Для фермеров мискантус представляет собой крупную авансовую инвестицию. Большая многолетняя трава должна быть получена из вегетативных частей, что обходится фермерам с большими затратами, но она обещает десятилетие или более огромных урожаев биомассы, начиная со второго или третьего года. Однако, если в первый год случится холодная зима, все ставки сняты.
Чувствительность этой культуры к холоду ограничила ее использование в северных странах, но новое исследование Университета Иллинойса показывает, что потенциальным производителям мискантуса в холодных регионах может быть лучше.
«Фермеры играют в азартную игру: будет ли суровая зима или нет? Если они получат плохие укоренения из-за зимней отмирания, они потеряют свои инвестиции», - говорит Эрик Сакс, генетик растений. в Департаменте растениеводства Университета I и соавтором двух новых исследований, опубликованных в журнале Global Change Biology Bioenergy. «Мы хотели найти генотипы мискантуса, способные противостоять холоду».
Большая часть мискантуса, выращиваемого в настоящее время для получения биомассы, относится к одному генотипу, чувствительному к холоду, известному под коммерческим названием «Иллинойс» по месту его интродукции в Соединенные Штаты. В течение многих лет Сакс и другие селекционеры по всему миру скрещивали и исследовали родной регион мискантуса, пытаясь найти и вывести новые сорта с более привлекательными агрономическими характеристиками.
В одном из новых исследований Сакс и его коллеги посадили 13 таких сортов в мае перед необычно холодной зимой в Урбане, штат Иллинойс. Большинство тех же сортов были посажены южнее в Диксон-Спрингс, штат Иллинойс, и в Джонсборо, штат Арканзас.
"Тем летом мы выпустили несколько новых гибридов Miscanthus x giganteus, большинство из которых были экспериментальными гибридами, но некоторые из коллекций на юге Японии. Мы искали урожайность и другие рабочие характеристики. Но, как оказалось, «Зима 2013-2014 годов здесь, в Урбане, была очень холодной», - говорит Сакс. "Получишь лимоны - сделаешь лимонад, вот мы и оценили зимостойкость."
Весной 2014 года стало ясно, что однолетние растения Иллинойса были уничтожены в Урбане, хотя ни одно из растений в Диксон-Спрингс или Джонсборо практически не пострадало. Фактически, большинство сортов первого года сильно пострадали в Урбане той зимой. Однако один гибрид выделялся.
«Гибрид «Нагара» не знал, что в 2013-2014 годах была зима. Все было в полном порядке. А в Диксон-Спрингс его урожайность была высокой и незначительно отличалась от «Иллинойса», - говорит Сакс.. «Здесь, на севере, я бы сказал, что что-то вроде «Нагара» - гораздо более безопасная ставка для фермера."
Hongxu Dong, ведущий автор исследования и бывший докторант исследовательской группы Сакса, добавляет, что экспериментальный гибрид 10UI-032.004 и один из его родителей, M. sacchariflorus 'Bluemel', были сопоставимы с 'Nagara ' с точки зрения выживания в первую зиму в Урбане.
"Это примечательно, учитывая, что другой родитель, M. sinensis ssp. condensatus 'Cabaret', оказался наименее устойчивым объектом в этом исследовании", - говорит он.
Исследователи также отметили, что взрослые растения в других испытаниях в Урбане имели гораздо меньше зимних повреждений и полностью восстанавливались к концу весны. Это наблюдение показало им, что однолетние растения мискантуса гораздо более восприимчивы к повреждениям от холодных зим, чем зрелые, укоренившиеся растения. Исследователи продолжали наблюдать за растениями, в том числе за их приживаемостью и выходом биомассы, до весны 2015 года.
Сакс отмечает: «Вывод из урока состоит в том, что зимостойкость - это то, о чем нам нужно очень беспокоиться на Среднем Западе и в Новой Англии, а также в других местах с суровой зимой. Мы должны выбирать гибриды, о которых фермерам не нужно беспокоиться каждый раз, когда они сажают. У нас уже есть немедленное решение этой проблемы здесь, «Нагара», и есть другие решения от моей исследовательской группы».
Во втором исследовании исследователи оценили влияние зимы 2013-2014 годов в Урбане на взрослые растения мискантуса. Трехлетние растения были скрещены с декоративной разновидностью мискантуса, первоначально собранной в умеренных прибрежных районах южной Японии - Miscanthus sinensis ssp. конденсат 'Cosmopolitan' - и один из трех других, собранных в отдаленных регионах Азии, от юга Японии до отдаленных районов на границе между Китаем и востоком России.
Несмотря на то, что растения уже созрели, многие из них были сильно повреждены или погибли к весне 2014 года, за исключением помеси «Космополитен» и российского сорта Miscanthus sacchariflorus «Robustus». Как и «Нагара», эти кресты, казалось, вообще не замечали, что наступила зима. Все они выжили и были очень энергичными в следующем вегетационном периоде.
Исследователи создали генетические карты растений и смогли определить ряд генов-кандидатов, коррелирующих с зимостойкостью. Теперь они работают с этими генами, чтобы создать гибриды, представляющие лучшее из обоих миров.
«Генетическое картирование для выявления генов-кандидатов, связанных с ценными признаками, является критически важным шагом для обеспечения селекции с помощью маркеров, что может быть особенно ценно для селекции многолетних культур, таких как мискантус, которые имеют многолетние циклы селекции», - говорит Донг.
Сакс добавляет: «Главный вывод заключался в том, что если мы скрестим что-то действительно невыносливое и что-то действительно выносливое, то их потомство выживет здесь. это с морозостойкостью низкоурожайных северных материалов Берите крайности, комбинируйте их, и у вас есть с чем работать. Это был хороший урок."