ameliorarea plantelor curs

62
Importanţa ameliorării plantelor Ameliorarea plantelor - ad melior (limba latină) = la mai bine – reprezintă ştiinţa aplicativă care foloseşte legile geneticii, legile eredităţii în vederea obţinerii de material biologic nou, soiuri şi hibrizi precum şi pentru producerea de sămânţă şi material săditor pentru cultură. Crearea de soiuri şi hibrizi prezintă importanţă pentru faptul că în economia unei culturi, soiul contribuie cu 30% din preţul produsului respectiv. Odată creat un material biologic, acesta îşi menţine proprietăţile, caracterele şi însuşirile o perioadă de 10-20 de ani timp în care se economiseşte 30% din preţul produsului respectiv. Este o ştiinţă aplicată şi care are legătură cu alte discipline după cum urmează: Genetica – foloseşte legile acesteia pentru orice combinaţie hibridă, pentru obţinerea efectului heterozis, pentru selecţia formelor mutante, pentru obţinerea formelor poliploide. Fiziologia – în procesul de creare a soiurilor este nevoie să se cunoască procesele de creştere şi dezvoltare, perioada de vegetaţie, diferite fenofaze pentru fiecare specie în parte. Biochimia – pentru cunoaşterea proceselor de acumulare a diferiţilor compuşi chimici, substanţelor organice, substanţelor minerale care vor alcătui produsul principal. Fitopatologia – pentru a cunoaşte biologia fiecărui agent fitopatogen pentru care să găsim gene de rezistenţă care vor fi inoculate în materialul respectiv. Entomologia – pentru a cunoaşte biologia dăunătorilor în crearea de soiuri rezistente. Viticultura, pomicultura, legumicultura – pentru a se putea stabili cele mai bune tehnologii care să corespundă cerinţelor soiurilor respective. Management, marketing – în sensul de a putea cunoaşte cerinţele pieţei în momentul în care soiul va fi terminat şi scos în producţie. Etapele ameliorării plantelor : - Etapa ameliorării empirice - Etapa ameliorării ştiinţifice Etapa ameliorării empirice datează de la începutul luării în cultură a unor specii până spre începutul secolului 18 şi până la descoperirea sexelor la plante când pe baza selecţiei făcute de om şi completată cu selecţia naturală 1

Upload: simo-simonik

Post on 19-Jun-2015

9.434 views

Category:

Documents


17 download

DESCRIPTION

Ameliorarea plantelor

TRANSCRIPT

Page 1: Ameliorarea Plantelor Curs

Importanţa ameliorării plantelorAmeliorarea plantelor - ad melior (limba latină) = la mai bine – reprezintă ştiinţa aplicativă care foloseşte legile geneticii, legile eredităţii în vederea obţinerii de material biologic nou, soiuri şi hibrizi precum şi pentru producerea de sămânţă şi material săditor pentru cultură.Crearea de soiuri şi hibrizi prezintă importanţă pentru faptul că în economia unei culturi, soiul contribuie cu 30% din preţul produsului respectiv. Odată creat un material biologic, acesta îşi menţine proprietăţile, caracterele şi însuşirile o perioadă de 10-20 de ani timp în care se economiseşte 30% din preţul produsului respectiv.Este o ştiinţă aplicată şi care are legătură cu alte discipline după cum urmează: Genetica – foloseşte legile acesteia pentru orice combinaţie hibridă, pentru obţinerea efectului heterozis, pentru selecţia formelor mutante, pentru obţinerea formelor poliploide. Fiziologia – în procesul de creare a soiurilor este nevoie să se cunoască procesele de creştere şi dezvoltare, perioada de vegetaţie, diferite fenofaze pentru fiecare specie în parte.Biochimia – pentru cunoaşterea proceselor de acumulare a diferiţilor compuşi chimici, substanţelor organice, substanţelor minerale care vor alcătui produsul principal.Fitopatologia – pentru a cunoaşte biologia fiecărui agent fitopatogen pentru care să găsim gene de rezistenţă care vor fi inoculate în materialul respectiv.Entomologia – pentru a cunoaşte biologia dăunătorilor în crearea de soiuri rezistente.Viticultura, pomicultura, legumicultura – pentru a se putea stabili cele mai bune tehnologii care să corespundă cerinţelor soiurilor respective.Management, marketing – în sensul de a putea cunoaşte cerinţele pieţei în momentul în care soiul va fi terminat şi scos în producţie.Etapele ameliorării plantelor: - Etapa ameliorării empirice

- Etapa ameliorării ştiinţificeEtapa ameliorării empirice datează de la începutul luării în cultură a unor specii până spre începutul secolului 18 şi până la descoperirea sexelor la plante când pe baza selecţiei făcute de om şi completată cu selecţia naturală s-au obţinut populaţii locale, soiuri locale pentru mai multe specii. Acestea au fost purtate dintr-un areal în altul odată cu popoarele migratoare fiind îmbunătăţite neştiinţific şi asigurând necesarul de hrană pentru populaţiile care le utilizau.Plantele existente în momentul de faţă s-au format în anumite areale de pe glob acolo unde au găsit condiţii optime de creştere şi dezvoltare, acestea fiind numite centre de origine.Ca urmare a evoluţiei, a acţiunii omului, există la ora actuală anumite areale pe glob unde o anumită specie este mai bine dezvoltată şi are mai multe “rude apropiate”,Varietăţi, convarietăţi, specii, subspecii care formează aşa numitele centre genice.Centrele de origine sunt reprezentate de acele areale de pe glob unde s-au format pentru prima dată unele specii de plante.Centrele genice reprezintă acele suprafeţe unde se găseşte cea mai mare diversitate de forme, cea mai mare frecvenţă a genelor pentru o anumită specie.În ceea ce priveşte centrele de origine, majoritatea cercetătorilor menţionează existenţa a 12 centre şi care sunt următoarele:

- Centrul 1 situat în centrul Chinei şi partea sa vestică unde-şi au originea dintre plantele horticole: Brassica rapa, Allium fistulosum, Malus baccata, Malus spectabilis, Malus asiatica, Pirus serotina, Prunus triflora.

- Centrul 2 situat în partea centrală şi sud vestică a Indiei: Phaseolus aureus, Brassica nigra, Cicer arietinum.

1

Page 2: Ameliorarea Plantelor Curs

- Centrul 3 situat în nord vestul Indiei, Asia mijlocie: Vicia faba, Spinacia oleracea, Phaseolus aureus, Allium cepa, Prunus armeniaca.

- Centrul 4 situat în Asia mică, Iran: Petroselinum hortense, Cerasus avium, Cerasus vulgaris.

- Centrul 5 situat în Bazinul mediteranean: Petroselinum sativum, Prunus domestica, Vitis vinifera, Allium cepa, Asparagus officinalis.

- Centrul 6 situat în Absinia, Somalia, Etiopia: Pisum sativum, Lens esculenta.- Centrul 7 situat în America centrală, Mexic: Phaseolus vulgaris, Phaseolus

multiflorus, Lycopersicum cerasiforme, Capsicum anuum, Capsicum pubescens.

- Centrul 8 situat în Peru, Ecuador, Bolivia: Phaseolus vulgaris, Phaseolus lunatus, Lycopersicum esculentum.

- Centrul 9 situat în Canada, Nordul Americii.- Centrul 10 situat în Australia.- Centrul 11 situat în Europa centrală.- Centrul 12 situat în Sudan, Nigeria, Africa de sud.

Etapa ameliorării ştiinţifice a început odată cu secolul 19 şi a fost marcată de crearea în mod deliberat prin metode ştiinţifice unele forme noi cu capacitate mare de producţie. În cadrul acestor forme s-a procedat la o selecţie riguroasă dar o dată cu dezvoltarea geneticii, variabilitatea existentă în cadrul materialului nu a mai fost suficientă şi din acest motiv a trebuit să se mărească această variabilitate.Odată cu dezvoltarea ştiinţelor biologice s-au găsit metode pentru îmbunătăţirea variabilităţii şi anume hibridarea, cosangvinizarea, poliploidizarea, toate urmate de selecţie în cadrul materialului. În ţările dezvoltate acolo unde speciile cultivate găseau condiţii optime de creştere şi dezvoltare, s-au creat aşa numitele şcoli de ameriorare pentru speciile respective.În viticultură, perioada ameliorării ştiinţifice începe după apariţia filoxerei prin căutarea şi găsirea metodelor de rezolvare a rezistenţei la acest dăunător, astfel s-au făcut hibridări între viţele europene şi cele americane, s-au creat soiuri de portaltoi care prezintă rezistenţă la filoxeră.În domeniul pomiculturii, ameliorarea ştiinţifică începe în secolul 18 prin obţinerea primelor soiuri de măr în Rusia prin hibridare liberă.În secolul 19 începe aplicarea hibridărilor dirijate pentru măr, păr, cireş obţinându-se soiuri care şi în acest moment există în colecţii.În România ameliorarea plantelor a înregistrat aceleaşi etape ca şi în celelalte ţări, etapa empirică ajungând până în anul 1900 iar etapa ştiinţifică fiind marcată de activitatea lui Vlad Cârnu Munteanu, primul profesor de ameliorare la şcoala centrală de agricultură Herăstrău.Începuturile ameliorării ştiinţifice s-au lovit de câteva probleme deosebite dintre care menţionăm imposibilitatea folosirii tuturor formelor de germoplasmă care deşi erau bogate nu au fost evaluate. Variabilitatea existentă în cadrul germoplasmei ţinea mai mult de adaptabilitatea la condiţiile de mediu şi mai puţin de productivitate şi calitate.Absenţa surselor de gene din străinătate care să condiţioneze caractere şi însuşiri importante cum ar fi rezistenţa la factorii de mediu, rezistenţa la acţiunea agenţilor fitopatogeni, lipsa unor amelioratori consacraţi şi a informaţiei ştiinţifice adecvate pentru fiecare specie în parte, controversa între şcoala mendeleană, şcoala vestică şi şcoala estică dominată de Miciurin care nu acceptau teoriile eredităţii, existenţa genelor, şamd; lipsa unei strategii, lipsa unei idei clare privind crearea de material biologic nou.Activitatea de cercetare a început să se dezvolte odată cu înfiinţarea I.C.A.R. în anul

2

Page 3: Ameliorarea Plantelor Curs

1929 în cadrul căruia funcţiona o secţie de ameliorare a plantelor cu laboratoare de cercetare în diferite zone pedoclimatice din ţară. În anul 1937 în cadrul I.C.A.R. ia fiinţă o secţie de horticultură care la rândul ei înfiinţează staţiuni de cercetare în diferite zone pedoclimatice ale ţării.În anul 1957 are loc o nouă reorganizare a cercetării înfiinţându-se institutul de cercetări pentru cereale şi plante tehnice Fundulea, institutul de cercetări pentru cultura cartofului cu sediul la Braşov, institutul de cercetări horti-viticole.În anul 1962 întreaga activitate de cercetare este trecută sub jurisdicţia academiei de ştiinţe agricole şi silvice.În anul 1967 academia înfiinţează institutul de cercetări pentru viticultură şi vinificaţie de la Valea Călugărească, institutul de cercetări pentru pomicultură de la Mărăcineni – Piteşti, institutul de cercetări pentru legumicultură şi floricultură de la Vidra – Ilfov. Fiecare din acestea îşi formează o reţea de staţiuni de cercetare pentru diferite specii de plante, astăzi numele acestor instituţii, staţiuni de cercetare este schimbat: I.C.C.P. Fundulea devine institutul naţional de cercetare dezvoltare pentru agricultură.I.C.P. devine institutul de cercetare dezvoltare pentru pomicultură. Aceste instituţii au staţiuni la Blaj, Odobeşti, Murfatlar, Greaca, Bechet, Drăgăşani, Miniş, Valea Călugărească precum şi unele laboratoare în Iaşi, Cluj, Bucureşti.Institutul pentru pomicultură are staţiuni la Bistriţa, Voineşti, Fălticeni, Mărăcineni şi laboratoare la Iaşi, Cluj, Oradea, Târgu Jiu.Institutul pentru legumicultură are staţiuni la Işalniţa, Buzău, Bacău.Obiectivele ameliorării plantelorDefiniţie: totalitatea caracterelor şi însuşirilor pe care trebuie să le întrunească materialul biologic creat, soiuri sau hibrizi pentru a răspunde parametrilor de productivitate şi calitate constituie obiective de ameliorare.Pentru a fi realizate aceste obiective este nevoie să se cunoască baza genetică a materialului iniţial, valoarea ameliorativă a surselor de germoplasmă şi factorii care condiţionează alegerea acestor obiective.Factorii care condiţionează alegerea obiectivelor de ameliorare – există 3 categorii de factori: - factori naturali locali

- factori tehnologici- factori economici

Factorii naturali – fiecare zonă de cultură este guvernată de anumite condiţii de climă şi sol, motiv pentru care amelioratorii trebuie să creeze un material biologic adaptat pentru zonele respective astfel pentru zonele mai nordice sau pentru altitudinile mai mari este nevoie de soiuri şi hibrizi cu o perioadă de vegetaţie mai redusă pentru a putea ajunge la maturitate în timpul cât în zona respectivă exista o sumă a gradelor de temperatură care să asigure condiţii pentru buna dezvoltare a soiurilor respective.Pentru zonele cu ierni aspre, cu geruri mari, trebuie să se creeze soiuri şi hibrizi care să reziste la aceste temperaturi. Pentru zonele cu deficit pluviometric sau cu exces de umiditate trebuie să se creeze material biologic adaptat pentru aceste condiţii, în general clima din România este de climat continental dar există suficiente microzone care nu se încadrează în caracterizarea generală şi care ne forţează să alegem acele obiective de ameliorare pe care urmărindu-le să realizăm material biologic pentru zonele respective. În ceea ce priveşte condiţiile de sol problema nu se pune chiar atât de acut pentru că există mijloace agrotehnice, agrochimice pentru a influenţa proprietăţile fizico-chimice, biologice ale solului astfel că putem aduce solul spre cerinţele plantelor şi nu plantele la cerinţele solului. Se pot aplica amendamente, corectarea salinităţii, a fertilităţii.

3

Page 4: Ameliorarea Plantelor Curs

Factorii tehnologici – realizarea producţiilor scontate pentru asigurarea hranei în condiţiile demografice actuale impune generalizarea tehnologiilor moderne pentru toate speciile din cultură astfel încât să se asigure pe de o parte uşurarea activităţilor iar pe de altă parte eficienţa economică a fiecărei culturi. Din acest motiv alegerea obiectivelor de ameliorare va depinde de tehnologia prevăzută a exista în momentul în care apare soiul pe care dorim să îl obţinem.Factorii economici ţin de un aşa numit studiu de piaţă în ideea de a prevedea care sunt cerinţele consumatorilor la o anumită perioadă de timp privind cantitatea de produse sau calitatea producţiei obţinute.Ameliorarea capacităţii de producţieProductivitatea – este o însuşire complexă determinată pe de o parte de baza ereditară a materialului cu care se lucrează care condiţionează valorile elementelor de productivitate iar pe de altă parte de condiţiile de mediu şi condiţiile de cultură.Datorită faptului că este condiţionată poligenic, capacitatea de producţie este un obiectiv care se obţine suficient de greu, aceasta şi datorită faptului că în perioada de vegetaţie acţionează aproape toate genele de care dispune planta respectivă.Apar fenomene de înlănţuire a acestor gene pentru a determina un anumit caracter, apar fenomene de interacţiune între gene astfel ca toate acestea complică activitatea de îmbunătăţire a productivităţii plantelor.Productivitatea este determinată pe de o parte de fertilitatea plantei respective, pe de altă parte de capacitatea de a exploata această fertilitate în sensul ducerii până la capăt a produsului final.Se deosebesc 2 categorii de fertilitate:

- fertilitatea potenţială- fertilitatea reală

Fertilitatea potenţială reprezintă capacitatea plantelor care compun soiul sau hibridul de a da naştere la formaţiuni florale, muguri de rod, inflorescenţe şi flori care diferă de la cele anuale la multianuale.Fertilitatea reală este dată de capacitatea de fecundare a florilor, de totalitatea florilor capabile să se fecundeze.Întotdeauna fertilitatea reală este sub nivelul fertilităţii potenţiale fie datorită factorilor de mediu fie datorită unor condiţii genetice. Raportul între fertilitatea potenţială şi reală este cunoscut sub numele de coeficient de fertilitate, cu cât acest coeficient are o valoare mai apropiată de 1 cu atât soiul respectiv va avea o productivitate ridicată.În procesul de creare a producţiei se deosebesc 2 categorii de productivitate:

1. productivitate iniţială2. productivitate finală

Productivitatea iniţială este dată de totalitatea fructelor sau seminţelor care s-au format pe plantă în primele faze de după fecundare. Aceasta însuşire este determinată de fertilitatea reală, de condiţiile de mediu şi de structura genetică a materialului respectiv.Productivitatea finală este reprezentată de capacitatea plantelor de a reţine şi a matura fructele care s-au format, însuşire care de asemenea depinde de productivitatea iniţială, de unii factori ecologici, de însuşirile genetice.Raportul între productivitatea iniţială şi finală poartă numele de indice de productivitate şi la fel ca şi la coeficientul de fertilitate cu cât valoarea indicelui de productivitate este apropiată de 1 cu atât capacitatea de producţie a soiului este ridicată. Se apreciază că productivitatea este determinată de 2 categorii de factori:

- factorii intrinseci care ţin de materialul biologic;

4

Page 5: Ameliorarea Plantelor Curs

- factorii de influenţăFactorii intrinseci sunt reprezentaţi de elemente de productivitate caracteristice de la o specie la alta dar şi de o serie de procese fiziologice şi biochimice.Factorii de influenţă sunt reprezentaţi de apariţia unor agenţi fitopatogeni şi rezistenţa plantelor la acţiunea acestora, apariţia unor perioade foarte reci şi rezistenţa plantelor la aceste condiţii, apariţia secetei, rezistenţa soiului la secetă, şamd.Dacă factorii de influenţă nu pot fi controlaţi pentru capacitatea de producţie se urmăreşte să se acţioneze asupra elementelor de productivitate în sensul creşterii intensităţii de exprimare a acestora. Pentru realizarea acestui obiectiv sunt obligatorii următoarele direcţii în care trebuie să se acţioneze:

- cunoaşterea tuturor surselor de germoplasmă autohtone şi mondiale în vederea identificării tuturor surselor de gene care sunt legate într-un fel de controlul elementelor de productivitate

- utilizarea mutagenezei pentru obţinerea a noi surse de gene utile în această direcţie

- hibridarea unor genotipuri foarte diferite în vederea obţinerii unor recombinări de gene care să conducă la acumularea unor gene valoroase

- creşterea plasticităţii ecologice pentru mărirea gradului de adaptabilitate a soiurilor şi hibrizilor la cultivarea în diferite condiţii climatice

- ruperea corelaţiilor negative care există între productivitate şi calitate, între productivitate şi precocitate sau între productivitate şi diferite însuşiri fiziologice care crează rezistenţă.

Ameliorarea calităţii – la fel ca şi productivitatea, calitatea este determinată pentru introducerea în cultură a noilor soiuri create. Valoarea calitativă a unui material biologic este conferită de conţinutul în substanţe utile, natura chimică a acestor substanţe, însuşirile tehnologice şi culinare ale produsului principal şi cu deosebire pentru speciile horticole calitatea este dată şi de aspectul exterior.În ceea ce priveşte substanţele utile se are în vedere conţinutul de proteină la principalele specii, conţinutul de hidraţi de carbon, zaharuri, unele substanţe minerale, unele vitamine, enzime, şamd.Se pune problema existenţei unei corelaţii negative între capacitatea de producţie, între productivitate şi însuşirile calitative. Pentru îmbunătăţirea valorilor nutritive a substanţelor utile, trebuie să se cunoască şi să se influenţeze natura chimică a acestor substanţe astfel proteinele trebuie să aibă un conţinut ridicat şi echilibrat în aminoacizi esenţiali.Unele specii au un conţinut mai redus de lizină astfel prin folosirea mutaţiilor trebuie să se identifice genele care condiţionează acest aminoacid pentru a creşte valoarea acestuia în produsul principal.Conţinutul în triptofan, metionină, trebuie ridicat la unele leguminoase, în această idee toate speciile trebuie analizate în privinţa tuturor substanţelor chimice conţinute pentru a se încerca o ameliorare a valorilor acestora. La viţa de vie calitatea produsului principal pe lângă conţinutul în diverse substanţe chimice este dată şi de însuşirile organoleptice, gustative, tehnologice, aspectul exterior, forma şi mărimea strugurilor, culoarea boabelor, prezenţa sau absenţa stratului de pruină. Pentru vinuri, determinarea conţinutului de alcool, zaharuri, aciditatea totală, extract sec, taninuri, substanţe colorante sunt toate părţi de calitate a produsului principal la vie.La fructe calitatea este determinată de conţinutul în substanţe nutritive dar şi de suculenţa acestora, de fermitatea pulpei, gust, aromă, existenţa altor substanţe care în echilibru pot asigura un gust plăcut.Ameliorarea rezistenţei la boli şi dăunători – cu toate progresele realizate în

5

Page 6: Ameliorarea Plantelor Curs

combaterea chimică precum şi în înglobarea rezistenţei genetice în noile creaţii ale ameliorării, intensitatea, frecvenţa, gradul de atac al diverşilor agenţi fitopatogeni înregistrează creşteri la toate speciile cultivate.Rezistenţa la boli este o însuşire ereditară care determină capacitatea plantelor de a se apăra faţă de atacul unui anume agent patogen. Există apreciere diferită în ceea ce priveşte rezistenţa în sensul că unii autori consideră doar imunitatea la o anumită boală ca rezistenţă genetică pe când alţi autori iau în considerare şi gradul de adaptare al plantei, de formare a unor celule care înconjoară boala fie dată de o sensibilitate înainte de atac fie ca o reacţie de apărare după ce s-a întâmplat ca planta să fie atacată.Amelioratorul este interesat de rezistenţa ereditară care este determinată de 2 cauze principale: starea plantei şi comportamentul acesteia în momentul atacului în sensul împiedicării bolii să se manifeste şi reacţia plantei gazdă care prin anumite schimbări histologice sau fiziologice opreşte procesul de infecţie.Din acest motiv se cunosc 2 tipuri de rezistenţă şi anume:

- rezistenţă pasivă când boala nu poate ataca planta respectivă- rezistenţa activă când avem de a face cu o reacţie a plantei în momentul

atacului.Rezistenţa activă se clasifică de unii autori în 2 categorii şi anume: rezistenţă verticală şi rezistenţă orizontală.Prin rezistenţă verticală se înţelege capacitatea unui soi de a rezista la o boală sau la o anumită rasă fiziologică a unei boli, o rezistenţă puternică dar de scurtă durată, astfel în condiţiile în care apare o altă rasă fiziologică, soiul respectiv trebuie scos imediat din cultură pentru că nu mai are rezistenţă.Rezistenţa orizontală înseamnă capacitatea soiului de a avea rezistenţă la mai multe boli în acelaşi timp sau la mai multe rase fiziologice ale unei boli care se manifestă mai slab dar pe o perioadă de timp foarte mare, uneori peste 50-100 ani.Rezistenţa verticală este mai uşor de obţinut dar se prefera rezistenţa orizontală care chiar dacă necesită lucrări mai laborioase este eficientă prin durata acesteia.După unii autori, proliferarea rapidă a agenţilor fitopatogeni are mai multe cauze şi anume introducerea în cultură a materialului biologic la care s-a urmărit în primul rând productivitatea şi calitatea şi mai puţin sau deloc rezistenţa la boli.Cultivat pe suprafeţe foarte mari, a unui număr restrâns de soiuri astfel că este înlesnită răspândirea rapidă a unui patogen sau a unor mutante ale patogenului, migrarea din zonele cu inocul primar a raselor fiziologice noi, apariţia datorită mutaţiilor, diverselor recombinări genetice a unor noi rase fiziologice cu un efect fitopatogen mai puternic, nerespectarea tehnologiei de cultură, nerespectarea rotaţiilor pentru culturile anuale şi bienale, administrarea unilaterală şi în doze mari a unor îngrăşăminte care favorizează apariţia agenţilor fitopatogeni, utilizarea neraţională a irigaţiilor care conduc la crearea de microclimate favorabile apariţiei patogenului, contactul brusc între patogen şi planta gazda datorită importutilor de seminţe cu care se aduc şi patogenii respectivi şi la care soiurile autohtone nu au nici un fel de adaptare.Metoda de îmbunătăţire a rezistenţei la agenţii patogeni o constituie hibridarea îndepărtată: hibridarea dintre un soi valoros din toate punctele de vedere dar nerezistent la un anumit agent patogen, cu o specie din flora spontană înrudită cu soiul, fără valoare productivă, fără valoare calitativă dar care conţine gena de rezistenţă. Dintre dăunători, cele mai mari pagube sunt produse de insecte la care se cunosc peste 700000 de specii cu un deosebit grad de adaptare, prolificitate şi putere distructivă foarte mare. Răspândirea insectelor se datorează câtorva cauze şi anume:

- distrugerea ecosistemelor naturale

6

Page 7: Ameliorarea Plantelor Curs

- importul unor insecte odată cu produsele agricole fără a se aduce şi inamicii lor naturali

- folosirea neraţională a insecticidelorAmeliorarea epocii de maturare este importantă pentru anumite areale de cultură, pentru zonele mai nordice când perioada de vegetaţie trebuie să fie mai redusă şi de asemenea pentru unităţile care au posibilitatea ca în condiţii de irigare să obţină 2 culturi pe aceeaşi suprafaţă de teren. Folosind 2 plante diferite cu perioade scurte de vegetaţie, există posibilitatea ca în zonele sudice să se obţină o cultură de grâu şi o cultură de fasole iar pentru speciile horticole contează perioada de menţinere în spaţii protejate în sere şi solarii. Cea mai importantă problemă pentru acest obiectiv o constituie realizarea unui compromis între productivitate, calitate şi epoca de maturare. Trebuie găsite cele mai bune căi pentru ca la perioade foarte scurte de vegetaţie să nu scadă prea mult productivitatea şi să nu fie afectată prea mult calitatea produsului respectiv.Ameliorarea rezistenţei la temperaturi scăzute acest obiectiv include rezistenţa la ger şi rezistenţa la iernare, aceste obiective sunt urmărite la unele specii anuale şi la toate speciile perene cultivate în zonele cu climat temperat.Rezistenţa la ger reprezintă capacitatea plantelor de a suporta temperaturi scăzute fără a le fi afectată semnificativ capacitatea de producţie, rezistenta la ger vizează şi rezistenţa plantelor anuale la temperaturile scăzute din primăvară.Rezistenţa la iernare vizează speciile multianuale, reprezintă pe lângă toleranţa plantelor la temperaturi scăzute ale iernii şi alte aspecte mai complexe cum ar fi: alternanţa îngheţ dezgheţ repetată, dezrădăcinarea în cazul gonflării accentuate a solului, asfixierea datorită lipsei aerului din stratul compact de zăpadă.În general se constată că rezistenţa la temperaturi scăzute este determinată genetic, dar în acelaşi timp este puternic influenţată de evoluţia condiţiilor de mediu şi de desfăşurarea unor procese fiziologice şi biochimice înainte de intrarea în starea de repaos. La speciile anuale starea de repaos se identifică în stadiul de sămânţă iar la cele multianuale iarna. La cele multianuale starea de repaos presupune călirea plantelor care are loc până la un anumit prag de temperaturi negative, prag diferit în funcţie de specie şi în cadrul unei specii diferit pentru soiuri (ex: viţa de vie poate suporta obişnuit -18 - 250C sau unele soiuri de pomi fructiferi pot suporta până la - 400C)Realizarea acestui obiectiv presupune explorarea mai multor căi de acţiune:

1. identificarea surselor de germoplasmă care deţin gene de rezistenţă la temperaturi scăzute;

2. transferul prin metode specifice de ameliorare a acestor gene la forme valoroase productiv şi calitativ dar deficitare din punct de vedere al rezistenţei.

3. identificarea de metode noi de creştere a variabilităţii acestei însuşiri;4. la speciile legumicole rezistente la iernare are o importanţă destul de mare

deoarece se doreşte extinderea perioadei în care aceste legume pot ajunge la consumator în stare proaspătă.

Ameliorarea rezistenţei la secetă – rezistenţa la secetă impune la speciile cultivate în mod deosebit în sudul şi estul României. Rezistenţa la secetă are loc pe baza unor mecanisme fiziologice şi mai puţin fundamentată pe mecanisme genetice.Seceta solului până la un anumit grad poate provoca o încetinire a dezvoltării plantelor dar speciile considerate rezistente pot trece cu bine de astfel de perioade şi să de-a producţii satisfăcătoare. Sunt considerate specii rezistente le seceta solului cele care se maturează înainte de perioadele propriu zise de secetă sau cele care au un

7

Page 8: Ameliorarea Plantelor Curs

sistem radicular foarte profund şi pot absorbi apa de la adâncimi mai mari.Seceta atmosferică este la fel de dăunătoare ca şi cea pedologică şi poate fi combătuta prin utilizarea de genotipuri care au anumite mecanisme de rezistenţă la nivelul epidermei.Pentru îmbunătăţirea rezistenţei plantelor la secetă se poate apela la identificarea în cadrul germoplasmei de bază a unor forme cu asemenea însuşiri şi transferul prin metode specifice la alte forme valoroase.Ameliorarea reacţiei la intensivizare (crearea de soiuri/hibrizi pentru culturi intensive) - acest obiectiv presupune crearea de soiuri cu potenţial de producţie foarte ridicat care să fie apte de a valorifica la maximum oportunităţile oferite de aplicarea irigaţiilor, a îngrăşămintelor, a tratamentelor fitosanitare.Germoplasma utilizată în ameliorarea plantelorGermoplasma sau materialul iniţial în ameliorare reprezintă totalitatea formelor biologice cultivate sau spontane care sunt utilizate în procesul de ameliorare pentru crearea de soiuri sau hibrizi superiori celor deja existenţi sau pentru îmbunătăţirea celor deja create.În funcţie de originea variabilităţii germoplasma se clasifică în:

- germoplasmă de bază sau cu variabilitate măsurată- germoplasmă nou creată sau cu variabilitate artificială

În funcţie de origine germoplasma se clasifica în:- din flora spontană- din forme cultivate

În cadrul germoplasmei de bază se întâlnesc 3 tipuri de germoplasmă:- forme din flora spontană înrudite cu specia care se ameliorează- soiuri şi populaţii locale- soiuri ameliorate

Din cadrul germoplasmei nou create fac parte:- populaţiile hibride în curs de segregare- liniile cosangvinizate- formele mutante- formele poliploide

Prin exploatarea resurselor genetice existente s-a ajuns la epuizarea surselor de gene pentru caractere şi însuşiri noi, astfel încât s-a impus găsirea de metode pentru creşterea variabilităţii la plantele cultivate.Formele din flora spontană sunt utilizate în ameliorare datorită unor însuşiri precum plasticitatea ecologică ridicată şi rusticitatea. Direcţia lor de utilizare constă îndeosebi în transferul acestor însuşiri către soiuri deja ameliorate valoroase.Soiurile şi populaţiile locale se remarcă prin însuşiri deosebite de rezistenţă la factori climatici nefavorabili sau la unii agenţi fitopatogeni. Uneori prin lucrări de selecţie artificială din aceste forme s-a putut ajunge la soiuri noi omologate însă cel mai frecvent sunt utilizate ca şi prima categorie.Soiurile ameliorate reprezintă cea mai valoroasă sursă de germoplasmă deoarece au deja imprimate însuşiri superioare privind productivitatea, calitatea, rezistenţa la boli şi dăunători, etc. Aceste soiuri pot fi doar îmbunătăţite prin lucrări de selecţie iar pentru a se ajunge la crearea unui nou cultivar se impune şi folosirea altor metode precum hibridarea, mutageneza, etc.Populaţiile hibride în curs de segregare reprezintă cea mai valoroasă sursă de material iniţial la speciile autogame. Pentru crearea de soiuri noi, interesează plantele din generaţiile segregante F... 2Fn când pot fi identificate caractere şi însuşiri noi diferite de ale părinţilor. Pot să apară forme transgresive - diferite de formele

8

Page 9: Ameliorarea Plantelor Curs

parentale.Liniile cosangvinizate – cea mai valoroasă sursă de germoplasmă la speciile alogame (plante heterozigote) care prin autopolenizare forţată de-a lungul a mai multor generaţii se poate ajunge la izolarea unor biotipuri homozigote. Prin încrucişarea unor astfel de linii se pot obţine hibrizi de la care se exploatează în practică efectul heterozis.Formele mutante şi poliploide pot fi utilizate pentru crearea de soiuri noi dar cel mai frecvent se folosesc pentru transferarea noului caracter la un soi deja ameliorat.Colectarea formelor de material iniţial – cercetătorii care se ocupă cu studiul germoplasmei de ameliorare, apreciază că în lumea vegetală există între 300000 şi 500000 de specii din care circa 250000 au fost identificate şi descrise, din acestea aproape 70000 de specii ar putea fi folosite de om în diverse scopuri dar doar 7000 au fost colectate şi cultivate până în prezent.În ceea ce priveşte hrana, 30 de culturi asigură necesarul pentru omenire şi care reprezintă 95% din necesarul de hrană. Alte surse menţionează 150 de specii folosite direct în alimentaţie, 12 specii asigură peste 70% din hrană iar 4 dintre ele: orezul, grâul, porumbul, cartoful acoperă peste 50%.În ceea ce priveşte raportul energetic, cele mai importante culturi rămân: orezul, grâul, sfecla, trestia de zahăr, porumbul şi soia. Se acordă o importanţă deosebită surselor de germoplasmă în vederea colectării şi studierii acestora, motiv pentru care în majoritatea ţărilor din lume s-au creat instituţii speciale care să se ocupe de o anumită categorie de germoplasmă. Aceste instituţii s-au înfiinţat în arealele unde o anumită specie întâlneşte cele mai favorabile condiţii de cultură şi unde există cea mai mare încărcătură de gene pentru specia respectivă.Instituţiile sunt înfiinţate în centrele genice acolo unde există cea mai mare diversitate de forme şi cea mai mare variabilitate genetică pentru o anumită specie. În cadrul FAO s-a înfiinţat un organism special numit Comisia de Resurse Genetice, organism interguvernamental cu rolul de a gestiona toate activităţile legate de sursele de germoplasmă. În 2002 s-a semnat Tratatul Internaţional privind resursele genetice, instrument care stabileşte termenii utilizaţi internaţional, drepturile şi obligaţiile celor care lucrează cu sursele de germoplasmă.Toate aceste instrumente, instituţii, tratate s-au înfiinţat datorită faptului că fie prin selecţie naturală fie prin activitatea oamenilor s-au constatat numeroase pierderi ale unor forme de plante sau chiar specii întregi. Pentru colectarea materialului iniţialS-au iniţiat expediţii ştiinţifice, s-au înfiinţat colecţii de germoplasmă, parcuri ştiinţifice, rezervaţii naturale, bănci de gene. În prezent există colecţii de plante care la cerere livrează material biologic pentru ameliorarea speciilor respective, cele mai importante colecţii în momentul de faţă fiind la Sankt Petersburg şi la Beltsville în S.U.A. de asemenea colecţii cunoscute care cuprind portaltoi sau hibrizi pentru viţa de vie, se întâlnesc numeroase colecţii în Italia, Franţa, Spania care de asemenea colaborează cu amelioratorii pentru asigurarea materialului biologic.Expediţiile ştiinţifice au început în secolul trecut, prima mare expediţie s-a realizat în 1923-1933 de către Vavilov, cercetător rus care în aceşti 10 ani a colectat peste 150000 de forme de plante, ulterior s-au organizat expediţii şi de alţi cercetători: Hansen a făcut o expediţie în Rusia şi a colectat toate formele de măr rezistente la temperaturi scăzute; Bukassov a făcut o expediţie în America Centrală şi de Nord de unde a colectat toate formele de cartof. În fiecare ţară unde există program de ameliorare, cercetătorii au încercat să colecteze toate formele de germoplasmă din cultură sau din flora spontană pentru o specie pe care urmau să o amelioreze.În ceea ce priveşte colectarea germoplasmei există o regulă de bază indiferent de

9

Page 10: Ameliorarea Plantelor Curs

provenienţa germoplasmei aceasta nu se introduce direct în câmpul experimental în ideea prevenirii unor îmbolnăviri cu agenţi fitopatogeni necunoscuţi sau a atacurilor unor insecte aduse odată cu materialul respectiv. Astfel fiecare formă de germoplasmă trece mai întâi printr-un câmp de carantină (1-2 ani) şi dacă starea fitosanitară a materialului este corespunzătoare atunci se introduce în câmpul de colecţie. În caz contrar materialul este distrus pentru că bolile respective ar putea să cuprindă şi alte culturi.Organizarea germoplasmei – materialul iniţial colectat sau primit şi observat în câmpurile de carantină va fi trecut în câmpul de colecţie în funcţie de anumite criterii geografice, taxonomice sau ameliorative; de regulă se acceptă ultimul criteriu în organizarea germoplasmei în câmpul de colecţie, astfel se face o schiţă a câmpului de colecţie şi în funcţie de tipul de material avut la dispoziţie, acest material se aşează în parcele de dimensiuni corespunzătoare pentru ca materialul păstrat să poată fi suficient în începerea diferitelor procese de ameliorare.Pentru speciile anuale fiecare formă de germoplasmă trebuie să cuprindă o suprafaţă de cel puţin 20 m2. Pentru viţa de vie fiecare formă de germoplasmă trebuie să fie formată din cel puţin 10 butuci din care 5 pe rădăcini proprii şi 5 pe portaltoiul adaptat pentru zona respectivă. Speciile pomicole trebuie să fie reprezentate în câmpul de colecţie de câte 3-5 pomi în funcţie de talia acestora pentru fiecare formă de germoplasmă. Arbuştii sunt reprezentaţi de cel puţin 50 de tufe pentru fiecare formă de germoplasmă.Pentru lucrările de ameliorare în viticultură, germoplasma este organizată în plantaţiile ampelografice, cele mai importante astfel de plantaţii în România sunt la: Valea Călugărească, Odobeşti, Drăgăşani, Miniş, Greaca, Iaşi, Dăbuleni.Pentru ameliorarea în pomicultură materialul se păstrează în colecţii pomologice iar colecţiile sunt amplasate astfel: Măr – Voineşti cu peste 850 de forme, Păr – Cluj, Voineşti, Piteşti cu peste 650 de soiuri, Prun – Piteşti peste 700 de soiuri, Cais – Greaca peste 650 de soiuri, Piersic – Murfatlar 850 de soiuri, Cireş şi Vişin – Piteşti 525 de soiuri, Cireş 285 de soiuri, Vişin nuc la Geoagiu 74 de soiuri, Gutui – Târgu Jiu 40 de soiuri, Căpşun, Coacăz, Afin, Mur, Zmeur – Cluj cu 540 de soiuri din care 258 Căpşun.Pentru legumicultură şi floricultură, germoplasma se organizează pe suprafeţe de 5 – 10 m2 dacă speciile sunt anuale iar la multianuale 20 - 50 de plante.Studiul germoplasmei – înainte de a începe un proces de ameliorare este nevoie să se cunoască valoarea ameliorativă a materialului avut la dispoziţie, motiv pentru care se face un studiu de cel puţin 3 – 5 ani după intrarea pe rod la speciile perene. Aceste studii au în vedere cunoaşterea perioadei de vegetaţie, cunoaşterea diverselor fenofaze în corelaţie cu factorii climatici, cunoaşterea elementelor de productivitate, cunoaşterea diferitelor însuşiri fiziologice privind rezistenţa la factorii de mediu, rezistenţa la boli şi dăunători, cunoaşterea valorii nutritive a produsului principal, a diferiţilor constituienţi şi din produsul principal a naturii chimice a acestor constituienti, cunoaşterea pretabilităţii la diverse tehnologii de fabricare, de prelucrare, de conservare, de depozitare, etc. Cunoaşterea valorii genetice a materialului respectiv făcându-se studii hibridologice, cosangvinizări şi autopolenizări pentru a vedea cum se transmit ereditar diverse caractere. În urma acestor studii se face o inventariere a proprietăţilor ameliorative pentru materialul din colecţie, pentru ca în orice moment amelioratorul să ştie valoarea materialului pe care îl are la dispoziţie.Păstrarea germoplasmei – toate sursele de germoplasmă existente pe glob trebuie să facă parte dintr-un program de păstrare în ideea de a nu se pierde unele gene

10

Page 11: Ameliorarea Plantelor Curs

valoroase, se apreciază că chiar şi o ameliorare pronunţată conduce la pierderea unor gene care nu condiţionează obiectivele urmărite, din acest motiv fiecare soi, chiar dacă este scos din producţie şi înlocuit, trebuie să fie păstrat în vederea menţinerii acelor gene utile care pot servi pentru un alt proces de ameliorare. Pe lângă colecţiile de germoplasmă înfiinţate în centrele genice, există tendinţa de a se forma fonduri mondiale de germoplasmă, pe de o parte în vederea conservării, iar pe de altă parte pentru ca specialiştii să poată să apeleze pentru sursele respective.Pentru a exista un limbaj comun privind sursele de germoplasmă, în Tratatul Internaţional semnat în 2002 se definesc principalele noţiuni utilizate de amelioratori în vederea păstrării germoplasmei, astfel conservarea în situ înseamnă păstrarea germoplasmei în arealele geografice în care s-au format aceste surse şi unde se găsesc cele mai bune condiţii de creştere şi dezvoltare pentru speciile respective. Conservarea ex situ înseamnă păstrarea surselor de germoplasmă în alt mediu decât cel în care s-a format.Material genetic înseamnă orice categorie de material biologic care poate fi înmulţit sexuat sau vegetativ şi care conţine unităţi funcţionale ale eredităţii.Centrele de origine reprezintă arealele unde s-au format diferite specii.Centrele genice (de diversitate) reprezintă arealele în care se găseşte cea mai mare diversitate de forme.În prezent există următoarele sisteme de păstrare a germoplasmei: parcuri şi rezervaţii naturale, grădini botanice, bănci de gene, culturi de celule şi ţesuturi.În parcurile naturale, în rezervaţiile naturale, sursele de germoplasmă se păstrează în mediul natural. În toate ţările există preocuparea de înfiinţare a acestor parcuri naturale cu caracter naţional: S.U.A. 34 de parcuri naţionale cu peste 100000 de hectare, Canada 25 de parcuri naţionale, 51 parcuri provinciale cu peste 200000 de hectare, Rusia 22 parcuri naţionale plus numeroase rezervaţii naturale, în România 130 de rezervaţii naturale cu 80000 de hectare.În grădinile botanice păstrarea se face “ex situ” unde formele de germoplasmă caută un echilibru dinamic şi unde plantele sunt obligate să trăiască nu aşa cum s-au format ci în spaţii izolate (unele) sau în anumite asociaţii pe care nu le întâlnesc în locul de origine. Una din cele mai importante grădini botanice este Grădina Botanică Regală din Anglia înfiinţată în 1759. În România cea mai mare grădina botanică este cea din Iaşi cu circa 100 de hectare înfiinţată în 1856.Cea mai sigură metodă de conservare în prezent este depozitarea în bănci de gene unde dacă sunt asigurate condiţiile cele mai bune, păstrarea poate să dureze peste 100 de ani. Băncile de gene sunt instituţii special înfiinţate care au următoarele obiective: prospectarea şi colectarea germoplasmei, studiul privind efectul depozitarii asupra proprietăţilor fizico chimice ale materialului, conştientizarea cercetătorilor în ceea ce priveşte valoarea acestui material. Condiţiile de păstrare diferă de la o bancă la alta însă se apreciază că cele mai importante condiţii sunt: umiditatea relativă a aerului să nu depăşească 15%, temperatura pentru diferite celule de păstrare să fie constantă pentru o păstrare îndelungată – 200C, atmosfera cât mai săracă în O2, cât mai bogată în CO2 şi absenţa totală a luminii. Eliminarea riscului de influenţare a seminţelor în cazul unor radiaţii ionizante, umiditatea seminţelor să fie de circa 4 – 5%. În standardele FAO în colaborare cu Institutul Internaţional pentru resurse genetice, condiţiile de păstrare se clasifică în 3 categorii:

1. condiţii acceptabile2. condiţii preferabile3. condiţii ideale

11

Page 12: Ameliorarea Plantelor Curs

Condiţiile acceptabile – conservarea sub 00C la un conţinut de umiditate a seminţelor cuprins între 3 - 7%Condiţiile preferabile – când se asigură – 200C la acelaşi procent de umiditate.Condiţiile ideale – când se asigură – 200C, umiditatea seminţelor de 5%.Condiţiile de păstrare în banca de la Fort Collins care poate depozita 180000 de probe de câte 450 grame: probele păstrate în tăvi metalice, în încăperi de beton armat cu grosime de 150 de cm cu 10 camere de păstrare din care în 3 temperatura se menţine la – 120C, în 7 camere temperatura de circa +40C şi umiditatea relativă de 52%. Verificarea germinării seminţelor se face la fiecare 5 ani şi dacă aceasta a scăzut sub 50% se face o reînmulţire a seminţelor înlocuindu-se probele. Banca de la Hirotsuga păstrează probe de către 120 cm3, în cutii cositorite la temperatura de – 100C.Banca de la Krasnadar păstrează 500000 de probe în încăperi cu climatizare totală, în vase de sticlă aşezate pe stelaje metalice. Banca de la Suceava păstrează circa 100000 de probe, clădirea are 8 încăperi pentru păstrare, 4 pentru păstrare medie de 10 – 20 ani şi 4 pentru păstrare îndelungată, peste 100 de ani cu temperatura de – 200C.Variabilitatea germoplasmei – acest termen se referă la diferenţierile care se observă sau care pot fi identificate prin analize privind caracterele şi însuşirile materialului iniţial.Caracterele reprezintă totalitatea particularităţilor morfologice care diferenţiază un individ de altul pe când însuşirile reprezintă proprietăţile fiziologice, biochimice şi tehnologice ale germoplasmei.Caracterele pot fi de 2 feluri: cantitative, care pot fi reprezentate numeric (numărări, cântăriri) şi calitative unde este vorba de unele particularităţi ale plantei care diferenţiază diverse forme de germoplasmă dar care nu se pot exprima numeric.Totalitatea caracterelor şi însuşirilor unui individ formează fenotipul organului respectiv.Fenotipul este determinat pe de o parte de zestrea ereditară, pe de altă parte de interacţiunea între ereditate şi condiţiile de mediu.Totalitatea caracteristicilor ereditare reprezintă genotipul unui material sau genotipul reprezintă eventualele gene provenite ca urmare a mutaţiilor naturale.Zestrea ereditară poate genera fenotipuri diferite în funcţie de condiţiile de mediu în care s-a format organul respectiv astfel fenotipul poate fi considerat o rezultantă a interacţiunii între zestrea ereditară şi condiţiile de mediu. Diferenţierile care se observă în cadrul germoplasmei poartă numele de variaţii iar fenomenul ca atare poartă numele de variabilitate.Variabilitatea în cadrul germoplasmei în ameliorarea plantelor este obligatoriu ca materialul iniţial să prezinte o variabilitate suficient de mare în scopul identificării şi înmulţirii acelor organisme cu caractere ori însuşiri noi care în final să poată permite în mod real obţinerea de soiuri noi. Variabilitatea este dată de totalitatea diferenţierilor privind caracterele şi însuşirile indivizilor dintr-o anumită populaţie.Caracterele sunt reprezentate de totalitatea particularităţilor morfologice, fiziologice, biochimice şi pot fi grupate în funcţie de parametrii utilizaţi pentru exprimarea lor în caractere calitative şi caractere cantitative.Caracterele cantitative sunt cele care pot fi exprimate numeric şi se referă la acele componente morfologice ce pot fi măsurate precum: greutatea producţiei, înălţimea plantelor, mărimea fructelor, etc. Valorile acestora înregistrează o anumită variabilitate într-un interval de minim şi maxim.Caracterele calitative se referă la elemente precum: culoare, formă, gust, etc şi variază în cadrul diferitelor grupe.Însuşirile se referă la particularităţi de natură biochimică, tehnologică sau fiziologică

12

Page 13: Ameliorarea Plantelor Curs

precum rezistenţa la scuturare, la ger, la boli, etc.Suma caracterelor şi însuşirilor exteriorizate de un individ într-un anumit stadiu de dezvoltare reprezintă fenotipul acelui individ. Fenotipul este condiţionat pe de o parte de zestrea ereditară a organismului iar pe de altă parte de interacţiunea dintre aceasta şi condiţiile de mediu în care se dezvoltă.Genotip – totalitatea genelor (zestrea ereditară) unui individ provenite de la părinţi sau unele apărute în urma mutaţiilor naturale sau induse. Manifestarea genotipului poate varia de la un individ la altul în funcţie de condiţiile de mediu, ca urmare pentru crearea de soiuri noi este foarte important să se poată separa mărimea variabilităţii genotipice şi ponderea acesteia din cadrul variabilităţii fenotipice totale.Variabilitatea totală este dată de suma tuturor variaţiilor pe care le înregistrează indivizii unei populaţii, la rândul lor aceste variaţii pot fi clasificate după diverse criterii rezultând astfel şi diferite tipuri de variabilitate (De ex: în funcţie de cauza care le provoacă putem avea variaţii genetice (genotipice, ereditare) şi somatice (negenetice, neereditare).Variaţiile neereditare mai pot fi întâlnite şi sub denumirea de modificaţii, sunt determinate de diverse condiţii de mediu şi nu interesează în procesul de ameliorare decât foarte puţin şi rareori când fac adaptarea organismelor la anumite condiţii de mediu. În ameliorare factorul care poate fi realmente exploatat rămâne variabilitatea genotipică respectivă cea dată de variaţiile genetice. Pentru determinarea variabilităţii fenotipice şi genotipice, ameliorarea plantelor se foloseşte de anumiţi indicatori ai statisticii biologice: varianta, abaterea standard, coeficientul de variabilitate, coeficientul de heritabilitate.Varianta (s2) reprezintă dispersia valorilor individuale ale unui caracter în cadrul unei

populaţii statistice de indivizi şi este dată de relaţia: s2=

1

2

2

nnxx

; x – valorile individuale ale caracterului analizat, n – numărul de indivizi analizaţi.

Abaterea standard (s) este2s

Coeficientul de variabilitate (s%): s%= x

s 100*

; x - media aritmeticăCoeficientul de heritabilitate (h2) reprezintă mărimea variabilităţii genotipice din

variabilitatea fenotipică totală, se calculează: h2= fs

gs2

2

; s2g variabilitatea genotipică; s2f variabilitatea fenotipică.S2f=s2g + s2MediuLa speciile autogame: s2g=0 => s2f=s2mAceastă relaţie se regăseşte efectiv în practică, respectiv lucrările de selecţie la autogame sunt indeficiente sau sunt suficiente un singur an.La speciile alogame la care în procesul de polenizare se contopesc gameţii diferiţi din punct de vedere genetic, rezultă indivizi cu constituţie genetică diferită de a părinţilor, acest proces fiind amplificat şi de fenomenul de recombinare, ca urmare o populaţie dintr-o specie alogamă va fi din punct de vedere genetic heterozigotă şi în dinamică de la o generaţie la alta, ca atare influenţa condiţiilor de mediu va fi mai mică în manifestarea variabilităţii fenotipice totale (s2f) * s2f=s2g+s2m.Pentru determinarea varietăţilor genotipice şi a coeficientului de heritabilitate se procedează la cultivarea timp de 2 ani la rând, în aceleaşi condiţii de mediu şi tehnologice a 2 generaţii hibride: F1 şi F2

13

Page 14: Ameliorarea Plantelor Curs

Pentru F1: s2f (F1) =s2g (F1) + s2m (F1) =>s2F (F1) =s2M (F1)F2: s 2(F)(F2) =s2G (F2)+s2M (F2) =>s2G (F2) =s2F (F2) – s2F (F1) =>h2F (F2) =

)(

)()(

22

12

22

FFs

FFsFFs

Valorile rezultate pentru h2 pot fi exprimate zecimal, fiind cuprinse între 0 şi 1 sau procentual cuprinse între 1 şi 100%. Cu cât aceste valori sunt mai apropiate de 100 cu atât şansele lucrărilor de selecţie sunt mai mari.Metode de ameliorare – iniţierea unui proces de ameliorare presupune stabilirea unei planificări care să ţină cont de materialul iniţial existent, de posibilităţile tehnologice şi de obiectivele urmărite.În funcţie de aceste elemente se va alege şi complexul de metode pentru ameliorare: selecţia, hibridarea, cosangvinizarea, mutageneza, poliploidia, hibridarea somatică, mutaţiile “în vitro”, androgeneza.Selecţia reprezintă procesul natural sau artificial care permite supravieţuirea şi înmulţirea indivizilor cel mai bine înzestraţi. Pentru ameliorare interesează selecţia artificială în urma căreia amelioratorul alege, reţine şi înmulţeşte plantele care corespund obiectivelor de ameliorare. Metoda în sine a stat la baza apariţiei plantelor cultivate şi actualmente completează toate celelalte metode de ameliorare.Dacă se practică în germoplasma de bază se poate spune că un soi este creat doar prin selecţie iar dacă vine în completarea acestor metode se va specifica faptul că soiul respectiv este obţinut prin hibridare + selecţie, mutageneza + selecţie, etc.Selecţia naturală favorizează în supravieţuirea şi înmulţirea organismelor care se adaptează cel mai bine la condiţiile de mediu şi elimină indivizii mai slabi. Aceasta acţionează în cadrul unor populaţii vaste. Selecţia artificială vizează reţinerea şi înmulţirea indivizilor care corespund obiectivelor de ameliorare şi adesea direcţia de acţiune este în sens invers selecţiei naturale.Bazele teoretice şi efectele selecţiei – eficienţa lucrărilor de selecţie depinde de un complex de factori care se referă la: variabilitatea materialului biologic în ceea ce priveşte caracterele şi însuşirile urmărite, modul de polenizare al plantelor, modul de reproducere, de heritabilitatea caracterelor şi însuşirilor.Ca atare lucrările de selecţie se vor aplica în variante diferite ţinându-se cont în prezentarea lor în primul rând de modul de reproducere şi polenizare al plantelor şi de tipul de material biologic în care se practică selecţia.La speciile cu reproducere sexuată, în funcţie de modul de polenizare se regăsesc specii autogame şi alogame.La autogame (polenizarea cu polen propriu) datorită faptului că părinţii şi respectiv gameţii sunt identici din punct de vedere genetic, indivizii sunt de asemenea identici genetic fiind practic homozigoţi. Ca atare posibilele variaţii manifestate fenotipic se datorează condiţiilor de mediu. Coeficientul de heritabilitate este foarte redus iar eficienţa lucrărilor de selecţie într-o populaţie autogamă este nulă.La speciile alogame (se polenizează cu polen străin) şi la care nu se cunoaşte decât forma mamă, zigotul se formează prin contopirea a 2 gameţi diferiţi din punct de vedere genetic şi ca atare rezultă indivizi cu o constituţie genetică diferită de a părinţilor şi în acelaşi timp datorită recombinărilor pot să apară indivizi cu o constituţie genetică absolut nouă. Aceşti indivizi sunt heterozigoţi, ca atare populaţiile alogame sunt din punct de vedere genetic într-o continuă schimbare iar ponderea varietăţii genotipice din variabilitatea fenotipică totală este comparativ cu autogamele mai mare, rezultă că şi eficienţa lucrărilor de selecţie este mai mare.La speciile intermediare (Bobul) la care se pot întâlni în procente relativ egale atât

14

Page 15: Ameliorarea Plantelor Curs

cazuri de autogamie cât şi alogamie, se poate aprecia că eficienţa selecţiei creşte odată cu plantele polenizate cu polen străin.La speciile cu reproducere pe cale vegetativă, constituţia genetică a indivizilor este asemănătoare, ca atare şi variabilitatea genotipică este practic inexistentă iar lucrările de selecţie vor prezenta o eficienţă foarte redusă. Există cazuri rare când pot apărea mutaţii spontane şi prin înmulţirea acestora să se poată ajunge la obţinerea unui soi nou.Termeni şi simboluri în selecţiePlanta elită (elita) reprezintă planta sau o parte din plantă care este aleasă, reţinută, studiată şi înmulţită în timpul procesului de selecţie, ca urmare aceasta trebuie să corespundă obiectivelor stabilite prin programul de ameliorare. În general la o plantă elită se urmăresc: productivitatea, calitatea producţiei, rezistenţa la factorii de mediu nefavorabili sau alte însuşiri sau caractere specifice dar întotdeauna se va ţine cont de greutatea produsului util.Plantele elită se aleg în 2 etape: într-o primă etapă făcându-se observaţii în câmp când se apreciază vigoarea, starea fitosanitară, unele componente morfologice ale capacităţii de producţie, pentru ca în a doua fază plantele reţinute să fie aduse în laborator şi supuse unor determinări asupra caracterelor cantitative, asupra calităţii producţiei, etc.Alegerea propriu zisă a plantelor elită se poate realiza din câmpul de alegere, din câmpul cu hibrizi, din câmpul cu forme mutante sau din oricare câmp de ameliorare ori de producţie (dacă este vorba de autogame).Plantele obţinute în urma înmulţirii unei elite poartă numele de descendenţă şi se regăsesc denumiri diferite ale descendenţilor în raport cu modul de reproducere al plantelor sau cu generaţia în care se găsesc acestea.La autogame descendenţa unei elite poartă numele de linie genealogică (sau linie) iar ansamblul unor descendenţe provenite de la o elită poartă numele de arbore genealogic sau pedigreu.La alogame descendenţa unei elite se numeşte familie sau familie genealogică. La speciile cu înmulţire vegetativă rezultă clona sau linia vegetativă. Noţiunea de linie pură se referă la o populaţie formată din indivizi complet homozigoţi şi putem vorbi de acest termen la autogame.Linia cosangvinizată este formată dintr-o populaţie de indivizi homozigoţi întâlnită la alogame, în general plantele elită primesc în momentul alegerii şi reţinerii un număr sau un cod care se vă înregistra într-un registru special de evidenţă şi care se va menţine pe tot parcursul ciclului de ameliorare. Descendenţele elitelor pot fi notate cu literele alfabetului (A, B, C...) sau D1, D...2 Liniile cosangvinizate în generaţii succesive se notează cu C1, C...2 Cn Formele mutante: M1, M...2 Mn. Formele hibride: F1, F...2Fn.Metodele de selecţie – aceste metode pot fi clasificate în funcţie de modul de alegere, de urmărire şi de înmulţire a plantelor elită în 2 mari grupe:

- selecţia în masă- selecţia individuală

Ambele metode se pot aplica în diferite variante, în funcţie de structura genetică a materialului folosit, în funcţie de modul de polenizare şi reproducere a plantelor, în funcţie de obiectivele urmărite.Selecţia în masă constă în notarea, studierea, reţinerea şi înmulţirea plantelor elită, în amestec, ţinându-se cont doar de manifestarea fenotipică a caracterelor şi însuşirilor urmărite. În esenţă descendenţele elitelor se reţin şi se însămânţează în masă (în amestec). În general în cadrul selecţiei în masă, numărul elitelor reţinute este foarte

15

Page 16: Ameliorarea Plantelor Curs

mare, selecţia în masă este cea mai veche metodă de selecţie utilizată la început empiric şi stă la baza existenţei actualelor soiuri şi populaţii locale. Prezintă avantajul că se poate aplica uşor şi este rapidă, dar în acelaşi timp are şi câteva dezavantaje: nu se ţine cont de variabilitatea genotipică şi de heritabilitatea caracterelor şi însuşirilor valoroase şi ca atare elitele valoroase se pot pierde în masa de material sau elitele nevaloroase genotipic, dar cu un aspect fenotipic corespunzător pot deţine o pondere mai mare în amestecul respectiv şi ca rezultat în timp poate avea loc o depreciere a întregului material. Selecţia în masă se poate practica în 2 variante: selecţia în masă negativă sau selecţia în masă pozitivă.Selecţia în masă negativă constă în alegerea, reţinerea şi înmulţirea a unui număr foarte mare de plante elită înainte de înflorire iar restul materialului este eliminat. În procesul propriu zis de ameliorare, metoda este mai puţin folosită, în general întâlnită atunci când se urmăreşte îmbunătăţirea unor caractere cantitative: talia plantelor, numărul său greutatea fructelor, cel mai frecvent, metoda se foloseşte în procesul de producere de sămânţă, fiind cunoscută sub denumirea de purificare biologică.Selecţia în masă pozitivă presupune alegerea unui număr mai redus de plante elită, respectiv circa 5-10% din numărul total de plante, descendenţele acestora fiind urmărite în amestec. Metoda se practică în mai multe variante, în funcţie de numărul de ani, de alegeri de plantă elită: cu o singură alegere (simplă); cu mai multe alegeri (repetată); pe grupe de plante.Selecţia în masă pozitivă simplă constă în alegerea de plante elită într-un singur an urmată de înmulţirea în amestec a descendenţilor şi compararea acestora cu materialul iniţial din care au provenit pentru ca în final să poată fi trecute în producţie. Poate da rezultate la speciile autogame, formate dintr-un material cu un oarecare grad de heterogenitate.Selecţia în masă pozitivă repetată faţă de prima variantă constă în alegerea, reţinerea şi înmulţirea timp de mai mulţi ani a plantelor elită. Metoda este practicată cu preponderenţă la speciile alogame, alegerea de plante elită se face din al 2-lea an din câmpurile de înmulţire.Selecţia în masă pozitivă pe grupe de plante constă în alegerea de plante elită şi gruparea acestora pe mai multe grupe în funcţie de anumite însuşiri, în cadrul fiecărei grupe, descendenţele sunt urmărite în masă.Selecţia individuală – se foloseşte în toate situaţiile indiferent dacă sunt specii autogame sau alogame, este superioară selecţiei în masă deoarece urmăreşte aspectul fenotipic al plantelor după care valoarea biologică a fiecărei descendenţe rezultată prin înmulţirea elitelor. În funcţie de materialul urmărit şi anume speciile autogame, speciile alogame, populaţii hibride în curs de segregare, linii cosangvinizate, forme mutante, specii cu înmulţire sexuată, specii cu înmulţire vegetativă.Selecţia individuală se practică în 3 variante:

- selecţia individuală simplă- selecţia individuală repetată anual- selecţia clonală

Datorită nenumăratelor procese de exploatare a variabilităţii materialului natural, surselor de germoplasmă, s-a ajuns acum ca variabilitatea să fie foarte redusă şi practic să se reducă posibilitatea da a mai alege elite fără a interveni cu metode de creare a variabilităţii. Aceste motive au dus la identificarea posibilităţilor de mărire a variabilităţii în cadrul materialului iniţial, acestea fiind: hibridarea, urmată de segregarea caracterelor, cosangvinizarea care determină desfacerea populaţiilor în biotipurile constituiente, mutaţiile, poliploidia şi ingineria genetică.Selecţia în cadrul soiurilor locale şi ameliorare la speciile autogame – soiurile

16

Page 17: Ameliorarea Plantelor Curs

locale sunt alcătuite dintr-un oarecare număr de biotipuri, motiv pentru care variabilitatea este mai pronunţată comparativ cu soiurile ameliorate şi deci ar exista o oarecare posibilitate de selecţie.În cadrul soiurilor ameliorate la speciile autogame dacă nu intervin unii factori perturbatori, structura genetică a acestor soiuri rămâne aceeaşi de-a lungul generaţiilor. Aceste soiuri sunt alcătuite din organisme practic homozigote care au luat naştere prin contopirea a 2 gameţi identici din punct de vedere genetic, din acest motiv dacă datorită unui factor perturbator apar unele diferenţieri între indivizii unui soi, separarea acestora într-un singur an, o singură dată contribuie la epuizarea completă a variabilităţii şi ca urmare continuarea selecţiei mai mult de un an este ineficientă.Acest fapt a fost studiat pentru prima dată în anul 1903 de către Johansen care a studiat soiul de fasole (autogamă) Princessa pe o perioadă de 6 ani încercând să observe efectele selecţiei la această specie, astfel din câmpul de colecţie a ales 19 plante care se diferenţiau prin mărimea boabelor şi deci prin greutatea a 1000 de boabe. A semănat sămânţa fiecărei plante separat pe câte un rând, a recoltat sămânţa de la fiecare descendenţă separat şi apoi a ales din sămânţa fiecărei descendenţe boabele cele mai mari şi cele mai mici pe care le-a semănat pe câte un rând. A continuat să facă această separare timp de 6 ani consecutiv, la sfârşitul experimentului a constatat că masa a 1000 de boabe pentru fiecare elită cu care a pornit, atât pentru plantele care proveneau din seminţele mici cât şi pentru plantele care proveneau din seminţele mari era aceeaşi. A concluzionat şi a publicat în 1903 faptul că la speciile autogame nu are rost să se continuie selecţia mai mult de un an deoarece prin autopolenizare prin unirea gameţilor identici genetic, descendenţele vor rămâne aceleaşi, cu alte cuvinte selecţia este eficientă numai până la obţinerea liniilor pure, astfel pentru speciile autogame cea mai potrivită metodă de selecţie este selecţia individuală simplă sau selecţia cu o singură alegere, aceasta se desfăşoară după următoarea schema: în câmpul de alegere se face un studiu al materialului pe întreaga perioadă de vegetaţie, dar obligatoriu înainte de înflorit şi înainte de recoltare şi se extrag elitele. Acestea etichetate se aduc în laborator pentru analiza unde se determină din nou valorile elementelor de productivitate şi se clasifică în funcţie de unele limite stabilite prin obiectivele de ameliorare. După studiul în laborator se reţin pentru a fi semănate în anul următor acele exemplare care se situează în limitele stabilite pentru cele mai multe dintre caracterele urmărite dar între care trebuie să se încadreze obligatoriu greutatea produsului principal. În anul următor sămânţa obţinută de la fiecare plantă în parte se seamănă în câmpul de selecţie.În câmpul de selecţie fiecare elită se seamănă pe câte un rând la distanţe mai mari între plante pe rând decât în cultura obişnuită şi la fel în distanţe mai mari între rânduri pentru a se asigura un potenţial mai mare de înmulţire prin spaţiul nutritiv pe care îl vor avea plantele la dispoziţie, în vederea obţinerii unei cantităţi mai mari de seminţe de la fiecare plantă. În timpul perioadei de vegetaţie se observă câmpul de selecţie în totalitatea sa şi se fac observaţii la fiecare plantă din cadrul fiecărei descendenţe. Ca urmare a acestor observaţii se vor elimina descendenţele care nu corespund din punct de vedere al obiectivelor urmărite (vigoare, capacitatea de producţie) iar dacă în cadrul unor descendenţe care chiar îşi manifestă superioritatea faţă de altele, dacă există o singură plantă atacată de o boală se elimină întreaga descendenţă. La recoltare sămânţa fiecărei descendenţe se păstrează separat şi va fi semănată în anul următor în câmpul de control şi în acest câmp distanţele între rânduri şi plante pe rând vor fi mai mari decât în cultura obişnuită. Se vor face aceleaşi observaţii în timpul perioadei de vegetaţie, se vor elimina descendenţele

17

Page 18: Ameliorarea Plantelor Curs

necorespunzătoare iar sămânţa de la fiecare descendenţă valoroasă se va păstra separat şi se va semăna în anul următor în câmpul de culturi de orientare. Începând din această verigă tehnologică, semănatul se face mecanizat cu desimea obişnuită, se vor asigura lucrările de îngrijire specifice pentru cultura respectivă şi se vor face observaţiile şi determinările biometrice caracteristice.Aprecierea capacităţii de producţie pentru fiecare descendenţă în parte se va face pe baza valorilor elementelor de productivitate iar dacă există o cantitate suficientă de material se vor face şi cântăriri şi chiar unele procesări tehnologice în vederea determinării însuşirilor calitative. Este posibil ca la sfârşitul celor 2-3 ani cât trebuie să rămână descendenţele în cadrul acestei verigi biologice să se detaşeze prin valoarea lor câteva descendenţe. Este posibil ca unele să se situeze la limita erorilor, rezultatele să nu fie complet edificatoare, după cum este posibil ca unele dintre linii să nu-şi manifeste valoarea, ultimele vor fi eliminate, cele în care nu avem completă încredere vor mai rămâne încă un an în această verigă biologică iar cu liniile foarte bune se organizează în aniii următori culturile comparative de concurs, în cadrul acestora se vor respecta normele de tehnică experimentală în ceea ce priveşte mărimea parcelei, numărul de repetiţii, observaţiile efectuate, analizele necesare, calcularea rezultatelor, interpretarea acestora. Durata culturii comparative de concurs este de 3-4 ani normali climatic pentru speciile anuale şi 3-4 ani de rod pentru speciile perene. La finalul acestei perioade una sau două linii care se vor evidenţia prin valoarea producţiei, prin calitatea acestuia, prin starea fitosanitară se vor propune pentru omologare şi zonare la Ministerul Agriculturii care îl va trimite în reţeaua de încercări pentru o nouă perioadă de experimentare egală cu cultura comparativă de concurs din staţiunile de cercetare şi unde vor concura cu alte linii de la alte staţiuni de cercetare, de soiurile zonate în regiunile în care se face experimentarea cu soiuri din import. Linia care se detaşează total faţă de celelalte se va considera drept soi, se va înscrie în registrul soiurilor cu o descriere care să difere faţă de restul materialului existent deja în cultură.Selecţia în cadrul soiurilor locale şi ameliorate la speciile alogame – la aceste plante soiurile sunt constituite din amestecuri de organisme heterozigote, aceasta deoarece în fiecare generaţie plantele se încrucişează liber între ele, fiecare zigot fiind format din contopirea a 2 gameţi diferiţi genetic, la această categorie de specii extragerea elitelor se face doar pe linie maternă şi nu există posibilitatea de a se cunoaşte, de a se aproxima măcar genotipul descendenţilor. Prin polenizare liberă se vor produce numeroase recombinări, astfel că este împiedicată fixarea genelor valoroase într-un singur genotip. Eficacitatea selecţiilor în cadrul acestui material depinde de fondul genetic existent în materialul respectiv, de echilibrul genetic al populaţiei precum şi de efectul urmărit.Noţiunea de fond de gene a fost introdusă pentru prima dată în 1951 de Dobzanskg, prin această înţelegându-se totalitatea genelor care controlează caracterele şi însuşirile unei populaţii. De-a lungul generaţiilor datorită recombinărilor care apar se pot întâlni genotipuri diferite dar numărul de gene şi echilibrul genetic rămân neschimbate, stabilitatea unei populaţii se consideră că este determinată de o anumită frecvenţă a genelor şi genotipurilor care compun populaţia respectivă şi care poartă numele de echilibru genetic. Mecanismele care controlează acest echilibru genetic au fost determinate de Hardy şi Weimberg în 1908 şi care au enunţat o lege a echilibrului genetic – Legea Hardy Weimberg şi care are următorul enunţ: într-o populaţie panmictică nelimitată, în care organismele se pot încrucişa liber pe bază de hazard, în absenţa unor factori perturbatori cum ar fi mutaţiile, migraţiile de gene, driftul genetic şi selecţia, frecvenţa iniţială a genelor precum şi a genotipurilor se menţin neschimbate de la o generaţie la alta, altfel spus indiferent de numărul genelor

18

Page 19: Ameliorarea Plantelor Curs

dominante, numărul genelor recesive, populaţia se menţine în echilibru deoarece încrucişările au loc pe bază de probabilitate, întâmplător şi se pot întâlni absolut toate combinaţiile posibile. Echilibrul genetic al unei populaţii se schimbă datorită acestor factori perturbatori şi anume abaterile de la panmixie + migraţia genetică, drifturile genetice, etc.Abaterile de la panmixie se manifestă în situaţia în care într-o populaţie există unele organisme cu predispoziţie spre autofecundare sau o predispoziţie pentru o fecundare preferenţială unor organisme asemănătoare, astfel căla unele specii se constată un procent de autogamie până la 4-5% care chiar dacă este atât de mic, în timp se acumulează şi poate duce la apariţia unor genotipuri noi în detrimentul altora, fondul de gene însă rămâne neschimbat.Mutaţiile – acestea pot să transforme o genă sau mai multe în alelele lor, conducând la schimbarea frecvenţei genelor şi implicit a echilibrului genetic. Dacă numărul de mutaţii pozitive este egal cu numărul de mutaţii negative, se ajunge la o nouă stare de echilibru genetic fără să se exteriorizeze şi în fenotip.Migraţia de gene – aceasta se poate întâlni când 2 populaţii apropiate în spaţiu au o frecvenţă diferită pentru aceleaşi gene şi dacă datorită apropierii au loc schimburi de gameţi. Migraţia se poate face anemofil, entomofil şi dacă este întâmplătoare şi nu directă mai mulţi ani se revine la echilibrul iniţial. Dacă migraţia durează mai mult, se modifică şi frecvenţa genelor şi implicit şi echilibrul genetic.Driftul genetic se întâlneşte în cazul unei populaţii reduse numeric unde numai anumite combinaţii de gameţi au şanse să se întâlnească, determinăschimbarea echlibrului genetic, pentru evitarea acestui neajuns în practicaameliorării se stabileşte un număr minim de exemplare cu care se lucrează pentru a nu se ajunge la apariţia acestui fenomen.Selecţia (naturală/artificială) care influenţează în cea mai mare măsură echilibrul genetic al unei populaţii deoarece eliminăde la înmulţire exemplarele neproductive, neadoptate, sanitar necorespunzătoare şi astfel se modifică frecvenţa genelor şi echilibrul genetic.Efectul selecţiei artificiale este condiţionat de determinismul genetic al caracterului urmărit şi de frecvenţa iniţială a genelor care determină caracterul respectiv, astfel dacă se urmăreşte eliminarea dintr-o populaţie a unui caracter determinat de o genă dominantă, acest lucru este posibil într-un singur an prin eliminarea de la înmulţire a exemplarelor care manifestă caracterul respectiv (astfel să presupunem că avem un caracter determinat de o genă dominantă) eficienţa selecţiei în acest caz se manifestă doar în condiţiile în care gena recesivă se regăseşte în cadrul materialului jumătăţii de plantă unde au flori roşii condiţionate dominant şi jumătate de plantă au flori albe adică gena recesivă este homozigotă. La acest grup de plante se pot încerca toate metodele de selecţie (selecţia în masă, selecţia simplă sau selecţia repetată, selecţia individuală simplă sau repetată anual)Selecţia în masă presupune identificarea şi extragerea elitelor care corespund obiectivelor urmărite, amestecarea seminţei şi înmulţirea acestora în amestec în anul următor, aceasta este selecţia în masă cu o singură alegere. Selecţia în masă repetată presupune ca în anul 2 să se facă o nouă extragere de elite, amestecarea seminţelor şi înmulţirea în anii următori.Selecţia individuală simplă presupune extragerea elitelor din câmpul de alegere, recoltarea separată a seminţei de la fiecare elită, semănatul în anul următor separat pentru fiecare elită, verificarea descendenţelor obţinute, reţinerea doar a celor corespunzătoare şi amestecul familiilor superioare. O variantă a acestei metode este cunoscută sub numele de “jumătatea din cantitatea de sămânţă pe rând” imaginată de

19

Page 20: Ameliorarea Plantelor Curs

Hopkins în 1887, metodă care presupune extragerea elitelor, recoltarea separată a seminţei de la fiecare elită, împărţirea seminţei în 2 părţi egale din care jumătate se păstrează, jumătate se seamănă, se urmăresc descendenţele iar în anul următor sămânţa păstrată se amestecă în funcţie de valoarea descendenţelor din câmp.Selecţia individuală repetată se face prin dirijarea polenizării pentru a se elimina polenizarea nedorită, metoda fiind asemănătoare cu selecţia individuală numai că se face o nouă extragere a elitelor şi după amestecul seminţelor valoroase.Selecţia în cadrul soiurilor locale şi ameliorate la speciile cu înmulţire vegetativă – la această categorie de plante este eficientă doar o singură metodă: o variantă a selecţiei individuale: selecţia clonală care presupune 3 etape:

- cu examen prealabil- cu examen mediu- cu examen principal

Durata acestora fiind mai mică pentru speciile anuale şi mai mare la speciile perene (> 25-30 de ani).Hibridarea reprezintă încrucişarea a 2 organisme având ca efect contopirea în zigot a celor 2 baze ereditare.Indivizii rezultaţi în urma hibridării poartă denumirea de hibrizi.Aceşti hibrizi pot manifesta în mod diferit caracterele şi însuşirile provenite de la cei 2 părinţi. În cazul în care descendenţii hibrizi exteriorizează caractere şi însuşiri de la ambii părinţi, nu seamănă preponderent cu unul dintre părinţi sau cel în care nu seamănă cu nici unul dintre genitori (exteriorizează caractere ori însuşiri complet noi).Importanta hibridării: Hibridarea este metoda de bază folosită în ameliorarea plantelor pentru creşterea variabilităţii genotipice în cadrul materialului iniţial (germoplasmei). Acest aspect se justifică mai ales în ultimii ani ca urmare a utilizării intensive a germoplasmei de bază şi a epuizării variabilităţii naturale existente în cadrul acestora.Peste 95% din soiurile cultivate au origine hibridă, hibridarea este metoda care stă la baza cultivării hibrizilor cu preponderenţă la speciile alogame, hibrizi la care se manifestă efectul heterozis în generaţia F1, din acest motiv, în producerea de sămânţă în cazul cultivării hibrizilor, această metodă se foloseşte cu o frecvenţă anuală.Metoda propriu zisă a fost aplicată în urma descoperirii sexelor la plante (după anul 1600) iar bazele teoretice au fost elucidate de Mendel care pe baza a numeroase experimente cu încrucişări la mai multe specii a stabilit legile eredităţii.Variabilitatea genotipică deosebit de ridicată care poate fi obţinută prin hibridare (în generaţia F...2 Fn) se explică pe baza acţiunii a mai multor cauze de ordin genetic:

- segregarea alelelor (a factorilor ereditari)- libera combinare a genelor pe baza legii hazardului- crossing-over-ului (schimbul reciproc de gene între cromatidele nesurori ale

cromozomilor omologi)- apariţia transgresiunilor respectivilor indivizi la care un anume caracter se

manifestă într-o măsură mai mică decât la cel mai slab părinte sau într-o măsură mai mare decât la cel mai valoros părinte.

Aceste forme transgresive dacă sunt valoroase au şanse foarte mari să devină noi soiuri. Codificarea generaţiilor hibride: F1, P1/P2.Metode de hibridare – Hibridarea se poate practica în diferite variante în funcţie de particularităţile biologice sau morfologice ale speciei şi respectiv ale formelor parentale utilizate sau de obiectivele de ameliorare urmărite, de varietatea genotipică existentă în cadrul materialului iniţial.O primă clasificare: în funcţie de modul de polenizare şi reproducere a plantelor,

20

Page 21: Ameliorarea Plantelor Curs

hibridarea poate fi: naturală şi artificială.Hibridarea naturală este un proces specific caracteristic speciilor heterogame, specific la: pomi, arbuşti fructiferi, etc. Ca urmare a hibridărilor naturale, variabilitatea genotipică la speciile vizate este suficient de mare, permiţând şansa de creare a unor soiuri noi.Hibridarea artificială reprezintă intervenţia amelioratorului în anumite etape ale dezvoltării plantelor sau de-a lungul procesului de dezvoltare în sensul dirijării polenizării, astfel pot exista 3 variante de hibridare în funcţie de modul cum polenul ajunge pe stigmatul florilor, respectiv:

a. hibridare cu polenizare liberăb. hibridare cu polenizare semiliberăc. hibridare cu polenizare dirijată (forţată)

Polenizarea liberă constă în îndepărtarea organului de reproducere masculin de la genitorul mamă şi urmată de libera polenizare cu polen de la plantele alăturate sau de la parcela vecină. Metoda este folosită la unele specii dioice sau la unele specii monoice (porumb) sau în procesul de producere de sămânţă la anumite specii.Polenizarea semiliberă reprezintă cultivarea celor 2 părinţi (genitori) în rânduri alăturate şi introducerea inflorescenţelor celor 2 înainte de înflorire sub acelaşi izolator. Sămânţa rezultată poate să prezinte caractere diferite în funcţie de sensul hibridărilor respective sau reciproce.Polenizarea forţată reprezintă castrarea florilor genitorului femel (mamă), izolarea acestora, colectarea de polen de la genitorul patern (tată), polenizarea propriu zisă urmată de izolare şi recoltarea separată a combinaţiilor hibride. Metoda are aplicabilitate la toate speciile.În funcţie de gradul de înrudire a formelor parentale, hibridarea poate fi:

a. apropiatăb. îndepărtată

Hibridarea apropiată – pentru încrucişarea între 2 părinţi diferiţi din cadrul aceleiaşi specii şi se mai numeşte şi hibridare intraspecifică.Hibridarea îndepărtată constă în încrucişarea între 2 părinţi care aparţin la nivele taxonomice diferite, ex: la 2 specii diferite rezultate din aceleaşi gene se mai numeşte şi încrucişare interspecifică sau între 2 genuri diferite (intergenerică) din aceeaşi familie. În cazul hibridărilor îndepărtate, apar unele dificultăţi ce micşorează şansele de reuşită cauzate de factorii genetici, morfologici sau fiziologici şi concretizate prin intersterilitatea formelor parentale şi respectiv sterilitatea hibrizilor din F1.În funcţie de numărul de genitori (forme parentale) care stau la originea unui organism hibrid, hibridarea poate fi: simplă, complexă.Hibridarea simplă reprezintă încrucişarea a 2 părinţi, ex: 2 soiuri sau 2 linii cosangvinizate, nici una nici alta nu are hibrid.Hibridarea complexă constă în încrucişarea a 2 parteneri din care cel puţin unul are origine hibridă. Hibrizii obţinuţi în primul caz se numesc simpli iar în cel de-al doilea caz se numesc hibrizi complecşi. Fiecare dintre cele 2 metode poate fi practicată în mai multe variante, în general în funcţie de poziţiile alese pentru genitori.Hibridare simplă - putem întâlni una din variantele:

- hibridare directă- hibridare reciprocă- hibridare repetată- hibridare ciclică- hibridare dialelă

Hibridarea directă – încrucişarea de tipul A*B, întotdeauna în formula hibridării,

21

Page 22: Ameliorarea Plantelor Curs

forma mamă este trecută prima.Hibridarea reciprocă – încrucişarea de tipul B*A reprezintă schimbarea rolului genitorilor şi se impune în unele cazuri de incompatibilitate. În cazul în care lungimea stilului florilor este mai mică, forma respectivă va fi aleasă ca formă mamă pentru a putea fi străbătută mai uşor de gameţii masculi.Hibridarea repetată – se mai numeşte şi regresivă, retroîncrucişare, back-cross, reprezintă încrucişarea între 2 forme parentale, dintre care una este mai puţin valoroasă dar posedă o anume însuşire sau un anume caracter dorit în următorul soi şi care poartă numele de donor cu o formă parentală valoroasă din majoritatea punctelor de vedere dar care îi lipseşte acea însuşire de la donor purtând numele de RECURENT. Organismele hibride rezultate prin combinaţia donorului (A) cu cel recurent (B) se reincrucişează timp de mai multe generaţii cu recurentul în scopul fixării caracterului ori însuşirii de la donor.Vor fi alese acele plante tipice care deţin în timp şi acele însuşiri dorite de la părintele donor. Cu fiecare generaţie de retroîncrucişare, proporţia de participare a donorului se reduce cu câte o jumătate, forma de simbolizare a cestei metode este [(A*B)*B]*B etc în funcţie de numărul de generaţii în care facem retroîncrucişarea. A*B3 ~ AB3.În general hibridarea repetată este aplicabilă când se doreşte preluarea unei însuşiri de rezistenţă (ex: la ger, secetă, boli) de la o formă spontană sau locală, în scopul transferării la un soi deja valoros, în acest sens metoda dă rezultate bune.Metoda este mai eficientă atunci când se doreşte preluarea unui caracter controlat dominant sau controlat de un număr relativ mic de gene. Se poate afirma că metoda permite relativ uşor transferarea unor însuşiri, a unor caractere calitative şi mai puţin în privinţa caracterelor cantitative.Metoda poate fi practicată în 2 variante: directă sau reciprocă.Hibridarea ciclică reprezintă încrucişarea tuturor formelor dintr-o colecţie cu o formă cunoscută denumită tester sau analizator (T). A*T; B*T; C*TT – tester A, B, C – formele din colecţie. Producţiile obţinute de la fiecare combinaţie hibridă în urma testării în culturi comparative, ajută la determinarea capacităţii combinative generale, metoda frecvent folosită în scopul alegerii celor mai valoroase forme parentale.Hibridarea dialelă reprezintă încrucişarea tuturor formelor dintr-o colecţie, fiecare cu fiecare atât direct cât şi reciproc (A*B, A*C, A*D; B*A, C*A, D*A).Metoda este folosită pentru determinarea capacităţii combinative specifice a posibilelor forme parentale. Seminţele combinaţiilor hibride sunt semănate anul următor în culturi comparative, la recoltare se determină producţiile, în final putându-se aprecia care este poziţia cea mai avantajoasă sau combinaţia favorabilă pentru un anume genitor.Hibridarea complexă – metoda se foloseşte pe de o parte pentru creşterea variabilităţii în cadrul surselor de germoplasmă prin exploatarea populaţiilor hibride în curs de segregare la care se asociază selecţia individuală repetată anual cu cele 2 variante ale sale: selecţia genealogică şi selecţia tardivă.Pentru aceste metode se folosesc la speciile autogame, alogame hibridarea complexă se foloseşte pentru evitarea costurilor foarte mari generate de utilizarea hibrizilor simpli prin alte tipuri de exploatare a heterozisului şi anume: hibridarea triliniară, hibridarea dublă şi hibridarea multiliniară numită şi testul top-cross sau poli-cross.Pentru acest tip de hibridări (hibridarea multiliniară) care mai poate fi numită şi hibridare în masă şi care reprezintă încrucişarea liberă a mai multor forme valoroase, fie soiuri, fie linii cosangvinizate.Hibridarea triliniară presupune încrucişarea în primul an a 2 linii cosangvinizate

22

Page 23: Ameliorarea Plantelor Curs

pentru obţinerea unui hibrid simplu, iar în al 2-lea încrucişarea hibrid simplu cu o a treia linie cosangvinizată, alta decât cele 2 folosite iniţial.Hibridarea dublă presupune încrucişarea în primul an a 2 linii cosangvinizate pe de o parte pentru obţinerea unui hibrid simplu în acelaşi an a altor linii tot pentru obţinerea unui hibrid simplu iar în anul 2 se încrucişează cei 2 hibrizi simpli şi se obţine un hibrid dublu.În hibridul dublu trebuie să existe 4 linii cosangvinizate diferite sau 4 soiuri diferite, utilizarea hibrizilor triliniari şi a hibrizilor dubli se practică în producţie pentru că chiar dacă efectul heterozis este ceva mai mic decât la hibrizii simpli, totuşi costurile de producere a seminţei hibride în generaţia F0 sunt mult mai mici în comparaţie cu hibrizii simpli. La hibrizii simpli triliniari, dubli, sămânţa în generaţia F0 trebuie să fie obţinută în fiecare an.Hibridarea sintetică aceasta presupune încrucişarea liberă între mai multe linii cosangvinizate semănate în amestec iar din sămânţa obţinută rezultă aşa-numitele soiuri sintetice. Toate categoriile de hibridare menţionate până acum cu excepţia hibridării de tip back-cross (sau recurentă, regresivă) fac parte din categoria hibridărilor apropiate, adică încrucişările dintre forme din cadrul aceleiaşi specii. Se mai cunoaşte hibridarea intraspecifică sau hibridarea apropiată.În funcţie de gradul de înrudire a genitorilor, există şi hibridarea îndepărtată adică între forme aparţinând la 2 specii diferite, 4 hibrizi interspecifici; 2 genuri diferite – hibridare intergenerică care se poate practica atât la speciile autogame cât şi la speciile alogame. De regulă hibrizii îndepărtaţi se folosesc pentru transferul unor gene de rezistenţă de la unele specii din flora spontană la soiurile ameliorate existente în cultură care sunt deficitare din acest punct de vedere.Datorită diferenţierilor de tip morfologic sau de tip genetic între cele 2 forme care participă la hibridare, realizarea hibrizilor este suficient de dificilă din cauza unor probleme care apar în aceste situaţii.Probleme speciale apărute în lucrările de hibridare – hibrizii rezultaţi în urma încrucişării interspecifice se caracterizează printr-o variabilitate foarte pronunţată la care se adăuga o plasticitate ecologică, o adaptabilitate la condiţiile de mediu mai bună decât a hibrizilor obişnuiţi. Problemele care apar în cazul hibridărilor îndepărtate sunt datorate intersterilităţii formelor parentale şi sterilităţii hibrizilor în prima generaţie.Intersterilitatea formelor parentale este dată de unele deosebiri morfologice, fiziologice, biochimice sau genetice între cei 2 genitori folosiţi, astfel se întâlnesc situaţii când polenul genitorului mascul nu germinează pe stigmatul genitorului femel, se întâlnesc cazuri când germinează dar tubul polenic nu poate străbate toată lungimea stilului pentru a fecunda ovulul.Există cazuri când nu se poate forma zigotul, se întâlnesc situaţii când sămânţa hibridă obţinută nu poate germina sau plantele care s-au format nu ajung la maturitate.În privinţa deosebirilor de ordin morfologic s-au constatat diferenţe între lungimea stilului la cei 2 genitori fapt care determină alegerea corectă a genitorului femel şi mascul în sensul că întotdeauna genitorul femel trebuie să aibă stilul mai scurt decât a celui mascul.În privinţa deosebirilor de ordin fiziologic este posibil ca perioadele de vegetaţie ale celor 2 genitori să fie diferite şi astfel nu se asigură coincidenţă la înflorire. În privinţa deosebirilor genetice acestea sunt date fie de numărul cromozomilor, fie de gradul de omologie a acestora, fie de calitatea materialului genetic.Problemele date din cauza intersterilitatii formelor parentale se rezolvă prin câteva metode după caz şi anume: hibridarea reciprocă, tratarea organelor sexuale ale florilor

23

Page 24: Ameliorarea Plantelor Curs

cu substanţe stimulatoare sau inhibitoare de creştere, embriocultura, dublarea sau înjumătăţirea numărului de cromozomi la unul dintre genitori.Hibridarea reciprocă se foloseşte în situaţia în care unul din genitori prezintă un sistem de incompatibilitate care inhibă germinaţia polenului celuilalt genitor şi dacă lungimile stilurilor celor 2 porţiuni sunt diferite. Astfel s-a constatat că atunci când se încrucişează Phaseolus vulgaris cu Phaseolus multiflorus, procentul de reuşită în hibridare este de 0,48%, în condiţiile în care se schimbă rolul genitorilor, adică forma maternă este Phaseolus multiflorus şi forma paternă Phaseolus vulgaris, procentul de obţinere a seminţelor hibride ajunge până la 42%.Un aspect asemănător se întâlneşte la hibridarea între Solanum tuberosum şi Solanum acaule, situaţie în care hibridarea nu reuşeşte deloc schimbând rolul genitorilor, adică folosind hibridarea reciprocă – Solanum acaule forma maternă iar Solanum tuberosum forma paternă, hibridarea reuşeşte 100%, în acest caz hibridarea directă Solanum tuberosum * Solanum acaule nu reuşeşte din cauză că polenul de la Solanum acaule după germinare nu reuşeşte să străbată stilul mai lung la Solanum tuberosum ca genitor matern.Tratarea cu substanţe stimulatoare sau inhibitori de creştere – se foloseşte pentru creşterea gradului de germinare a polenului, pentru încetinirea sau forţarea înfloritului la unul din genitori atunci când nu există coincidenţă la înflorire.Embriocultura se foloseşte pentru eliminarea incompatibilităţilor manifestate la unele specii între embrionul diploid şi endospermul triploid al seminţei, metoda constă în detaşarea embrionului imediat după formare, trecerea acestuia pe un mediu special de cultură şi creşterea în condiţii “în vitro”.Dublarea sau înjumătăţirea numărului de cromozomi se foloseşte pentru compatibilitatea garniturilor cromozomiale ale celor 2 parteneri pentru a reuşi hibridarea.Sterilitatea hibrizilor în F1 – aceasta sterilitate se manifestă datorită diferenţelor existente între cei 2 gameţi care participă la formarea zigotului în sensul că împerecherea cromozomilor poate avea loc în totalitate, doar parţial sau se poate să nu aibe loc, cu alte cuvinte sterilitatea hibrizilor în F1 este dată de deosebirile de ordin cantitativ şi calitativ între garniturile cromozomice ale celor 2 forme parentale.Dacă la încrucişare participă 2 genitori care au acelaşi număr de cromozomi şi garnitură cromozomială sunt omoloage, hibrizii rezultaţi sunt întotdeauna fertili.Dacă numărul de cromozomi este acelaşi dar nu se înregistrează omologie între cele 2 garnituri, hibrizii obţinuţi sunt parţial sterili. Dacă nu există nici acelaşi număr de cromozomi şi nici omologie între aceştia, hibrizii obţinuţi sunt întotdeauna sterili.Există posibilitatea să se manifeste aceasta sterilitate şi din cauza unor condiţii de mediu: temperaturi scăzute, umiditate atmosferică nepotrivită în momentul fecundării.Pentru a putea utiliza aceşti hibrizi în diferite procese de ameliorare, este obligatoriu să se refacă fertilitatea acestora care este posibilă prin 2 metode: prin hibridarea regresivă sau recurentă şi prin dublarea numărului de cromozomi. Atfel hibridarea recurentă se practică pentru eliminarea treptată a cromozomilor aparţinând unui genitor şi refacerea garniturii celuilalt genitor, de regulă se elimină cromozomii genitorului mascul sau prin refacerea completă a genomului patern prin biotehnologii transferând un nucleu patern în citoplasma formei materne. Eliminarea cromozomilor este posibilă prin folosirea ca partener recurent a unuia dintre genitori şi refacerea partenerului femel.Dublarea numărului de cromozomi este de natură să restabilească omologia cromozomilor în celulele care vor da naştere la gameţi, astfel diviziunea reducţională se va desfăşura normal în urma dublării garniturii prin tratarea cu colchicină în

24

Page 25: Ameliorarea Plantelor Curs

generaţia F0. Dublarea numărului de cromozomi să face doar la speciile cu reproducere sexuată reprezentând importanţă pentru hibrizii cu reproducere vegetativă pentru că pe aceşti hibrizi îi vom reproduce doar prin altoire, marcotare, butăşire fără implicarea elementelor sexuale în reproducere.Tehnica hibridării – pentru ca lucrările de hibridare să fie eficiente este obligatoriu să se parcurgă câteva etape importante şi anume: alegerea genitorilor, alegerea plantelor care participă la hibridare, alegerea florilor şi inflorescenţelor, toaletarea şi izolarea florilor (inflorescenţelor) castrarea florilor genitorului femel, polenizarea, controlul fecundării, repetarea polenizării dacă este cazul, recoltarea fructelor hibride.Alegerea genitorilor – practic este cea mai importantă etapă în sensul că cei 2 parteneri, soiuri sau linii cosangvinizate trebuie să fie supuşi anterior unor studii hibridologice pentru a determina capacitatea lor combinativă. De asemenea o condiţie minimală este că din punct de vedere al fondului de gene, cei 2 parteneri trebuie să se completeze reciproc în privinţa unor caractere şi însuşiri. Manifestarea unor elemente deosebite la hibrizii formaţi este cu atât mai puternică cu cât cei 2 parteneri sunt mai îndepărtaţi din punct de vedere geografic, se poate folosi unul din parteneri, soiul zonat în regiunea respectivă care se va încrucişa cu un partener dintr-o altă zonă geografică dar care corespunde din punct de vedere al garniturii cromozomice şi al omologiei cromozomilor.Dacă partenerii aparţin la specii diferite, mai întâi prin studii hibridologice se testează aptitudinea fiecărui partener la hibridarea îndepărtată alegându-se rolul de femel sau mascul pentru fiecare dintre genitori.Cele mai bune rezultate în hibridare se obţin atunci când formele parentale sunt homozigote cel puţin pentru caracterele şi însuşirile pe care dorim să le transferăm la noul hibrid, pentru aceasta trebuie să utilizăm liniile pure pentru speciile autogame şi liniile cosangvinizate pentru speciile alogame.Valoarea hibridologică se stabileşte prin cele 2 tipuri de hibridare: hibridare ciclică cu care se determină capacitatea combinativa generală şi hibridare dialelă cu care se determină capacitatea combinativă specifică.În cazul în care nu există coincidenţă, la înflorire este posibilă folosirea fie a unor substanţe stimulatoare sau inhibitoare de creştere, folosirea unor metode fizice sau chiar însămânţatul la epoci diferite: mai întâi genitorii cu înflorire tardivă şi apoi al 2-lea genitor cel precoce.Alegerea plantelor care participă la hibridare – plante care manifestă vigoare şi stare fitosanitară corespunzătoare.Alegerea florilor şi inflorescenţelor – presupune identificarea florilor şi inflorescenţelor care vor fi cel mai bine hrănite de planta respectivă (de la baza lăstarilor) restul florilor eliminându-se în totalitate.Toaletarea florilor şi inflorescenţelor şi izolarea acestora presupune ca din cadrul unor inflorescenţe să se aleagă doar florile bine dezvoltate restul eliminându-se cu o pensetă după care se face izolarea cu o pungă, cu o hârtie de pergament sau cu un săculeţ de pânză care acoperă toată inflorescenţa. În momentul optim, înainte să fi avut loc polenizarea naturală se castrează genitorul femel. Această etapă presupune eliminarea florilor mascule dacă acestea sunt pe aceeaşi plantă cu inflorescenţele femele; eliminarea plantelor mascule dacă cele 2 tipuri de flori sunt pe plante diferite şi eliminarea elementelor sexuale mascule din floarea hermafrodită a genitorului femel.Polenizarea se face în momentul în care stigmatul genitorului femel este apt pentru polenizare şi anume când acesta prezintă o turgescenţă maximă şi o secreţie caracteristică pe suprafaţa stigmatului. Polenizarea se face fie cu polen proaspăt

25

Page 26: Ameliorarea Plantelor Curs

recoltat de la genitorul mascul fie cu polen conservat dacă nu este posibilă asigurarea coincidentei la înflorire.În ceea ce priveşte viabilitatea stigmatului aceasta este diferită de la o specie la alta şi poate fi posibilă fecundarea de la 1-2 ore până la 2-3 zile. Viabilitatea polenului tot este diferită dar acest aspect poate fi compensat prin conservarea polenului la unele specii păstrarea acestuia putând ajunge mai mulţi ani la rând.Polenizarea propriu-zisă se poate face cu trecerea polenului cu un tampon de vată de la genitorul mascul pe stigmatul genitorului femel, uneori adăugarea pe stigmat a unor substanţe care reţin polenul mai multe ore (zile) după care se izolează rapid pentru a nu se produce polenizare străină. La câteva zile se face controlul fecundării, dacă stigmatul este ofilit rezultă că fecundarea a avut loc dacă nu se poate face o repetare a polenizării inflorescenţelor izolându-se din nou după care se fac lucrările tipice de îngrijire până la recoltarea fructelor hibride.Selecţia în populaţiile hibride la speciile autogame – la această categorie de plante metoda de selecţie este selecţia individuală repetată anual cu cele 2 variante ale sale: selecţia genealogică şi selecţia tardivă.Selecţia genealogică constă în alegerea elitelor începând cu generaţia F2 când are loc segregarea caracterelor şi apoi urmărirea separată a descendenţelor fiecărei elite.Dacă descendenţa unei elite este reprezentată de plante uniforme din punct de vedere morfologic înseamnă că există şi homozigoţie totală a genelor şi în acest caz descendenţa respectivă va intra în câmpul de control şi apoi va parcurge drumul prin toate verigile caracteristice selecţiei individuale simple adică: câmp de control, câmp de culturi comparative de orientare. Câmpuri de cultură orientate de concurs în staţiuni de ameliorare şi din nou câmpuri comparative de concurs în reţeaua de omologare.Dacă descendenţa unei elite prezintă exemplare neuniforme morfologic înseamnă că plantele sunt heterozigote pentru caracterele şi însuşirile pe care le urmărim şi trebuie repetată alegerea elitelor. Se aleg în acest caz plantele viguroase, sănătoase, care manifestă valori ale elementelor de productivitate care corespund obiectivelor noastre.Aceste elite vor fi urmărite în continuare separat şi după aceeaşi logică, dacă vor da descendenţe uniforme vor parcurge celelalte verigi ale procesului iar dacă descendenţele nu sunt uniforme se va proceda la o nouă alegere a elitelor. Acest proces va dura până prin F... 5F7 când este posibil să se ajungă la homozigotarea majorităţii caracterelor şi însuşirilor.Selecţia tardivă presupune începerea alegerii elitelor mult mai târziu, după 5-7 generaţii, lăsând mai întâi plantele să se homozigoteze şi apoi să se aleagă elite homozigote.Cosangvinizarea – importanţa cosangvinizării reprezintă metoda de bază pentru crearea de noi surse de germoplasmă prin creşterea variabilităţii la speciile alogame. Metoda constă în autofecundarea forţată a speciilor monoice sau hermafrodite şi prin încrucişarea între indivizii înrudiţi proveniţi de la aceeaşi plantă la speciile dioice.La speciile autogame, autofecundarea este un fenomen firesc şi nu afectează în nici un fel plantele respective, dimpotrivă la speciile alogame la care fenomenul de autogamie este de doar 3-4%, efectele autofecundării sunt foarte evidente. În urma cosangvinizarilor repetate se obţin liniile cosangvinizate care prin încrucişarea între ele după o prealabilă verificare a însuşirilor acestora formează hibrizii la care se manifestă efectul heterozis.Principala direcţie de utilizare a liniilor cosangvinizate o constituie obţinerea hibrizilor în vederea exploatării: efectul heterozis. În conformitate cu legea uniformităţii caracterelor în prima generaţie hibridă este posibil să întâlnim 5 situaţii

26

Page 27: Ameliorarea Plantelor Curs

şi anume:- hibridul obţinut să se situeze prin caracterele şi însuşirile sale între cele 2

forme parentale (cea mai frecventă situaţie)- să se apropie mai mult de genitorul matern- să se apropie mai mult de genitorul patern- să fie peste nivelul genitorului mai bun- să fie sub nivelul genitorului mai slab.

Ultimele 2 situaţii poartă numele de transgresiuni genetice şi se urmăreşte identificarea acestora în vederea extragerii elitelor care depăşesc genitorul cel mai bun. De la începutul secolului 20 s-au intensificat cercetările privind exploatarea efectului heterozis sub cele 2 aspecte ale sale: heterozisul somatic şi heterozisul generativ (reproductiv). Aceste cercetări au condus la identificarea metodelor pentru găsirea celor mai bune combinaţii hibride în cadrul liniilor cosangvinizate. Simbolurile care se folosesc pentru diferite generaţii de cosangvinizare sunt: C0 sămânţa cu care se porneşte operaţia de cosangvinizare; C1 prima generaţie, C2 a doua, etc, până la C9, C10 cunoscut fiind ca după 9-10 generaţii de autofecundare se ajunge la homozigotarea totală pentru toate caracterele.Efectele cosangvinizării – în urma autopolenizării forţate la speciile alogame se manifestă în fenotip unele efecte: reducerea vitalităţii, scăderea variabilităţii sau creşterea uniformităţii, desfacerea populaţiilor în biotipurile constituiente.Reducerea vitalităţii se manifestă chiar din prima generaţie de cosangvinizare şi afectează principalele caractere şi însuşiri ale plantei. Fenomenul este cunoscut sub numele de presiune de cosangvinizare şi se manifestă prin reducerea taliei plantelor, reducerea fertilităţii, reducerea productivităţii.Acest efect depinde de la o specie la alta şi se manifestă timp de câteva generaţii până când se ajunge la un minimum de cosangvinizare. Depresiunea este cu atât mai puternică cu cât procentul de autogamie la specia respectivă este mai mic.În funcţie de specie, la speciile multianuale efectul este mai redus, la speciile anuale, bienale efectul este mai puternic (la cucurbitaceae efectele sunt aproape nesemnificative pe când la varză sunt deosebit de puternice).Încercând să explice acest efect, cercetătorii l-au pus pe seama homozigotării genelor recesive cu implicaţii majore asupra productivităţii. Reducerea vitalităţii este însoţită şi de alte efecte cum ar fi unele de deficienţe clorofiliene, apariţie de plante albinotice, apariţia de sectoare internervurale lipsite de clorofilă, anomalii florale, sterilitate, sensibilitate la diferite boli.Scăderea variabilităţii sau creşterea uniformităţii – aceasta se manifestă prin uniformizarea materialului după câteva generaţii de cosangvinizare uniformă determinată de gradul ridicat de homozigotare, astfel cu fiecare generaţie de autopolenizare, gradul de homozigotare creşte cu 50% faţă de anul anterior şi astfel se ajunge ca plantele să fie perfect uniforme şi aici fenomenul se manifestă diferit de la o specie la alta astfel: la ceapă uniformitate perfectă se întâlneşte după 3 generaţii, la sfecla pentru masă abia la a 8-a generaţie.Desfacerea populaţiei în biotipurile constituiente – cosangvinizarea duce la apariţia prin segregări şi recombinări a unor noi biotipuri stabile care pot fi identificate, izolate, înmulţite şi folosite pentru folosirea hibrizilor. Numărul maxim de linii homozigote care pot fi izolate dintr-o plantă alogamă este determinat de numărul genelor prezente în stare heterozigotă, astfel dacă planta iniţială este heterozigotă pentru 15 gene, prin cosangvinizare vor rezulta 215 linii homozigote diferite, adică 32768 linii.

27

Page 28: Ameliorarea Plantelor Curs

Procesul de homozigotare se manifestă atât pentru genele dominante cât şi pentru cele recesive. De regulă homozigotarea genelor recesive duce la exteriorizarea evidentă a unor efecte dăunătoare pentru plantă făcând în aşa fel încât selecţia naturală să elimine aceste plante încă din primele generaţii de cosangvinizare. Astfel exemplarele care prezintă malformaţii, debilitate, nanism, sterilitate, fie sunt eliminate natural fie prin purificare biologică, prin selecţia în masă negativă le elimină amelioratorul.Există şi cazuri rare când prin homozigotarea unor gene recesive se obţin unele exemplare rezistente la boli sau la factorii nefavorabili de mediu. Cele mai importante exemplare sunt cele homozigote dominante.Obţinerea liniilor cosangvinizate – important este alegera germoplasmei care va fi cosangvinizată, aplicarea unor măsuri de îmbunătăţire a acesteia, măsurile fiind diferitele metode de selecţie recurentă care urmăresc 2 grupe de efecte şi anume pe de o parte eficientizarea selecţiei pe de altă parte obţinerea de genotipuri superioare prin diverse combinaţii de gene din cadrul materialului avut la dispoziţie.Selecţia recurentă se utilizează în 4 variante:

- selecţia recurentă pentru fenotip- selecţia recurentă pentru capacitatea combinativa generală- selecţia recurentă pentru capacitatea combinativa specifică- selecţia recurentă reciprocă

Selecţia recurenta pentru fenotip se desfăşoară în câteva cicluri de câte 2 ani care revin periodic până la îmbunătăţirea totală a materialului. În primul an elitele alese se autopolenizează şi sămânţa se recoltează separat. În anul 2 sămânţa fiecărei elite se însămânţează în câmpul de selecţie, se elimină descendenţele necorespunzătoare iar în cadrul descendenţelor bune se face polenizarea liberă. Din materialul rezultat se aleg noi elite şi se începe un nou ciclu de selecţie.Selecţia recurentă pentru capacitatea combinativa generală se desfăşoară în cicluri de către 3 ani, astfel în primul an se aleg elitele şi se autopolenizează iar în acelaşi an cu o parte de la polenul fiecărei plante se polenizează un hibrid simplu numit “tester” şi folosit drept genitor matern.Sămânţa fiecărei descendenţe se recoltează separat şi se păstrează în anul al 2-lea iar în câmp se cultivă în culturi comparative sămânţa rezultată din fecundarea hibridului simplu. Se analizează culturile respective iar în anul 3 se însămânţează în câmp numai seminţele elitelor care au dat cele mai bune rezultate cu testerul, acestea vor poleniza liber în cadrul fiecărei descendenţe şi se începe un nou ciclu de selecţie.Selecţia recurentă pentru capacitatea combinativa specifică se aseamănă cu precedenta, diferenţa fiind că în loc de hibrid simplu se foloseşte drept tester o linie cosangvinizată.Selecţia recurentă reciprocă - se îmbunătăţesc în acelaşi timp 2 linii cosangvinizate care se completează reciproc prin caracterele şi însuşirile avute şi care prezintă şi o bună capacitate de încrucişare.Selecţia în cadrul liniilor cosangvinizate şi îmbunătăţirea acestora – Datorită faptului că în primele generaţii de autofecundare, liniile cosangvinizate sunt foarte neuniforme în privinţa majorităţii caracterelor şi însuşirilor în fiecare generaţie se practică selecţia individuală repetată anual, astfel în fiecare generaţie se elimină din câmp liniile necorespunzătoare iar din cadrul liniilor bune se aleg elitele care răspund obiectivelor urmărite, această selecţie se face timp de 4-6 generaţii şi se consideră că această perioadă de timp este suficientă pentru fixarea genelor, pentru homozigotarea acestora chiar şi pentru caracterele cantitative, unii autori precizează că pentru homozigotarea genelor care controlează unele caractere morfologice este suficientă o perioadă de 3 ani de autopolenizare.

28

Page 29: Ameliorarea Plantelor Curs

Scopul principal al autopolenizării îl constituie obţinerea liniilor total homozigotate care vor fi utilizate pentru obţinerea hibrizilor, alegerea acestora se face după ce în prealabil se determină valoarea hibridologică a fiecărei linii în acest scop determinându-se capacitatea combinativă generală şi capacitatea combinativă specifică.Capacitatea combinativa generală se face la liniile cosangvinizate din colecţie începând chiar din generaţiile C2 C3 prin hibridare ciclică astfel fiecare linie cosangvinizată se încrucişează cu un hibrid simplu cu un tester rezultând un hibrid triliniar pentru fiecare combinaţie hibridă iar în anul următor se observă în culturi comparative care din linii au dat cele mai bune rezultate cu testerul. În funcţie de producţia obţinută sau dacă urmărim alte aspecte în funcţie de manifestarea acestora liniile care dau cele mai bune rezultate au capacitatea combinativă generală bună.Capacitatea combinativă specifică a valorii hibridologice reprezintă capacitatea combinativă specifică şi care se controlează cu ajutorul hibridărilor dialele, în acest scop se folosesc numai liniile cosangvinizate care s-au comportat foarte bine la hibridarea ciclică astfel în câmp fiecare linie cosangvinizată se încrucişează cu toate celelalte direct şi reciproc.Se observă rezultatele în culturi comparative şi combinaţiile hibride de câte 2 linii care se manifestă conform obiectivelor urmărite, vor fi reţinute în continuare şi se apreciază că au capacitate combinativă specifică bună. O serie de linii cosangvinizate se comportă bine în studiile hibridologice dar se constată că au unele deficienţe în privinţa manifestării unor caractere şi însuşiri astfel se pune problema corectării acestor deficienţe şi în acest sens se practică selecţia în combinaţie cu retroîncrucişarea, metoda fiind cunoscută sub numele de ameliorare convergentă, această metodă se foloseşte în 3 variante şi anume: 1. Ameliorare convergentă simplă2. Ameliorare convergentă multiplă3. Ameliorare convergentă paralelă1. Ameliorarea convergentă simplă se practică în cazul a 2 linii cosangvinizate care au demonstrat că se comportă bine în cercetările hibridologice şi care se completează reciproc prin caracterele şi însuşirile lor, metoda constă în încrucişarea acestor linii iar hibridul simplu obţinut în generaţia F1 se împarte în 2 grupe, fiecare apoi retroîncrucişându-se cu unul din parteneri, procedeul durează 4-5 generaţii după care se face o autopolenizare şi se încrucişează produşii obţinuţi în urma acestei autopolenizări obţinându-se în final un hibrid care are caracterele şi însuşirile ambilor părinţi.2. Ameliorarea convergentă multiplă se utilizează în cadrul a 3 linii cosangvinizate cu scopul de a transfera caracterele şi însuşirile a două dintre linii la cea de-a 3-a care este deficitară din unele puncte de vedere.3. Ameliorarea convergentă paralelă constă în îmbunătăţirea a mai multor linii cosangvinizate cu ajutorul altora, lucrările în acest caz sunt mult mai laborioase cu un program mai complex de retroîncrucişare şi un volum mai mare de material cu care se lucrează.Folosirea liniilor cosangvinizate – scopul principal îl constituie utilizarea acestora pentru obţinerea hibrizilor şi în funcţie de numărul de linii cosangvinizate care participă la formarea unui hibrid există mai multe categorii de hibrizi şi anume: hibrizii simpli, hibrizii triliniari, hibrizii dubli, hibrizii complecşi, soiuri sintetice.Hibrizii simpli sunt formaţi din 2 linii cosangvinizate fie că se încrucişează direct sau reciproc.

29

Page 30: Ameliorarea Plantelor Curs

Hibrizii triliniari au în compoziţia lor 3 linii cosangvinizate diferite, se obţine mai întâi un hibrid simplu care se încrucişează cu o linie cosangvinizată care nu intră în componenţa lui.Hibrizii dubli au în compoziţie 4 linii cosangvinizate diferite, mai întâi se obţin 2 hibrizi simpli iar prin încrucişarea lor se obţine hibridul dublu.Hibrizii complecşi au în compoziţia lor mai multe linii cosangvinizate şi se obţin prin încrucişarea a 2 hibrizi dubli.Soiurile sintetice sunt reprezentate de populaţii hibride obţinute prin polenizarea liberă a mai multor linii cosangvinizate.Mutaţiile – ca urmare a acţiunii mediului înconjurător sau a acţiunii omului în cadrul unor populaţii poate apărea o anumită variabilitate, o diferenţiere între indivizi cunoscută sub numele de fluctuaţii, fenovariatii sau modificaţii. Dacă aceste diferenţieri nu afectează genotipul, acestea nu prezintă valoare ameliorativă pentru că nu se vor transmite ereditar. Dacă dimpotrivă se transmit ereditar se cunosc sub numele de variaţii ereditare sau variaţii genetice, în sens mai larg mutaţii, singurele care au valoare ameliorativă. Schimb care afectează numai fenotipul, mai sunt cunoscute şi sub numele de somatoze sau variaţii somatogene care se pot transmite de la o generaţie la alta la speciile cu înmulţire vegetativă.Mutaţiile apărute natural sau artificial sub influenţa unor agenţi mutageni afectează genotipul individului şi se pot transmite ereditar. Organismul care a suferit o mutaţie poartă numele de mutant, forma mutantă iar fenomenul poartă numele de mutageneză.Clasificarea mutaţiilor – după modul de apariţie

- după mărimea efectului fenotipic- după modul de manifestare- după locul apariţiei- după cantitatea de material genetic afectat- după sensul de manifestare

În funcţie de modul de apariţie există 2 categorii de mutaţii: naturale şi artificiale.În mutaţiile naturale intră aşa numitele mutaţii spontane sau la speciile cu înmulţire vegetativă, se mai cunosc şi sub numele de variaţii mugurale, acestea apar ca urmare a unor efecte naturale printre care amintim: radiaţiile cosmice, radioactivitatea pământului, radiaţiile Carbonului şi Potasiului din plante, prezenţa în exces a unor săruri minerale în sol, variaţii bruşte de temperatură.Frecvenţa apariţiei acestor mutaţii este foarte redusă şi mai mare la speciile alogame şi mai mică la speciile autogame, în general nu au valoare ameliorativă datorită faptului că sunt identificate foarte rar şi de cele mai multe ori au un efect letal asupra plantelor.Mutaţiile artificiale sunt cele produse de om cu ajutorul agenţilor mutageni, chimici sau fizici.În funcţie de mărimea efectului exterior există 2 categorii de mutaţii: mari sau macromutatii şi mici sau micromutaţii.Macromutatiile nu au valoare ameliorativă pentru că de cele mai multe ori au efect letal, se manifestă sub forma unor malformaţii care sunt eliminate prin selecţie naturală.Micromutatiile apar cu o frecvenţă mare şi au valoare ameliorativă, valoarea acestora este cu atât mai mare cu cât ele se acumulează succesiv şi în final conduc spre apariţia unor forme total diferite de formele iniţiale.După modul de manifestare există 3 categorii de mutaţii: morfologice, fiziologice, biochimice.

30

Page 31: Ameliorarea Plantelor Curs

Mutaţiile morfologice se referă la unele schimbări asupra taliei, formei plantelor, mărimii acestora sau doar ale unor părţi ale plantelor.Mutaţiile fiziologice se referă la unele funcţii ale organismelor iar mutaţiile biochimice afectează capacitatea organismelor de a sintetiza unele enzime, aminoacizi, pigmenţi, vitamine, şamd. În funcţie de locul afectat se întâlnesc 2 tipuri de mutaţii: germinale şi mutaţii somatice.Mutaţiile germinale apar în celulele presexuale sau sexuale, se transmit prin reproducere sexuată şi se manifestă numai la descendenţi. Mutaţiile somatice sunt reprezentate de modificări care apar în corpul plantelor în celulele somatice şi nu se transmit ereditar.Pot fi transmise de la o generaţie la alta în cadrul speciilor cu înmulţire vegetativă, aici fiind cunoscute şi sub numele de variaţii mugurale. În funcţie de cantitatea materialului genetic afectat se cunosc 3 categorii de mutaţii:

1. mutaţii de genom2. mutaţii cromozomice3. mutaţii genice

Mutaţiile de genom afectează garnitura cromozomică în întregul ei ducând la multiplicarea numărului de garnituri cromozomice sau afectează numărul de cromozomi din garnitura cromozomică, se corelează cu modificările morfologice, fiziologice, biochimice care se manifestă cu intensitate diferită de la o specie la alta.Mutaţiile cromozomice – se cunosc şi sub numele de restructurări cromozomice, se referă la unele modificări ale structurii cromozomului cunoscute sub numele de deficienţe, deleţii, duplicaţii, inversii, translocaţii.Mutaţiile genice sau mutaţii punctiforme se referă la acele modificări care afectează funcţiile unei gene sau a unui grup de gene.Mutaţiile genice se clasifică în 2 categorii: mutaţii dominante, mutaţii recesive.Mutaţiile dominante conduc la transferul alelelor recesive în alele dominante şi invers.Mutaţiile recesive reprezintă transferul alelelor dominante în alele recesive. După sensul modificării sunt cunoscute 2 tipuri de mutaţii: mutaţii directe, mutaţii inverse.Mutaţiile directe conduc la transformarea genei primitive, ancestrale, sălbatice într-o alelă mutantă.Mutaţiile inverse transformă o alelă mutantă în alela ei ancestrală.Tehnica obţinerii formelor mutante – se utilizează 2 categorii de agenţi mutageni şi anume agenţi mutageni fizici şi agenţi mutageni chimici.În categoria agenţilor mutageni fizici întâlnim radiaţiile, variaţiile de temperatură, ultracentrifugarea.Radiaţiile sunt: ionizante şi neionizante, sunt cu uniformitate mai mare radiaţiile ionizante atât cele electromagnetice cât şi cele corpusculare care în funcţie de doză afectează ereditar planta respectivă.Se consideră că o doză corespunzătoare de iradiere ar fi cea care opreşte creşterea şi care provoacă moartea a 50% din material, aceasta doza poartă numele de DL50, reprezintă cantitatea de radiaţii care provoacă moartea a 50% din material.De regulă se folosesc aşa numitele doze critice, acestea sunt un pic mai mari decât cele menţionate anterior astfel că în urma acţiunii acestora supravieţuiesc 30-40% din plante.Câteva date în legătură cu aceste doze critice exprimate în kilograme: tomate – doza critică 20, castraveţi 50, seminţe de varză 80-100, morcov 80, ceapă bulbi 5-12, fasole boabe 8-12, gulie 35, ridichi de lună seminţe 100-200, viţa de vie seminţe 10, viţa de

31

Page 32: Ameliorarea Plantelor Curs

vie coarde 7-8, măr 5-7 la mugurii dorminzi, păr 1,5-5, vişin 0,5-3, prunul 2-5, laleaua 0,6, gladiola 15, garoafele 15-20 la seminţe.Variaţiile de temperatură produc mutaţii dacă acţionează asupra zigotului în primele sale faze de dezvoltare şi aceste şocuri constau în expunerea plantelor timp de 24 de ore la temperatura de 40-450C.Ultracentrifugarea are efect atunci când acţionează asupra celulelor în diviziune împiedicând migrarea cromozomilor spre polii celulei.Agenţii mutageni chimici sunt reprezentaţi de acele substanţe care acţionează asupra acizilor nucleici în stare de repaos sau în timpul repicării acestora. Între substanţele mutagene a căror acţiune este cunoscută, exemplificam: azoserina, cofeina, timidina, formaldehida, fenolul, etilmetansulfuratul, dietilsulfatul, hidroxilamina, nitrozoetilureea, nitrozometilureea.Introducerea agenţilor chimici ca factori mutageni prezintă unele avantaje printre care:

- efectele tratamentului nu necesită instalaţii speciale care să prezinte pericol de iradiere

- interacţiunea între mutagen şi substanţa ereditară este mult mai eficientă fără să se ajungă la restructurări cromozomice care conduc la moartea plantei

- frecventa mutaţiilor utile este mult mai mare decât în cazul radiaţiilor la fel şi frecvenţa exemplarelor care supravieţuiesc.

Indiferent de agentul mutagen utilizat pentru a se reuşi un număr mare de mutaţii trebuie să se respecte regulile: tratarea unui număr cât mai mare de plante sau organe ale acestora, utilizarea mai multor agenţi mutageni care pot produce mutaţii diferite, utilizarea unei plaje largi de doze în cadrul fiecărui agent mutagen, repetarea tratamentului mai multe generaţii mutante.Selecţia formelor mutante perioada între acţiunea agentului mutagen şi manifestarea fenotipică a mutaţiei poartă numele de lag mutaţional, această perioadă depinde de natura mutaţiei, de locul unde se manifestă, de faptul dacă acţionează asupra unei gene sau grup de gene.Se apreciază că cel puţin 20% dintre mutaţiile genice nu vor fi observate pentru că acţionează doar asupra unor baze care nu se înscriu în codul genetic. Manifestarea unor mutaţii este diminuată şi datorită prezenţei unor gene numite gene reglatoare sau represoare.Pentru a putea identifica mai uşor formele mutante se practică o serie de metode printre care cosangvinizarea, retroîncrucişarea, încrucişarea succesivă.Cosangvinizarea conduce la homozigotarea genelor recesive care au fost afectate de mutaţii şi astfel se manifestă în fenotip. În vederea selecţiei se practică notarea convenţională în felul următor: planta, organul sau sămânţa tratată se consideră în generaţia M0. rezultatul obţinut dintr-o plantă la care s-a acţionat cu un agent mutagen se consideră în generaţia M1 şi apoi generaţiile M2 M3 M4 şamd şi dacă se folosesc radiaţii ionizante sau neionizante se notează cu X0, X1, X2, X3 şamd.În generaţia M1 plantele sunt heterozigote în privinţa mutaţiilor provocate şi din acest motiv nu pot fi identificate formele mutante. Se observă totuşi unele malformaţii în cazul agenţilor chimici sau unele radiomorfoze în cazul radiaţiilor dar care nu au valoare ameliorativă.În această generaţie se aleg elitele numai după caracterele morfologice la speciile alogame pentru a preîntâmpina polenizarea cu polen străin se izolează inflorescenţele, se face autopolenizarea forţată, seminţele se recoltează separat de la fiecare plantă şi se urmăresc în descendenţă. În generaţia M2 sau X2 pot să apară unele forme mutante şi abia din această generaţie începe procesul efectiv de selecţie astfel seminţele

32

Page 33: Ameliorarea Plantelor Curs

fiecărei plante se recoltează separat şi se seamănă pe câte un rând în anul următor în câmpul de selecţie cu forme mutante în generaţia M3, se continua alegerea elitelor până la homozigotarea totală a genelor iar exemplarele obţinute se vor utiliza fie ca forme mutante fie că surse de germoplasmă în alte procese de ameliorare.Folosirea mutaţiilor în ameliorarea plantelor – cercetările în mutageneză sunt utilizate în ameliorarea plantelor îndeosebi pentru transformările, în special micromutaţiile, singurele utile în procesul de creare a materialului biologic.Utilizarea formelor mutante este posibilă în 3 direcţii şi anume: introducerea acestora direct în producţie, folosirea ca material iniţial de ameliorare şi folosit pentru realizarea unor obiective speciale. Utilizarea direct în producţie constituie cea mai eficientă direcţie de utilizare, teoretic prin apariţia formelor mutante, selecţia, identificarea şi selecţia acestora se reduce timpul de creare a noilor soiuri aproape la jumătate şi în acelaşi timp cu reducerea costurilor pentru realizarea soiului respectiv, de obicei direct în producţie se introduc formele mutante identificate în M1 dacă sunt dominante şi cele identificate în generaţia M2 după homozigotare dacă mutaţiile sunt recesive.Micromutatiile care sunt cele mai importante, pot fi identificate cel mai devreme în generaţia M3 când se manifestă fenotipic dar cel mai sigur în M4, M5.Folosirea că surse de germoplasmă sau ca material iniţial în unele procese de ameliorare, cel mai adesea formele mutante care nu se introduc direct în producţie se utilizează ca şi genitori în lucrările de hibridare pentru că însuşirile şi caracterele pe care le-au obţinut prin mutageneză să se poată combina cu însuşirile şi caracterele altor genitori în vederea armonizării acestora şi creării unui soi superior din acest punct de vedere, astfel se pot încrucişa fie 2 forme mutante diferite direct şi reciproc fie doar unul dintre genitori este o formă mutantă şi celălalt genitor este neafectat de mutaţii, fie o formă mutantă poate constitui un donor de la care să se transfere mutaţia respectivă prin decrossare, prin hibridare recurentă la un alt genitor deficitar pentru caracterul său însuşirile condiţionate de forma mutantă.Folosirea mutaţiilor pentru realizarea unor obiective speciale – creşterea variabilităţii în cadrul natural iniţial, introducerea formelor mutante în câmpurile de analiză în amestec cu formele neafectate pentru hibridare liberă în vederea obţinerii recombinărilor genetice, se încearcă cu rezultate bune inducerea mutaţiilor pentru obţinerea de soiuri de plante rezistente la pesticide, soiuri rezistente la agenţii fitopatogeni, soiuri rezistente la acţiunea factorilor nefavorabili de mediu, şi aici intrăm în organismele modificate genetic când prin metode specifice se pot transfera aceste gene de rezistenţă la plantele de cultură, fie cu ajutorul unor vectori care transporta unele plasmide de la Bacillus turingiensis în urma cărora rezulta plantele BT sau plasmide de la Agrobacterium tumefaciens care se folosesc în acelaşi scop.Poliploidia se cunoaşte că în celulele somatice precum şi în celulele genetice ale unei specii există un număr constant de cromozomi. În specia de origine, specia ancestrală, numărul total de cromozomi poartă numele de bază sau garnitură cromozomică de bază şi întotdeauna se notează cu x. Ca urmare a evoluţiei, a acţiunilor omului, numărul de cromozomi la fiecare specie a suferit modificări atât în celula somatică cât şi în celula gametică.În gameţi întotdeauna numărul de cromozomi se notează cu n, acest n poate fi n=x la speciile originare şi poate fi corect la speciile originare, la exemplarele originare ale unei specii şi mai poate fi un multiplu de x ca urmare a evoluţiei sau a acţiunii omului.În zigot numărul de cromozomi se notează cu 2x pentru exemplarele ancestrale şi cu 2n pentru cele apărute ca urmare a numeroaselor modificări care au avut loc, astfel la majoritatea speciilor de plante există serii aşa numite poliploide la care 2n poate fi

33

Page 34: Ameliorarea Plantelor Curs

egal cu 3x, 4x, 5x, 6x şi chiar 8x.La Allium porum numărul de cromozomi de bază x este 8 şi 2n=4x=32 cromozomi;La Cerasus vulgaris x=8, 2n=4x=32 cromozomi;La speciile de crizanteme x=9 cromozomi, 2n=3x, 4x, 5x=27 cromozomi, 36 cromozomi şi 45 de cromozomi;La Fragaria moscata x=7 cromozomi, 2n=6x=42 cromozomi;La Fragaria ananasa x=7 cromozomi, 2n=8x=56 cromozomi;La Malus pumilla x=17 cromozomi, 2n=2x, 3x, 4x=34 cromozomi, 51 cromozomi, 78 cromozomi;La Pirus communis x=17 cromozomi, 2n=2x, 3x=34 cromozomi, 51 cromozomi;La Prunus spinosa x=8 cromozomi, 2n=4x=32 cromozomi;La Prunus domesticai x=8 cromozomi, 2n=6x=48 cromozomi;La Rubus există întreaga serie poliploidai x=7 cromozomi, 2n=2x=14 cromozomi, 3x=21 cromozomi, 4x=28 cromozomi, 5x=35 cromozomi, 6x=42 cromozomi, 7x=49 cromozomi, 8x=56 cromozomi;La Vitis vinifera x=19, 2n=2x=38 cromozomi, 4x=76 cromozomi.Importanta poliploidiei – poliploidia poate apărea ca urmare a acţiunii unor factori poliploidizanţi fie naturali sau artificiali introduşi de acţiunea omului. Există în natură o frecvenţă mare a formelor poliploide apărute natural şi timp de peste 40 de ani s-au efectuat studii asupra acestor forme. Se cunoaşte că numărul de cromozomi pentru o specie se menţine constant de la o generaţie la alta timp cât fecundarea, mitoza, meioza se desfăşoară normal. În procesul de dezvoltare al plantelor se cunosc 2 etape din punct de vedere citologic şi anume: diplofaza caracterizată prin prezenţa a 2n cromozomi şi haplofaza caracterizată prin prezenţa a n cromozomi.Diplofaza începe în momentul formării zigotului şi se termină în momentul în care începe meioza.Haplofaza începe odată cu meioza în urma căreia iau naştere cele 2 celule sexuale, fiecare cu câte n cromozomi şi se încheie prin contopirea celor 2 celule şi formarea zigotului. În fapt cele 2 faze amintite sunt reprezentate astfel: haplofaza prin celulele sexuale adică grăunciorii de polen şi ovulele iar diplofaza prin rădăcină, tulpina, ramuri, frunze şi flori.Haplofaza reprezentată de celulele gametice are n cromozomi în fiecare celulă în parte, diplofaza reprezentată de celulele somatice prezintă 2n cromozomi.În procesul de perpetuare a fiecărei specii, are loc o permanentă alternanţă între haplofază şi diplofază şi ca urmare a acestei alternanţe, numărul de cromozomi al unei specii se menţionează constant de la o generaţie la alta, uneori însă se întâmplă că plantele diploide să producă urmaşi la care celulele somatice conţin mai mult de 2 garnituri cromozomice care provin de la cele 2 celule sexuale, acest fapt poate să intervină datorită unor perturbări care pot să aibă loc în procesul de fecundare în mitoză, în meioză, perturbări care conduc la multiplicarea numărului de cromozomi.Plantele care au un număr multiplu de garnituri cromozomice poartă numele de plante poliploide şi în funcţie de numărul de garnituri întâlnim specii triploide, tetraploide, pentaploide, hexaploide, şamd.Modificarea numărului de garnituri cromozomice poartă numele de mutaţii de genom sau mutaţii poliploide şi care au drept efect fie multiplicarea numărului de garnituri cromozomice fie modificarea numărului de cromozomi care alcătuiesc garnitura diploidă. Odată cu creşterea numărului de garnituri cromozomice va creşte şi numărul alelelor care condiţionează un anumit caracter şi astfel manifestarea acestuia în fenotip va fi mult mai evidentă fiind una din posibilităţile de identificare a exemplarelor poliploide. Astfel de exemplare prezintă importanţă pentru evoluţia

34

Page 35: Ameliorarea Plantelor Curs

speciei demonstrând că o mare parte din speciile cultivate sunt poliploizi naturali, prezintă importanţă pentru ameliorare în sensul că la aceste exemplare creşte potenţialul productiv şi astfel se înregistrează substanţiale sporuri de producţie.Poliploidia influenţează şi unele procese fiziologice astfel: cantitatea de hidraţi de carbon, de grăsimi, proteine, vitamine, săruri minerale este întotdeauna mai mare la formele poliploide comparativ cu cele diploide.Clasificarea formelor poliploide – în funcţie de numărul de garnituri cromozomice existente există 2 categorii de forme şi anume:

- forme euploide clasificate la rândul lor în: haploide şi poliploide;- forme aneuploide caracterizate prin mărirea sau micşorarea numărului de

cromozomi din celulele somatice cu unul sau mai mulţi cromozomi.Ca urmare a modificărilor numărului de garnituri cromozomice la formele euploide sau a numărului de cromozomi la formele aneuploide se înregistrează unele perturbări în echilibrul genetic al organismelor respective. Aceste perturbări sunt mai puţin pronunţate la formele euploide deoarece aici se modifică numărul de garnituri cromozomice şi practic toţi cromozomii suferă aceeaşi influenţă ca urmare a acestei modificări. La formele aneuploide, perturbările sunt mult mai pronunţate şi apar modificări morfologice şi fiziologice iar mărimea acestor modificări este cu atât mai mare cu atât cromozomii adăugaţi sau pierduţi conţin alele cu un grad ridicat de heritabilitate.Formele haploide au acelaşi număr de cromozomi în celulele somatice care în mod normal există în gameţi, din acest motiv se mai numesc şi monoploide şi dacă se obţin din formele din organismele poliploide se mai numesc şi polihaploide.Formele poliploide în funcţie de numărul de garnituri cromozomice pot fi: triploide cu 3x, tetraploide cu 4x, pentaploide cu 5x, şamd.În funcţie de originea garniturilor cromozomice care participă la obţinerea formelor poliploide, formele obţinute se clasifică în 2 categorii şi anume:

- autoploide- aloploide

Formele autoploide rezultă prin multiplicarea propriei garnituri cromozomice. Autoploidizarea este o consecinţă a unor perturbări apărute în timpul diviziunii celulelor somatice sau celulelor sexuale. Dacă aceste perturbări apar în mitoză se poate să nu mai migreze cromozomii spre cei 2 poli ai celulei şi astfel în loc de 2 celule fiecare cu 2n cromozomi se formează o singură celulă cu 4n cromozomi, o celulă tetraploidă.Când perturbările intervin în meioză este posibil ca în loc să apară celule haploide cu n cromozomi în urma diviziunii să se formeze celule sexuale diploide cu 2n cromozomi. Dacă prin unirea acestor 2 celule cu 2n cromozomi se formează un zigot triploid cu3n cromozomi.Avantajele formării organismelor poliploide rezultă din vigoarea mai mare a acestora, talia mai mare, flori mai multe, fructe, etc iar printre dezavantaje menţionăm faptul că datorită numărului mare de cromozomi omologi, unii rămân neîmperecheaţi, în meioză se formează astfel gameţi aneuploizi cu cromozomi în plus sau în minus şi care de regulă sunt sterili sau prezintă viabilitate redusă.În funcţie de numărul par sau impar al garniturii cromozomice, formele poliploide sau autoploide se împart în 2 categorii:

- cele cu număr par: 4x, 6x, 8x sunt cunoscute sub numele de arctioploide- cele cu număr impar: 3x, 5x, 7x, şamd sunt cunoscute sub numele de

perisoploide.Formele arctioploide se caracterizează prin faptul că fiecare cromozom are un

35

Page 36: Ameliorarea Plantelor Curs

partener cu care se poate uni şi astfel meioza decurge normal şi în final gameţii formaţi vor fi întotdeauna fertili.Formele perisoploide cu număr impar se caracterizează prin aceea că meioza nu decurge normal şi ca urmare a acestor inconveniente gameţii au mai mulţi sau mai puţini cromozomi, motiv pentru care aceştia vor fi sterili.Ar prezenta un avantaj şi aceste forme dacă se manifestă la speciile cu înmulţire vegetativă şi pot fi menţinute astfel mai multe generaţii.Formele aloploide iau naştere prin multiplicarea numărului de cromozomi ai unui zigot prin participarea a 2 sau mai multe garnituri cromozomice neasemănătoare, neomoloage, provenite de la specii diferite.Formele aneuploide se caracterizează prin pierderea a unuia sau 2 cromozomi sau prin adăugarea la garnitura cromozomică a unuia sau 2 cromozomi. Atunci când se pierde un cromozom, formele respective poartă numele de forme monozomice iar când se pierd 2 cromozomi se numesc nulizomice. Dacă se adăugă un cromozom la o pereche, formele se numesc trizomice, dacă se adaugă încă o pereche, forma respectivă se numeşte tetrazomică.Obţinerea formelor poliploide – există mai multe metode însă toate se bazează pe 2 direcţii de acţiune şi anume:

- blocarea cromozomilor în metafază prin inhibarea formării fusului nuclear şi astfel cromozomii nu mai pot migra spre cei 2 pomi;

- împiedicarea apariţiei peretelui despărţitor celor 2 celule, va rămâne o celulă cu 4n cromozomi, celula tetraploidă.

Numeroşi cercetători centralizează cercetările efectuate în această direcţie şi arată că din cele 2224 de specii cercetate reprezentând 90% din genurile care alcătuiesc flora Europei, 421 sunt diploide – 36% şi 1803 sunt poliploide cu aproape 64%.La speciile din zona nordică procentul de poliploidie la formele sălbatice depăşeşte 80 – 90%. La viţa de vie, formele tetraploide sunt descrise încă din anul 1929, de asemenea la pomi, arbuşti fructiferi, plante decorative, descrierile sunt din anul 1940 – 1946.Primele forme poliploide obţinute experimental au fost realizate de Gherasimov prin tratare cu temperaturi scăzute, eter şi cloroform a plantelor de Spirogira încă din anul 1890, mai târziu s-au utilizat şocuri de temperatură, centrifugarea celulelor meristematice în curs de diviziune, tratarea cu acid nitros a plantelor înflorite, stimularea poliploidizării prin acţiunea unor factori fizici şi chimici.Metoda şocurilor de temperatură constă în supunerea plantelor la temperaturi de 45-500C în momentul diviziunii celulare şi s-a constatat că aceste şocuri pot să provoace dublarea numărului de cromozomi.Metoda centrifugării se utilizează de asemenea la celulele meristematice în momentul diviziunii însă cea mai sigură şi folosită metodă pentru a obţine forme poliploide este colchicinizarea adică tratarea cu colchicină în soluţii de 0,01 – 0,5% a seminţelor în curs de germinare, a vârfurilor vegetative, a vârfurilor tulpinilor ramurilor sau a mugurilor vegetativi. În ceea ce priveşte dozele şi timpul de expunere s-a constatat că acesta diferă de la o specie la alta şi prin tatonare s-au determinat dozele critice dar care se încadrează între 0,01 şi 0,5% iar timpul de expunere între 3 ore şi 6 zile.

36