Julkaistava yhteenveto
Palkokasveilla on kaksi etua muihin rehukasveihin verrattuna. Ne sisältävät runsaasti proteiinia ja vaativat vain vähän tai ei lainkaan typpilannoitteita. Palkokasvit tarjoavat myös muita hyötyjä: pyhäapilan ja keltamaitteen sisältämät bioaktiiviset yhdisteet parantavat märehtijöiden kykyä hyödyntää proteiineja ravinnosta, vähentävät metaanintuotantoa eläimessä, kontrolloivat loiseliöitä ja parantavat rehun laatua. LegumePlus-projektin tavoitteena on tehdä tutkimusta näillä osa-alueilla.
Tässä raportissa esitellään yhteenveto LegumePlus-projektin edistymisestä vuosien 2012 ja 2013 aikana. Projektin jäsenet ovat kotoisin kuudesta eri Euroopan maasta sekä Uudesta-Seelannista. Heihin kuuluu yhteensä 16 tohtorikoulutettavaa ja väitellyttä tutkijaa, kymmenen tutkimusorganisaatiota, viisi yritystä ja yksi vieraileva tutkija.
Projektin tavoitteet
LegumePlus-ryhmä
LegumePlus tarjoaa koulutusta 14 jatko-opiskelijoille sekä kahdelle väitelleelle tutkijalle. He saavat ammatillista kokemusta palkokasvien bioaktiivisten yhdisteiden tutkimuksesta. Projektin tavoitteena on rehuna käytettyjen palkokasvien bioaktiivisuuden mekanismien selvittäminen, jotta:
- Proteiinin hyödyntäminen tehostuisi (1. tavoite)
- Kyettäisiin vähentämään karjankasvatuksen metaanipäästöjä (2. tavoite)
- Maito- ja lihatuotteiden laatua voitaisiin parantaa (3. tavoite)
- Märehtijöiden loisia kyettäisiin torjumaan helposti ja tehokkaasti (4. tavoite)
- Olisi mahdollista muodostaa kokonaisuus ja tuottaa lisää tietoa valituista eurooppalaisista palkokasveista ja parantaa niiden ominaisuuksia (5. tavoite)
Tämän tutkimuksen ansiosta kasvinjalostajat kykenevät tekemään uusia tavoitteita jalostaessaan uusia palkokasvilajikkeita.
Työn kuvaus sekä alustavat tulokset
Tutkimus on edistynyt suunnitelmien mukaisesti. Kaikki kenttäkokeet saatiin suoritettua onnistuneesti. Tosin kaksi peltoa jouduttiin kylvämään uudelleen huonon sään vuoksi. Pyhäapila-, keltamaite- ja puna-apilapelloilla tehdään paraikaa maataloudellinen arviointi, merkkiainekehitystä, in vivo -tutkimusta ja rehukokeita. Tarkoituksena on arvioida vaikutukset eläinten terveyteen ja ravitsemukseen sekä ympäristöpäästöihin.
Ensimmäisessä työkokonaisuudessa pelloille kylvettiin kolmea rehuna käytettyä palkokasvia: pyhäapilaa, keltamaitetta ja puna-apilaa. Kasveja käytettiin tuorerehun valmistustutkimuksiin sekä syöttökokeisiin maidon, juuston ja lihantuotantoa varten. Eläintuotteiden ravintoarvo arvioitiin sekä ympäristön metaani ja typpipäästöt. Säilörehuilla oli hyvät käymisominaisuudet ja niitä käytettiin in vitro -kokeissa sekä syöttökokeissa. Kuivauksen ja tuorerehun valmistuksen vaikutukset bioaktiivisiin tanniineihin selvitettiin, sillä muutokset saattaisivat johtaa alhaisempaan proteiinien hajoamiseen pötsissä verrattuna tuoreeseen kasvimateriaaliin. Tämä saattaisi lisätä märehtijälle hyödynnettävissä olevan proteiinin määrää ja näin vähentää ympäristön typpipäästöjä.
Toisessa työkokonaisuudessa käytettiin suuria määriä pyhäapilaa joka oli saatu ranskalaiselta rehua tuottavalta yritykseltä, MG2Mix:ltä. Tässä vaiheessa tehtiin syöttökoe, jossa tutkittiin sukkulamatotartuntaoja nuorissa eläimissä. Eläimistä selvitettiin loismatojen niille aiheuttama rasitus, naaraiden hedelmällisyys sekä munien lukumäärä ulosteessa. Lisäksi in vitro –kokeissa selvitettiin erityyppisten tanniinien teho neljään eri loismatolajiin, jotka olivat Ostertagia ostertagi, Cooperia oncophora, Haemonchus contortus ja Trichostrongylus colubriformis. Tutkijat tekivät yhteistyötä selvittääkseen miksi in vitro -loismatokokeissa havaittiin eroja tuloksissa eri laboratorioiden välillä. Tuloksena saatiin yhtenäiset työohjeet tutkimusten suorittamiseen.
Kolmannessa työkokonaisuuden aikana eristettiin merkittäviä määriä erilaisia tanniineja. Erilaisten varastointiolosuhteiden vaikutus yhdisteiden pysyvyyteen selvitettiin. Kylmäkuivatuille ja käsitellyille näytteille kehitettiin ja optimoitiin tiolyysi sekä massaspektrometriset menetelmät. Näin pyrittiin parantamaan tanniinien detektointia ja kvantitointia eri palkokasveista ja kasvien osista. Kolme käsikirjoitusta on lähetetty referoitavaksi tästä aiheesta. Peltokokeista saatiin yli 800 pyhäapilanäytettä, joista skriinattiin polyfenolit uusilla menetelmillä. Taniinien pitoisuuksissa oli suurta vaihtelua kasvinosien ja yksilöiden välillä. Esimerkiksi lehdissä oli enemmän tanniineja ja prodelfinidiinejä kuin varsissa. Lisäksi määritettiin rehunvalmistuksen ja pelletinmuodostuksen vaikutukset tanniinien uuttumiseen ravinnosta sillä tällä saattaa olla vaikutusta niiden antiparasiittisiin ominaisuuksiin.
Neljännessä työkokonaisuudessa käytettiin useita pyhäapilayksilöitä. Niille tehtiin maataloudellinen arviointi, fenotyypin ja genotyypin määritys, merkkiainekehitys sekä populaatiokartoitus. 86% pyhäapilayksilöistä selvisivät vuoden 2012 kovasta talvesta. Pyhäapilakasvuston optimoimiseksi ja rikkakasvien minimoimiseksi testattiin kolmen pyhäapilalajikkeen ja kuuden seuralaiskasvin seoksia. Havaittiin, että jotkin seokset tuottivat paremmat pyhäapilasaannot kuin pelkkää pyhäapilaa kasvaneet pellot. Ensimmäisenä vuotena saatujen alustavien tulosten perusteella voitiin todeta, että rikkakasveja voidaan torjua tehokkaasti kaikilla käytetyillä seoksilla. Myös jotkin herbisidit osoittautuivat tehokkaiksi rikkakasvien torjujiksi.
Useasta pyhäapilalinjasta saatiin onnistuneesti eristettyä hyvänlaatuista RNA:ta ja DNA:ta. cDNA sekvensoitiin käyttäen Ilumina sekvensointiteknologiaa. Transkriptomisekvensseistä onnistuttiin saamaan yli 3000 mikrosatelliittia. Kehitettiin alukkeita otaksuttujen SSR-markkereiden vahvistamiseksi. Nämä skriinataan ja polymorfismi testataan, jotta pyhäapilan ituplasman geneettinen monimuotoisuus voidaan karakterisoida.
Odotettavissa olevat tulokset sekä niiden mahdollinen vaikutus ja käyttö
Tulevaisuudessa on mahdollista sanoa voidaanko pyhäapilan, keltamaitteen ja puna-apilan lajikkeita hyödyntää karjataloudessa siten, että maidon, juuston ja lihan laatu paranisivat ja ympäristöpäästöt pienenisivät. Lisäksi kehitetään analyyttisiä menetelmiä, joiden avulla on mahdollista skriinata nopeasti bioaktiivisia yhdisteitä uusista rehukasvilajikkeista. Näitä voidaan hyödyntää kasvinjalostuksessa. Kyetään myös ymmärtämään tanniinin rakenteen vaikutus sen bioaktiivisuuteen ja antiparasiittiseen vaikutukseen. Jalostuksen tarkoituksiin kehitetään sopivia molekyylimarkkereita. Näin on mahdollista kehittää eurooppalainen pyhäapilalajike, joka olisi ravintoarvoltaan parempi ja se olisi myös tehokkaampi loisia vastaan. LegumePlus julkaisee ohjeistuksen pyhäapilan kasvatuksesta eurooppalaisille maanviljelijöille.
Projektin sosioekonominen vaikutus ja sen laajempi yhteiskunnallinen vaikutus tähän mennessä
LegumePlus on kouluttanut 14 tohtorikoulutettavaa, jotka haluavat antaa oman panoksensa ruuantuotannon turvallisuuteen samalla pienentäen sen ympäristöhaittoja.
Yhteys: Professori I. Mueller-Harvey (i.mueller-harvey@reading.ac.uk)
Projektin verkkosivut: http://legumeplus.eu