多年生稲

多年生イネは、播種せずに何シーズンも再生できる長寿命イネの品種で、いくつかの機関の植物遺伝学者によって開発されています。これらの品種は遺伝的に異なっており、さまざまな気候や栽培システムに適応しますが、寿命が他の種類のイネとは大きく異なるため、まとめて多年生イネと呼ばれています。多年生イネは、他の多くの多年生植物と同様に、地表下または地表すぐ上の水平茎によって広がりますが、花、花粉、種子を生成して有性生殖もします。他の穀物作物と同様に、人間が収穫して食べ​​るのは種子です。

多年生イネは、提案、研究、または開発が進められている多年生穀物の1つであり、 ^[1]多年生小麦、ヒマワリ、ソルガムなどが含まれます。農学者は、多年生作物で覆われた農業景観の面積をいつでも増やすことは、土壌を安定させ、改善し、野生生物の生息地を提供する優れた方法であると主張しています。^[2]

多年生イネの育種はフィリピンの国際稲研究所^[3]で開始され、現在は中華人民共和国雲南省農業科学院やその他の機関で開発が進められているが、まだ流通していない。

栽培化されたアジアの^[4]イネ、Oryza sativaは短命な植物です。ほとんどの栽培品種は種子を生産した後に枯れますが、いくつかの品種は再成長し（再生）、好条件の下で2回目の収穫をすることができます。 ^[5]温暖な気候の地域では、毎年2〜3回の稲作が可能です。再生作物を除いて、これは数ヶ月ごとに枯れた茎を取り除き、土壌を耕し、新しい種子を播種する必要があることを意味します。

対照的に、アジアのイネの野生祖先であるOryza rufipogonは、毎年種子を作り、栄養繁殖して、長年にわたって生存することが多い。^{[6]これらの}多年生タイプに加えて、一部のOryza rufipogon個体群は一年生または中期寿命である。 ^[7]

イネ属の他の野生種も多年生です。多年生のOryza rufipogon は地上茎 (匍匐茎) によって栄養繁殖しますが、O. longistaminata、O. officinalis、O. australiensis、O. rhizomatisは地下茎 (根茎) によって繁殖します。

農地、特に湿潤熱帯地方の農地^[9]では、植生が除去されたり、最近耕作されたりした畑は、風や水による浸食、土壌の圧縮、土壌有機物や微生物バイオマスの減少により、土壌や栄養素の損失に対して非常に脆弱です。

侵食された畑は生産性が低下し、土壌粒子と溶解した栄養素は下流で海や川の低酸素症や貯水池や水路の沈泥などの環境問題を引き起こします。 ^[10]

多年生植物は収穫後すぐに再生し、保護層を再び形成します。最初の植え付け後は畑を耕す必要はありません。^[11]

国際稲研究所（IRRI）の研究者たちは、多年生米が「丘陵地帯と下流の食糧生産の持続可能性を向上させる」と信じていました。^[12]

収穫量が多く、栄養価の高い多年生穀物があれば、世界中の貧しい農民は、1つの土地で無期限に食料を生産することができる。現在、多くの自給農家が、作物のために森林の区画を伐採している。土壌とその栄養分が流失すると、その区画は放棄され、新しい森林が伐採され、焼却される。放棄された区画には、最終的に森林が再生するか、雑草が優勢になるかもしれない。この栽培システムの環境への影響には、生物多様性の喪失、二酸化炭素の排出、流出の増加、降雨量の減少などがある。^[13]森林破壊は、土壌の生産性を保護する慣行によって削減できる可能性がある^[14]

• 干ばつ耐性：一年生イネは根系が浅く、干ばつに非常に弱い。^[15]長寿植物は深く広い根系を発達させる時間があり、理論的には一年生植物よりも多くの水分にアクセスできる。^[11]耕作された土壌は耕作されていない土壌よりも早く乾燥する^[16]
• 雑草の侵入を防ぐ: 休耕期間が短くなるにつれ、陸稲栽培システムにおける雑草の圧力が高まっています。^[17]生態学者のジャック・エウェルは次のように書いています。「雑草は、湿潤熱帯地方での連続栽培の大きな障害として広く認識されており、土壌の肥沃度の低下や害虫の増加よりも、雑草の手に負えない繁殖が予想されるため、畑が放棄されることが多いのです。」^[9 ]多年生植物による草地の回復により、一年生雑草が減り、 ^[18]適切な密度で播種された多年生草は、一度定着すると多年生雑草さえも打ち負かすことができます。^[19]
• ^{植物の栄養：イネ[15]}などの浅根性の植物は、その栄養分のほとんどを表土から得ますが、深根性の多年生植物は、そのリンの大部分を地下水から得ることができます。^[9]「深根は、栄養分の少ない基質では特に重要です。なぜなら、深根は、植物が利用する土壌の容積を増やすからです。」^[9]
• 移植、除草、その他の骨の折れる労働の必要性を減らします。
• 施肥した肥料のより効率的な使用

1. 害虫の生息地の改善。一年のうち一定期間、畑を裸地にしておかないと、げっ歯類や昆虫の個体数が増加する可能性があります。多年生稲の刈り株を焼却すれば、これらの個体数を減らすことができますが、地域によっては焼却が許可されていない場合があります。さらに、地中に生息するげっ歯類や昆虫は焼却しても生き残ることができますが、耕作はそれらの生息地を破壊します。
2. 輪作が難しくなります。多年生作物の 輪作は可能ですが、完全な輪作には必然的に時間がかかります。一年生作物に比べて輪作のペースが遅いため、輪作の多年生段階で病原菌、害虫、雑草が大量に蓄積される可能性があります。
3. 植物の生産性を犠牲にして土壌有機物を生成します。耕作が行われず、有機物が枯渇した土壌では、大きな根系を持つ作物が有機物を蓄積し、土壌の窒素とリンのほぼすべてが固定化されることがあります。これが起こると、有機物が栄養素の無機化と栄養素の固定化の間で平衡に達するレベルまで蓄積されるか、システムに肥料が追加されるまで、生産性が低下する可能性があります。^{[説明が必要]}
4. 水文学的影響。多年生植物は、毎年一年生植物よりも多くの降雨を捕捉し、利用する可能性がある。^[20]これにより、地下水位が低下したり、河川への表面流量が減少する可能性がある。
5. 下流の農場への栄養供給の減少。農地で一年生植物を多年生植物に広く置き換えると、土壌が安定し、硝酸塩の浸出が減り、下流の農場への堆積物と溶解窒素の供給が減少する可能性があります。これらの地域の農家は現在、これらの栄養素の投入に依存している可能性があります。^{[引用が必要]}一方、他の水使用部門は、水質の改善から恩恵を受ける可能性があります。

陸稲は、中国南部の高地や東南アジア全域で7,500,000 エーカー (30,000 km ² )以上の土地で栽培されています。急傾斜の土壌で段々畑にせずに栽培されるため、深刻な浸食が起こり、 ^{[8] [21]}一定の土地で経済的に米を生産できるのは、自然の植生に戻すまで 1 ～ 2 年だけです。数年後には、土地を伐採して再び米を植えることになります。人口増加と農業の集約化により、休耕期間は減少しています。^{[22]これは}土壌劣化の強力な原因です。米が一年生ではなく多年生であれば、その絶え間なく生きる根と厚い植生が浸食を防ぐでしょう。ちょうど草を植えることで、道路脇の斜面が流されるのを防ぐことができるのと同じです。多年生の米は、土壌を劣化させることなく、同じ土地で毎年、非常に必要な食料を生産することができます。^[23]

3,800万ヘクタール（26％）の水田は棚田だが灌漑されていない。この耕作体系は世界の米の約17％を生産している。^[8]

陸稲生産システムは、稲の多年生化の当初の目標でしたが、多年生の習慣は、浸食の懸念がそれほどない水田システムでも利点があることが判明する可能性があります。ある年は干ばつ、次の年は洪水に直面し、「…天水稲農家は、まずリスクと不確実性の管理者として考えることができます。」^[24]湿度が不安定なため、多くの農家は購入した肥料を使用しません。森林伐採により、堆肥が調理燃料として使用される可能性があり、肥沃度が重要な問題になります。肥料が購入されている場所では、洪水により肥料の流出が水系を汚染する可能性があります。^[8]

多年生稲の場合、根が深くなると予測される通り、根が短い稲よりも多くの土壌の水分と栄養分を活用できます (上記で説明)。多年生の習性により、降雨パターンが不規則な場合の植え付けや移植の不確実性を軽減できます。根茎は、温度と水分条件が発芽に適するまで休眠状態になります。

灌漑稲作は生産性が高く、この生産方法は中国で何千年も前から行われてきたように、かなり持続可能であるに違いない。^[25]しかし、タオ・ダユン博士によると、高収量の根茎稲の品種には依然としていくつかの利点があるかもしれない^[26]。

• 雑種強勢の修正: 2 つの特定の系統または個体間の第 1 世代の雑種は非常に優れているかもしれませんが、再現することはほぼ不可能です。例外的な個体が多年生で根茎を持つ場合、根茎の一部から遺伝的に同一の植物 (クローン) を何百万も作ることができます。
• 近交系の生産を迅速化: 農家の畑の最終的な繁殖体がハイブリッドクローンではなくハイブリッド種子であったとしても、優れたF1 ハイブリッドの親は根茎があればすぐにクローン繁殖することができます。これらの遺伝子の複製は永久に維持され、毎年新たに交配して新しい F1 ハイブリッド種子を生産することができます。通常、有性生殖を使用して親を再作成するには、何世代にもわたる近交が必要です。
• 株分け栽培: 環境によっては、植物の株分けが早ければ、毎年追加の穀物を収穫できる場合があります。成熟した植物から生える芽は、種子から生える芽よりも早く生殖段階に到達できます。苗の移植は種をまくよりも早いですが、それでも時間と労力を要する圃場の準備が必要であり、もちろん移植には大量の労働力が必要です。

この環境では、他にも次のような利点が考えられます。

• 移植、除草、その他の骨の折れる労働の必要性を減らします。都市への人口移動により、アジアの多くの農村部は深刻な労働力不足に悩まされています。
• 施肥した肥料のより効率的な使用

バンコクのカセサート大学農学部に勤務するダユン・タオ博士とプラパ・スリピチット博士は、イネと野生の根茎種との交配を数多く行いました。^{[26]この研究の難しさは、彼らが得た}Oryza sativaとO. longistaminataとの唯一の成功した交配の例で示されています。この1つの植物を得るために、119のイネ花蕾が受粉され、^{[説明が必要]} 51の種子ができました。これらの種子のうち、33に培養可能な胚があり、これらの胚のうち1つだけが生存可能な植物に成長しました。言い換えれば、この交配は比較的容易でした。1つの生存可能な植物を得るために、イネとO. rhizomatisの間で3,000回を超える受粉を行わなければなりませんでした。 ^{[説明が必要]}他の点では幸運な交配でした。雑種は健康で根茎があり（まだ生きている）、部分的に稔性があり、F2種子を得ることができました。

陸稲栽培地域の浸食問題に対処するため、国際稲研究所（IRRI）は1990年代半ばに多年生陸稲の育種プログラムを開始しました。 ^[27]わずか数年で、このプログラムは大きな進歩を遂げました。多年生陸稲プロジェクトチームは、イネ科植物Oryza sativaと2つの異なる遠縁の多年生植物を交配して得られた集団を使用し、これらの戦略の少なくとも1つによって、多年生植物の遺伝子を栽培イネの遺伝子プールに移行できることを期待しました。

• 多年生形質の提供者としてのO. rufipogon。O . rufipogon が栽培イネの祖先であることを考えると、予想通り、子孫の系統の稔性は概ね良好であった。多くの系統は多年生であり、最も収量の多い系統のいくつかは最も多年生であったことから、収量と多年生の両方を目的とした育種が可能であることが示唆された。^[12]
• 多年生形質のドナーとしてのO. longistaminata。このアフリカの種は遺伝的に多様で、強い多年生性があり、根茎を持つ。地下茎は、匍匐茎よりも乾燥した条件で生存し、広がることができるかもしれない。このドナーの欠点は、栽培イネとの関連が遠く、交配や戻し交配がはるかに難しいことである。交配が成功した数少ない子孫はほとんどが不妊で、多年生のものはほとんどなかった。多年生植物の多くは地下茎を欠いていた。地下茎は生存に必須ではないかもしれないが、植物がストレスに耐えるのを助ける可能性があり、確かに広がるのを助ける。^{[28] [29]}

現在YAAS食糧作物研究所の副所長を務める胡鳳毅氏は、IRRI多年生イネプロジェクトに携わり、イネの根茎形成に関する遺伝子のマッピングについて初めて報告した論文の主任著者であった。^[30] Oryza sativa/O. longistaminata交配から得られたF2集団を使用して、根茎形成を制御する2つの優性相補遺伝子rhz2およびrhz3がマッピングされた。これらは、ソルガム属の根茎形成に関連する2つのQTLに対応することがわかり、一年生習性の進化はこれらの種が分岐してからかなり経ってから独立して起こったことを示唆している。イネのこれらの遺伝子をより細かくマッピングする取り組みが進行中である。他の遺伝子も間違いなく多年生性と根茎形成に寄与しているが、イネではこれら2つが必要である。育種家は、これらの遺伝子のマーカーを使用して、多年生になる可能性のある個体の識別に役立てている。

IRRIプロジェクトは予算削減のため2001年に終了したが、昆明の雲南省農業科学院（YAAS）が研究を継続した。地下茎は匍匐茎よりもストレス耐性が高いと考えられていたため、彼らはO. longistaminataとの交配から得られた集団に焦点を当てた。エリック・サックスと同僚がIRRIで発見したように、これらの集団の植物は主に地下茎を欠き、不妊症のレベルが高い。地下茎と稔性の両方を備えた極めてまれな植物を見つけるには、大規模なF2およびバッククロス集団のスクリーニングが必要であった。^{[31] [32]}

新たにリリースされた多年生米23（PR23）の品種は、不耕起栽培に基づく新しい米生産システムを表しています。^[33]

多くの種間雑種において部分的または完全な不妊を引き起こす遺伝子のマッピング。Oryza では 35 個ものそのような遺伝子がマッピングされており、多年生イネプログラムでは不妊が大きな問題となっています。

• マーカー補助選抜により、多数の植物を根茎マーカーでスクリーニングすることができる。野外では、植物はまず根茎の生産について評価され、次に種子の稔性、最後に染色による花粉の生存性について評価される^[34]
• 根茎遺伝子の詳細なマッピングにより、マーカー支援選択の効率が向上し、さらには根茎遺伝子をクローン化して組み換え遺伝子技術に使用することも可能になります。

根茎、ストレス耐性、耐病性などに役立つ可能性のある遺伝子とともに、O. longistaminata 由来の望ましくない遺伝子も育種集団にまだ存在しています。高収量イネ品種への戻し交配は、これらの野生対立遺伝子の頻度を減らす 1 つの方法です。

• 芒: 野生のイネ属には芒がありますが、農家は芒のない米を好みます。
• 種子のサイズが小さい: 野生のイネ科植物の種子は小さいですが、種子が大きいほど脱穀や洗浄が簡単です。種子が大きいほど発芽が活発です。種子のサイズを大きくすることは、穀物の収穫量を増やす方法の 1 つです。
• 穀物品質の変化：伝統的な米品種の風味と調理特性を実現することは困難です。そして、独特の特性を持つ地元の品種は何千もあります。可能な品質目標の中から選択し、それを達成することは、すべての米育種プログラムにとって「困難な課題」 ^{[35]です。}
• 低収量：優れた穀物品種の高収量は、野生種との交配によって常に損なわれます。しかし、低収量の野生イネ種でも、収量を増やす遺伝子を持っている場合があります^{[36] [37]}

• 植物育種
• 多年生穀物
• 多年生野菜
• ハイブリッド（生物学）
• 焼畑農業
• 自給農業
• Zizania texana — テキサス野生米、多年生植物

• 多年生陸稲が根づく。ニュー・アグリカルチュラリスト誌のポール・コックスの記事。
• ランド研究所 米国カンザス州にある科学研究所で、多年生穀物の育種プログラムを数多く実施しています。
• 国際稲研究所（IRRI）