Thinopyrum intermedio

Thinopyrum intermedium , conocida comúnmente como pasto de trigo intermedio , ^[1] es una gramínea perenne que forma césped de latribu Triticeae de Pooideae nativa de Europa y Asia occidental . ^[2] Es parte de un grupo de plantas comúnmente llamadas pastos de trigo debido a la similitud de sus cabezas o espigas de semillas con el trigo común. Sin embargo, los pastos de trigo generalmente son perennes, mientras que el trigo es anual. Ha ganado el Premio al Mérito de Jardinería de la Royal Horticultural Society como ornamental. ^[3]

Los ensayos con pasto de trigo intermedio, cuyo producto está registrado por el Land Institute como " Kernza ", muestran que se puede cultivar como un cultivo "multifuncional", que produce diversos productos básicos y servicios ecosistémicos . Mientras que las plantas anuales como el maíz tienden a agotar la materia orgánica del suelo y requieren insumos, un cereal perenne como el pasto de trigo intermedio puede producir cultivos y, al mismo tiempo, aumentar la materia orgánica del suelo . ^{[4] [5]}

Se han dado muchos nombres binomiales científicos a la especie Thinopyrum intermedium. Se han descrito múltiples especies o subespecies en función de diferentes morfologías, como si partes de la planta son pubescentes (es decir, cubiertas de "pelos") o no. A continuación se presenta una lista parcial de los sinónimos binomiales de Thinopyrum intermedium : ^[6]

Agropyron aucheri

Agropyron ciliatiflorum

Agropyron gentryi

Agropyron glaucum

Agropyron intermedio

Agropyron podperae

Agropyron pulcherrimum

Agropyron trichophorum

Elymus hispidus

Elytrigia intermedia

El nombre común más utilizado para Thinopyrum intermedium en los Estados Unidos es el de " trigo intermedio". El nombre "intermedio" probablemente se refiere a la altura de la planta, que generalmente es algo más baja que la de T. ponticum , conocida con el nombre común de "trigo alto". ^{[ cita requerida ]}

Triga silvestre es el nombre común que los investigadores del Instituto Rodale dieron a Thinopyrum intermedium . El nombre tenía como objetivo distinguir las variedades de la especie desarrolladas para su uso como cultivo de cereales perennes de las variedades forrajeras que se identifican con el nombre común de "trigo intermedio". ^[7]

Kernza es un nombre comercial registrado por el Land Institute para los granos procesados ​​de pasto de trigo intermedio. ^[5]

El área de distribución nativa del pasto de trigo intermedio se extiende desde Europa central y sudoriental hasta Asia Menor . Aunque se trajo por primera vez a los Estados Unidos en 1907, la primera introducción exitosa fue desde la región del Cáucaso en 1932. ^[8] La planta ahora se puede encontrar creciendo de forma silvestre en todo el oeste de los Estados Unidos y el oeste de Canadá . ^{[6] [9]}

T. intermedium se adapta mejor a: ^{[6] [ verificación fallida ]}

• Regiones con precipitaciones anuales entre 12 y 30 pulgadas (30 y 76 cm)
• Suelo con un pH entre 5,6 y 8,4
• Ubicaciones con exposición total al sol
• Una amplia gama de suelos pero con una profundidad mínima de 16 pulgadas (41 cm)
• Lugares donde la temperatura mínima supera los −38 °F (−39 °C)

Thinopyrum intermedium es una de las especies forrajeras más productivas del oeste de los Estados Unidos. Debido a que espiga relativamente tarde, se puede cultivar de manera eficaz en mezcla con alfalfa para aumentar su productividad, longevidad y calidad del forraje. Vuelve a crecer lentamente después del pastoreo o el corte, lo que lo hace más adecuado para el manejo con una sola cosecha por año. ^[10] Si se necesitan múltiples cosechas por año, otras especies serán más productivas. Si se manejan bien, las plantaciones pueden persistir hasta 50 años. ^{[ cita requerida ]}

Hábitat para la vida silvestre : el pasto de trigo intermedio puede ser una excelente fuente de alimento para los animales que pastan y ramonean . Si no se cosecha, la vegetación es un buen hábitat de anidación para algunas aves y aves acuáticas . En general, no es una planta invasora y coexiste bien con especies de plantas nativas. ^{[ cita requerida ]}

El manejo del suelo mediante el control de la erosión y la rehabilitación de tierras son usos adicionales para esta planta. Se establece rápidamente para formar una capa protectora de raíces y rizomas , incluso cuando se planta en suelos degradados por el movimiento de tierras o la minería . En cinco años, las plantaciones han producido hasta 7.800 kg/ha (7.000 libras por acre) de masa de raíz seca en los 20 cm superiores del suelo. ^[10] La producción abundante de raíces mantiene el suelo en su lugar y restaura su fertilidad natural al aumentar el carbono del suelo . ^{[ cita requerida ]}

Thinopyrum intermedium es un cultivo de cereales perenne . En 1983, el Centro de Investigación Rodale evaluó cerca de 100 especies de gramíneas perennes para identificar aquellas con un buen potencial para convertirse en cultivos de cereales perennes. Se seleccionó el pasto de trigo intermedio como la especie más prometedora en función de su sabor, facilidad de trillado, gran tamaño de semilla, resistencia al desgrane , resistencia al encamado , facilidad de cosecha y crecimiento perenne. ^[11] El pasto de trigo intermedio es nutricionalmente similar al trigo, y el grano se puede moler para hacer harina y utilizarlo para productos alimenticios, incluidos muffins, tortillas, panqueques, galletas, galletas saladas, pan, cerveza y whisky. Algunos productos se han comercializado con el nombre comercial Kernza . ^[12]

Aunque el uso principal de Thinopyrum intermedium es como forraje , la producción de semillas es esencial porque los agricultores y ganaderos continúan estableciendo nuevas poblaciones plantando la semilla. En 1988, se cosecharon más de 500 toneladas métricas (550 toneladas cortas) de semillas solo en Saskatchewan , aunque más recientemente la cosecha ha caído a menos de 225 toneladas métricas (248 toneladas cortas) en esa provincia canadiense . ^[13] Los rendimientos promedio de semillas son de aproximadamente 330 libras por acre (370 kg/ha), pero se han logrado rendimientos en la finca de hasta 880 libras por acre (990 kg/ha). La semilla generalmente se produce en hileras espaciadas de 30 a 36 pulgadas (76 a 91 cm) entre sí. El amplio espaciamiento entre hileras (en relación con los cultivos de granos como el trigo ) permite rendimientos sostenidos de semillas durante cinco a diez años. Sin espaciamiento y labranza ocasional entre las hileras, los rendimientos disminuyen rápidamente a medida que la población de plantas se vuelve cada vez más densa debido a la propagación de los rizomas . A pesar de esto, algunos todavía consideran que T. intermedium es inferior al trigo, ya que sus semillas son comparativamente diminutas. ^[14]

El pasto de trigo intermedio, Thinopyrum intermedium , se ha hibridado ampliamente con el trigo en un esfuerzo por transferir rasgos como la resistencia a las enfermedades o la perenneidad. ^[15] La transferencia de resistencia a la roya de la hoja y al mildiú polvoroso al trigo ha sido un interés especial. ^[16] Pero, los intentos de domesticar directamente la especie en un cultivo de grano no comenzaron hasta que los trabajadores del Centro de Investigación Rodale comenzaron a evaluar colecciones en 1983. ^[17] En 1989, después de evaluar 300 colecciones, los trabajadores seleccionaron las mejores veinte en función del rendimiento de grano y la calidad de la semilla. Se permitió que las colecciones seleccionadas se aparearan, y se evaluaron 380 progenies entre 1991 y 1994. Las mejores once plantas, más tres de otra evaluación, se habían apareado, lo que provocó que comenzara un segundo ciclo. Las semillas de las mejores plantas en el segundo ciclo se pasaron a los científicos del Land Institute , donde la investigación ha continuado.

En 2001 y 2002, se sembraron semillas del primer y segundo ciclo de mejoramiento del Centro de Investigación Rodale en The Land Institute. En el otoño de 2003, se desenterraron 1000 plantas individuales y se propagaron vegetativamente para obtener tres clones de cada planta. Las 3000 plantas resultantes se trasplantaron al azar al campo en una cuadrícula de tres pies por tres pies. De esta manera, las diferencias genéticas entre las plantas se separaron de las influencias ambientales. En 2005, se cosecharon cabezas de cada planta y se trillaron para eliminar las semillas. Las semillas se contaron y pesaron para determinar el rendimiento por cabeza de semilla y el peso por semilla. Las cincuenta plantas con el mayor rendimiento y la semilla más grande se seleccionaron para aparearse en 2004. ^{[ cita requerida ]}

En el otoño de 2004, se plantaron 4000 descendientes para establecer el segundo ciclo de crianza en The Land Institute. En 2008, estas plantas se cosecharon por separado utilizando una guadaña mecánica y se trillaron en una cosechadora. Nuevamente se seleccionaron las mejores 50 plantas, esta vez en función del rendimiento por cabeza, el tamaño de la semilla, la cortatura y la capacidad de trillar libremente.

Los métodos de selección descritos anteriormente han aumentado el tamaño de las semillas y el rendimiento en un 10 a 18% por ciclo. ^[18] Pero quizás de mayor importancia ha sido el descubrimiento de dos rasgos mendelianos . El primero es el enanismo, que da como resultado tallos unos 30 centímetros (1 pie 0 pulgada) más cortos que las plantas de tipo salvaje y hojas cortas y erectas. El segundo es un cambio más sutil en la forma de la cabeza que da como resultado cabezas gruesas, no quebradizas y semillas ligeramente más grandes. Ambos rasgos parecen estar controlados por genes dominantes.

Todo el proceso mencionado anteriormente se denomina selección masiva, que consiste en criar y seleccionar a los mejores individuos para generar la siguiente generación. (Sin embargo, la cría masiva es un proceso mediante el cual se crean grandes cantidades de individuos genéticamente diversos). Debido a las estructuras similares a las de la hierba de T. intermedium , algunos creen que aún necesita ser domesticada lo más posible para parecerse al trigo. ^[19]

El hecho de que T. intermedium sea una gramínea perenne es importante en lo que respecta a su uso como cereal. La planta persiste y puede cosecharse año tras año, y su domesticación produciría tres meses adicionales de agricultura; sus hojas son más activas en los meses en los que el trigo común no está activo: de julio a septiembre. A pesar de la promesa, el rendimiento por acre de Thinopyrum intermedium es el 26% del rendimiento del trigo tradicional. Debido a esto, algunos están haciendo esfuerzos por hibridar trigo y T. intermedium en lugar de intentar domesticar T. intermedium para obtener un rendimiento más aceptable. ^[20]

T. intermedium se ha hibridado con trigo desde la década de 1940. ^[21] Esto confiere algunas ventajas. Primero, la hibridación de T. intermedium con trigo transfiere resistencias fúngicas y virales a las plantas de trigo domésticas. ^[21] Sin embargo, no se sabe qué genes específicos protegen contra qué hongos específicos. T. elongatum y T. intermedium imparten un total de cuatro genes de resistencia a la roya de la hoja , mientras que T. intermedium confiere dos genes de resistencia al mildiú polvoroso. ^[22] Hay evidencia de que T. intermedium también tiene resistencia al virus del mosaico del trigo , el ácaro Aceria tosichella , el enanismo amarillo de la cebada y otros. ^[23] Estos genes conferidos en el trigo ayudan a aumentar el rendimiento y la resistencia en épocas de tensión ambiental. En segundo lugar, T. intermedium también tiene genes que mejoran la elaboración del pan cuando se hibrida con trigo común. Si bien esto puede no parecer una característica importante, un mejor pan puede significar más calorías, alimentando a más personas. Además, el pan que se mantiene fresco por más tiempo puede brindar más oportunidades para que las personas se alimenten adecuadamente, y/o el pan puede transportarse a áreas sin mucho acceso a alimentos. ^[24]

El Land Institute ha estado trabajando para desarrollar híbridos viables de trigo y Thinopyrum intermedium desde 2001, y ha habido varias cepas exitosas que comparten 14 cromosomas de T. intermedium y 42 cromosomas de trigo. Estos híbridos tienen un mejor rendimiento y resistencia que cualquiera de sus progenitores, pero no se pueden generalizar ^{[ aclaración necesaria ]} debido a los cambios ^{[ aclaración necesaria ]} del clima en todo el mundo. Además, con estos híbridos se pierde la perenneidad. Esta pérdida de perenneidad es un problema común con los intentos de hibridación. Todas las demás características deseadas están presentes en los híbridos: semillas grandes, buenos rendimientos, etc. Sin embargo, los cruces entre trigo duro y T. intermedium han dado como resultado híbridos que sí exhiben perenneidad además de otras características deseadas (mayor vigor, resistencia en climas más fríos, buen rendimiento). ^[25]

Existen tres estrategias generales para la domesticación de T. intermedium con el propósito de crear un cultivo de grano alternativo:

1. Una estrategia es domesticar T. intermedium mediante la cría y selección masivas para crear una cepa que imite el tamaño y el rendimiento de las semillas del trigo, pero que conserve las resistencias naturales, la rusticidad y la perennidad de T. intermedium . En otras palabras, esta estrategia le da a T. intermedium características más parecidas al trigo;
2. Una segunda estrategia consiste en hibridar el trigo con T. intermedium para crear una cepa de trigo que imite la resistencia y la perennidad de T. intermedium pero que conserve el tamaño y el rendimiento de las semillas del trigo. En otras palabras, esta segunda estrategia le otorga al trigo características más parecidas a las de T. intermedium . Los investigadores esperan que estas dos estrategias progresen y se encuentren en el medio. ^[19]
3. Una tercera estrategia es aprovechar lo que sabemos sobre los eventos moleculares que llevaron a la domesticación de gramíneas relacionadas evolutivamente, como el trigo y la cebada. Las mutaciones en los llamados genes de domesticación en ancestros silvestres llevaron a los fenotipos de domesticación que caracterizan a estos cultivos hoy en día. Si se pueden identificar genes relacionados en T. intermedium, puede ser posible mutarlos mediante nuevas tecnologías de mejoramiento ( mutagénesis dirigida , edición genómica ) y, de esta manera, acelerar la domesticación. ^[26]

Las chinches negras de los pastizales pueden ser un problema para el cultivo de Thinopyrum intermedium , ya que pueden causar graves daños a las plantas de pasto de trigo. ^[27] Una infestación intensa puede reducir la producción de semillas y, junto con condiciones desfavorables, provocar la mortalidad de las plantas. Al alimentarse de las plantas, las chinches destruyen las células y destruyen o eliminan la clorofila, dejando manchas blanquecinas en las hojas de las plantas.

Thinopyrum intermedium es una planta perenne , lo que significa que los métodos habituales de manejo de enfermedades utilizados para la producción de cereales anuales podrían no ser aplicables ni eficientes. Además, los herbicidas comunes utilizados en el cultivo de cereales anuales no están aprobados para su uso con el pasto de trigo intermedio. Por lo tanto, se necesitan diferentes enfoques para interrumpir los ciclos de enfermedades de múltiples patógenos en la producción de cereales Kernza. ^[28]

La resistencia es un factor importante en el manejo de los cultivos de cereales perennes, ya que es una defensa que está activa de forma continua y no es necesario aplicar sustancias activas durante todo el año. T. intermedium ha mostrado resistencia contra cuatro patógenos principales de los cereales: el enanismo amarillo de la cebada y el mosaico rayado del trigo , enfermedades virales que pueden causar una pérdida total del rendimiento sin control y la mancha bronceada causada por el hongo Pyrenophora tritici-repentis y el mal del pie causado por el hongo Gaeumannomyces graminis var. tritici . ^[29]

Las semillas certificadas de material mejorado se pueden conseguir en las asociaciones de mejora de cultivos o en fuentes comerciales. Los cultivares difieren en cuanto a su zona de origen, características de selección y finalidad. ^[30]

El Kernza contiene mayores valores de proteína, contenido de cenizas y contenido de fibra dietética en comparación con el trigo. Además, 100 gramos de Kernza crudo proporcionan 1540 kilojulios (368 kcal) de energía alimentaria y son una buena fuente de calcio (120 mg) así como de hierro (5,5 mg). Comparando el Kernza con las bayas de trigo blanco ^{[ aclaración necesaria ]} , los contenidos de calcio son 4,8 veces mayores y los valores de hierro son más del doble. El Kernza contiene gluten pero es deficiente en glutenina de alto peso molecular , lo que limita su uso especialmente en panadería. El mayor contenido de grasa en el Kernza puede aumentar la rancidez general, pero un mayor contenido de antioxidantes que el trigo puede ofrecer un efecto protector. ^{[31] [32]} Existen productos con Kernza como Honey Toasted Kernza de Cascadian Farms ^[33] y la cerveza Kernza de Patagonia Provisions.

Se sabe poco sobre las prácticas de manejo específicamente relacionadas con Kernza. Según la página web oficial de Kernza ^[34], Kernza ya se está intercalando con legumbres y en un artículo del StarTribune, se dice que en el Alto Medio Oeste de los EE. UU., Kernza debe sembrarse a más tardar el 1 de septiembre para asegurar el establecimiento de las raíces antes del invierno. Sin embargo, todavía se están realizando ensayos de campo para examinar las tasas de fertilización con nitrógeno, fósforo y potasio y el momento de aplicación para maximizar los rendimientos de grano y forraje. ^[35]

Un aspecto importante de la aclimatación al estrés por frío es el aumento de la expresión de genes de reparación del ADN . ^[36] En T. intermedium , las condiciones de estrés por congelación se asocian con grandes aumentos en la expresión de dos genes de reparación del ADN (un producto génico, una fotoliasa , y el otro, una proteína empleada en la reparación por escisión de nucleótidos ). ^[36]