多年生小麦可持续粮食栽培

诸平

Fig. 1 A field with Kernza. Image source: Michl - TU Graz

Fig. 2 A field with Kernza. Image source: Michl - TU Graz

据奥地利格拉茨工业大学（Graz University of Technology / Technische Universität Graz简称TU Graz)2024年9月12日提供的消息，多年生小麦可持续粮食栽培(Sustainable Grain Cultivation with Perennial Wheat)。

与一年生植物相比，多年生小麦提供了更多样化的微生物群，对土壤和环境的影响也明显更小——正如格拉茨工业大学环境生物技术研究所（TU Graz’s Institute of Environmental Biotechnology）的研究人员刚刚证明的那样。

从生态学的角度来看，一年生谷物作物的种植是对自然的一种负担。土壤必须每年翻耕和重新种植，植物需要大量的水、杀虫剂和其他化学物质。这导致土壤质量下降，植物微生物组的多样性极低，即生活在植物表面和植物内部的所有微生物的总数极低。在“NAPERDIV——以自然为基础的多年生粮食种植模式，保护功能性生物多样性，迈向面向未来农业的模式”项目（"NAPERDIV - Nature-based perennial grain cropping as a model to safeguard functional biodiversity towards future-proof agriculture"）中，格拉茨理工大学(TU Graz)环境生物技术研究所的一个研究小组，最近研究了多年生粮食作物的种植是否更环保。研究人员发现，它们培育出了更多样化、更健康的微生物群，因为土壤不需要每年完全翻耕，而且需要使用的化学物质也少得多。

三个国家的比较（Comparisons in three countries）

该小组调查了一种以商品名Kernza——中间小麦草（intermediate wheatgrass）或中间偃麦草（Thinopyrum intermedium）——闻名的小麦植物。研究人员于2021年和2022年从法国、比利时和瑞典的田地里采集了样本，将Kernza的微生物群与邻近田地的一年生小麦的微生物群进行了比较。格拉茨工业大学环境生物技术研究所的克里斯蒂娜·米希尔（Kristina Michl）说:“在实验室和计算机上进行的分析表明，多年生植物根部的微生物群多样性明显高于一年生植物。其中一个主要原因是，Kernza的根部保持不变，而一年生植物在收获后被重新种植。”

研究人员还能够证明，多年生小麦不仅直接影响根系微生物群，而且通过所使用的特定培养方法间接影响根系微生物群。由于Kernza不需要那么多的耕作，需要更少的化学品，土壤更健康，这导致微生物的多样性增加，多年生小麦可以从中挑选出它需要的微生物。高等生物也受益于多年生植物。更多的蚯蚓（earthworms）和甲壳虫（beetles）也在这里定居。

Kernza是什么？（What Is Kernza?）

Kernza是一种从中间麦草中收获的全谷物（whole grain）。它与一年生小麦有关，以前在美国各地种植，作为牲畜的饲料。2008年，一个名为土地研究所(Land Institute)的非营利组织开始驯化它，将其作为一种适合人类食用的谷物。到2021年春季，有3500英亩的Kernza投入生产。

水和肥料减少了，但产量降低了（Less water and fertiliser, but lower yield）

Kernza还有一个优势，它比一年生谷物作物需要更少的水和氮磷肥料，因为它的根扎入土壤深得多。而且由于土壤较少耕作和压实，它可以更好地吸收水分，这有助于防洪。

目前使用多年生谷物的最大限制仍然是其产量低于一年生小麦，目前仅为20%左右。然而，Kernza的育种历史只有20年左右，预计在未来30~50年内将实现一年生植物的产量。目前尚不清楚产量最大化的育种是否会对微生物群产生负面影响。中国目前正在进行多年生水稻的研究(Studies with perennial rice are currently underway in China)。

作为食品在欧洲的授权仍在进行中（Authorisation as foodstuff in Europe still ongoing）

“另一个问题是，产量从第二年或第三年开始急剧下降。这个想法是将这些多年生谷物整合到作物轮作中，并在三到五年后再次移除它们以引入其他品种。这使得土壤可以从每年的轮作中恢复几年，”克里斯蒂娜·米希尔说。

在美国，Kernza已被批准用于食品生产，但在欧洲，这一审批过程仍在进行中。然而，已经有一些产品，如啤酒或威士忌（beer or whisky），以这种多年生谷物为基础。在美国，它已经被用来制作面包（bread）、饼干（biscuits）、薄脆饼干（crackers）和其他烘焙食品。在风味和烘焙品质方面，它更让人想起黑麦(rye)而不是小麦（wheat）。

这一研究领域锚定在专业领域：人类和生物技术（Field of Expertise “Human & Biotechnology”），它是格拉茨工业大学五大战略重点之一。

NAPERDIV项目由奥地利科学基金（Austrian Science Fund / Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung简称FWF）资助，也是欧盟范围内的生物多样性项目倡议(EU-wide Biodiversa project initiative)的一部分。

Kernza的历史（History of Kernza​）

Kernza的故事始于20世纪80年代初，当时罗代尔研究所（Rodale Institute）的植物育种家们受韦斯·杰克逊(Wes Jackson)对多年生农业的设想的启发，选择了一种名为“中间小麦草”(Thinopyrum intermedium)的欧亚牧草作为一年生小麦的替代品。

美国农业部（USDA）和罗代尔研究所的研究人员于1988年开始进行育种，选择肥力和种子大小等性状。2003年，位于美国堪萨斯州萨利纳(Salina, Kansas, USA)的非营利组织土地研究所(Land Institute)在李·德哈恩(Lee DeHaan)博士的指导下接管了这项工作。今天，在包括美国威斯康星大学（University of Wisconsin）在内的国际合作伙伴的合作网络中，育种和研究工作仍在继续。

第一个Kernza多年生谷物品种于2019年由美国明尼苏达大学（University of Minnesota）发布，被命名为MN-Clearwater。另外5个品种于2022年发布，目前市场上共有6个获批品种。如今，Kernza是一种新兴作物，正在为利基市场（niche markets）进行小规模种植。随着对这种作物的遗传学和农艺学认识的提高，我们的目标是在美国北部和世界各地广泛种植Kernza。

上述介绍，仅供参考。欲了解更多信息，敬请注意浏览原文或者相关报道。

Kernza — The Grain You’ve Never Heard of That Could Revolutionize Farming

Telling the Kernza story

​For more information, see kernza.org and The Land Institute.