными условиями привести к гибели растений. Питаясь растениями, клопы разрушают клетки и разрушают или удаляют хлорофилл, оставляя белесые пятна на листьях растений.
Борьба с болезнями и вредителями
Thinopyrum intermedium — многолетнее растение , что означает, что обычные методы борьбы с болезнями, используемые для ежегодного производства зерна, могут оказаться неприменимыми и неэффективными. Кроме того, обычные гербициды, используемые при ежегодном выращивании зерна, не одобрены для использования с промежуточной пшеницей. Поэтому необходимы различные подходы для прерывания циклов болезней множественных патогенов при производстве зерна Kernza. [28]
Устойчивость является важным фактором при управлении многолетними зерновыми культурами, поскольку устойчивость является защитой, которая активна непрерывно, и применение активных веществ не требуется в течение всего года. T. intermedium показал устойчивость к четырем основным патогенам зерновых культур. Это желтая карликовость ячменя и мозаичная болезнь полосатой пшеницы , вирусные заболевания, которые могут привести к полной потере урожая без контроля, а также желтая пятнистость, вызываемая грибком Pyrenophora tritici-repentis , и всепоглощение, вызываемое грибком Gaeumannomyces graminis var. tritici . [29]
Сорта Кернца
Сертифицированные семена улучшенного семенного материала доступны в Ассоциациях по улучшению культур или из коммерческих источников. Сорта различаются по области происхождения, селекционным признакам и по их назначению. [30]
Пищевая ценность и применение Кернзы
Кернзу содержит более высокие показатели белка, зольности и содержания пищевых волокон по сравнению с пшеницей. Кроме того, 100 граммов сырой Кернзы обеспечивают 1540 килоджоулей (368 ккал) пищевой энергии и являются хорошим источником кальция (120 мг), а также железа (5,5 мг). Сравнивая Кернзу с белыми [ требуется разъяснение ] ягодами пшеницы , содержание кальция в 4,8 раза выше, а содержание железа более чем вдвое. Кернзу содержит глютен , но в ней недостаточно высокомолекулярного глютенина , что ограничивает ее использование, особенно в выпечке. Более высокое содержание жира в Кернзе может увеличить общую прогорклость, но более высокое содержание антиоксидантов , чем в пшенице, может обеспечить защитный эффект. [31] [32] Существуют существующие продукты с Кернзой, такие как Honey Toasted Kernza от Cascadian Farms [33] и пиво Kernza от Patagonia Provisions.
Практика управления
Мало что известно о методах управления, касающихся конкретно Kernza. Согласно официальной веб-странице Kernza [34], Kernza уже выращивается вперемешку с бобовыми , а в статье StarTribune говорится, что в Верхнем Среднем Западе США Kernza следует сеять не позднее 1 сентября, чтобы обеспечить укоренение корней до зимы. Тем не менее, все еще проводятся полевые испытания для изучения норм внесения азотных, фосфорных и калийных удобрений и сроков внесения для максимизации урожайности зерновых и кормовых культур. [35]
Акклиматизация к холодовому стрессу
Важным аспектом адаптации к холодовому стрессу является повышенная экспрессия генов репарации ДНК . [36] У T. intermedium условия стресса от замерзания связаны с большим увеличением экспрессии двух генов репарации ДНК (один ген продуцирует фотолиазу , а другой — белок, используемый в репарации нуклеотидов ). [36]
Галерея
Корни в сравнении с корнями пшеницы (слева в каждом месяце)
Необычно толстые головки (крайние справа) по сравнению с головками растений дикого типа.
Новый посев в рядах 30 дюймов (760 мм)
Питомник для разведения
Молодые растения
Карликовое растение (слева) по сравнению со стандартным растением (справа)
Генетически карликовое растение
Связывают в связки для подготовки к уборке и молотьбе.
Пятьдесят отобранных растений (по 2 клона каждое) выращиваются изолированно, чтобы обеспечить возможность случайного скрещивания.
Отдельные растения собирают и обмолачивают в комбайне.
Подача одного растения в селекционный комбайн для обмолота.
Ссылки
- ^ USDA, NRCS (nd). "Thinopyrum intermedium". База данных PLANTS (plants.usda.gov) . Гринсборо, Северная Каролина: Национальная группа по данным о растениях . Получено 9 декабря 2015 г.
- ^ The Grass Manual: Thinopyrum intermedium (пырей средний) просмотрено 2013-01-31
- ^ "AGM Plants March 2020 © RHS – ORNAMENTAL" (PDF) . rhs.org.uk . Королевское садоводческое общество. Март 2020 . Получено 11 сентября 2020 .
- ^ Пырей средний. Green Lands Blue Waters. Получено: 2013-10-26.
- ^ ab Информация о товарном знаке. Kernza Архивировано 31 декабря 2014 г. на Wayback Machine . LegalForce. Получено: 26 октября 2013 г.
- ^ abc База данных РАСТЕНИЙ Министерства сельского хозяйства США
- ^ Дикая Трига
- ^ Информационный листок о проростках пшеницы среднего уровня [ постоянная неработающая ссылка ]
- ^ The Grass Manual: Карта распространения Thinopyrum intermedium (в Северной Америке; интродуцированный вид). Доступ получен 31.01.2013
- ^ ab Промежуточное руководство по выращиванию ростков пшеницы [ постоянная нерабочая ссылка ]
- ^ Вагонер, П. и А. Шауэр. 1990. Пшеница промежуточная как многолетняя зерновая культура. стр. 143-145. В: J. Janick и JE Simon (ред.), Достижения в новых культурах. Timber Press, Портленд, штат Орегон.
- ^ Как мы можем приручить забытые дикие растения, чтобы накормить мир | WIRED
- ^ Производство семян промежуточной пшеницы [ постоянная мертвая ссылка ]
- ^ Беккер, Роберт (1991). «Композиционная, пищевая и функциональная оценка промежуточной пшеницы». Журнал по переработке и сохранению пищевых продуктов . 15 (1): 63–77. doi : 10.1111/j.1745-4549.1991.tb00154.x .
- ^ Кокс и др. 2002 Селекция многолетних зерновых культур. Критические обзоры в науке о растениях 21:51-91
- ^ Салина, Елена (июль 2015 г.). «Хромосома Thinopyrum intermedium в сортах мягкой пшеницы как источник генов, придающих устойчивость к грибковым заболеваниям». Euphytica . 204 : 91–101. doi :10.1007/s10681-014-1344-5. S2CID 12410612.
- ^ А. Шауэр, 1990. Оценка промежуточной зародышевой плазмы пшеницы. Исследовательский центр Родейла, Кутцтаун, Пенсильвания.
- ^ "Cox 2008". Архивировано из оригинала 2009-05-05 . Получено 2009-02-23 .
- ^ ab Dehaan, Lee (2014). «Текущие усилия по развитию многолетней пшеницы и одомашниванию Thinopyrum Intermedium как многолетнего злака». Генетика и селекция: современное состояние, пробелы и возможности . 01 : 72–89.
- ^ Кокс, Томас (август 2006 г.). «Перспективы развития многолетних зерновых культур». BioScience . 56 (8): 649–659. doi : 10.1641/0006-3568(2006)56[649:PFDPGC]2.0.CO;2 .
- ^ ab Li, Hongjie; Wang, Xiaoming (2009). " Thinopyrum ponticum и Th. intermedium : многообещающий источник устойчивости к грибковым и вирусным заболеваниям пшеницы". Журнал генетики и геномики . 36 (9). Пекин : Elsevier China: 557–565. doi :10.1016/S1673-8527(08)60147-2. ISSN 1673-8527. PMID 19782957.
- ^ Салина, Елена (25 января 2015 г.). « Хромосома Thinopyrum intermedium в сортах мягкой пшеницы как источник генов, придающих устойчивость к грибковым заболеваниям». Euphytica . 204 (1): 91–101. doi :10.1007/s10681-014-1344-5. S2CID 12410612.
- ^ Кокс, Томас (2006). «Перспективы развития многолетних зерновых культур». BioScience . 56 (8): 649–659. doi : 10.1641/0006-3568(2006)56[649:PFDPGC]2.0.CO;2 .
- ^ Гарг, Моника (2014). «Интрогрессия полезных генов из Thinopyrum intermedium в пшеницу для улучшения качества хлебопечения». Селекция растений . 133 (3): 327–334. doi :10.1111/pbr.12167.
- ^ Дехаан, Ли (2014). «Текущие усилия по развитию многолетней пшеницы и одомашниванию Thinopyrum Intermedium как многолетнего злака». Генетика и селекция: современное состояние, пробелы и возможности . 01 : 72–89.
- ^ DeHaan L, Larson S, López-Marqués RL, Wenkel S, Gao C, Palmgren M (2020). «Ускоренное одомашнивание новой многолетней зерновой культуры». Trends in Plant Science . 25 (6): 525–537. doi : 10.1016/j.tplants.2020.02.004 . PMID 32407693.
{{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Malechek, JC; Gray, AM; Haws, BA (1 марта 1977 г.). «Урожайность и питательные качества промежуточной пшеницы, зараженной черными травяными клопами при низкой плотности популяции». Journal of Range Management . 30 (2): 128–131. doi : 10.2307/3897754. hdl : 10150/646831 . ISSN 0022-409X. JSTOR 3897754.
- ^ Подходы к управлению промежуточной пшеницей для производства кормовых культур двойного назначения и многолетних зерновых культур Kernza. 2019. Разработано Green Lands Blue Waters, кафедрой агрономии и генетики растений Университета Миннесоты, кафедрой агрономии Университета Висконсин-Мэдисон, инициативой Forever Green Initiative, Институтом земельных ресурсов и партнерами-фермерами.
- ^ Cox, CM; Garrett, KA; Cox, TS; Bockus, WW; Peters, T. (2005-11-01). "Реакции многолетних зерновых культур на четыре основных патогена злаковых культур Великих равнин". Plant Disease . 89 (11): 1235–1240. doi :10.1094/PD-89-1235. hdl : 2097/13885 . ISSN 0191-2917. PMID 30786449.
- ^ Govaerts, Rafaël (2017). "World Checklist of Selected Plant Families | COL". www.catalogueoflife.org . doi :10.48580/d4sl-38c. Архивировано из оригинала 2022-04-09 . Получено 2021-11-24 .
- ^ "Кернза" (PDF) .
- ^ «Выпечка с Kernza». 17 августа 2021 г.
- ^ "Климатически умные злаки с корнями CFANS | Колледж пищевых, сельскохозяйственных и природных ресурсов". Колледж пищевых, сельскохозяйственных и природных ресурсов Миннесотского университета . Получено 23 июля 2022 г.
- ^ "Кернза".
- ^ Неурожай в Кернце заставил подразделение General Mills пересмотреть планы по производству новых зерновых – StarTribu ne.com Kernza CAP - Kernza
- ^ ab Jaikumar NS, Dorn KM, Baas D, Wilke B, Kapp C, Snapp SS. Повреждение нуклеиновых кислот и восстановление ДНК зависят от стресса от замораживания у однолетней пшеницы (Triticum aestivum) и от возраста растения и замораживания у ее многолетнего родственника (Thinopyrum intermedium). Am J Bot. 2020 Dec;107(12):1693-1709. doi: 10.1002/ajb2.1584. Epub 2020 Dec 19. PMID 33340368
Внешние ссылки
На Викискладе есть медиафайлы по теме Thinopyrum intermedium .