UNIVERSITATEA DE TIINE AGRICOLE I MEDICIN VETERINAR A BNATULUI TIMIOARA FCULTATEA DE AGRICULTUR SPECIALIZAREA INGINERIA MEDIULUI NVMNT LA DISTAN

PROF.UNIV.DR. MADO EMILIAN

AMELIORAREA PLANTELOR

20051

CAPITOLUL 1

NOIUNI INTRODUCTIVE PRIVIND AMELIORAREA PLANTELORAmeliorarea este o tiin aplicativ care are ca obiect mbuntirea caracterelor i nsiirilor la plantele cultivate. Activiatea de ameliorare pe baze tiinifice se realizeaz dup dezvoltatea tiinelor biologice i n special a gneticii. Pe lng activitate de creare a noi soiuri i hibrizi, ameliorarea plantelor se ocup i cu activitatea e nmulire a acestora.

1.1. DEFINIIE I CONINUTAsigurarea cu hran a reprezentat din toate timpurile pentru om o problem de real dificultate dar totodat de maxim importan de nsi existena i viitorul speciei umane. Spectrul foametei i al malnutriiei rmne i n zilele noastre o realitate extrem de dureroas pentru circa 2/3 din populaia globului i exist tendina ca acesta s se rspndeasc i s creasc pe msur ce populaia globului va spori iar decalajul dintre rile dezvoltate i cele subdezvoltate va continua s se adnceasc. Hrana este nu numai nendestultoare ci este, pentru majoritatea rilor subdezvoltate, n special a celor din: Africa, Asia i America de Sud, deficitar i din punct de vedere caloric i nutriional. Ea, este n mare msur amidonoas neavnd un aport proteic i lipidic balansat. Sporirea produciei agricole, n condiiile n care suprafeele cultivate nu mai pot fi extinse, sau aceast extindere este extrem de costisitoare, se poate realiza doar pe baza intensificr ii produciei plantelor la unitatea de suprafa. Sporirea produciei plantelor agricole este deter minat de civa factori care merit atenia principal. Astfel, sunt factori precum apa, ngrmintele, pesticidele etc care au rolul de a asigura condiii mai bune de mediu n care s creasc planta. Un loc aparte ntre aceti factori l ocup ns soiul2

(hibridul)cultivat, care reprezint capacitatea ereditar a plantei de a produce ntr-un mediu existent. Cu alte cuvinte, se pot obine producii mai mari fie prin condiii de cretere mai bune sau prin mbuntirea ereditii speciei de cultur. Formularea cea mai simpl a acestei aciuni de mbuntire a acestei aciuni de mbuntire a ereditii speciei de cultur este fcut sub denumirea de ameliorare a unor soiuri (hibrizi) mai performani. Contribuia soiului (hibridului) n complexul msurilor menite s duc la sporirea produciei vegetale este esenial deoarece oricum celelalte msuri (chimizare, irigaii, mecanizare etc.) nu pot fi puse n valoare dect dac exist i se folosesc n cultur forme biologice adecvate. Soiul (hibridul) este rezultatul unei activiti ample, larg cuprinztoare, care face obiectul tiinei denumit amelior area plantelor. La originea termenului ameliorare st cuvntul latin ad melior (mai bine, mbuntire) dar care are astzi o semnificaie mai larg, cuprinztoare. Amelioarare plantelor s-a practicat din cele mai vechi timpuri, cnd omul a nceput s aleag cele mai bune plante. Rezultatele eforturilor omului primitiv n alegerea plantelor a contribuit indiscutabil ntr-o msur important la evoluia tuturor plantelor de cultur. Pe msur ce cunotinele omului despre plante au crescut, el a devenit capabil s efectueze o selecie mult mai potrivit. Astfel selecia a devenit prima metod a amelrii plantelor. Dup descoperirea sexelor la plante, hibridarea se adaug, cu o contribuie esenial la metodologia de ameliorare. n concepia actual, ameliorarea plantelor este tiine care se ocup de crearea soiurilor i hibrizilor, de mbuntirea acestora precum i de meninerea potenialului de producie i a tuturor nsuirilor valoroase a soiurilor i hibrizilor aflai n producie. Cu alte cuvinte munca amelioratorului nu se termin o dat cu crearea noului soi ci continu n procesul producerii de smn prin care se asigur nu numai simpla nmulire a seminelor ci i pstrarea valorii biologice superioare a acesteia. De aceea, denumirea mai exact i complet a acestei tiine este ameliorarea i producerea de smn.

1.2. PRILE AMELIORRII PLANTELORAdecvat acestei concepii, de ameliorarea plantelor cuprinde urmtoarele pri: ameliorarea general, ameliorarea special i producerea de smn. Ameliorarea general cuprinde noiunile referitoare la: tehnica general a procesului de ameliorare: colectarea, crearea i studiul materialului iniial; metodele de ameliorare i baza lor genetic; metodele de testare a materialului pe parcursul procesului de ameliorare. Ameliorarea special prezint problematica ameliorrii fiecrei specii de cultur, lundu-se n considerareparticularitile biologice ale plantei i scopul pentru care se cultiv. Producerea de smn cuprinde prezentarea metodologiei de nmulire a seminelor aparinnd soiurilor create prin procesul de ameliorare, cu meninerea tuturor nsuirilor i catracterelor de soi.

1.3. IMPORTANA AMELIORRII PLANTELOR

3

Ameliorarea plantelor, noiune ce implic un efort uman ndreptat spre mbuntirea vechilor soiuri i crearea de noi soiuri la plantele de cultur este o munc creativ cu rol esenial n rezolvarea problemei globale a asigurrii hranei. Acest fapt poate fi evideniat prin numeroase exemple. Astfel, la gru, dup cel de- al doilea rzboi mondial prin crearea i introducerea n producie a unor soiuri intensive rezistente la cdere i capabile s foloseasc mai eficient ngrmintele, producia de boabe a nregistrat un salt foarte mare ajungnd la 3-4t/ha. n prezent soiurile de gru cultivate realizeaz producii medii de 6-8 t/ha i producii record de peste10 t/ha. La porumb, dac hibrizii cultivai n prima jumtate a secolului al XX lea, produciile record erau de circa 5,0 t/ha, n prezent ele se cifreaz la peste 20,0 t/ha. Realizri i mai remar cabile s-au obinut i la pomii fructiferi i via de vie, la plantele legumicole i ornamentale Desigur, sporurile mari de producie nu s-au datorat exclusiv numai introducerii noilor soiuri. ns, trebuie subliniat c introducerea acestor noi forme biologice au impus aplicarea unor cantiti sporite de ngrminte, a irigaiilor, a unor tehnologii moderne fr de care ele nu puteau s-i realizeze potenialul lor de producie. Prin activitatea de ameliorar e au fost mbuntite i alte nsuiri i caractere importante ale plantelor de cultur. Astfel, crearea de soiuri cu o calitate deosebit, rezistente la condiii nefavorabile (ger, secet), precoce i care posed o bun plasticitate ecologic, a permis extinderea culturii unor specii n zone noi mai puin favorabile. De asemenea., s-au creat soiuri care pe lng o capacitate mare de producie posed i rezisten la boli i duntori i astfel se asigur constana i stabilitatea produciei de la un an la altul i se elimin necesitatea aplicrii tratamentelor cu pesticide. Ca rezultat, scade preul de cost al produciei i se elimin poluarea produselor agricole i a mediului nconjurtor.

1.4. LEGTURA AMELIORRII CU ALTE DISCIPLINEAmeliorarea plantelor este o tiin aplicativ i ca atare este obligat s utilizeze informaii i cunotiine aparinnd altor tiine, n special biologice. tiina de care ameliorarea plantelor este indisolubil legat, dat fiind faptul c ea reprezint baza sa teoretic, este genetica. Genetica, prin informaiile pe care le ofer, cu privire la condiionarea genetic i modul de transmitere ereditar a diferitelor caractere i nsuiri, la interaciunea acestora cu mediu precum i prin fundamentarea tuturor metodelor de ameliorare, asigur desfurarea ntregii activiti de ameliorare pe baze certe,tiinifice. Lucrnd cu plantele, amelioratorul trebuie s fie un desvrit botanist,. El trebiue posede cunotiine de taxonomie, morfologie i mod de reproducere, furnizate de botanic. Ameliorarea plantelor utilizeaz de asemenea cunotiinele i informaiile furnizate de fiziologia plantelor, tiin care d relaii cu privire la nutriia i dezvoltarea plantelor la aciunea factorilor de mediu n care triesc. Amelioratorul depune eforturi pentru modificarea genetic a unor procese fiziologice, astfel nct planta s funcioneze mult mai eficient. La realizarea unor soiuri rezistente la boli i duntori, care s asigure constana i stabilitatea produciei, ameliorarea plantelor se folosete de informaiile i cunotinele cu privire la bolile i duntorii plantelor, puse la dispoziie de ctre fitopatologie i entomologie. Rezistena gazdei este4

indiscutabil o important msur de combatere a multor boli la plante. De asemenea controlul biologic al populaiilor de insecte, prin ameliorarea pentru rezisten este un important mod de a reduce pagubele provocate de acestea la culturile agricole. Ameliorarea plantelor este legat de biochimia vegetal, de la care folosete cunotiine i tehnici de testare pentru mbuntirea calitii produselor rezultate de la plantele de cultur. Pentru evaluarea comparativ a performanelor diferitelor linii, soiuri (hibrizi) etc., urmrite n programele de ameliorare sunt necesare cunotine de statistic matematic. Obinerea unor rezultate sigure i interpretarea corect se bazeaz pe folosirea tehnicii de experimentare n cmp, ct i a unor metode statistice de calcul adecvate. Aplicarea procedeelor statistice asigur o mai bun nelegere a ereditii caracter elor cantitative i pentru prognosticarea ctigului genetic posibil care poate fi obinut la un sistem particular de reproducere. Indiscutabil, ameliorarea plantelor este strns legat de agrotehnic i fitotehnie. Amelioratorul trebuie s tie i s anticipeze cerinele agriculturii n aa fel nct s fie capabil s evalueaz materialul de ameliorare disponibil i s planifice programul de ameliorare n lumina necesitilor de perspectiv ale produciei.

1.5. ETAPELE DEZVOLTRII AMELIORRII PANTELORPerioada ameliorrii empirice nceputurile ameliorrii plantelor se leag n mod intim de domesticirea plantelor slbatice i de nceputurile agriculturii, perioad plasat cu cca. 10.000 n urm.n activitatea de cultivare a plantelor, omul a executat incontient nc de la nceput i s aciune de mbuntire a plantelor. Astfel, cu timpul, acumulnd experien i tradiie n cultivarea plantelor el i-a dat seama c poate obine recolte mai mari dac folosete pentru semnat smn de la plantele cele mai bine dezvoltate i seminele cele mai mari i mai bune. Reinerea pentru nmulire a celui mai bun material ct i cultivarea plantelor n condiii controlate reprezint acte de selecie pe care omul primitiv le-a aplicat probabil din cele mai vechi timpuri i se poate astfel afirma c ameliorarea plantelor reprezint una din cele mai vechi ndeletniciri ale omului. Procesele de selecie i de mbuntire a condiiilor de cretere a plantelor care au condus spre de spre dezvoltarea plantelor de cultur a fost lent i se estimeaz c acestea au fost capabile s asigure cca. 50% din necesarul de hran al omenirii abia n secolul al II-lea .C. Aceste specii de cultur i populaiile locale aprute se deosebesc radical de strmoii lor slbatici i n multe cazuri nu mai pot exista fr intervenia omului. S-au elaborat i ipoteze care consider c selecia empiric a fost efectuat de om chiar nainte de luarea n cultur a plantelor. Se presupune c omul a folosit doar speciile care corespundeau ntr-o msur mai mare cerinelor sale i c a ales fructele i seminele cele mai mari pe care le-a rspndit n jurul locuinelor sale n toate zonele n care s-a deplasat. Aceast aciune de selecie involuntar dei pare neimportant, innd ns cont c s-a executat timp de milenii a avut probabil o nsemnat contribuie la apariia i evoluia plantelor cultivate.

5

Perioada ameliorrii tiinifice Evoluia ameliorrii ca tiin s-a datorat contribuiei aduse de numeroi oameni de tiin i cercettori, ea desfurndu-se la nceput relativ lent i accelerndu-se n special dup mijlocul secolului al-XX-lea. Un veritabil impuls pentru dezvoltarea acestei tiine l-au constituit lucrrile lui Darwin, care prin lucrrile sale a fundamentat selecia artificial, dar mai ales cercetrile lui Mendel (1865), care descoperind legile ereditii a pus bazele apariiei geneticii ca tiin independent. Treptat, s-au acumulat date experimentale care au permis mbuntirea metodologiei de ameliorare a plantelor, progresele fiind mult vreme relativ lente. i n ara noastr, ca de altfel pe plan mondial, amelior area empiric ncepe odat cu formarea primelor comuniti stabile i luarea n cultur a plantelor. Prin activitatea de selecie empiric efectuat de cultivator n special dup secolul al XIV-lea au fost obinute numeroase soiuri i populaii locale, unele foarte valoroase pentru acele timpuri, ajunse pn astzi i care reprezint o zestre genetic de valoare inestimabil. Dintre acestea menionm. grul blan romnesc, grul de Banat, grul rou romnesc, orzul de Banat; populaii de porumb: Hngnesc, Ardelenesc, Scorumnic; cele de floarea soarelui: Mslinica, Uleioasa; fasolea Ouoar de Moldova, Ceal de Dobrogea, de Transilvania, de Banat, Ialomiean; cnep de Moldova, de Trnave; lucern de Banat; trifoiul de Transilvania etc. Dintre soiurile locale la pomii fructiferi i la via de vie cu mare rspndire n acea perioad amintim: la cire: Boabe, Cotnari; la mr. Creeti, Ptule, Domneti; la prun : Bobie, la via de vie: Feteasc alb, Feteasc neagr, Tmioas, Gras. Saltul calitativ n organizarea, conducerea i desfurarea lucrrilor de ameliorare tiinific a plantelor n ara noastr are loc ns abia dup 1927, cnd a luat fiin Institutul de Cercetri Agronomice al Romniei (ICAR). n cadrul institutului , activitatea de ameliorare a fost coordonat de secia de ameliorarea plantelor i s-a desfurat la nceput la nceput la staiunile experimentale de la Cluj, Iai, Cenad i Mrculeti, iar mai trziu i la staiunile experimentale de la Cmpia Turzii, Valea lui Traian, Studina i Trgul Frumos. La plantele horticole, activitatea de ameliorare propriu-zis organizat i cu aciuni concrete se menioneaz abia dup 1948 cnd se organizeaz primele laboratoare de biologie i ameliorare a acestora. Dintre numeroasele soiuri create de ICAR n cei 30 de ani de existen, amintim soiurile de gru: A15, Cenad 512, Trgul Frumos 16, Arnut de Studina; soiurile de orz: Cluj 123 i Trgul Frumos 240; soiurile de porumb: Dinte de cal ICAR, Galben timpuriu; soiurile de in de ulei: Deta, ICAR 44, ICA 32; soiurile de cnep: Carmagnolla Cluj, ICA42/118; soiurile de cartof: Ardeal, Napoca, Somean, Bucur, Colina; soiurile de sfecl de zahr: Lovrin 532, CT 34. Sarcina coordonrii cercetrilor agricole din Romnia dup dispariia ICAR-ului revine, n perioada 19621969, Institutului Central de Cercetri Agricole (ICCA) iar din 1969, Academia de tiine Agricole i Silvice (A.S.A.S.). Dup nfiinarea A.S.A.S. apar structuri de cercetare noi (institute, staiuni i laboratoare) pentru foarte diversele preocupri ale cercetrii agricole la plante i animale.6

Astfel, apar noi institute de cercetare precum: Institutul de cercetri pentru legumicultur i floricultur de la Vidra, Institutul de cercetri pentru vi i vinificaie de la Valea Clugreasc, Institutul de cercetri pentru pomicultur de la Mrcineni, Institutul de puni i pajiti Braov, Institutul pentru cultura sfeclei de zahr Fundulea, Institutul pentru cultura cartofului Braov, etc. n paralel crete semnificativ numrul staiunilor de cercetare care disperseaz indiscutabil resursele financiar e i umane

NTREBRI: 1.Care este domeniul de activitate al ameliorrii plantelor ? 2.Care sunt prile ameliorrii plantelor ? 3.Care sunt disciplinele cu care ameliorarea plantelor are legturi ? 4.Care sunt etapele de dezvoltare ale ameliorrii plantelor ? 5.Cum este organizat activitatea de ameliorare a plantelor la nivel naional ?

CAPITOLUL 2.

MATERIALUL INIIAL FOLOSIT N PROCESUL DE AMELIORAREMterialul biologic de la care pornete procesul de ameliorare constituie materialul iniial de ameliorare. Principalele zone unde se pot gsi forme cu gene valoroase pentru procesul de ameliorare sunt denumite centre genice sau centre de diversificare. Materialul iniial este constituit din forme existente (cultivate sau spontane) sau din forme create prin diferite metode de ameliorare.

2.1. CENTRELE GENICE SAU DE DIVERSIFICARE A PLANTELORSe consider c n vremuri foarte ndeprtate, acolo unde s-au format primele centre de civilizaie (obinuit n bazinele fluviilor), populaia a nceput s foloseasc speciile spontane existente. Deoarece aceste centre de civilizaie erau izolate prin diferite bariere naturale i ntru-ct nu exista schimb de mrfur i, diversificarea plantelor luate n cultur a avut loc doar n limitele zonei respective. Aceste zone au fost numite de Vavilov centre de origine (genice) pentru a indica staiunile primare ale diversificrii plantelor de cultur. Mai trziu, ca rezultat al iniierii i dezvoltrii schimbului de mrfuri ntre diferitele centre de civilizaie, plantele de cultur au fost introduse i n alte zone, ceea ce a determinat alte diversificri genetice. Au aprut deci i alte centre de diversificare (secundare, teriare etc.) care prezint importan prin multitudinea de forme ce le conin. Desigur c n prezent, cnd harta resurselor vegetale agricole este mult diferit fa de perioadele anterioare, este greu de afirmat dac actualele centre genice (diversificare) coincid cu centrele de origine ale speciilor cultivate.7

Privitor la originea plantelor de cultur sunt i alte preri. Astfel, Harlan (1970) consider c de fapt originea plantelor de cultur a fost difuz n timp i spaiu i c problemele asociate cu centrele de origine ale plantelor nu vor fi niciodat complet elucidate. Aceste zone precum i altele nc necercetate rmn n continuare locuri deosebit de importante pentru explorrii viitoare, ntruct cercetarea din punct de vedere botanic a globului este nc incomplet, estimndu-se c pn n prezent sunt cunoscute numai 60-70% din totalul plantelor superioare existente pe Pmnt. Lund n considerare originea i vechimea lor n cultur, Vavilov introduce noiunile de plant primar sau secundar. Plantele primare sunt acele specii cultivate care au fost luate n cultur n mod direct, din cele mai vechi timpuri, fr a trece printr-o etap intermediar ca buruieni. n aceast categorie se includ: grul, orzul, orezul, meiul, porumbul etc. Plantele secundare sunt acele specii cultivate, care iniial au fost apoi luate n cultur, fie ntmpltor, fie datorit unor nsuiri deosebite care au impus cultivarea lor. Dintre speciile care n mod ntmpltor au fost luate n cultur se menioneaz speciile antropochore ce creteau n stare slbatic n preajma aezrilor omeneti, unde gseau condiii prielnice ca de pild: cnepa, morcovul, sfecla, varza, macul, diferite plante medicinale etc. Exist unele specii mai recent luate n cultur, care nu pot fi ncadrate n niciuna din cele dou grupe, deoarece nu ndeplinesc nici condiia de vechime, nici cea de fost buruian n cultur. Revizuirea n timp a multora dintre cunotinele privitoare la genurile care cuprind speciile cultivate a fcut necesar ns modificarea numrului, delimitrii geografice i a structurii centrelor genice stabilite de ctre Vavilov. Jukovski completeaz teoria lui Vavilov privitoare la centrele genice i introduce noiunea fitogeografic de microcentre. Astfel, el stabilete c n fapt sunt 12 centr genice (megacentre) i 103 microcentre pe care le-a localizat i descris. Cele 12 centre genice (megacentr e) sunt urmtoarele: I. Centrul chino- japonez, este foarte bogat n specii cultivate i sbatice i anume: specii de plante agricole (soia, orezul, meiul, ovzul, orzul, grul, sorgul, fasolea); specii de legume (ridichea, salata, vinetele, castraveii) i numeroase specii de pomi fructiferi (mr, p, piersic). II. Centrul indoneziano- indochinez, reprezentativ pentru unele plante tropicale, precum citrice, nuca de cocos etc. III. Centrul australian, care se consider a fi unul din centrele de origine a speciilor din genul Gossipium, Eucalyptus etc. IV. Centrul indian, cu rol important n dezvoltarea resurselor vegetale mondiale. Se ntlnesc specii de: orez, bumbac, trestie de zahr, citrice, iut, fasole etc. V. Centrul din Asia Central cuprinde o mare diversitate de specii cultivate, precum i multe specii endemice utile omului. Este, mpreun cu centrul urmtor (Orientul Apropiat) centrul primar al grului cultivat, precum i a multor legume (ceap, spanac, morcov etc.). VI. Centrul din Orientul Apropiat este de asemenea centrul primar al grului, al secarei, pepenelui cultivat i a mai multor pomi fructiferi (pr, gutui etc.).

8

VII. Centrul mediteranean, foarte bogat n forme aparinnd gramineelor, leguminoaselor, inului de ulei i plantelor de nutre. De asemenea se ntlnesc specii leguminoase ca morcov, varz, ptrunjel, sparanghel. VIII. Centrul african cuprinde forme de sorg, orez, ricin, cafea etc. IX. Centrul europeano-siberian, cu rol important n evoluia plantelor cultivate. Este centrul primar al sfeclei de zahr, al speciilor de varz de grdin i al unor specii de plante furajere (trifoi, lucern). X. Centrul sud-american este patria cartofului i ntr-o msur a porumbului i fasolei. Este centrul primar pentru tomate, alune de pmnt, lupin etc. XI. Centrul din America de Central, este reprezentativ pentru unele plante cultivate i anume: porumb, fasole, cartof, ardei i bumbac. XII. Centrul nord-american este patria florii-soarelui, viei de vie, porumbului, tutunului. Caracteristicile centrelor genice Centrele genice se gsesc situate n general n zone cu climat i condiii mai puin propice agriculturii (podiuri, zone muntoase etc.) i separate ntre ele prin bariere naturale (muni, ape, deerturi). Suprafaa total a acestor centre este relativ restrns, reprezentnd doar 2,5% din suprafaa uscat a globului. S-a remarcat o legtur ntre diversificarea genetic i distribuia geografic. Astfel, s-a constatat o cretere progresiv a dimensiunilor fructelor, seminelor i a altor pri ale plantei pornind de la munii Himalaia spre zonele mediteraneene. De asemenea s-a constatat c toate culturile de cmp se caracter izeaz printr-o durat de vegetaie mai scurt n zonele deertice, precum i n majoritatea zonelor muntoase. Centrele genice sunt considerate de asemenea zone n care se ntlnesc numeroase forme cu rezisten natural la atacul bolilor i duntorilor. Astfel, majoritatea speciilor de vi de vie provenite din America de Nord sunt foarte rezistente la filoxera i la man; centrul chinez este un important bazin de gene pentru imunitate la rapnul pomilor fructiferi, n centrul african i anume n Etiopia se ntlnesc forme de orz rezistente la virusul care produce nglbenirea i putrezirea plantelor, iar n Africa de Nord forme de gru rezistente la musca de Hessa etc. Cu privire la condiiile pedoclimatice variate existente n aceste zone trebuie specificat c ele sunt diferite la distane foarte mici (uneori doar civa metri) i astfel o mutaie aprut chiar dac nu gsete condiii de supravieuire n locul de apariie le poate ntlni n imediata vecintate i poate astfel s se menin, adaptndu-se acestui biotop. Deci ansele de supravieuire ale unui nou tip sunt mult mai mari dect la es, unde condiiile sunt uniforme pe mari suprafee. Faptul c diversitatea existent n centrele genice s-a meninut att de mult timp poate fi explicat prin aceea c acestea sunt n general amplasate n zone mai ndeprtate de circulaia mondial i cu o agricultur nc primitiv.

2.2. MATERIALUL INIIAL FOLOSIT N AMELIORAREA PLANTELORPrintre bogiile unei ri, dup cum remarc KELLUER i GIURA (1979), trebuie menionat i complexul de material ereditar al speciilor,9

subspeciilor, resurselor geografice i populaiilor de plante existente, reprezentat printr-o mare bogie de forme, deci printr-o mare variabilitate genetic i care este cunoscut sub denumirea de resurse genetice vegetale, germoplasm sau simplu material iniial pentru ameliorare. Noiunea de resurse genetice sau material iniial pentru ameliorare definete totalitatea formelor spontane sau cultivate (existente sau create de ameliorator) care sunt folosite pentru crearea de noi cultivare la o anumit plant de cultur. Numeroasele forme aparinnd speciilor de cultur sunt datorate ndelungatei evoluii naturale a lumii vegetale ct i activitii omeneti manifestat n timp, prin domesticirea formelor slbatice i transformarea plantelor primitive n plante cultivate, extinderea arealelor de cultur ale plantelor cultivate prin aclimatizarea lor n multe alte zone ale globului i n mod deosebit prin activitatea la nceput empiric apoi contient de ameliorare a plantelor. Realizarea i meninerea unei germoplasme disponibile reprezint una din condiiile eseniale ale desfurrii activitilor de amelior area plantelor, asigurndu-se astfel variabilitatea genetic util pentru lucrrile prezente i viitoare de creare a noi soiuri (hibrizi) la plantele de cultur. Principalele resurse ale variabilitii genetice care trebuiesc pstrate sunt. - soiurile vechi i actuale de cultur; - materialele de ameliorare (linii, hibrizi etc.) care dei n-au fost omologate sunt cunoscute ca posesoare a unor gene valoroase i se utilizeaz n programele de ameliorare; - materialele care evideniaz genele specifice (coninut ridicat de protein, rezistente la boli etc.); - soiuri primitive sau locale, n special acelea a cror variabilitate genetic nu a fost introdus n soiurile cultivate; - stocuri genetice speciale; Soiurile (hibrizii) ameliorate sunt forme create sau nrudite printr- un proces de ameliorare tiinific. Ele sunt rezultatul unor selecii intensive prin care se urmrete atingerea unui anumit nivel de homozigoie genetic, i deci omogenitate i stabilitate ereditar. Aceste soiuri (hibrizi) reprezint cea mai valoroas surs de germoplasm pentru numeroase nsuiri (producie, calitate, rezisten etc.). Soiurile primitive (soiuri locale, populaii locale) sunt acele forme care au aprut ntr-o foarte lung perioad de timp, n diferite zone geografice sau ecologice ca rezultat al seleciei naturale i al seleciei empirice efectuate de cultivatori. Ele posed n primul rnd o bun adaptare la condiiile de mediu n care s-au format, fiind rezistente la factori nefavorabili (ger, secet, boli etc.). Totodat, dup cum s-a menionat deja, soiurile primitive prezint un polimorfism accentuat (fiind de fapt un amestec de numeroase biotipuri) care le confer o foarte mare plasticitate ecologic. n ameliorare, soiurile locale se folosesc ca material de selecie n vederea identificrii i izolrii unor genotipuri valoroase i rar ca genitori pentru hibridare. La plantele alogam ale sunt folosite i ca material iniial pentru obinerea liniilor consangvinizate. Materialul iniial din flora spontan cuprinde genuri, specii, subspecii, forme spontane nrudite cu specia de cultur la care se efectueaz ameliorarea.

10

Formele spontane reprezint o important surs de germoplasm pentru procesul de ameliorare datorit numeroaselor nsuiri de rezisten la factorii nefavorabili de mediu, la boli i duntori, a capacitii de adaptare i a plasticitii ecologice, caracteristici rezultate n urma ndelungatei aciuni a seleciei naturale. Stocuri genetice speciale. Materialul iniial de ameliorare pentru fiecare specie de cultur trebuie s conin i diferite surse de utilizare special n programele de ameliorare. Astfel, sunt necesare forme care posed anumite nsuiri genetice, citogenetice i citoplasmatice care pot fi transmise altor forme ca: surse de gene de rezisten, la anumite boli i duntori; surse de androsterilitate; surse de gene restauratoare de fertilitate a polenului; surse de aneuploidie i surse de gene specifice (porumb, sfecl, cnep etc.); surse ce pot servi ca martori citologici (floarea-soarelui, orz) etc.

NTREBRI: 1.Ce se nelege prin centru de diversificare ? 2.Care sunt principalele caracteristici ale centrelor de diversificare ? 3.Ce se nelege prin plante primare i plante secundare de cultur ? 4.Ce se nelege prin material iniial de ameliorare ? 5.Care sunt principalele tipuri de material iniial ?CAPITOLUL 3

OBIECTIVE I METODE DE AMELIORAREn procesul de ameliorare se urmrete atingerea unor obiective care pot fi generale (ntlnite la toate speciile) sau speciale (care apar la grupe de specii). Cele mai importante obiective ale ameliorrii este de a mbunti capacitatea de producie, calitatea acesteia i nsuirile de rezisten. Metodele prin care aceste obiective pot realizate sunt mewtode care prelucreaz variabilitatea, care o creaz i metode speciale. Alegerea metodei se face n fucnie de modul de reproducere a plantelor care are influen asupra variabilitii i stabilitii populaiilor cu care se lucreaz. Formele create prin procesul de ameliorare trebuie s posede un complex de caractere i nsuiri valoroase care constutuie obiectivele de ameliorare. Acestea sunt condiionate de trei factori principali: condiiile de clim i sol ale zonei unde vor fi cultivare, nivelul de dezvoltare a tehnologiei de cultur i cerinele pieei fa de producia agricol.

3.1. OBIECTIVE DE AMELIORAREObiectivele de ameliorare se pot mpri n dou categorii. Obiective generale, care se ntlnesc n ameliorarea tuturor speciilor i obiective speciale, care apar numai la anumite specii. Obiectivele generale sunt urmtoarele: - Sporirea capacitii de producie este scopul principal al oricrui proces de ameliorare. Aceasta se poate realiza prin crearea de modificri la nivelul unor caractere morfologice (numr de plante fertile la unitatea de suprafa, numrul i mrimea fructelor pe plant) sau a unor nsuiri fiziologice (randamentul fotosintezei, reducerea respiraiei, etc.) mbuntirea11

acestui caracter trebuie s duc la atingerea unor niveluri deosebite ale produciei ca de exemplu: 10.000 kg/ha la gru, 18.000 kg/ha la porumb, 5.000 ka/ha la floarea soarelui5.000 kg/ha la soia, etc. - mbuntirea calitii este un obiectiv la fel de important. Acesta depinde de specie i vizeaz coninutul n anumite substane a recoltei. Astfel, se urmrete cretere coninutului n proteine, grsimi, zaharuri sau alte substane. De exemplu coninutul n protein trebuie s tind spre 18% la gru, 14 % la porumb, 45% la soia; coninutul n ulei s fie de 55% la floarea soarelui, 45% la in 25% la soia; coninutul de fibr n tulpini s fie de 25% la in, 27% la cnep. - mbuntirea rezistenei la boli i duntori este un alt obiectiv general. Prin crearea de forme rezistente se elimin tratamentele chimice de combatere aceasta contribuind la reducerea preului de cost al produsului i la prevenirea polurii n agricultur. Astfel de forme pot fi create prin preluarea de gene de la formele slbatice, care sunt foarte rezistente. - Obinerea de forme precoce. Aceste forme prezint unele avantaje: evit atacurile puternice de boli i duntori fiind mai avansate n vegetaie n faza de atac maxim, evit perioadele secetoase din var i pot permite nfiinar ea unor culturi succesive. - mbuntirea aptitudinilor pentru mecanizarea culturii este un obiectiv prin care se creeaz forme rezistente la cdere i scuturare pentru ca recoltatul s se fac fr pierderi, dar i cu o conformaie care s permit accesul mai uor al utilajelor la efectuarea lucrrilor de ntreinere (talia mai mic, rdcini adnci, frunze dispuse mai grupat, etc.) Obiectivele speciale sunt ntlnite numai n ameliorarea unor specii. Acestea sunt: - Crearea de forme rezistente la temperaturi sczute este un obiectiv care este necesar la plantele ce se seamn toamna, sau n cazul celor de primvar, numai pentru zonele cu climat foarte rcoros din zonele de deal. - Crearea de forme rezistente la secet i ari este necesar numai pentru zonele din sudul rii unde regimul precipitaiilor este deficitar. - Crearea de forme pentru cultura irigat care trebuie s aib o mare capacitate de utilizare a apei i a fertilizanilor, dar i o rezisten superioar al atacul bolilor. - Crearea de forme destinate cultivrii pe soluri speciale (soluri acide, srturi, soluri calcaroase, etc.) - Crearea unor forme cu nsuiri speciale: forme monoice (unisexuate) la cnep, forme androsterile (care nu produc polen fertil) la porumb, forme monogerme (cu o singur smn n fruct) la sfecl, acestea prezentnd avantaje tehnologice deosebite

3.2. METODE DE AMELIORARE.Orice metod care contribuie direct sau indirect la atingerea obiectivelor de ameliorare constituie o metod de ameliorare. Aceste metode se pot mpri n trei categorii: - metode care permit identificarea i izolarea genotipurilor valoroase, aici fiind incluse diferitele tipuri de selecie; - metode care sporesc variabilitatea genetic, care permite obinerea unui material nou, aici fiind cuprinse: hibridarea, mutageneza, poliploidia, consangvinizarea i metode ale biotehnologiilor;12

- metode care utilizeaz avantajele unor fenomene genetice: heterozisul, androsterilitatea.

3.3. ALEGEREA METODOLOGIEI DE AMELIORARE N FUNCIE DE MODUL DE REPRODUCEREModul de reproducere al plantelor are influena hotrtoare asupra alegerii metodei de ameliorare. Aceasta deoarece, reproducerea influeneaz direct structura genetic a plantelor, respectiv, variabilitatea i stabilitatea populaiilor supuse ameliorrii. La plante, reproducerea poate fi sexuat sau asexuat. Reproducerea sexaut se realizeaz prin fecundarea gameilor femeli cu gameii masculi, n final rezultnd zigotul din care se va dezvolta smna. Dup proveniena polenului (gametul mascul) care particip la fecundarea ovarului (gametul femel), plantele pot fi de dou tipuri: autogame i alogame. Plantele autogame sunt specii la care polenizar ea de face cu polen propriu, fenomenul fiind numit autopolenizare. n decursul evoluiei aceste specii i-au realizate anumite adaptri pentru a mpiedica polenizarea cu polen strin. Acestea sunt: - cleistogamia polenizarea nainte de deschiderea florii (orez) - chasmogamia polenizarea n timpul deschiderii florii.(gru, orz, fasole,soia, in, etc.) Aceste specii se caracterizeaz prin starea de homozigoie a indivizilor, stare care confer uniformitate populaiilor i stabilitate de la o generaie la alta. La aceste specii, ameliorarea trebuie s utilizeze metodele prin care se produce variabilitate genetic (hibridare, mutagenez, poliploidie), apoi s fie alese formele valoroase prin selecie. Plantele alogame sunt plante la care polenizarea se face cu polen strin, de la alte plante. i aceste specii prezint o serie de adaptri la mpiedicarea polenizrii cu polen propriu: - separarea sexelor n inflorescene diferite pe aceiai plant (monoicitate flori femele i flori mascule, cum este cazul porumbului) sau pe indivizi diferii (plante femele i plante mascule la cnep) - maturizarea la date diferite a organelor femele i a celor mascule: protandria cnd polenul se maturizeaz ai devreme sau protogenia, cnd stigmatul florii se maturizeaz mai devreme; - heterostilia cnd stigamtul este mult mai lung dect staminele i polenul nu poate ajunge pe stigmatul florii proprii; - autoincompatibilitatea care este un fenomen genetic prin care polenul nu poate fecunda ovarul florii proprii. Aceste specii au o stare heterozigot care creeaz o variabilitate foarte mare a populaiilor i o slab stabilitate de la o generaie la alta. Ameliorarea trebuie s reduc din aceast variabilitate i s valorifice numai genele valoroase. Metoda specific acestor specii este consangvinizare, dar pot fi folosite i celelalte metode. Reproducerea asexuat a plante se realizeaz pe cale vegetativ, prin intermediul diferitelor organe: bulbi (ceap), tuberculi (cartof), lstari sau altoi (pomi fructiferi i via de vie), drajoni (cpun), etc. Acest tip de nmulire asigur o stabilitate foarte mare a populaiilor de la o generaie la alta i o uniformitate perfect. Ameliorarea trebuie f aplice metode de provocare a variabilitii urmate de alegerea formelor valoroase.13

NTREBRI: 1.Care sunt obiectivele principale de ameliorare ? 2.Care sunt obiectivele secundare de ameliorare ? 3.Care sunt principalele tipuri de metode de ameliorare ? 4.Care sunt adaptrile plantelor autogame pentru a mpiedica polenizarea cu polen strin ? 5.Care sunt adaptrile plantelor alogame pentru a mpiedica polenizarea cu polen propriu ? 6.Cum influeneaz tipul de polenizare structura genetic a unei populaii ?

CAPITOLUL 4

SELECIA CA METOD DE AMELIORAREAlegerea formelor care corespund obiectivelor de ameliorare se realizeaz prin selecie. Selecia poate avea ca scop modificarea mediei unie populaii, unoformizarea populaieim sau mprirea ei n subpopulaii. Selecia se relozeaz prin alegerea de elite i urmrirea descendenelor acestora. Descendenele se pot urmri impreun sau separat.

4.1. DEFINIIE I IMPORTANSelecia este cea mai veche i cea mia folosit metod de ameliorare. Spre deosebire de selecia natural care asigur supravieuirea celui mai apt, selecia artificial este un proces prin care sunt favorizai indivizii care prezint caractere i nsuiri conform obiectivelor de ameliorare. n unele situaii aciunea seleciei naturale este benefic ameliorrii (n cazul rezistenei la factorii de mediu nefavorabili, rezistena la boli i duntori). n alte situaii, cele dou tipuri de selecie au aciune contradictorie ( capacitate de producie, rezisten la cdere i scuturare, calitate) Selecia poate fi definit drept metoda de ameliorare cu ajutorul creia se izoleaz genotipurile valoroase dintr-o populaie, prin inter mediul alegerii celor mai buni indivizi (elite) i a celor mai bune descendene ale acestora. Fiind drept ce are drept scop fixarea genotipurilor valoroase, izolate dintr-un material iniial, precum i meninerea acestora ct mai multe generaii prin nmulirea lor n producie, selecia reprezint o metod de baz obligatorie n programele de ameliorare dar i n producerea de smn.

4.2.TIPURI DE SELECIESelecia dup scop.14

Selecia direcional este selecia prin care media unie populaii se modific spre una din valorile extreme, putnd scdea sau crete. Aceasta se obine prin eliminarea indivizilor de la una din extremele, fie a celor cu valori mici, cnd se dorete cretere mediei, fie a celor cu valori mari, cnd se dorete micorarea mediei. Acest tip de selecie se aplic frecvent n ameliorare. Selecia stabilizatoare (conservativ) este selecia prin care se elimin valorile extreme, att a celor minime ct i a celor maxime, n final media rmnnd neschimbat, dar populaia va fi mai uniform. Acest tip de selecie se aplic n producerea de smn. Selecia disruptiv (diversificatoare) este selecia prin care se elimin valorile din jurul mediei, n final rezultnd dintr-o populaie, dou populaii deosebite ntre ele. Acest tip de selecie poate fi aplicat n ameliorare. Selecia dup modul de urmrire a descendenelor. Dup modul de studiere a descendenelor plantelor elit, selecia poate fi n mas i individual, care sun variante ale seleciei direcionale cu larg aplicabilitate n ameliorare. Selecia n mas. Principiul metode const n selecionarea dintr-o populaie a mai multor elite i nmulirea n amestec a acestora. Este deci, o selecie fenotipic deoarece descendenele elitelor nu se verific separat. Se pleac de la ideea c plantele valoroase alese dup fenotip vor fi i genotipic valoroase. Rezultatele seleciei n mas depind de mrimea populaiei i de numrul elitelor extrase. Selecia n mas pate fi pozitiv i negativ. Selecia pozitiv const n alegerea dintr-o populaie a indivizilor valoroi, iar selecia negativ reine din populaia prelucrat indivizii nevaloroi. Primul tip de selecie este specific procesului de ameliorare, iar cel de-al doilea producerii de smn. Selecia pozitiv const n alegerea unui numr de elite i nmulirea lor n amestec. Acest tip este caracteristic ameliorrii i prezint mai multe variante. Selecia n mas simpl (cu o singur alegere) const n alegerea unor elite asemntoare fenotipic din cadrul unei populaii i se formeaz o populaie nou care se va semna n parcele pentru a fi comparat cu o form martor. Este specific plantelor autogame. Selecia n mas repetat const n repetarea alegerii de elite timp de mai muli ani pn cnd noua populaie nu mai evideniaz deosebiri semnificative fa de populaia din anul precedent (din care s-au extras elitele). Este specific plantelor alogame. Selecia n mas pe grupe se aplic dac materialul iniial este foarte heterogen i concomitent se pot forma mai multe grupe de elite deosebite. Selecia n mas negativ const n eliminar ea plantelor cu nsuiri nedorite, nainte de recoltare. Se practic n producerea de smn i poart denumirea de purificat biologic. Cmpul de alegere

15

Cmpul de control CCO Culturi comparative de orientare CCC Culturi comparative de concurs Testare la ISTIS Figura 7.1. Schema seleciei n mas cu o singur alegere Cmpul de alegere

Cmpul de alegere

CC Cmpul de control CCO Culturi comparative de orientare CCC Culturi comparative de concurs Testare la ISTIS Figura 7.2. Schema seleciei n mas repetat Cmpul de alegere

16

Cmpul de control CC Culturi comparative de orientare CCO Culturi comparative de concurs CCC Testare la ISTIS Figura 7.3. Schema seleciei n mas pe grupe Selecia individual. Selecia individual const n alegerea de elite i urmrir ea separat a descendenelor acestora, n scopul unei estimri precise a valorii genotipului. Prin aceasta se obine o eficien sporit compar ativ cu selecia n mas. Selecia individual prezint dou variante. Selecia individual cu o singur alegere const n reinerea de elite i semnatul lor individual n vederea obinerii descendenelor. Descendenele se verific mai muli ani n cmpul de ameliorare, n final obinndu-se un nou soi. Este specific plantelor autogame i cu nmulire vegetativ. Selecia individual repetat anual se aplic atunci cnd n interiorul descendenei apar variaii genetice au valoare selectiv. Repetarea alegerii de elite din descendene are loc pn cnd se obin descendene valoroase i stabile. Este o metod specific plantelor alogame. Cmpul de alegere

X

X Cmpul de selecie Cmpul de control

CC Culturi comparative de orientare CCO

17

Culturi comparative de concurs CCC Testare la ISTIS Figura 7.4. Schema seleciei individuale cu o singur legere

Cmpul de alegere

X X

X Cmpul de selecie X Cmpul de selecie Cmpul de control

CC Culturi comparative de orientare CCO Culturi comparative de concurs CCC Testare la ISTIS Figura 7.5. Schema seleciei individuale repetate

NTREBRI: 1. Definiia seleciei. 2. Clasificarea seleciei dup scopul urmrit.18

3. Care este principiul seleciei n mas i care sunt variantele de lucru. 4. Care este principiul seleciei individuale i care sunt vriantele de lucru.

CAPITOLUL 5

UTILIZAREA HIBRIDRII N AMELIORARE .Hibridara este prioncipala metod de provocare a variabilitii la plantele autogame. ncepnd cu generaia F datorit recombinrii i a2

segregrii apare variabilitate care poate fi porelucrat prin selecie individual. n fucnie de momentul nceperii seleciei, aceasta poate fi genealogic, tardiv sau n populaii pariele. Realizarea hibrizilor de poate face n mai multe moduri, utiliznd doi sau mai muli genitori (hibridare simpl sau complex) care pot aparine aceleiai specii sau pot face parte din specii diferite (hibridare apropiat sau ndeprtat). O vriant special a hibridrii este back-cross-ul, care poate aplicat simplu, repetat sai n trepte. 5.1. IMPORTANA HIBRIDRII . nc de la nceputurile ameliorrii plantelor, ca o activitate contient, hibridarea a fost metoda prin care s-a ncercat obinerea unor combinaii noi de caractere. Dup punerea la punct a fundamentrii tiinifice prin elaborarea legilor ereditii de ctre G.Mendel i a teoriei cromozomiale a ereditii de ctre T.H.Morgan, hibridarea a constituit i nc mai constituie, metoda de baz utilizat n ameliorare. Hibridrile naturale au dus la apariia unor forme valoroase n intervale de timp foarte lungi datorit caracterului lor limitat. n majoritatea cazurilor, ncrucirile naturale s-au produs ntre forme apropiate, foarte asemntoare. De asemenea, ele s-au produs ntmpltor, foarte multe dintre rezultatele acestor ncruciri fiind puin valoroase sau chiar duntoare. Hibridarea, ca metod de ameliorare s-a conturat nc din secolul al XIX-lea. Cu timpul a devenit cea mia folosit metod, ajungndu-se astzi, s fie aplicat planificat n vederea obinerii unor genotipuri cu anumite combinaii de gene.19

Dac se dorete definirea hibridrii, din punct de vedere genetic, hibridarea constituie o ncruciare ntre doi genitori care se deosebesc prin cel puin o pereche de caractere. Pentru ameliorare, n sens larg, hibridarea este o metod de creare a variabilitii prin ncruciarea ntre indivizi care fac parte din soiuri, specii sau genuri diferite. La realizarea diversitii n urma hibridrii concur o serie de fenomene genetice care permit apariia unui material iniial nou. Principala consecin a hibridrii este recombinarea genetic. Prin unirea celor doi gamei, provenii de la cele dou forme parentale se realizeaz combinaii noi de gene, fiecare genitor participnd cu zestrea sa genetic. Aceasta va constitui baza de aciune a altor fenomene genetice. La sporirea variabilitii concur i alte fenomene genetice: nlnuirea genelor, crossing-over-ul sau diferite interaciuni ntre genele alele ori nealele. Toate aceste fenomene care nsoesc nmulirea sexuat ofer posibilitatea manifestrii unei variabiliti foarte pronunate, ns nu tot ceea ce apare nou poate fi valorificat. Cu toate c hibridarea este o metod veche, va rmne n continuare modalitatea principal prin care se poate provoca variabilitatea la toate speciile supuse ameliorrii. Uurina cu care se aplic este un argument n plus pentru meninerea ei ca metod de baz.

5.2. TIPURI DE HIBRIDARE FOLOSITE N AMELIORAREA PLANTELOR.Hibridarea fiind o metod foarte mult utilizat, s-a ajuns la situaia de a fi aplicat sub mai multe forme. Astfel, se pot face diferite clasificri ale hibridrii, dup mai multe criterii. Dup modul n care se realizeaz, hibridarea poate fi natural i artificial. Cea mai larg clasificare a hibridrii se poate realiza dup numrul genitorilor ce particip la realizarea hibridului. Dup gradul de nrudire a formelor parentale, hibridarea poate fi apropiat (intraspecific) sau ndeprtat (interspecific, dac speciile sunt aparintoare aceluiai gen, sau intergeneric, dac speciile sunt din genuri diferite). Dup scopul care se urmrete a fi realizat, hibridarea poate fi divergent, cnd duce la diversificare, deci la apariia variabilitii, sau convergent cnd are ca efect restrngerea variabilitii. Toate tipurile de hibridare, cu excepia unuia, oricare ar fi criteriul de clasificare, sunt divergente. Excepie face un caz aparte a hibridrii simple, back-cross-ul, prin care se revine la un genotip existent anterior. Efecte asemntoare back-crossului se pot obine i prin aplicarea unor hibridri succesive. Hibridarea n funcie de modul de realizare. n funcie de intervenia omului n realizar ea hibridrii exist dou variante ale hibridrii: hibridare natural, care se realizeaz fr aportul omului i hibridare artificial, care este dependent de aciunea amelioratorului. Hibridarea natural a avut un rol deosebit n evoluia speciilor, dar i n ameliorare, la nceputurile acesteia ca activitate contient. n cazul hibridrii naturale, ncrucirile se realizeaz spontan, din acest motiv nu se cunoate de la cine a provenit polenul, deci nu se tie care este combinaia hibrid.20

Hibridarea artificial este o activitate controlat care necesit intervenia omului n realizarea hibridului. n obinerea dirijat a unor hibrizi trebuie controlat foarte strict polenizarea. Stabilirea partenerilor care se vor ncrucia este elementul hotrtor n crearea unor hibrizi valoroi. ncrucirile nu se fac la ntmplare. Formele parentale se aleg judicios, dup un studiu prealabil foarte bine fundamentat. Hibridarea dup numrul genitorilor. Dup umrul formelor parentale ce particip la realizarea hibridului, hibridarea poate fi simpl, cnd particip doi genitori i hibridare complex, cnd la realizarea hibridului particip mai mult de doi genitori. Hibridarea simpl Hibridarea simpl este cea mai folosit n ameliorare i producerea de smn i const n ncruciarea a dou genotipuri diferite (A x B), acestea putnd fi soiuri, linii, linii consangvinizate. Hibridarea simpl este foarte mult utilizat pentru provocarea variabilitii la speciile autogame, al toate grupele de plante, agricole i horticole. Hibridarea simpl poate aprea sub mai multe forme, n funcie de modul n care se folosesc genitorii. Dac se are n vedere poziia pe care o ocup genitorii n hibridare, hibridarea simpl poate fi direct i reciproc. Hibridarea direct poziioneaz unul dintre genitori ca form mam, iar cellalt ca form tat. Forma mai precoce se va utiliza ca mam pentru avea flori neajunse la maturitate. Acesta este doar un criteriu arbitrar pentru stabilirea poziiei n hibridare. Hibridarea reciproc este ncruciarea n care poziia partenerilor se schimb. Dac hibridul direct este de tipul A x B, reciprocul su este B x A; forma care a fost utilizat ca mam va fi folosit ca tat. Hibridarea reciproc se efectueaz atunci cnd hibridul direct ncercat nu s-a putut obine.. Modul de utilizare a genitorilor n hibridarea simpl a dus la apariia unor modaliti aparte de lucru care constituie metode distincte de ameliorare convergent (retroncruciarea sau backcrossul) sau metode de studiu genetic al determinismului caracterelor (bazate pe diferite sisteme de calcul), ori studiul valorii unor genitori ca forme parentale n obinerea hibrizilor comerciali (hibridarea ciclic sau hibridarea dialel). Backcrossul - este o hibridare care const n ncruciarea unui hibrid F1

cu unul dintre prini, spre exemplu ( A x B ) x A. Este considerat o hibridare simpl deoarece are la baz numai doi genitori. Fiind o metod prin care, n fond, variabilitatea genetic se restrnge, backcrossul va fi tratat pe larg separat. Hibridarea ciclic este o metod prin care se obin mai muli hibrizi simpli din ncruciarea mai multor genitori, folosii de regul ca form mam, cu un tester. n cazul unui set de patru genitori (A, B, C, D), hibridarea ciclic const n ncruciarea tuturor cu un tester i obinerea hibrizilor: A x T, B x T, C x T, D x T. Valoarea genotipurilor ca genitori rezult n urma studierii hibrizilor obinui n culturi comparative. Hibrizii avnd unul dintre prini acelai genotip (testerul), diferenele dintre ei se datoreaz capacitii printelui testat de a transmite nsuirile sale valoroase prin hibridare. Aceasta este capacitatea combinativ general. Hibridarea dialel este un sistem de hibridare care necesit un set de genitori, ntre acetia efectundu-se toate ncrucirile posibile. Acest tip de21

hibridare se folosete n studiile de analiz genetic sau n selecia liniilor consangvinizate pentru stabilirea capacitii combinative specifice. Acest tip de testare stabilete care este cea mai valoroas combinaie hibrid. n cazul unui grup de patru genitori (A, B, C, D), hibridarea dialel const n executarea urmtoarelor ncruciri: AxBBxCCxD AxCBxD AxD La plantele autogame, hibridarea dialel se practic numai n studiile de genetic. Exist multe sisteme de calcul i interpretare prin care n urma efecturii unor ncruciri dialele se pot obine informaii despre numrul genelor implicat n realizarea unor caractere sau a interaciunilor dintre acestea. Hibridarea complex Hibridarea complex se realizeaz prin folosirea la realizarea hibridului a mai mult de doi genitori. Hibrizii compleci sunt des utilizai n ameliorare, n cadrul acestora putndu-se combina un numr mai mare de nsuiri, n final rezultnd un genotip care reunete caractere din surse diferite. Utilizarea mai multor genitori se poate face n dou moduri: prin hibridare n mas sau prin hibridare n perechi. Hibridarea n mas (poly-cross) se aplic la plantele alogame i const n ncruciarea liber, fr castrare a mai multor elite reinute din dou sau mai multe soiuri diferite, dup care urmeaz un studiu al descendenelor rezultate i alegerea celor mai valoroase, care prin amestecare vor forma un soi nou. Hibridarea n mas este mai puin utilizat. Ca metod de ameliorare, de folosete n ameliorarea unor specii furajere care se pot nmuli i vegetativ. H ibridarea n perechi este mult mai utilizat, att n ameliorare ct i n producerea de smn. Printr-o astfel de hibridare se poate modela un viitor genotip, care, fie c va fi cultivat, fie c va fi prelucrat prin selecie pentru obinerea de noi soiuri. Hibridarea complex n perechi poate crea mai multe tipuri de hibrizi. Hibrizii trilinairi sunt hibrizi la realizarea crora concur trei genitori i se obin din ncruciarea unui hibrid simplu cu un al treilea genitor: (A x B) x C. Hibrizii dublii sunt hibrizi obinui din ncruciarea a doi hibrizi simpli, deci la realizarea hibridului diblu particip patru genitori diferii: (A x B) x (C x D). Hibrizii compleci obinui prin hibridare succesiv n perechi, sunt foarte mult folosii pentru mbuntirea unor caractere acntitative prin acumularea de gene din surse diferite. Prin acest tip de ncruciare se realizeaz acumulri pas cu pas. Hibridarea dup gradul de nmulire a formelor parentale. Dup gradul de nmulire a formelor parentale, hibrizii pot fi intraspecifici (apropiai) sau interspecifici (ndeprtai). Hibridarea intraspecific este cel mai mult utilizat n ameliorare. Hibridarea apropiat const n ncruciarea unor forme (soiuri, linii, populaii locale) ce aparin aceleiai specii. Hibridarea ndeprtat (interspecific) const n ncruciarea ntre dou specii diferite. Dac cele dou specii aparin la dou genuri diferite, se va numi intergeneric. Hibridarea ndeprtat este folosit tot mai mult n ameliorare datorit posibilitilor vaste de provocare a variabilitii. Hibridarea ndeprtat este22

utilizat foarte mult la transferarea de la formele slbatice a unor gene de rezisten la boli sau la factorii de mediu nefavorabili. Aa se pot obine soiuri cu o larg plasticitate ecologic i cu rezisten la o palet mai cuprinztoare de ageni patogeni i de rase fiziologice a acestora. Utilizarea hibridrii ndeprtate n ameliorare este limitat de diferenele genetice dintre specii care mpiedic realizarea fecundrii i obinerea seminei hibride. Un alt dezavantaj este acela c hibrizii ndeprtai sunt parial sau total sterili. Din acest motiv, hibridarea ndeprtat necesit luarea unor msuri care s nlture aceste neajunsuri.

5.3. TEHNICA GENERAL A HIBRIDRII.Hibridarea este o metod complex care necesit o succesiune de operaii. Etapele care trebuie urmrite n obinerea unui hibrid prezint o line general la toate speciile, dar i multe particulariti i diferene de la o specie la alta Stabilirea obiectivelor ameliorrii prin hibridare. Stabilirea obiectivelor ine cont de specia cu care se lucreaz. Aceasta trebuie s fie cunoscut foarte bine n privina variabilitii, mai ales care sunt limitele existente pentru caracterele i nsuirile luate n studiu. Pentru a uura munca de ameliorare, este bine ca numrul caracterelor care trebuie mbuntite s fie redus, Din acest motiv, materialul de la care se pornete trebuie s fie valoros, deficitar n privina unui numr mic de caractere. O atenie deosebit trebuie acordat caracterelor cantitative (capacitate de producie, calitate), care au o eritabilitate redus, din cauza complexitii determinismului genetic mbuntirea lor se face foarte greu. Se recomand ca aceste nsuiri s constituie obiective principale, celelalte, care prezint un determinism genetic mai simplu i au o expresivitate mai pronunat n fenotip, s fie ameliorare n paralel. Foarte important este cunoaterea caracterelor i nsuirilor care limiteaz atingerea obiectivelor principale. Pe ct posibil, genitorii trebuie s fie lipsii de asemenea nsuiri. Alegerea genitorilor. Succesele realizate de ctre ameliorare depind n mod hotrtor de alegerea unui material iniial valoros. n cazul hibridrii, care este o metod folosit frecvent n obinerea de soiuri, alegerea formelor parentale este cea mai important faz. Modelul imaginat a fi obinut n urma hibridrii depinde de gsirea unor forme parentale n care s fie reunite toate genele implicate n realizarea nsuirilor urmrite. Efectuarea hibridrii Hibridarea necesit mai multe operaiuni prin care se asigur polenizare formei mam cu polen de la forma tat. Pentru aceasta este necesar s fie urmrite mai multe etape, fiecare avnd caracteristici distincte i momente prielnice de executare. n ordinea desfurrii lor, n continuare vor fi prezentate fazele tehnicii de hibridare. Alegerea genitorilor este o etap despre care s-a vorbit deja, aceasta trebuind fcut pe baze tiinifice i cu mult nainte de nfiinarea cmpului de ameliorare. Din parcelele care cuprind genitorii, n scopul aplicrii operaiilor necesare hibridrii se vor alege plantele cele mai viguroase, cu nsuiri caracteristice cultivarului din care fac parte, neatacate de boli i duntori, cu inflorecene bine dezvoltate. Aceste criterii sunt valabile att pentru plantele cu care se lucreaz fcnd parte din forma mam, ct i pentru cele din forma tat.23

n cazul formei mam, inflorescenele vor fi izolate, pregtite pentru castrat, castrate, apoi polenizate. De la plantele formei tat se va recolta polen folosit n polenizarea florilor castrate. Pregtirea plantelor pentru castrat este prima lucrare tehnic asupra plantelor mam. Momentul optim pentru castrat este nainte de maturizarea polenului. Pentru castrat se vor alege florile cele mai dezvoltate. n cazul plantelor cu flori care nu sunt grupa n inflorescene, pentru hibridri se utilizeaz numai primele 2-3 flori, acestea fiind mai bine hrnite de ctre plant. Este recomandabil ca celelalte flori s nu fie lsate s fructifice ( la ardei, vinete). n cazul speciilor la care florile sunt grupate n inflorescene se vor folosi flori din primele inflorescene aprute: primele 2-3 inflorescene ( la tomate, mazre, fasole), spicul principal la cerealele pioase, primul tiulete la porumb, etc. Din fiecare inflorescen se vor elimina florile mai mici lsnduse numai cele mai mari i uniforme ca dezvoltare. Astfel, la gru se ndeprteaz spiculeele de la baz i de la vrf, iar n spiculeele rmase se las numai florile bazale; la mazre, tomate, via de vie, pomii fructiferi se ndeprteaz din inflorescen florile mai mici. ndeprtarea acestor flori, ct i ndeprtarea nveliului floral (secionarea glumelor i paleelor la cerealele pioase, secionarea petalelor la florile de fasole, floarea soarelui, varz, etc.) pentru a uura ajungerea la anterele staminelor care trebuie eliminate, constituie faza de pregtire nainte de castrat. Aceast operaiune pregtitoare are o serie de particulariti n funcie de specie. n majoritatea cazurilor este obligatorie deoarece castrarea, fcnduse nainte ca floarea s fie matur, anterele sunt acoperite de nveliul florii sau al inflorescenei. Castrarea este operaiunea cea mai important. Dup ce floarea a fost pregtit, urmeaz ndeprtarea anterelor sau distrugerea viabilitii polenului. Aceast operaiune este obligatorie la speciile cu flori hermafrodite, fie c sunt de la specii autogame, fie c sunt ale speciilor alogame. La speciile cu flori unisexuate (monoice sau dioice) este suficient izolarea florilor femele pentru a preveni polenizarea la ntmplare. Aceast izolare trebuie fcut nainte cu cel puin dou zile ca stigmatul s fie receptiv pentru ca, eventualul polen ajuns pe stigmat, s-i piard viabilitatea pn la ajungerea la maturitate a stigmatului. Castrarea florilor hermafrodite se poate realiza n mai multe moduri. La cele mai multe specii se realizeaz manual, cu ajutorul pensetelor . Dac de aplic aceast metod, se va avea grij ca anterele s fie extrase fr a se rni sau fr a se rupe. Chiar dac antera nu a eliberat polen, dup rnirea ei polenul se poate disemina i poate fi capabil de fecundare. De asemenea, atenia trebuie s fie ndreptat i n direcia protejrii stigmatului. n cazul speciilor cu flori de dimensiuni mici ( sfecl, soia, morcov), lucrarea se face foarte dificil, numai de ctre persoane calificate i cu experien. Castrarea poate fi nlocuit cu unele metode prin care se distruge viabilitatea polenului. Aceste metode se practic numai cnd castrarea este imposibil de realizat din cauza dimensiunilor foarte reduse a florilor. Astfel, la unele specii se practic sterilizarea polenului pe cale termic, prin introducerea inflorescenelor n ap cald. Spre exemplu, la orez, sterilizarea se face la 45-48 C, timp de 1-10 minute. Sterilizarea termic se mai 0 aplic i la sorg sau la unele ierburi furajere. La gru i la orez a fost ncercat i sterilizarea prin temperaturi sczute (la 0 C). Aceste procedee nu asigur o 0 sterilizare total, n plus sunt destul de greu de realizat n condiii de cmp.

24

Literatura se specialitate semnaleaz i procedee chimice, prin utilizarea unor substane care s distrug viabilitatea polenului. n cazul lucernei, florile se introduc n alcool etilic. La alte specii au fost ncercate alte categorii de substane, aa numiii ageni chimici de hibridare. Exist i situaii speciale, la speciile autoincompatibile (unele soiuri de mr, cire, nuc, ceap, varz, sfecl), la care castrarea nu este obligatorie, .ns pentru siguran, se recomand a fi efectuat. Izolarea i etichetarea inflorescenelor castrate este necesar pentru a se mpiedica polenizarea la ntmplare. Deoarece, n momentul castratului, stigmatele sunt imature, pn la polenizare trebuie s treac 1-2 zile. Izolarea se face cu diferite tipuri de izolatoare, n funcie de specie. Cel mai des folosite sunt pungile de hrtie de pergament (la cereale, leguminoase, pomi fructiferi). Se pot folosi i izolatoare din tifon sau pnz (la floarea soarelui, ceap) n cazurile n care inflorescenele sunt mai mari. Izolatoarele trebuie s asigure o izolare perfect, dar s asigure inflorescenei i viitoarelor fructificaii, o bun aerare, umiditate corespunztoare i lumin suficient. Izolatoarele se nchis n partea de jos i se prind de tulpina plantei prin diferite metode (agrafe, inele de cauciuc, sfoar). Odat cu punerea izolatorului se face i etichetarea. Ataarea unei etichete este obligatorie i n cazul izolatoarelor din materiale textile. Pe pungi, se scrie cu creionul, direct pe pung: data efecturii castratului i combinaia hibrid care urmeaz a fi realizat. Polenizarea se efectueaz la 1-2 zile dup castrat, perioad n care stigmatele se maturizeaz. n funcie de viabilitatea polenului, acesta trebuie utilizat proaspt sau poate fi recoltat i pstrat. n limita posibilitilor, se recomand folosirea polenului proaspt. Dac este nevoie ca polenul s fie pstrat, aceasta se poate face numai la temperaturi sczute (0-4 C, numai pentru cteva zile. Este posibil i pstrarea pe termen mai lung, dar n acest caz trebuie controlat foarte riguros att temperatura, ct i umiditatea. n privina polenizrii, exist mai multe modaliti de lucru: polenizare liber, semiliber i forat. Polenizarea liber const n lsarea florilor castrate neizolate, polenul urmnd a fi adus de vnt sau de insecte. Aceast hibridare liber se practic foarte rar n lucrrile de ameliorare. Posibilitatea utilizrii ei apare la pomii fructiferi, cnd se lucreaz n livezi cu soiuri autoincompatibile, unde sunt intercalate soiuri polenizatoare. n asemenea cazuri, exist o oarecare siguran asupra hibridului ce va rezulta. Polenizarea semiliber se aplic la un numr mare de specii. Aceasta const n introducerea sub izolator, alturi de inflorescena castrat, a 1-3 inflorescene de la forma tat. Pentru aceasta, cei doi genitori trebuie s fie semnai apropiat. n caz contrar, inflorescenele genitorului patern se menin viabile n recipieni cu ap. Punerea n contact a polenului cu stigmatul , sub izolator, se face liber, prin scuturare (la ovz) sau prin introducerea n izolator a unor insecte polenizatoare ( la ceap, mor cov) Polenizarea forat este cea mai eficace. Aceast metod const n recoltarea polenului de la forma tat i depunerea lui pe stigmatele florilor castrate ale genitorului matern. Punerea n contact a polenului cu stigmatul se poate realiza prin scuturarea inflirescenelor inflorite (la gru) ori prin scuturarea polenului recoltat (la porumb, tomate, pomi fructiferi). Pentru

0

25

scuturare se folosesc pensule, la speciile cu polen puin sau tampoane din vat ( la floarea soarelui). Momentul optim al zilei pentru efectuarea polenizrii depinde de specie. Exist specii care prefer timpul mai rcoros i umed. La acestea polenizarea trebuie fcut dimineaa (ovz, fasole, soia). Alte specii prefer temperaturile mai ridicate, la acestea polenizarea fcndu-se n orele amiezii (gru). Pentru legarea florilor, la multe specii, umiditatea aerului este foarte important. La acestea se recomand stropirea izolatoarelor sau umbrirea n primele dou zile de la polenizare, cnd temper aturile sunt foarte ridicate ( la ovz). La speciile sensibile, la care procentul de legare a florilor este foarte sczut, polenizarea se poate repeta dup 1-2 zile. Dup polenizare, izolatorul se pune dinnou i se pstreaz pn la maturitate (la cereale pioase, porumb, sfecl, floarea soarelui) sau este scos dup 2-3 sptmni i se va nlocui cu o etichet de pedunculul florii ( la pomii fructiferi, tomate, ardei, fasole). Recoltarea seminei hibride este faza final a hibridrii. Smna F se0

va recolta la maturitatea deplin i va fi pstrat pn la semnat n pungi, fiecare combinaie hibrid ntr-o pung separat. Pe pungi se scrie combinaia hibrid. n cazul unor cercetri de genetic se recomand pstrarea separat a seminei fiecrei plante. 5.4. SELECIA N POPULAII HIBRIDE. Prelucrarea populaiilor rezultate n urma hibridrii se realizeaz n funcie de tipul de polenizare a speciei cu care se lucreaz. Diferenele dintre specii rezult din efectul pe care l are hibridarea, ct i din scopul final al seleciei. La plantele autogame hibridarea se efectueaz pentru a provoca variabilitate. Din variabilitatea creat se vor alege forme care corespund obiectivelor de ameliorare spre a fi nmulite, n final obinndu-se un nou soi. Aplicarea hibridrii n ameliorare este generalizat la aproape toate speciile cultivate autogame. Variabilitate acare ncepe s se manifeste ncepnd cu generaia F ofer posibilitatea aplicrii seleciei ceea ce n cazul unor2

populaii existente (soiuri, populaii locale) are o foarte slab eficacitate datorit limitrii acesteia, i a epuizrii n scurt timp. Numrul cel mai mare a recombinrilor apare n prima generaie segregant. Marea majoritate a acestora sunt genotipuri n stare heterozigot i vor continua s segregheze n continuare, dar populaia recombinatelor noi se va reduce treptat n generaiile urmtoare. n cazul autogamelor, selecia trebuie s rein indivizi valoroi i stabili. Stabilitatea se datoreaz homozigoiei ca urmare, elaborarea unei strategii de selecie se vor avea n vedere dou elemente: variabilitatea i starea de homozigoie. Variabilitatea maxim se ntlnete n F , ns gradul de homozigoie2

este redus. Dac se ncepe selecia n prima generaie segregant, trebuie s se adopte o metod cu verificarea genotipului, adic o metod bazat pe principiile unei selecii individuale repetate. Aceast metod poart numele de selecie genealogic i este metoda cea mai precis, care valorific toat variabilitatea ce apare. Cu ct se amn debutul seleciei n generaii segregante mai avansate, cu att procentul homozigoiei n populaii va crete i se poate adopta varianta unei selecii individuale cu o singur alegere. Extragerea26

elitelor ncepnd cu genreraia F este mai uor de aplicat, dar o parte din7

vairabilitate se va pierde. Aceast metod se numete selecia tardiv. O alt cale este cea prin care elitele reinute n F se vor nmuli pn n F , cnd, din2 7

populaiile formate se va reine elite a doua oar. Aceast variant se numete selecie n populaii pariale. Selecia genealogic (pedigree) Selecia genealogic este tipul de selecie care prelucreaz variabilitatea nc de la nceputul manifestrii ei. Pentru aceasta extragerea de elite se face n generaia F Deoarece n aceast generaie segregant proporia heterozigoilor2.

este cea mai ridicat, selecia trebuie s se aplice dup varianta alegerii repetate, ansele de a seleciona forme stabile fiind foarte reduse. Cu alte cuvinte, selecia genealogic esteo selecie individual repetat, extragerea de elite fcndu-se din descendenele elitelor reinute anterior. Aceast repetare poate s continue pn n generaiile F F , unii autori recomandnd chiar n5 7

generaia F . Alegerea de elite din descendene se oprete cnd descendena va10

fi uniform. (figura 8.1.) Uniformitatea arat c s-a ajuns la starea de homozigoie, moment n care descendena poate deveni linie spre a trece din cmpul de selecie n verigile urmtoare ale cmpului de ameliorare. Metoda seleciei genealogice are avantajul c evalueaz mai complet dect oricare metod materialul hibrid i c permite identificarea timpurie a genotipurilor valoroase, mai ales n privina caracterelor calitative (rezistene la boli, precocitate, culoare, etc). Folosirea unor tehnici speciale n generaiile timpurii (infecii artificiale, microteste de calitate) permite identificarea unor plante valoroase. Efectuarea hibridrii Cmp de hibridare

AxBCmp hibrizi F1

Cmp alegere F2

xx

Cmp selecie (alegere)

F3

Cmp selecie (alegere)

F4

Cmp selecie

F5-7

27

Cmp de control

Culturi comparative de orientare Culturi comparative de concurs Figura 8.1.Schema seleciei genealogice Selecia n populaii hibride avansate (bulk-method) Aceast metoda a fost utilizat de NilsonEhle, apoi a fost preluata n SUA n ameliorarea multor specii autogame. (figura 8.2.) Metoda are la baz conceptul c extragerea elitelor s nceap dup realizarea homozigotrii, dup 5-7 generaii de autopolenizare. n generaiile avansate, marea majoritate a plantelor din populaie sunt homozigote. Studiile arat c n F proporia6

homozigoilor este de 96,9%, iar n F de 99,8%. Avnd n vedere faptul c10

elitele alese vor fi testate n privina valorii i uniformitii descendenelor, selecia se poate aplica chiar i n F , generaie n care proporia homozigoilor5

este satisfctoare. Populaiile hibride nmulite pe parcursul generaiilor segregante sunt supuse seleciei naturale, care favorizeaz nmulirea biotipurilor cu nsuiri valoroase n lupta pentru existen (rezisten la condiiile nefavorabile de mediu, la boli i duntori). Din aceast cauz se ajunge ca selecia artificial care se execut n F -F s se fac pe populaii cu biotipuri adaptate. Prin57

diferite msuri se pot intensifica factorii seleciei naturale i astfel se elimin biotipurile neadaptate, n funcie de indicele de selecie pe care selecia natural l are asupra genotipului.

Efectuarea hibridrii A x B F1

F2

F3

F4

F5-7

28

Cmp selecie Cmp de control Culturi comparative de orientare Culturi comparative de concurs Figura 8.2. Schema seleciei tardive Selecia n populaii pariale . Conform acestei metode alegerea de elite ncepe n F fcndu-se apoi o2

triere a descendenelor acestora, cele mai bune descendene se vor nmuli pn n generaiile F -F . Pe parcursul nmulirii, fiecare descenden va da natere57

unei populaii. Prin acest mod de lucru se elimin de timpuriu multe din genotipurile nevaloroase. Pentru a nu se pierde din variabilitatea aprut se recomand ca numrul elitelor reinute n F s fie foarte mare. Observarea2

descendenelor n timpul nmulirii se face cu mar e atenie pentru ac s nu fie eliminate populaii ci indivizi valoroi. (figura 8.3.)

Efectuarea hibridrii AxB F1

F2

Cmp selecie

F3

Inmulire

F4

nmulire

F5

29

Cmp de selecie

Cmp de control Culturi comparative de orientare Culturi comparative de concurs Figura 8.3. Schema seleciei n populaii pariale. La plantele alogame hibridarea poate fi folosit n dou direcii. O posibilitate ar fi asemntoare celei aplicate la plantele autogame, dar soiuri se cultiv la tot mai puine specii alogame. Pentru crearea de hibrizi, la alogame, hibridarea se efectueaz n vederea valorificrii heterozisului manifestat n generaia F .1

5.5. FOLOSIREA BACK-ROSS-ULUI N AMELIORAREBack-cross-ul, o variant hibridrii, a fost recomandat ca metod de ameliorare. Aceast metod, bazat pe hibridri repetate ofer posibilitatea introducerii unui numr restrns de gene ntr- un genotip, pentru corectarea unor caractere deficitare. nc de la nceputul utilizrii, back-cross-ul a fost menionat ca o metod de mbuntire a rezistenei la boli. Se tie c n cazul hibridrii simple, teoretic, participarea celor doi genitori la realizarea zestrei ereditate a hibridului este egal. Aceast situaie este avantajoas dac ambii genitori sunt valoroi. n cazul n care este necesar mbuntirea unui soi deosebit de valoros, dar deficitar n privina unui numr redus de caracteristici, se va aplica back-cross-ul. Prin aceast metod, noul soi obinut nu se va deosebi de cel iniial dect prin faptul deficienele avute au fost corectate. Ca metod de ameliorare, cack-cross-ul const n ncruciarea repetat a unui hibrid F cu unul dintre prini, la ncruciate alegndu-se plantele care se1

aseamn ct mai mult cu printele folosit (cel care trebuie corectat), dar care s prezinte i caracterele dorite a se transfera de la cellalt printe. Ca urmare, n acest tip de ncruciare apar dou categorii de forme parentale. Printele folosit la ncruciarea cu hibridul F este printele valoros, dar deficitar n1

privina ctorva caractere. Aceast form parental este denumit printe recurent. Cellalt genitor, de la care se preiau genele cu ajutorul crora se vor corecta deficienele printelui recurent, este denumit printe donator. Pentru a mbunti printele recurent, numrul retroncrucirilor necesare depinde de complexitatea genotipului printelui recurent i de numrul genelor care trebuie preluate de la printele donator. Extinderea aplicrii back-cross-ului n ameliorare s-a produs datorit avantajelor pe care aceast metod le prezint fa de hibridarea obinuit. Ca30

metod de ameliorare, back-cross-ul ofer posibilitatea programrii precise a unui produs final cu condiia gsirii donatorului adecvat pentru mbuntirea printelui recurent. La ncheierea back-cross-rii forma obinut nu mai trebuie testat deoarece se tie c este superior recurentului iniial prezentnd i caracterele transferate de la donator. Un alt avantaj este acela c n timpul efecturii hibridrilor, numrul plantelor cu care se lucreaz nu trebuie s fie prea mare. Dup finalizarea backcross-rii va avea loc o nmulire a plantelor spre a se obine cantitile de smn necesare. Cu toate aceste avantaje, reuita back-cross-ului necesit asigurarea unor anumite condiii. n primul rnd, printele recurent trebuie s fie un soi foarte valoros n privina majoritii caracterelor, astfel c dup terminarea programului de ameliorare cu ajutorul acestei metode el s rmn competitiv. Pe de alt parte numrul caracterelor pentru care recurentul trebuie mbuntit trebuie s fie foarte mic. O alt condiie primordial este gsirea unui donator care s posede caracterele adecvate de la care acestea s poat fi preluate cu uurin. n final, foarte important este numrul retroncrucirilor. Acesta trebuie s fie suficient de mare pentru a reface ct mai fidel genotipul recurentului.

5.6. TIPURI DE BACK-CROSS.Deficienele soiurilor pot fi n numr mai mare sau mai redus. n funcie de acestea, ct i dependent de valoarea donatorilor existeni, back-cross-ul este de mai multe tipuri. Back-cross-ul simplu const n ncruciarea o singur dat a hibridului F cu printele recurent. n acest mod, din genotipul donatorului va rmne o1

proporie mai mare. Acest tip de back-cross se utilizeaz cnd recurentul este deficitar n privina mai multor caractere, toate genele pentru corectarea acestora, gsindu-se la un singur donator. Dup aplicarea acestui tip de back-cross, populaia rezultat se va prelucra n continuare prin selecie. Pentru a gsi combinaiile de caractere dorite, n aplicarea acestui tip de back- cross trebuie s fie folosite un numr mare de plante hibride F . Aplicarea seleciei n continuare se face conform1

metodelor specifice prelucrrii populaiilor hibride ( selecia genealogic sau selecie n populaii avansate). n aplicarea seleciei se va urmri reinerea formelor foarte asemntoare recuentului, dar care s prezinte i caracterele preluate de la donator. Back-cross-ul repetat const n hibridarea timp de mai multe generaii a hibrizilor F ca printele recurent. Acest tip de back-cross se folosete la1

mbuntirea unor soiuri foarte valoroase, dar deficitare n privina unui singur caracter, deficien care se poate corecta prin transferarea unei singure gene de la un donator corespunztor. Acest tip de back-cross este specific transferrii unor gene de rezisten la diferii ageni patogeni, a genelor de androsterilitate , a celor de restaurare a fertilitii sau a altor gene importante. Pentru ca genotipul recurentului s se refac Aproape n totalitate, sunt necesare 5-6 generaii de back-cross (uneori mai multe), n timpul aplicrii acestora fcndu-se i o selecie n direcia printelui recurent. Back-cross-ul n trepte este un tip de back-cross aparte, care presupune mai multe etape de lucru deoarece se lucreaz cu mai muli donatori. Metoda se31

utilizeaz pentru mbuntirea unor soiuri deficitare n mai multe caractere, genele necesare mbuntirii acestora fiind preluate de la mai muli donatori. Dac se urmrete obinerea unui soi foarte uniform, ameliorare dureaz mai mult, preluarea genelor de la donatori fcndu-se succesiv. Exist i posibilitatea scurtrii duratei ameliorrii, lucrndu-se n paralel cu fiecare donatori. n acest caz, n final se va obine un soi cu polimorfism accentuat.

5.7. BAZELE GENETICE ALE APLICRII BACKCROSS-ULUI .Influena back-cross-ului asupra genotipului iese n eviden dac se face un studiu comparativ al acestei metode cu hibridarea urmat de autopolenizare. Dac nu intervine retroncruciarea cu unul dintre prini. Dup hibridarea i autopolenizarea hibrizilor F va avea loc o segregare conform1

legilor mendeliene pentru fiecare pereche de gene. Dac se are n vedere o singur pereche de gene, n F raportul de segregare va fi:2

AA x aa F : Aa (autopolenizare)1

F : 25% AA + 50% Aa + 25% aa2

Conform acestei legi, n F numai 25% din indivizi vor prezenta gena2

n stare homozigot, att cea dominant, ct i cea recesiv. Dac se intervine cu aplicarea back-cross-ului, raportul de segregare se va schimba n favoarea genei prezente la printele recurent: AA x aa F : Aa x AA (recurentul) (BC )1 1

50% AA + 50% Aa Se constat c dup primul back-cross, jumtate din indivizi vor avea genotipul recurentului pentru fiecare pereche de gene. Prin repetarea de mai multe ori a ncrucirilor cu printele recurent, treptat se va ajunge la un genotip homozigot asemntor recurentului, pentru marea majoritate a perechilor de alele. La aceast situaie se ajunge datorit faptului c la fiecare generaie de back-cross-are proporia existent din genotipul donatorului n genotipul hibridului se reduce la jumtate. Dup prima ncruciare, n genotipul hibridului F , att din genotipul recurentului ct i din1

al donatorului se va regsi cte 50%. Dup primul back-cross, n genotipul hibridului 25% va reprezenta partea din genotipul donatorului. Dup cel de-al doilea back-cross, proporia de participare a donatorului se va reduce la 12,5%. (figura 8.4. ) 1 , unde m reprezint numrul generaiilor de back- m 2

cross-are.

32

Back-cross-area se continu pn cnd se ajunge la procentajul dorit. Cu ct numrul genelor preluate de la donator va fi mai mic, cu att vor fi necesare un numr mai mare de retroncruciri cu printele recurent. Gradul de reducere a proporie de participare a genotipului donatorului n populaia hibrid se poate calcula cu formula: 1 , unde m reprezint numrul generaiilor de back-cross-are. m 2

Recurent

Donator

x

x50%recurent 50%donator recurent1

BC

x75%recurent 25%donator recurent BC2

33

87,5%recurent 12,5%donator Figura 8.4. Reprezentarea schematic a creterii proporiei de participare a genotipului printelui recurent n urma aplicrii back-cross-ului

NTREBRI: 1.Care sunt fenomenele care duc la apariia variabilitii n urma hibridrii ? 2.Care sunt tipurile de hibridare folosite n ameliorare plantelor ? 3. Care sunt tipurile de selecie folosite n prelucrarea populaiilor hibride la plantele autogame ? 4.Care sunt etepele de realizare a unei hibridri ? 5.Ce se nelege prin back-cross ? 6.Care sunt tipurile de back-cross ?CAPITOLUL 6

CONSANGVINIZAREA N AMELIORARE .Consangvinizarea este o metod specific plantelor alogame avnd ca scop punerea n valoare a genelor recesive. n urma consangvinizrii fenotipul este afectat nefavorbil, dar genotipul se aduce n stare homozigot. Prin ncruciarea intre ele a unor linii consangvinizate se reface starea de heterozigoie care atrage manifestarea fenomenului heterozis n prima generaie hibrid. Acest fenomem se valorific n culturile pentru consum prin cultivarea hibrizilor comerciali, care pot fi simpli, triliniari sau dubli. Pentru a ajuta obinerea seminei hibrdie comerciale se utilizeaz fenomenul androsterilitii.

6.1. DEFINIIE I IMPORTANPrin consangvinizare se nelege procesul de nmulire a plantelor alogame care se realizeaz prin autofecundare la plantele hermafrodite i unisexuat monoice i prin ncruciarea descendenilor unei singure plante la cele dioice. Consangvinizarea este singura metod prin care se pot izola genotipurile valoroase i se elimin genele recesive nevaloroase din populaiile alogame. n final, n urma consangvinizrii se ajunge la starea de homozigoie care ofer posibilitatea manifestrii n fenotip i a genelor recesive. Liniile conangvinizate sunt materialul de baz n obinerea hibrizilor care s manifeste fenomenul heterozis .34

6.2. EFECTELE CONSANGVINIZRII.Consangvinizarea fiind o metod de nmulire anormal, atrage o serie de efecte asupra plantelor i a populaiilor. Aceste efecte pot fi fonotipice sau genotipice cu implicaii deosebite n ameliorare i producere de smn. Efectele fenotipice se observ n modificarea unor caracter e i nsuiri n urma consangvinizrii. Principalul efect este depresiunea de consangvinizare care const n reducerea pronunat a vitalitii i fecunditii. Efectul se observ prin scderea nlimii plantelor, a mrimii i numrului fructelor i seminelor. Efectul este foarte puternic n prima generaie, iar dup un anumit numr de generaii de consangvinizare scderea nu mai este evident. Acest moment se numete prag minim de consangvinizare. Atingerea pragului minim depinde de specie i de caracter, reaciile fiind diferite. Efectul depresiv este foarte puternic la porumb i floarea soarelui i mai puin evident la sfecl. Reacia fa de consangvinizare este diferit de la o specie la alta. Toate speciile sunt sensibile la consangvinizare, numai c unele nu ajung la sterilitate dect dup un numr mar e de generaii de autopolenizare, altele ns devin sterile dup un numr redus de consangvinizri. Acest aspect al consangvinizrii poart denumirea de toleran la consangvinizare. ntre specii exist diferene n ceea ce privete tolerana la consangvnizare. Speciile tolerante se preteaz a fi prelucrate prin aceast metod (floarea soarelui, porumb), ns la cele sensibile metoda nu poate fi aplicat (lucerna). Efectele genotipice au implicaii asupra structurii genetice a indivizilor i a populaiei prelucrate. Un efect de acest tip este scderea varaibilitii ca rezultat a scderii frecvenei heterozigoilor i creterea progresiv a homozogoilor. Dup mai multe generaii succesive de consangvonizare indivizii aparinnd aceeai descendene devin foarte asemntori fenotipic, realizndu-se homozigotarea acestora. Creterea gradului de homozogoie se realizeaz conform formulei: n - 2 , unde m reprezint numrul generaiilor de consangvinizare, iar n 1 2m numrul perechilor de alele heterozigote la nceperea consangvinizrii. Alt efect este desfacerea populaiei heterozigote iniiale n biotipuri componente. Homozigotarea populaiilor iniiale nu constituie un obiectiv n sine ci mijloc de a izola genotipurile valoroase i stabile i a elimina genotipurile necorespunztoare. n urma consangvinizrii, din populaia iniial pot rezulta un numr de 2 biotipuri, n reprezentnd numrul perechilor de alele n heterozigote din populaia iniial.

m

6.3. MATERIALUL INIIAL FOLOSIT LA CONSANGVINIZARE .Materialul iniial poate fi grupat n dop categorii, dup intervenia autopolenizrilor. Materialul din primul ciclu de selecie cuprinde forme care nu au mai fost autopolenizate. Acestea au variabilitate mare i constituie surse de gene pentru diferite tipuri de rezistene. n aceast grup sunt cuprinse soiurile ameliorare i cele primitive, populaii locale. Prezentnd un numr mare de gene nevaloroase i un grad mare de heterozigoie, se prelucreaz mai greu35

Materialul din ciclul doi de selecie sunt forme care au mai fost autopolenizate, ca urmare ele conin gene nevaloroase mai puine, dar pot fi deficitare n privina anumitor gene. Fiind cu un grad de heterozigoie sczut se prelucreaz mai uor. Din aceast categorie fac parte liniile consangvinizate mai vechi i hibrizii ntre linii consangvinizate. Ambele tipuri de materiale trebuie prelucrate nainte de aplicarea consangvinizrii n scopul ndeprtrii unor caractere nedorite (n cazul materrialului din primul ciclu de selecie) sau a introducerii unor gene deficitare (n cazul materialului din ciclul doi de selecie). Metoda utilizat pentru mbuntirea materialului iniual supus consangvinizii este selecia recurent. Principiul acesteia este alternarea autopolenizrilor cu polenizarea liber i eliminarea din populaie a indivizilor cu caractere nedorite. Selecia recurent este de trei tipuri: selecie recurent simpl, selecie recurent pentru capacitate combinativ i selecie recurent reciproc. Selecia recurent simpl se desfar n cicluri dse cte doi ani. n primul an se aleg plante valoroase care se autopolenizeaz, iar n anul al doilea acestea se vor poleniza liber ntre ele. Populaia obinut din polenizarea liber va fi supus dinnou alegerii de plante care se vor autopoleniza. Ciclurile se repet pn cnd se va ajunge la o populaie uniformizat i cu puine caractere nedorite. Selecia recurent pentru capacitate combinativ se desfoar n cicluri de cte trei ani. Pe lng selecie plantelor valoroase i autopolenizarea lor se face i o testare a capacitii combinative a acestora. n primul an se ale gplante care se autopolenizeaz, iar n paralel se efectueaz i hibridri cu un tester. Smna obinut prin autopolenizare se pstreaz un an pentru c n al doilea an se studiaz hibrizii rezultai din testare. Se va reine numai smna autopolenizat de la plantele care au dat hibrizi valoroi n hibridarea cu testerul. Ca tester se poate folosi un hibrid simplu sau o linie consangvinizat. Aceast smn se va folosi la obinerea unei polulaii n care se efectua o polenizare liber. Ciclul se va relua pn se va ajunge la o valoare corespunztoare nceperii consangvinizr ii. O O O O O O Cmp de autopolenizri O O O O O O Primul ciclu Cmp de polenizare liber Figura 9.1. Schema seleciei recurente simpl Selecia recurent reciproc se aseamn cu selecia recurent pentru capacitate combinativ desfurndu-se n cicluri de cte trei ani. Se utilizeaz la mbuntirea concomitent a dou linii consangvinizate, fiecare linie servind ca teste pentru cealalt. mbuntirea liniilor consangvinizate vechi n privina unor caractere deficitare se realizeaz prin aplicarea back-cross-ului. O O O O Cmp de autopolenizri36

i testare O O O O Tester Cmp pentru testarea capacitii combinative Cmp de polenizare liber Figura 9.2. Schema seleciei recurente pentre capacitate combinativ

6.4. OBINEREA LINIILOR CONSANGVINIZATE I UTILIZAREA ACESTORA.Crearea liniilor consangvinizate se face prin autopolenizare forat 7-10 generaii, n funcie de gradul de heterozigoie. Aceasta presupune izolarea inflorescenelor nainte de nflorit, colectarea polenului i distribuirea acestuia pe stigmate. Ca izolatoare se folosesc pungi din hrtie sau sculei din tifon. Seminele autopolenizate se pstreaz separat de la un la altul pentru a se continua consangvinizarea. Liniile consangvinizate nu prezint valoare economic din cauza depresiunii de consangvinizare. Ele se folosesc la obinerea de hibrizi, ncrucindu-se ntre ele. n urma hibridrii, la hibrizii din prima generaie se manifest efectul heterozis care duce la sporirea capacitii de a produce semine sau fructe (heterozisul generativ), rdcini, frunze sau tulpini (heterozis somatic) sau a capacitii de adaptare la condiii nefavorabile de mediu (heterozis adaptativ) n funcie de numrul liniilor participante la crearea hibridului, n producie se cultiv diferite tipuri de hibrizi. Hibrizi simpli (ntre dou linii consangvinizate), hibrizi triliniari (ntre un hibrid simplu i o linie consangvinizat), hibrizi dublii (ntre doi hibrizi simpli) i sorto-liniari (ntre o linie consangvinizat i un soi), hibrizi compleci (ntre mai mult de 4 linii consangvinizate)

6.5. FOLOSIREA ANDROSTERILITII N PRODUCEREA DE SMN HIBRID

37

Androsterilitatea este fenomenul care determin ca plantele s nu produc polen sau s produc polen steril. Aceasta este un avantaj deosebit pentru c uureaz lucrrile de hibridare nemaifiind necesar castrarea formei mam. Se cunosc trei tipuri de determinare a acestui fenomen: genic, nuceocitoplasmatic i citoplasmatic. Dintre tipurile de androsterilitate, n producerea de smn se utilizeaz dou tipuri de androsterilitate, cea genic (tot mai puin utilizat n prezent) i cea nucleocitoplasmatic. Androisterilitatea genic este determinat de gene recesive situate n nucleul celulei, notate ms. nmulirea liniei androsterile se face prin polenizare cu o form polenizatoare asemntoare ei , fertil, care prezint gena de androsterilitate n stare heterozigot. n urma polenizrii rezult un amestec de indivizi androfertili i androsterili. Cei androfertili trebuie eliminai din lotul de hibridare nainte de nflorit. Aceasta se realizeaz prin nlnuirea genei de fertilitate a polenului cu o gen marcatoare care s evidenieze un caracter uor de sesizat nainte de nflorit. Linia androsteril x Menintorul de fertilitate ms ms MS ms 50 % MS ms + 50 % ms ms linia mam din lotul de hibridare Mk plantele cu gena marcatoare se elimin Androsterilitatea nucleo-citoplasmatic este determinat de gene recesive din nucelu care sunt n inteaciune cu factori din citoplasm. nmulirea liniei androsterile se face prin polenizare cu o form creia i lipsete factorul din citoplasm numit analog fertil. Pentru ca hibridul s fie fertil, forma tat trebuie s posede nite gene speciale prin care s se anihileze interaciunea genelor din nucleu cu factorii din citoplasm. Aceste gene se numesc restauratoare de fertilitate i se noteaz Rf. Acest tip de androsterilitate este cel mai utilizat n producerea seminei hibride. Linia androsteril x Analogul fertil ms ms (S) ms ms (F) 100% ms ms (S) smna pentru lotul de hibridare Forma mam x Forma tat (lotul de hibridare) ms ms (S) Rf Rf (F) Rf ms (S) hibrid comercial androfertil Androsterilitatea citoplasmati c este determinat de factori ereditari situai n citoplasma celulei. Liniile consangvinizate de acest tip nu se pot nmuli prin semine, ci numai pe cale vegetativ. Caracterul se transmite la urm