Germoplasma utilizata in ameliorarea plantelor

Germoplasma utilizata in ameliorarea plantelor

Germoplasma sau materialul initial in ameliorare reprezinta totalitatea formelor biologice cultivate sau spontane care sunt utilizate in procesul de ameliorare, pentru crearea de soiuri sau hibrizi superiori celor deja existenti sau pentru imbunatatirea celor deja create.

In functie de originea variabilitatii, germoplasma se clasifica in:

germoplasma de baza sau cu variabilitate masurata;

germoplasma nou creata sau cu variabilitate artificiala.

In functie de origine, germoplasma se clasifica in:

din flora spontana;

din formele cultivate.

In cadrul germoplasmei de baza se intalnesc 3 tipuri de germoplasma:

forme din flora spontana inrudite cu specia care se amelioreaza;

soiuri si populatii locale;

soiuri ameliorate.

Din cadrul germoplasmei nou create fac parte:

populatiile hibride in curs de segregare;

liniile cosangvinizate;

formele mutante;

formele poliploide.

Prin exploatarea resurselor genetice existente s-a ajuns la epuizarea surselor de gene pentru caractere si insusiri noi, astfel incat s-a impus gasirea de metode pentru cresterea variabilitatii la plantele cultivate.

Formele din flora spontana sunt utilizate in ameliorare datorita unor insusiri precum plasticitatea ecologica ridicata si rusticitatea.

Directia lor de utilizare consta indeosebi in transferul acestor insusiri catre soiuri deja ameliorate valoroase.

Soiurile si populatiile locale se remarca prin insusiri deosebite de rezistenta la factori climatici nefavorabili sau la unii agenti fitopatogeni.

Uneori prin lucrari de selectie artificiala, din aceste forme s-a putut ajunge la soiuri noi omologate, insa cel mai frecvent sunt utilizate ca si prima categorie.

Soiurile ameliorate reprezinta cea mai valoroasa sursa de germoplasma deoarece au deja imprimate insusiri superioare privind productivitatea, calitatea, rezistenta la boli si daunatori, etc.

Aceste soiuri pot fi doar imbunatatite prin lucrari de selectie iar pentru a se ajunge la crearea unui nou cultivar se impune si folosirea altor metode precum hibridarea, mutageneza, etc.

Populatiile hibride in curs de segregare reprezinta cea mai valoroasa sursa de material initial la speciile autogame.

Pentru crearea de soiuri noi, ne intereseaza plantele din generatiile segregante F₂ F_n cand pot fi identificate caractere si insusiri noi diferite de ale parintilor.

Pot sa apara forme transgresive - diferite de formele parentale.

Liniile cosangvinizate - cea mai valoroasa sursa de germoplasma la speciile alogame (plante heterozigote) care prin autopolenizare fortata, de-a lungul a mai multor generatii, se poate ajunge la izolarea unor biotipuri homozigote.

Prin incrucisarea unor astfel de linii se pot obtine hibrizi de la care se exploateaza in practica efectul heterozis.

Formele mutante si 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 initial - cercetatorii care se ocupa cu studiul germoplasmei de ameliorare, apreciaza ca in lumea vegetala exista intre 300000 si 500000 de specii din care circa 250000 au fost identificate si descrise, din acestea aproape 70000 de specii ar putea fi folosite de om in diverse scopuri dar doar 7000 au fost colectate si cultivate pana in prezent.

In ceea ce priveste hrana, 30 de culturi asigura necesarul pentru omenire si care reprezinta 95% din necesarul de hrana.

Alte surse mentioneaza 150 de specii folosite direct in alimentatie, 12 specii asigura peste 70% din hrana iar 4 dintre ele: orezul, graul, porumbul, cartoful acopera peste 50%.

In ceea ce priveste raportul energetic, cele mai importante culturi raman: orezul, graul, sfecla, trestia de zahar, porumbul si soia.

Se acorda o importanta deosebita surselor de germoplasma in vederea colectarii si studierii acestora, motiv pentru care in majoritatea tarilor din lume s-au creat institutii speciale care sa se ocupe de o anumita categorie de germoplasma.

Aceste institutii s-au infiintat in arealele unde o anumita specie intalneste cele mai favorabile conditii de cultura si unde exista cea mai mare incarcatura de gene pentru specia respectiva.

Institutiile sunt infiintate in centrele genice acolo unde exista cea mai mare diversitate de forme si cea mai mare variabilitate genetica pentru o anumita specie.

In cadrul F.A.O. s-a infiintat un organism special numit Comisia de Resurse Genetice, organism interguvernamental cu rolul de a gestiona toate activitatile legate de sursele de germoplasma.

In 2002 s-a semnat Tratatul International privind resursele genetice, instrument care stabileste termenii utilizati international, drepturile si obligatiile celor care lucreaza cu sursele de germoplasma.

Toate aceste instrumente, institutii, tratate, s-au infiintat datorita faptului ca fie prin selectie naturala fie prin activitatea oamenilor s-au constatat numeroase pierderi ale unor forme de plante sau chiar specii intregi.

Pentru colectarea materialului initial s-au initiat expeditii stiintifice, s-au infiintat colectii de germoplasma, parcuri stiintifice, rezervatii naturale, banci de gene.

In prezent exista colectii de plante care la cerere livreaza material biologic pentru ameliorarea speciilor respective, cele mai importante colectii in momentul de fata fiind la: Sankt Petersburg si la Beltsville in S.U.A, de asemenea colectii cunoscute care cuprind portaltoi sau hibrizi pentru vita de vie, se intalnesc numeroase colectii in: Italia, Franta, Spania care de asemenea colaboreaza cu amelioratorii pentru asigurarea materialului biologic.

Expeditiile stiintifice au inceput in secolul trecut, prima mare expeditie s-a realizat in 1923-1933 de catre Vavilov, cercetator rus care in acesti 10 ani a colectat peste 150000 de forme de plante.

Ulterior s-au organizat expeditii si de alti cercetatori: Hansen a facut o expeditie in Rusia si a colectat toate formele de mar rezistente la temperaturi scazute; Bukassov a facut o expeditie in America Centrala si de Nord de unde a colectat toate formele de cartof.

In fiecare tara unde exista program de ameliorare, cercetatorii au incercat sa colecteze toate formele de germoplasma din cultura sau din flora spontana pentru o specie pe care urmau sa o amelioreze.

In ceea ce priveste colectarea germoplasmei exista o regula de baza indiferent de provenienta germoplasmei, aceasta nu se introduce direct in campul experimental, in ideea prevenirii unor imbolnaviri cu agenti fitopatogeni necunoscuti sau a atacurilor unor insecte aduse odata cu materialul respectiv.

Astfel fiecare forma de germoplasma trece mai intai printr-un camp de carantina (1-2 ani) si daca starea fitosanitara a materialului este corespunzatoare atunci se introduce in campul de colectie.

In caz contrar materialul este distrus pentru ca bolile respective ar putea sa cuprinda si alte culturi.

Organizarea germoplasmei - materialul initial colectat sau primit si observat in campurile de carantina va fi trecut in campul de colectie in functie de anumite criterii geografice, taxonomice sau ameliorative; de regula se accepta ultimul criteriu in organizarea germoplasmei in campul de colectie, astfel se face o schita a campului de colectie si in functie de tipul de material avut la dispozitie, acest material se aseaza in parcele de dimensiuni corespunzatoare pentru ca materialul pastrat sa poata fi suficient in inceperea diferitelor procese de ameliorare.

Pentru speciile anuale fiecare forma de germoplasma trebuie sa cuprinda o suprafata de cel putin 20 m².

Pentru vita de vie, fiecare forma de germoplasma trebuie sa fie formata din cel putin 10 butuci, din care 5 pe radacini proprii si 5 pe portaltoiul adaptat pentru zona respectiva.

Speciile pomicole trebuie sa fie reprezentate in campul de colectie de cate 3-5 pomi in functie de talia acestora pentru fiecare forma de germoplasma.

Arbustii sunt reprezentati de cel putin 50 de tufe pentru fiecare forma de germoplasma.

Pentru lucrarile de ameliorare in viticultura, germoplasma este organizata in plantatiile ampelografice, cele mai importante astfel de plantatii in Romania sunt la: Valea Calugareasca, Odobesti, Dragasani, Minis, Greaca, Iasi, Dabuleni.

Pentru ameliorarea in pomicultura materialul se pastreaza in colectii pomologice iar colectiile sunt amplasate astfel:

Mar - Voinesti cu peste 850 de forme; Par - Cluj, Voinesti, Pitesti cu peste 650 de soiuri; Prun - Pitesti peste 700 de soiuri; Cais - Greaca peste 650 de soiuri;

Piersic - Murfatlar 850 de soiuri; Cires si Visin - Pitesti 525 de soiuri;

Cires 285 de soiuri; Visin, Nuc la Geoagiu 74 de soiuri; Gutui - Targu Jiu 40 de soiuri; Capsun, Coacaz, Afin, Mur, Zmeur - Cluj cu 540 de soiuri din care 258 Capsun.

Pentru legumicultura si floricultura, germoplasma se organizeaza pe suprafete de 5 - 10 m² daca speciile sunt anuale iar la multianuale 20 - 50 de plante.

Studiul germoplasmei - inainte de a incepe un proces de ameliorare este nevoie sa se cunoasca valoarea ameliorativa a materialului avut la dispozitie, motiv pentru care se face un studiu de cel putin 3 - 5 ani dupa intrarea pe rod la speciile perene.

Aceste studii au in vedere cunoasterea perioadei de vegetatie, cunoasterea diverselor fenofaze in corelatie cu factorii climatici, cunoasterea elementelor de productivitate, cunoasterea diferitelor insusiri fiziologice privind rezistenta la factorii de mediu, rezistenta la boli si daunatori, cunoasterea valorii nutritive a produsului principal, a diferitilor constituienti si din produsul principal a naturii chimice a acestor constituienti, cunoasterea pretabilitatii la diverse tehnologii de fabricare, de prelucrare, de conservare, de depozitare, etc.

Cunoasterea valorii genetice a materialului respectiv facandu-se studii hibridologice, cosangvinizari si autopolenizari pentru a vedea cum se transmit ereditar diverse caractere.

In urma acestor studii se face o inventariere a proprietatilor ameliorative pentru materialul din colectie, pentru ca in orice moment amelioratorul sa stie valoarea materialului pe care il are la dispozitie.

Pastrarea germoplasmei - toate sursele de germoplasma existente pe glob trebuie sa faca parte dintr-un program de pastrare in ideea de a nu se pierde unele gene valoroase, se apreciaza ca chiar si o ameliorare pronuntata conduce la pierderea unor gene care nu conditioneaza obiectivele urmarite, din acest motiv fiecare soi chiar daca este scos din productie si inlocuit, trebuie sa fie pastrat in vederea mentinerii acelor gene utile care pot servi pentru un alt proces de ameliorare.

Pe langa colectiile de germoplasma infiintate in centrele genice, exista tendinta de a se forma fonduri mondiale de germoplasma, pe de o parte in vederea conservarii, iar pe de alta parte pentru ca specialistii sa poata sa apeleze pentru sursele respective.

Pentru a exista un limbaj comun privind sursele de germoplasma, in Tratatul International semnat in 2002 se definesc principalele notiuni utilizate de amelioratori in vederea pastrarii germoplasmei:

Conservarea in situ inseamna pastrarea germoplasmei in arealele geografice in care s-au format aceste surse si unde se gasesc cele mai bune conditii de crestere si dezvoltare pentru speciile respective.

Conservarea ex situ inseamna pastrarea surselor de germoplasma intr-un alt mediu decat cel in care s-au format.

Material genetic inseamna orice categorie de material biologic care poate fi inmultit sexuat sau vegetativ si care contine unitati functionale ale ereditatii.

Centrele de origine reprezinta arealele unde s-au format diferite specii.

Centrele genice (de diversitate) reprezinta arealele in care se gaseste cea mai mare diversitate de forme.

In prezent exista urmatoarele sisteme de pastrare a germoplasmei: parcuri si rezervatii naturale, gradini botanice, banci de gene, culturi de celule si tesuturi.

In parcurile naturale, in rezervatiile naturale, sursele de germoplasma se pastreaza in mediul natural.

In toate tarile exista preocuparea de infiintare a acestor parcuri naturale cu caracter national: S.U.A. 34 de parcuri nationale cu peste 100000 de hectare; Canada 25 de parcuri nationale, 51 parcuri provinciale cu peste 200000 de hectare; Rusia 22 parcuri nationale plus numeroase rezervatii naturale; in Romania 130 de rezervatii naturale cu 80000 de hectare.

In gradinile botanice pastrarea se face "ex situ" unde formele de germoplasma cauta un echilibru dinamic si unde plantele sunt obligate sa traiasca nu asa cum s-au format ci in spatii izolate (unele) sau in anumite asociatii pe care nu le intalnesc in locul de origine.

Referat: Celula - esenta vietii (fenomene biotice) Referat: Fuel Cells (Celulele de combustibil)

Una din cele mai importante gradini botanice este Gradina Botanica Regala din Anglia infiintata in 1759.

In Romania cea mai mare gradina botanica este cea din Iasi cu circa 100 de hectare infiintata in 1856.

Cea mai sigura metoda de conservare in prezent este depozitarea in banci de gene unde daca sunt asigurate conditiile cele mai bune, pastrarea poate sa dureze peste 100 de ani.

Bancile de gene sunt institutii special infiintate care au urmatoarele obiective:

prospectarea si colectarea germoplasmei;

studiul privind efectul depozitarii asupra proprietatilor fizico chimice ale materialului

constientizarea cercetatorilor in ceea ce priveste valoarea acestui material.

Conditiile de pastrare difera de la o banca la alta insa se apreciaza ca cele mai importante conditii sunt:

umiditatea relativa a aerului sa nu depaseasca 15%;

temperatura pentru diferite celule de pastrare sa fie constanta pentru o pastrare indelungata - 20⁰C;

atmosfera cat mai saraca in O₂, cat mai bogata in CO₂ si absenta totala a luminii;

eliminarea riscului de influentare a semintelor in cazul unor radiatii ionizante, umiditatea semintelor sa fie de circa 4 - 5%.

In standardele FAO in colaborare cu Institutul International pentru resurse genetice, conditiile de pastrare se clasifica in 3 categorii:

1. conditii acceptabile
2. conditii preferabile
3. conditii ideale

Conditiile acceptabile - conservarea sub 0⁰C la un continut de umiditate a semintelor cuprins intre 3 - 7%

Conditiile preferabile - cand se asigura - 20⁰C la acelasi procent de umiditate.

Conditiile ideale - cand se asigura - 20⁰C, umiditatea semintelor de 5%.

Conditiile de pastrare in banca de la Fort Collins care poate depozita 180000 de probe de cate 450 grame sunt:

probe pastrate in tavi metalice, in incaperi de beton armat cu grosime de 150 de cm cu 10 camere de pastrare din care in 3 temperatura se mentine la - 12⁰C, in 7 camere temperatura de circa +4⁰C si umiditatea relativa de 52%;

verificarea germinarii semintelor se face la fiecare 5 ani si daca aceasta a scazut sub 50% se face o reinmultire a semintelor inlocuindu-se probele.

Banca de la Hirotsuga pastreaza probe de catre 120 cm³, in cutii cositorite la temperatura de - 10⁰C.

Banca de la Krasnadar pastreaza 500000 de probe in incaperi cu climatizare totala, in vase de sticla asezate pe stelaje metalice.

Banca de la Suceava pastreaza circa 100000 de probe, cladirea are 8 incaperi pentru pastrare, 4 pentru pastrare medie de 10 - 20 ani si 4 pentru pastrare indelungata, peste 100 de ani cu temperatura de - 20⁰C.

Variabilitatea germoplasmei - acest termen se refera la diferentierile care se observa sau care pot fi identificate prin analize privind caracterele si insusirile materialului initial.

Caracterele reprezinta totalitatea particularitatilor morfologice care diferentiaza un individ de altul.

Insusirile reprezinta proprietatile fiziologice, biochimice si tehnologice ale germoplasmei.

Caracterele pot fi de 2 feluri:

cantitative, care pot fi reprezentate numeric (numarari, cantariri)

calitative unde este vorba de unele particularitati ale plantei care diferentiaza diverse forme de germoplasma dar care nu se pot exprima numeric.

Totalitatea caracterelor si insusirilor unui individ formeaza fenotipul organului respectiv

Fenotipul este determinat pe de o parte de zestrea ereditara, pe de alta parte de interactiunea intre ereditate si conditiile de mediu.

Totalitatea caracteristicilor ereditare reprezinta genotipul unui material sau genotipul reprezinta eventualele gene provenite ca urmare a mutatiilor naturale.

Zestrea ereditara poate genera fenotipuri diferite in functie de conditiile de mediu in care s-a format organul respectiv astfel fenotipul poate fi considerat o rezultanta a interactiunii intre zestrea ereditara si conditiile de mediu.

Diferentierile care se observa in cadrul germoplasmei poarta numele de variatii iar fenomenul ca atare poarta numele de variabilitate.

Variabilitatea in cadrul germoplasmei - in ameliorarea plantelor este obligatoriu ca materialul initial sa prezinte o variabilitate suficient de mare in scopul identificarii si inmultirii acelor organisme cu caractere ori insusiri noi, care in final sa poata permite in mod real obtinerea de soiuri noi.

Variabilitatea este data de totalitatea diferentierilor privind caracterele si insusirile indivizilor dintr-o anumita populatie.

Caracterele sunt reprezentate de totalitatea particularitatilor morfologice, fiziologice, biochimice si pot fi grupate in functie de parametrii utilizati pentru exprimarea lor in caractere calitative si caractere cantitative.

Caracterele cantitative sunt cele care pot fi exprimate numeric si se refera la acele componente morfologice ce pot fi masurate precum: greutatea productiei, inaltimea plantelor, marimea fructelor, etc.

Valorile acestora inregistreaza o anumita variabilitate intr-un interval de minim si maxim.

Caracterele calitative se refera la elemente precum: culoare, forma, gust, etc si variaza in cadrul diferitelor grupe.

Insusirile se refera la particularitati de natura biochimica, tehnologica sau fiziologica precum rezistenta la scuturare, la ger, la boli, etc.

Suma caracterelor si insusirilor exteriorizate de un individ intr-un anumit stadiu de dezvoltare reprezinta fenotipul acelui individ.

Fenotipul este conditionat pe de o parte de zestrea ereditara a organismului iar pe de alta parte de interactiunea dintre aceasta si conditiile de mediu in care se dezvolta.

Genotip - totalitatea genelor (zestrea ereditara) unui individ provenite de la parinti sau unele aparute in urma mutatiilor naturale sau induse.

Manifestarea genotipului poate varia de la un individ la altul in functie de conditiile de mediu, ca urmare pentru crearea de soiuri noi este foarte important sa se poata separa marimea variabilitatii genotipice si ponderea acesteia din cadrul variabilitatii fenotipice totale.

Variabilitatea totala este data de suma tuturor variatiilor pe care le inregistreaza indivizii unei populatii, la randul lor aceste variatii pot fi clasificate dupa diverse criterii rezultand astfel si diferite tipuri de variabilitate (De ex: in functie de cauza care le provoaca putem avea variatii genetice (genotipice, ereditare) si somatice (negenetice, neereditare).

Variatiile neereditare mai pot fi intalnite si sub denumirea de modificatii, sunt determinate de diverse conditii de mediu si nu intereseaza in procesul de ameliorare decat foarte putin si rareori cand fac adaptarea organismelor la anumite conditii de mediu.

In ameliorare factorul care poate fi realmente exploatat ramane variabilitatea genotipica respectiva cea data de variatiile genetice.

Pentru determinarea variabilitatii fenotipice si genotipice, ameliorarea plantelor se foloseste de anumiti indicatori ai statisticii biologice: varianta, abaterea standard, coeficientul de variabilitate, coeficientul de heritabilitate.

Varianta (s²) reprezinta dispersia valorilor individuale ale unui caracter in cadrul unei populatii statistice de indivizi si este data de relatia: s²=

x - valorile individuale ale caracterului analizat, n - numarul de indivizi analizati.

Abaterea standard (s) este

Coeficientul de variabilitate (s%) s%=;

- media aritmetica

Coeficientul de heritabilitate (h²) reprezinta marimea variabilitatii genotipice din variabilitatea fenotipica totala, se calculeaza: h²=

s²g - variabilitatea genotipica;

s²f - variabilitatea fenotipica.

S²f=s²g + s²Mediu

La speciile autogame: s²g=0 s²f=s²m

Aceasta relatie se regaseste efectiv in practica, respectiv lucrarile de selectie la autogame sunt indeficiente sau sunt suficiente un singur an.

La speciile alogame la care in procesul de polenizare se contopesc gametii diferiti din punct de vedere genetic, rezulta indivizi cu constitutie genetica diferita de a parintilor, acest proces fiind amplificat si de fenomenul de recombinare, ca urmare o populatie dintr-o specie alogama va fi din punct de vedere genetic heterozigota si in dinamica de la o generatie la alta, ca atare influenta conditiilor de mediu va fi mai mica in manifestarea variabilitatii fenotipice totale (s²f)  s²f = s²g + s²m.

Pentru determinarea varietatilor genotipice si a coeficientului de heritabilitate se procedeaza la cultivarea timp de 2 ani la rand, in aceleasi conditii de mediu si tehnologice a 2 generatii hibride: F₁ si F₂

Pentru F₁: s²f (F₁) =s²g (F₁) + s²m (F₁)s²F (F₁) =s²M (F₁)

F₂: s²(F)(F₂) =s²G (F₂)+s²M (F₂)s²G (F₂) =s²F (F₂) - s²F (F₁) h²F (F₂) =

Valorile rezultate pentru h² pot fi exprimate zecimal, fiind cuprinse intre 0 si 1 sau procentual cuprinse intre 1 si 100%.

Cu cat aceste valori sunt mai apropiate de 100 cu atat sansele lucrarilor de selectie sunt mai mari.

Metode de ameliorare - initierea unui proces de ameliorare presupune stabilirea unei planificari care sa tina cont de materialul initial existent, de posibilitatile tehnologice si de obiectivele urmarite.

In functie de aceste elemente se va alege si complexul de metode pentru ameliorare: selectia, hibridarea, cosangvinizarea, mutageneza, poliploidia, hibridarea somatica, mutatiile "in vitro", androgeneza.

Selectia reprezinta procesul natural sau artificial care permite supravietuirea si inmultirea indivizilor cel mai bine inzestrati.

Pentru ameliorare intereseaza selectia artificiala in urma careia amelioratorul alege, retine si inmulteste plantele care corespund obiectivelor de ameliorare.

Metoda in sine a stat la baza aparitiei plantelor cultivate si actualmente completeaza toate celelalte metode de ameliorare.

Daca se practica in germoplasma de baza se poate spune ca un soi este creat doar prin selectie iar daca vine in completarea acestor metode se va specifica faptul ca soiul respectiv este obtinut prin hibridare + selectie, mutageneza + selectie, etc.

Selectia naturala favorizeaza in supravietuirea si inmultirea organismelor care se adapteaza cel mai bine la conditiile de mediu si elimina indivizii mai slabi, aceasta actioneaza in cadrul unor populatii vaste.

Selectia artificiala vizeaza retinerea si inmultirea indivizilor care corespund obiectivelor de ameliorare si adesea directia de actiune este in sens invers selectiei naturale.

Bazele teoretice si efectele selectiei - eficienta lucrarilor de selectie depinde de un complex de factori care se refera la: variabilitatea materialului biologic in ceea ce priveste caracterele si insusirile urmarite, modul de polenizare al plantelor, modul de reproducere, de heritabilitatea caracterelor si insusirilor.

Ca atare lucrarile de selectie se vor aplica in variante diferite tinandu-se cont in prezentarea lor in primul rand de modul de reproducere si polenizare al plantelor si de tipul de material biologic in care se practica selectia.

La speciile cu reproducere sexuata, in functie de modul de polenizare se regasesc specii autogame si alogame.

La autogame (polenizarea cu polen propriu) datorita faptului ca parintii si respectiv gametii sunt identici din punct de vedere genetic, indivizii sunt de asemenea identici genetic fiind practic homozigoti.

Ca atare posibilele variatii manifestate fenotipic se datoreaza conditiilor de mediu. Coeficientul de heritabilitate este foarte redus iar eficienta lucrarilor de selectie intr-o populatie autogama este nula.

La speciile alogame (se polenizeaza cu polen strain) si la care nu se cunoaste decat forma mama, zigotul se formeaza prin contopirea a 2 gameti diferiti din punct de vedere genetic si ca atare rezulta indivizi cu o constitutie genetica diferita de a parintilor si in acelasi timp datorita recombinarilor pot sa apara indivizi cu o constitutie genetica absolut noua.

Acesti indivizi sunt heterozigoti, ca atare populatiile alogame sunt din punct de vedere genetic intr-o continua schimbare iar ponderea varietatii genotipice din variabilitatea fenotipica totala este comparativ cu autogamele mai mare, rezulta ca si eficienta lucrarilor de selectie este mai mare.

La speciile intermediare (Bobul) la care se pot intalni in procente relativ egale atat cazuri de autogamie cat si alogamie, se poate aprecia ca eficienta selectiei creste odata cu plantele polenizate cu polen strain.

La speciile cu reproducere pe cale vegetativa, constitutia genetica a indivizilor este asemanatoare, ca atare si variabilitatea genotipica este practic inexistenta iar lucrarile de selectie vor prezenta o eficienta foarte redusa.

Exista cazuri rare cand pot aparea mutatii spontane si prin inmultirea acestora sa se poata ajunge la obtinerea unui soi nou.

Termeni si simboluri in selectie:

Planta elita (elita) reprezinta planta sau o parte din planta care este aleasa, retinuta, studiata si inmultita in timpul procesului de selectie, ca urmare aceasta trebuie sa corespunda obiectivelor stabilite prin programul de ameliorare.

In general la o planta elita se urmaresc: productivitatea, calitatea productiei, rezistenta la factorii de mediu nefavorabili sau alte insusiri sau caractere specifice dar intotdeauna se va tine cont de greutatea produsului util.

Plantele elita se aleg in 2 etape: intr-o prima etapa facandu-se observatii in camp cand se apreciaza vigoarea, starea fitosanitara, unele componente morfologice ale capacitatii de productie, pentru ca in a doua faza plantele retinute sa fie aduse in laborator si supuse unor determinari asupra caracterelor cantitative, asupra calitatii productiei, etc.

Alegerea propriu zisa a plantelor elita se poate realiza din campul de alegere, din campul cu hibrizi, din campul cu forme mutante sau din oricare camp de ameliorare ori de productie (daca este vorba de autogame).

Plantele obtinute in urma inmultirii unei elite poarta numele de descendente si se regasesc denumiri diferite ale descendentelor in raport cu modul de reproducere al plantelor sau cu generatia in care se gasesc acestea.

La autogame descendenta unei elite poarta numele de linie genealogica (sau linie) iar ansamblul unor descendente provenite de la o elita poarta numele de arbore genealogic sau pedigreu.

La alogame descendenta unei elite se numeste familie sau familie genealogica.

La speciile cu inmultire vegetativa rezulta clona sau linia vegetativa.

Notiunea de linie pura se refera la o populatie formata din indivizi complet homozigoti si putem vorbi de acest termen la autogame.

Linia cosangvinizata este formata dintr-o populatie de indivizi homozigoti intalnita la alogame, in general plantele elita primesc in momentul alegerii si retinerii un numar sau un cod care se va inregistra intr-un registru special de evidenta si care se va mentine pe tot parcursul ciclului de ameliorare.

Descendentele elitelor pot fi notate cu literele alfabetului (A, B, C) sau D₁, D₂ Liniile cosangvinizate in generatii succesive se noteaza cu C₁, C₂ C_n

Formele mutante: M₁, M₂ M_n.

Formele hibride: F₁, F₂ F_n.

Metodele de selectie - aceste metode pot fi clasificate in functie de modul de alegere, de urmarire si de inmultire a plantelor elita in 2 mari grupe:

selectia in masa

selectia individuala

Ambele metode se pot aplica in diferite variante, in functie de structura genetica a materialului folosit, in functie de modul de polenizare si reproducere a plantelor, in functie de obiectivele urmarite.

Selectia in masa consta in notarea, studierea, retinerea si inmultirea plantelor elita, in amestec, tinandu-se cont doar de manifestarea fenotipica a caracterelor si insusirilor urmarite.

In esenta descendentele elitelor se retin si se insamanteaza in masa (in amestec), in general in cadrul selectiei in masa, numarul elitelor retinute este foarte mare.

Selectia in masa este cea mai veche metoda de selectie utilizata la inceput empiric si sta la baza existentei actualelor soiuri si populatii locale.

Prezinta avantajul ca se poate aplica usor si este rapida, dar in acelasi timp are si cateva dezavantaje: nu se tine cont de variabilitatea genotipica si de heritabilitatea caracterelor si insusirilor valoroase si ca atare elitele valoroase se pot pierde in masa de material sau elitele nevaloroase genotipic dar cu un aspect fenotipic corespunzator pot detine o pondere mai mare in amestecul respectiv si ca rezultat in timp poate avea loc o depreciere a intregului material.

Selectia in masa se poate practica in 2 variante:

selectia in masa negativa;

selectia in masa pozitiva.

Selectia in masa negativa consta in alegerea, retinerea si inmultirea a unui numar foarte mare de plante elita inainte de inflorire iar restul materialului este eliminat.

In procesul propriu zis de ameliorare, metoda este mai putin folosita, in general intalnita atunci cand se urmareste imbunatatirea unor caractere cantitative: talia plantelor, numarul sau greutatea fructelor.

Cel mai frecvent, metoda se foloseste in procesul de producere de samanta, fiind cunoscuta sub denumirea de purificare biologica.

Selectia in masa pozitiva presupune alegerea unui numar mai redus de plante elita, respectiv circa 5-10% din numarul total de plante, descendentele acestora fiind urmarite in amestec.

Metoda se practica in mai multe variante, in functie de numarul de ani, de alegeri de planta elita: cu o singura alegere (simpla); cu mai multe alegeri (repetata); pe grupe de plante.

Selectia in masa pozitiva simpla consta in alegerea de plante elita intr-un singur an urmata de inmultirea in amestec a descendentilor si compararea acestora cu materialul initial din care au provenit pentru ca in final sa poata fi trecute in productie.

Poate da rezultate la speciile autogame, formate dintr-un material cu un oarecare grad de heterogenitate.

Selectia in masa pozitiva repetata fata de prima varianta consta in alegerea, retinerea si inmultirea timp de mai multi ani a plantelor elita.

Metoda este practicata cu preponderenta la speciile alogame, alegerea de plante elita se face din al 2-lea an din campurile de inmultire.

Selectia in masa pozitiva pe grupe de plante consta in alegerea de plante elita si gruparea acestora pe mai multe grupe in functie de anumite insusiri.

In cadrul fiecarei grupe, descendentele sunt urmarite in masa.

Selectia individuala se foloseste in toate situatiile indiferent daca sunt specii autogame sau alogame, este superioara selectiei in masa deoarece urmareste aspectul fenotipic al plantelor, valoarea biologica a fiecarei descendente rezultata prin inmultirea elitelor.

In functie de materialul urmarit si anume speciile autogame, speciile alogame, populatiile hibride in curs de segregare, liniile cosangvinizate, formele mutante, speciile cu inmultire sexuata, speciile cu inmultire vegetativa, selectia individuala se practica in 3 variante:

selectia individuala simpla

selectia individuala repetata anual

selectia clonala

Datorita nenumaratelor procese de exploatare a variabilitatii materialului natural, a surselor de germoplasma, s-a ajuns acum ca variabilitatea sa fie foarte redusa si practic sa se reduca posibilitatea da a mai alege elite fara a interveni cu metode de creare a variabilitatii.

Aceste motive au dus la identificarea posibilitatilor de marire a variabilitatii in cadrul materialului initial, acestea fiind: hibridarea, urmata de segregarea caracterelor, cosangvinizarea care determina desfacerea populatiilor in biotipurile constituiente, mutatiile, poliploidia si ingineria genetica.

Selectia in cadrul soiurilor locale si ameliorate la speciile autogame - soiurile locale sunt alcatuite dintr-un oarecare numar de biotipuri, motiv pentru care variabilitatea este mai pronuntata comparativ cu soiurile ameliorate si deci ar exista o oarecare posibilitate de selectie.

In cadrul soiurilor ameliorate, la speciile autogame daca nu intervin unii factori perturbatori, structura genetica a acestor soiuri ramane aceeasi de-a lungul generatiilor.

Aceste soiuri sunt alcatuite din organisme practic homozigote care au luat nastere prin contopirea a 2 gameti identici din punct de vedere genetic, din acest motiv daca datorita unui factor perturbator apar unele diferentieri intre indivizii unui soi, separarea acestora intr-un singur an o singura data, contribuie la epuizarea completa a variabilitatii si ca urmare continuarea selectiei mai mult de un an este ineficienta.

Acest fapt a fost studiat pentru prima data in anul 1903 de catre Johansen care a studiat soiul de fasole (autogama) Princessa pe o perioada de 6 ani incercand sa observe efectele selectiei la aceasta specie, astfel din campul de colectie a ales 19 plante care se diferentiau prin marimea boabelor si deci prin greutatea a 1000 de boabe.

A semanat samanta fiecarei plante separat pe cate un rand, a recoltat samanta de la fiecare descendenta separat si apoi a ales din samanta fiecarei descendente boabele cele mai mari si cele mai mici pe care le-a semanat pe cate un rand.

A continuat sa faca aceasta separare timp de 6 ani consecutiv iar la sfarsitul experimentului a constatat ca masa a 1000 de boabe pentru fiecare elita cu care a pornit, atat pentru plantele care proveneau din semintele mici cat si pentru plantele care proveneau din semintele mari era aceeasi.

A concluzionat si a publicat in 1903 faptul ca la speciile autogame nu are rost sa se continuie selectia mai mult de un an deoarece prin autopolenizare prin unirea gametilor identici genetic, descendentele vor ramane aceleasi, cu alte cuvinte selectia este eficienta numai pana la obtinerea liniilor pure, astfel pentru speciile autogame cea mai potrivita metoda de selectie este selectia individuala simpla sau selectia cu o singura alegere, aceasta se desfasoara dupa urmatoarea schema:

in campul de alegere se face un studiu al materialului pe intreaga perioada de vegetatie, dar obligatoriu inainte de inflorit si inainte de recoltare si se extrag elitele;

- acestea etichetate se aduc in laborator pentru analiza unde se determina din nou valorile elementelor de productivitate si se clasifica in functie de unele limite stabilite prin obiectivele de ameliorare

- dupa studiul in laborator se retin pentru a fi semanate in anul urmator acele exemplare care se situeaza in limitele stabilite pentru cele mai multe dintre caracterele urmarite dar intre care trebuie sa se incadreze obligatoriu greutatea produsului principal;

in anul urmator samanta obtinuta de la fiecare planta in parte se seamana in campul de selectie

in campul de selectie fiecare elita se seamana pe cate un rand la distante mai mari intre plante pe rand decat in cultura obisnuita si la fel in distante mai mari intre randuri pentru a se asigura un potential mai mare de inmultire prin spatiul nutritiv pe care il vor avea plantele la dispozitie, in vederea obtinerii unei cantitati mai mari de seminte de la fiecare planta

in timpul perioadei de vegetatie se observa campul de selectie in totalitatea sa si se fac observatii la fiecare planta din cadrul fiecarei descendente, ca urmare a acestor observatii se vor elimina descendentele care nu corespund din punct de vedere al obiectivelor urmarite (vigoare, capacitatea de productie) iar daca in cadrul unor descendente care chiar isi manifesta superioritatea fata de altele, daca exista o singura planta atacata de o boala se elimina intreaga descendenta

- la recoltare samanta fiecarei descendente se pastreaza separat si va fi semanata in anul urmator in campul de control si in acest camp distantele intre randuri si plante pe rand vor fi mai mari decat in cultura obisnuita.

- se vor face aceleasi observatii in timpul perioadei de vegetatie, se vor elimina descendentele necorespunzatoare iar samanta de la fiecare descendenta valoroasa se va pastra separat si se va semana in anul urmator in campul de culturi de orientare.

incepand din aceasta veriga tehnologica, semanatul se face mecanizat cu desimea obisnuita, se vor asigura lucrarile de ingrijire specifice pentru cultura respectiva si se vor face observatiile si determinarile biometrice caracteristice.

- aprecierea capacitatii de productie pentru fiecare descendenta in parte se va face pe baza valorilor elementelor de productivitate iar daca exista o cantitate suficienta de material se vor face si cantariri si chiar unele procesari tehnologice in vederea determinarii insusirilor calitative.

Este posibil ca la sfarsitul celor 2-3 ani cat trebuie sa ramana descendentele in cadrul acestei verigi biologice sa se detaseze prin valoarea lor cateva descendente, este posibil ca unele sa se situeze la limita erorilor, rezultatele sa nu fie complet edificatoare, dupa cum este posibil ca unele dintre linii sa nu-si manifeste valoarea, ultimele vor fi eliminate, cele in care nu avem completa incredere vor mai ramane inca un an in aceasta veriga biologica iar cu liniile foarte bune se organizeaza in aniii urmatori culturile comparative de concurs, in cadrul acestora se vor respecta normele de tehnica experimentala in ceea ce priveste marimea parcelei, numarul de repetitii, observatiile efectuate, analizele necesare, calcularea rezultatelor, interpretarea acestora.

Durata culturii comparative de concurs este de 3-4 ani normali climatic pentru speciile anuale si 3-4 ani de rod pentru speciile perene.

La finalul acestei perioade una sau doua linii care se vor evidentia prin valoarea productiei, prin calitatea acestuia, prin starea fitosanitara se vor propune pentru omologare si zonare la Ministerul Agriculturii care il va trimite in reteaua de incercari pentru o noua perioada de experimentare egala cu cultura comparativa de concurs din statiunile de cercetare si unde va concura cu alte linii de la alte statiuni de cercetare, de soiurile zonate in regiunile in care se face experimentarea cu soiuri din import. Linia care se detaseaza total fata de celelalte se va considera drept soi, se va inscrie in registrul soiurilor cu o descriere care sa difere fata de restul materialului existent deja in cultura.

Selectia in cadrul soiurilor locale si ameliorate la speciile alogame - la aceste plante soiurile sunt constituite din amestecuri de organisme heterozigote, aceasta deoarece in fiecare generatie, plantele se incruciseaza liber intre ele, fiecare zigot fiind format din contopirea a 2 gameti diferiti genetic.

La aceasta categorie de specii extragerea elitelor se face doar pe linie materna si nu exista posibilitatea de a se cunoaste, de a se aproxima macar genotipul descendentilor. Prin polenizare libera se vor produce numeroase recombinari, astfel ca este impiedicata fixarea genelor valoroase intr-un singur genotip.

Eficacitatea selectiilor in cadrul acestui material depinde de fondul genetic existent in materialul respectiv, de echilibrul genetic al populatiei precum si de efectul urmarit.

Notiunea de fond de gene a fost introdusa pentru prima data in 1951 de Dobzanskg, prin aceasta intelegandu-se totalitatea genelor care controleaza caracterele si insusirile unei populatii.

De-a lungul generatiilor datorita recombinarilor care apar se pot intalni genotipuri diferite dar numarul de gene si echilibrul genetic raman neschimbate.

Stabilitatea unei populatii se considera ca este determinata de o anumita frecventa a genelor si genotipurilor care compun populatia respectiva si care poarta numele de echilibru genetic.

Mecanismele care controleaza acest echilibru genetic au fost determinate de Hardy si Weimberg in 1908 si care au enuntat o lege a echilibrului genetic - Legea Hardy Weimberg si care are urmatorul enunt:

intr-o populatie panmictica nelimitata, in care organismele se pot incrucisa liber pe baza de hazard, in absenta unor factori perturbatori cum ar fi mutatiile, migratiile de gene, driftul genetic si selectia, frecventa initiala a genelor precum si a genotipurilor se mentin neschimbate de la o generatie la alta, altfel spus indiferent de numarul genelor dominante, numarul genelor recesive, populatia se mentine in echilibru deoarece incrucisarile au loc pe baza de probabilitate, intamplator si se pot intalni absolut toate combinatiile posibile.

Echilibrul genetic al unei populatii se schimba datorita acestor factori perturbatori si anume abaterile de la panmixie + migratia genetica, drifturile genetice, etc.

Abaterile de la panmixie se manifesta in situatia in care intr-o populatie exista unele organisme cu predispozitie spre autofecundare sau o predispozitie pentru o fecundare preferentiala unor organisme asemanatoare, astfel ca la unele specii se constata un procent de autogamie pana la 4-5% care chiar daca este atat de mic, in timp se acumuleaza si poate duce la aparitia unor genotipuri noi in detrimentul altora, fondul de gene insa ramane neschimbat.

Mutatiile - acestea pot sa transforme o gena sau mai multe gene in alelele lor, conducand la schimbarea frecventei genelor si implicit a echilibrului genetic.

Daca numarul de mutatii pozitive este egal cu numarul de mutatii negative, se ajunge la o noua stare de echilibru genetic fara sa se exteriorizeze si in fenotip.

Migratia de gene - aceasta se poate intalni cand 2 populatii apropiate in spatiu au o frecventa diferita pentru aceleasi gene si daca datorita apropierii au loc schimburi de gameti.

Migratia se poate face anemofil, entomofil si daca este intamplatoare si nu directa mai multi ani, se revine la echilibrul initial.

Daca migratia dureaza mai mult, se modifica si frecventa genelor si implicit si echilibrul genetic.

Driftul genetic se intalneste in cazul unei populatii reduse numeric unde numai anumite combinatii de gameti au sanse sa se intalneasca, determina schimbarea echlibrului genetic.

Pentru evitarea acestui neajuns, in practica ameliorarii se stabileste un numar minim de exemplare cu care se lucreaza pentru a nu se ajunge la aparitia acestui fenomen,

selectia (naturala/artificiala) care influenteaza in cea mai mare masura echilibrul genetic al unei populatii, deoarece elimina de la inmultire exemplarele neproductive, neadoptate, sanitar necorespunzatoare si astfel se modifica frecventa genelor si echilibrul genetic.

Efectul selectiei artificiale este conditionat de determinismul genetic al caracterului urmarit si de frecventa initiala a genelor care determina caracterul respectiv, astfel daca se urmareste eliminarea dintr-o populatie a unui caracter determinat de o gena dominanta, acest lucru este posibil intr-un singur an prin eliminarea de la inmultire a exemplarelor care manifesta caracterul respectiv (astfel sa presupunem ca avem un caracter determinat de o gena dominanta) eficienta selectiei in acest caz se manifesta doar in conditiile in care gena recesiva se regaseste in cadrul materialului jumatatii de planta unde au flori rosii conditionate dominant si jumatate de planta au flori albe adica gena recesiva este homozigota.

La acest grup de plante se pot incerca toate metodele de selectie (selectia in masa, selectia simpla sau selectia repetata, selectia individuala simpla sau repetata anual)

Selectia in masa presupune identificarea si extragerea elitelor care corespund obiectivelor urmarite, amestecarea semintei si inmultirea acestora in amestec in anul urmator, aceasta este selectia in masa cu o singura alegere.

Selectia in masa repetata presupune ca in anul 2 sa se faca o noua extragere de elite, amestecarea semintelor si inmultirea in anii urmatori.

Selectia individuala simpla presupune extragerea elitelor din campul de alegere, recoltarea separata a semintei de la fiecare elita, semanatul in anul urmator separat pentru fiecare elita, verificarea descendentelor obtinute, retinerea doar a celor corespunzatoare si amestecul familiilor superioare.

O varianta a acestei metode este cunoscuta sub numele de "jumatatea din cantitatea de samanta pe rand" imaginata de Hopkins in 1887, metoda care presupune extragerea elitelor, recoltarea separata a semintelor de la fiecare elita, impartirea semintelor in 2 parti egale din care jumatate se pastreaza, jumatate se seamana, se urmaresc descendentele iar in anul urmator samanta pastrata se amesteca in functie de valoarea descendentelor din camp.

Selectia individuala repetata se face prin dirijarea polenizarii pentru a se elimina polenizarea nedorita, metoda fiind asemanatoare cu selectia individuala numai ca se face o noua extragere a elitelor si dupa amestecul semintelor valoroase.

Selectia in cadrul soiurilor locale si ameliorate la speciile cu inmultire vegetativa - la aceasta categorie de plante este eficienta doar o singura metoda: o varianta a selectiei individuale: selectia clonala care presupune 3 etape:

cu examen prealabil

cu examen mediu

cu examen principal

Durata acestora fiind mai mica pentru speciile anuale si mai mare la speciile perene (> 25-30 de ani).