Может ли кактусовая груша стать в ближайшем будущем основной культурой, такой как соя и кукуруза, и помочь обеспечить источник биотоплива, а также устойчивую продовольственную и кормовую культуру? Согласно недавно опубликованному исследованию, исследователи из Университета Невады в Рено считают, что растение с его высокой термостойкостью и низким потреблением воды может быть в состоянии обеспечить топливо и пищу в местах, которые раньше не могли расти в больших количествах. способ устойчивого урожая.
Модели глобального изменения климата предсказывают, что длительные засухи будут увеличиваться по продолжительности и интенсивности, что приведет как к повышению температуры, так и к снижению уровня доступной воды. Многие культуры, такие как рис, кукуруза и соя, имеют верхний предел температуры, а другие традиционные культуры, такие как люцерна, требуют больше воды, чем может быть доступно в будущем.
«Засушливые районы станут еще суше из-за изменения климата», - сказал профессор биохимии и молекулярной биологии Джон Кушман из Университетского колледжа сельского хозяйства, биотехнологии и природных ресурсов. «В конечном счете, мы увидим, что в будущем все больше и больше проблем с засухой повлияют на такие культуры, как кукуруза и соя».
Использование возобновляемых источников энергии
В составе экспериментальной станции колледжа Кушман и его команда недавно опубликовали результаты пятилетнего исследования использования бесхребетной кактусовой груши в качестве высокотемпературной и маловодной коммерческой культуры. Исследование, финансируемое Экспериментальной станцией и Национальным институтом продовольствия и сельского хозяйства Министерства сельского хозяйства США, стало первым долгосрочным полевым испытанием видов Opuntia в США в качестве масштабируемого биоэнергетического сырья для замены ископаемого топлива.
Результаты исследования, проведенного в полевой лаборатории Южной Невады экспериментальной станции в Логандале, штат Невада, показали, что у Opuntia ficus-indica была самая высокая урожайность при использовании на 80% меньше воды, чем у некоторых традиционных культур. Среди соавторов были Кэрол Бишоп из отдела расширения колледжа, научный сотрудник с докторской степенью Дурба Неупане и аспиранты Николас Александр Нечаев и Джесси Майер..
«Кукуруза и сахарный тростник сейчас являются основными биоэнергетическими культурами, но требуют в три-шесть раз больше воды, чем кактусовая груша», - сказал Кушман. «Это исследование показало, что урожайность кактусовой груши находится на одном уровне с этими важными биоэнергетическими культурами, но использует часть воды и имеет более высокую устойчивость к жаре, что делает их гораздо более устойчивой к климату культурой."
Кактусовая груша хорошо работает в качестве биоэнергетической культуры, потому что это универсальная многолетняя культура. Когда его не собирают для производства биотоплива, он работает как наземный поглотитель углерода, удаляя углекислый газ из атмосферы и сохраняя его устойчивым образом.
«Приблизительно 42% суши во всем мире классифицируются как полузасушливые или засушливые», - сказал Кушман. «Существует огромный потенциал для посадки кактусовых деревьев для связывания углерода. Мы можем начать выращивать кактусовые груши на заброшенных территориях, которые являются маргинальными и могут не подходить для других культур, тем самым расширяя площадь, используемую для производства биоэнергии».
Заправка людей и животных
Урожай также можно использовать в пищу людям и на корм скоту. Кактусовая груша уже используется во многих полузасушливых районах мира для производства продуктов питания и кормов из-за ее низкой потребности в воде по сравнению с более традиционными культурами. Плоды можно использовать для джемов и желе из-за высокого содержания сахара, а подушечки едят как свежими, так и в виде овощных консервов. Поскольку подушечки растения на 90 % состоят из воды, урожай также отлично подходит для кормления скота.
«Вот преимущество этой многолетней культуры», - объяснил Кушман. «Вы собрали плоды и подушечки для еды, и теперь у вас есть большое количество биомассы на земле, которая улавливает углерод и может быть использована для производства биотоплива».
Кушман также надеется использовать гены кактусовой груши для повышения эффективности использования воды другими культурами. Один из способов, которым кактусовая груша удерживает воду, заключается в том, что она закрывает свои поры во время дневной жары, чтобы предотвратить испарение, и открывает их ночью, чтобы дышать. Cushman хочет взять гены кактусовой груши, которые позволяют ему это делать, и добавить их к генетическому составу других растений, чтобы повысить их засухоустойчивость.
Бишоп, педагог-консультант Северо-восточного округа Кларк, и ее команда, в которую входят учащиеся средней школы долины Моапа, продолжают помогать поддерживать и собирать более 250 растений кактусовой груши, все еще выращиваемых в полевой лаборатории в Логандале. Кроме того, во время обучения студенты получили ценный опыт, помогая распространять информацию о проекте, его целях, а также о потенциальных преимуществах и способах использования завода. Они выпускали видеоролики, статьи, брошюры и рецепты; провел экскурсии по полевой лаборатории; и проводил занятия, в том числе курсы по сбору урожая и кулинарии.
Подпитка дальнейших исследований
В 2019 году Кушман начал новый исследовательский проект с кактусовой грушей в Национальном отделе генетических ресурсов растений засушливых земель Министерства сельского хозяйства США в Парльере, Калифорния. В дополнение к продолжению измерений того, сколько урожая даст урожай кактуса, команда Кушмана в сотрудничестве с Клэр Хейниц, куратором подразделения, изучает, какие образцы или уникальные образцы тканей растений или семян с различными генетическими признаками обеспечивают наибольшую производительность и оптимизировать условия выращивания урожая.
"Мы хотим бесхребетную грушу кактуса, которая будет быстро расти и производить много биомассы", - сказал Кушман.
Одна из других целей проекта - узнать больше о болезни опунции, вызывающей задержку роста, из-за которой у кактусов вырастают меньшие подушечки и плоды. Команда берет образцы с зараженных растений, чтобы изучить ДНК и РНК, чтобы выяснить, что вызывает болезнь и как она передается другим кактусам в полевых условиях. Надежда состоит в том, чтобы использовать эту информацию для создания диагностического инструмента и лечения для обнаружения и предотвращения распространения болезни, а также для спасения пригодных для использования частей больных растений.