Ako sa zmenili hladiny železa v kukurici za 2 000 rokov

Ako sa zmenili hladiny železa v kukurici za 2 000 rokov

Podľa štúdie Ale Vidal Elgueta et al, výskumníkov z Čile a Francúzska, zintenzívnenie poľnohospodárskej výroby za posledné dve tisícročia viedlo k zníženiu hladiny železa v kukurici.

O obsahu mikroživín v kukurici sa vie málo, podľa výskumníkov Ale Vidal Elgueta a kol.
Foto: Archív FW

Medzi odborníkmi v oblasti výživy a chémie neexistuje konsenzus o zmenách hladín mikroživín, ako je železo, zinok, meď a mangán v obilninách. Nerovnaké podmienky experimentov, zložité porovnávanie, nezrovnalosti v štatistických metódach a nedostatok historických údajov spôsobujú tieto protichodné pozície.

Kontroverzia sa prehlbuje, pokiaľ ide o akumuláciu železa v kukurici, pretože prvok je v moderných kultivaroch dosť variabilný. Okrem toho, napriek nutričnému významu kukurice s ročnou celosvetovou produkciou viac ako miliardou ton v rokoch 2021/22, existujú obmedzené štúdie o fyziologických zmenách spojených s absenciou alebo prítomnosťou mikroživín počas histórie produkcie kukurice.

Úprava kukurice v púšti Atacama
Intenzívne poľnohospodárstvo po tisíce rokov medzi predhispánskymi poľnohospodárskymi komunitami v Tarapacá v púšti Atacama viedlo k zmenám v morfológii kukurice. Naše predchádzajúce štúdie teda naznačili, že prehispánski farmári Tarapacá fenotypovo modifikovali svoju starú kukuricu.

Tieto modifikácie zahŕňali výrazné zväčšenie veľkosti klasov a zŕn, z priemernej dĺžky 5 cm na viac ako 15 cm pre klasy a z 5 mm na viac ako 10 mm pre zrná.

V súlade s tým je kukurica Tarapacá jasne rozdelená do dvoch fenotypových skupín: prvá skupina sa datuje okolo roku 400 pred Kristom až 500 pred naším letopočtom a neskoršia skupina od roku 500 po súčasnosť.

Kukurica Tarapacá tiež vykazuje nízku genetickú diverzitu spôsobenú ľudským výberom a genetickými podobnosťami medzi predhispánskou a modernou kukuricou.

Z hľadiska nutričnej kvality bol študovaný novší proces selekcie rastlín. Tento výskum ukázal, že Zelená revolúcia mala negatívny vplyv na celkové množstvo mikroživín v zrnách, ale povaha týchto zmien je stále neznáma. Okrem toho sa na určenie, kde sa mikroživiny hromadia v semenách, použili rôzne metódy a modely rastlín.

železo
Ak sa zameriame na železo ako model, histologickým prístupom sa ukázalo, že táto esenciálna mikroživina sa akumuluje vo vakuolách špecifickej bunkovej vrstvy v zrelých suchých embryách Arabidopsis thaliana (Thale Cress).

Distribúcia železa v kukurici nebola podrobne študovaná. Použitie Perlsovho farbenia na kukurici nedávno ukázalo, že železo sa hromadí hlavne v embryu blízko endospermu.

V tejto štúdii sme použili histologické a kvantitatívne metódy na pozorovanie zmien v distribúcii a koncentrácii železa v archeologickej a modernej kukurici v nepretržitej poľnohospodárskej výrobe v Tarapacá v púšti Atacama.

Pýtali sme sa, či úbytok železa v plodinách možno pozorovať aj v archeologickej kukurici, ktorá bola v predhispánskych časoch pod neustálym poľnohospodárskym výberom.

Datovanie archeologických jadier
Jadrá použité v tejto analýze pochádzajú zo siedmich archeologických lokalít, všetky v rovnakej oblasti púšte Atacama, blízko seba, v regióne Tarapacá. Aby sme zabezpečili dátumy kukurice Tarapacá, vykonali sme rádiokarbónové datovanie 19-krát priamo na kukuričných zrnách a klasoch z rôznych lokalít v Tarapacá, vrátane 10-krát pre vzorky uvedené v tejto štúdii.

Distribúcia týchto kalibrovaných vekových rozsahov je od 376 BCE do 1799 CE (95,4% pravdepodobnosť). Tento rozsah pokrýva časové rozpätie 2 000 rokov, vrátane piatich rôznych období kultúry Tarapacá, od raného formačného obdobia (približne 1 000 pred Kristom až 500 pred Kristom) po koloniálne obdobie (približne 1541 až 1810 po Kr.).

V období raného formovania sa v prvej poľnohospodárskej expozícii vyrábali kukuričné ​​zrná s vysokým obsahom železa. V tomto období mala kukurica nízky stupeň manipulácie. Množstvo makrobotanických zvyškov kukurice na archeologických náleziskách teda nepresahuje 3 % z celkového množstva makrobotanických zvyškov získaných na sídliskách daného obdobia.

Okrem toho izotopové štúdie na ľudských pozostatkoch z cintorína Tarapacá naznačujú postupný prechod na konzumáciu rastlín C4 medzi skupinami Tarapacá. Potom sa uvádza, že kukurica by v období raného formovania nebola hlavnou plodinou. Poľnohospodárska výroba je teda rozsiahla, ale nie intenzívna.

Na konci neskorého formačného obdobia sa pestovateľské polia rozšírili na sever a juh od Tarapacá, zväčšili sa jadrá a klasy a ľudia konzumovali kukuricu.

Súčasne, ako sme pozorovali v tejto štúdii, došlo k strate železa v embryách kukurice. Poľnohospodárska výroba sa jednoznačne zintenzívnila a v rôznych predhispánskych dedinách, ako sú okrem iného Caserones a Lluga Túmulos, nachádzame skladovacie jamy, ako aj zvyšky klasov a jadier.

Predpokladáme, že manipulácia s kukuricou sa začína, zatiaľ bez jasných následkov na distribúciu železa, ale s významným poklesom akumulácie.

Avšak úplné odhalenie ľudského výberu je rozpoznateľné v tretej fáze v poľnohospodárstve, počas neskorého prechodného obdobia a neskorého obdobia.

Dovtedy bola väčšina poľnohospodárskej výroby odsunutá na umelé terasy vo výške asi 2 500 m nad morom, ktoré záviseli takmer výlučne od zrážok.

Niekoľko osád, ako Tarapacá Viejo, Pica a Lluga Túmulos, zostalo v nížinách. Prítomnosť kukurice v týchto obciach zostala stabilná a v niektorých prípadoch došlo k zintenzívneniu výroby. Klasy a jadrá dosiahli svoju veľkú veľkosť pravdepodobne v dôsledku dlhodobého výberu ľudí a používania guána z morských vtákov ako hnojiva.

Spolu s ľudskou selekciou zodpovednou za zvýšenie veľkosti klasov a jadier naše výsledky ukazujú, že železo sa zriedkavo pozoruje v jadrách embryonálnych buniek a pozorovali sme, že celkové množstvo železa bolo nízke.

Prítomnosť železa v jadrách kukurice a veľké množstvá železa zaznamenané za toto obdobie preto odrážajú obdobie, počas ktorého sa s kukuricou ešte nemanipulovalo, čo bol pravdepodobne prvý vstup kukurice do regiónu pred 2 400 rokmi.

Bolo navrhnuté, že „efekt riedenia“ by mohol byť príčinou poklesu mikroživín. Ide o mechanizmus, pri ktorom nárast množstva sušiny v zrnách nie je sprevádzaný nárastom mikroživín. Viacerí autori sa zhodujú, že podobné účinky sprevádzali aj vývoj moderných kultivarov.

Hoci nemôžeme určiť presný mechanizmus, ktorým kukurica stratila svoje mikronutričné ​​vlastnosti v predhispánskych časoch, naše výsledky naznačujú, že proces starovekého poľnohospodárstva v Tarapacá, vrátane postupnej intenzifikácie poľnohospodárskej výroby a výberu veľkosti zŕn, ovplyvnil nutričnú kvalitu kukuričných zŕn. .

Podobný proces bol pozorovaný ako dôsledok zelenej revolúcie za posledných 50 rokov.

Pokiaľ ide o pšenicu, uvádza sa, že zavedenie polotrpasličích, vysoko výnosných kultivarov v polovici 60. rokov 20. storočia sa časovo zhodovalo s progresívnym poklesom obsahu mikroživín v zrne.

Napriek tomu nie sú dostupné žiadne informácie o tom, ako intenzifikácia poľnohospodárskej výroby ovplyvnila akumuláciu mikroživín v kukuričných zrnách počas zelenej revolúcie a naše výsledky naznačujú, že ľudský výber by mohol negatívne ovplyvniť nutričnú kvalitu zŕn.

Dlhodobé účinky poľnohospodárstva
Táto štúdia má aj ďalšie dôsledky. Jedným z nich je potvrdenie starých odrôd kukurice, ktoré prirodzene obsahujú veľké množstvo železa s potenciálnym rozlúštením genetiky kukurice Tarapacá spojenej s prítomnosťou železa.

Zmeny v distribúcii železa na subcelulárnych úrovniach sú zaujímavým výskumným zameraním na pochopenie príčin straty mikroživín v kukuričných zrnách prostredníctvom poľnohospodárskych postupov a výberu.

Práve v tomto ohľade by používanie archeologických semien mohlo pomôcť pochopiť vedľajšie účinky na nutričnú kvalitu plodín pri dlhodobých poľnohospodárskych postupoch, čo je kľúčová črta a globálna výzva pre celosvetové poľnohospodárstvo.

Z agronomického hľadiska sa javí ako nevyhnutné brať do úvahy zlepšovacie programy okrem celkového obsahu živín aj prípadné zmeny týkajúce sa toho, kde sa mikroživiny hromadia v zrnách, a to aj na subcelulárnej úrovni.

Toto je upravený výňatok z článku s názvom „2000 rokov poľnohospodárstva v púšti Atacama vedie k zmenám v distribúcii a koncentrácii železa v kukurici“, ktorý napísal Ale Vidal Elgueta a kol. a ktorý bol publikovaný v časopise Scientific Reports.

Ako sa zmenili hladiny železa v kukurici za 2 000 rokov

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *