Hibridarea plantelor

Hibridarea reprezinta incrucisarea a 2 organisme avand ca efect contopirea in zigot a celor 2 baze ereditare.

Indivizii rezultati in urma hibridarii poarta denumirea de hibrizi.

Acesti hibrizi pot manifesta in mod diferit caracterele si insusirile provenite de la cei 2 parinti.

In cazul in care descendentii hibrizi exteriorizeaza caractere si insusiri de la ambii parinti, nu seamana preponderent cu unul dintre parinti sau cel in care nu seamana cu nici unul dintre genitori (exteriorizeaza caractere ori insusiri complet noi).

Importanta hibridarii: - Hibridarea este metoda de baza folosita in ameliorarea plantelor pentru cresterea variabilitatii genotipice in cadrul materialului initial (germoplasmei).

Acest aspect se justifica mai ales in ultimii ani ca urmare a utilizarii intensive a germoplasmei de baza si a epuizarii variabilitatii naturale existente in cadrul acestora.

Peste 95% din soiurile cultivate au origine hibrida, hibridarea este metoda care sta la baza cultivarii hibrizilor cu preponderenta la speciile alogame, hibrizi la care se manifesta efectul heterozis in generatia F₁, din acest motiv, in producerea de samanta in cazul cultivarii hibrizilor, aceasta metoda se foloseste cu o frecventa anuala.

Metoda propriu zisa a fost aplicata in urma descoperirii sexelor la plante (dupa anul 1600) iar bazele teoretice au fost elucidate de Mendel care pe baza a numeroase experimente cu incrucisari la mai multe specii a stabilit legile ereditatii.

Variabilitatea genotipica deosebit de ridicata care poate fi obtinuta prin hibridare (in generatia F₂ F_n) se explica pe baza actiunii 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 intre cromatidele nesurori ale cromozomilor omologi);

aparitia transgresiunilor respectivilor indivizi la care un anume caracter se manifesta intr-o masura mai mica decat la cel mai slab parinte sau intr-o masura mai mare decat la cel mai valoros parinte.

Aceste forme transgresive daca sunt valoroase au sanse foarte mari sa devina noi soiuri.

Codificarea generatiilor hibride: F₁, P₁ / P₂.

Metode de hibridare - Hibridarea se poate practica in diferite variante in functie de particularitatile biologice sau morfologice ale speciei si respectiv ale formelor parentale utilizate sau de obiectivele de ameliorare urmarite, de varietatea genotipica existenta in cadrul materialului initial.

O prima clasificare: in functie de modul de polenizare si reproducere a plantelor, hibridarea poate fi: naturala si artificiala.

Hibridarea naturala este un proces specific caracteristic speciilor heterogame, specific la: pomi, arbusti fructiferi, etc.

Ca urmare a hibridarilor naturale, variabilitatea genotipica la speciile vizate este suficient de mare, permitand sansa de creare a unor soiuri noi.

Hibridarea artificiala reprezinta interventia amelioratorului in anumite etape ale dezvoltarii plantelor sau de-a lungul procesului de dezvoltare in sensul dirijarii polenizarii, astfel pot exista 3 variante de hibridare in functie de modul cum polenul ajunge pe stigmatul florilor, respectiv:

1. hibridare cu polenizare libera
2. hibridare cu polenizare semilibera
3. hibridare cu polenizare dirijata (fortata)

Polenizarea libera consta in indepartarea organului de reproducere masculin de la genitorul mama si urmata de libera polenizare cu polen de la plantele alaturate sau de la parcela vecina.

Metoda este folosita la unele specii dioice sau la unele specii monoice (porumb) sau in procesul de producere de samanta la anumite specii.

Polenizarea semilibera reprezinta cultivarea celor 2 parinti (genitori) in randuri alaturate si introducerea inflorescentelor celor 2 inainte de inflorire sub acelasi izolator.

Samanta rezultata poate sa prezinte caractere diferite in functie de sensul hibridarilor respective sau reciproce.

Polenizarea fortata reprezinta castrarea florilor genitorului femel (mama), izolarea acestora, colectarea de polen de la genitorul patern (tata), polenizarea propriu zisa urmata de izolare si recoltarea separata a combinatiilor hibride.

Metoda are aplicabilitate la toate speciile.

In functie de gradul de inrudire a formelor parentale, hibridarea poate fi:

1. apropiata
2. indepartata

Hibridarea apropiata - pentru incrucisarea intre 2 parinti diferiti din cadrul aceleiasi specii si se mai numeste si hibridare intraspecifica.

Hibridarea indepartata consta in incrucisarea intre 2 parinti care apartin la nivele taxonomice diferite, ex: la 2 specii diferite rezultate din aceleasi gene se mai numeste si incrucisare interspecifica sau intre 2 genuri diferite (intergenerica) din aceeasi familie.

In cazul hibridarilor indepartate, apar unele dificultati ce micsoreaza sansele de reusita cauzate de factorii genetici, morfologici sau fiziologici si concretizate prin intersterilitatea formelor parentale si respectiv sterilitatea hibrizilor din F₁.

In functie de numarul de genitori (forme parentale) care stau la originea unui organism hibrid, hibridarea poate fi: simpla, complexa.

Hibridarea simpla reprezinta incrucisarea a 2 parinti, ex: 2 soiuri sau 2 linii cosangvinizate, nici una nici alta nu are hibrid.

Hibridarea complexa consta in incrucisarea a 2 parteneri din care cel putin unul are origine hibrida.

Hibrizii obtinuti in primul caz se numesc simpli iar in cel de-al doilea caz se numesc hibrizi complecsi.

Fiecare dintre cele 2 metode poate fi practicata in mai multe variante, in general in functie de pozitiile alese pentru genitori.

Hibridarea simpla - putem intalni una din variantele:

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

hibridare directa

hibridare reciproca

hibridare repetata

hibridare ciclica

hibridare dialela

Hibridarea directa - incrucisarea de tipul A * B, intotdeauna in formula hibridarii, forma mama este trecuta prima.

Hibridarea reciproca - incrucisarea de tipul B * A reprezinta schimbarea rolului genitorilor si se impune in unele cazuri de incompatibilitate.

In cazul in care lungimea stilului florilor este mai mica, forma respectiva va fi aleasa ca forma mama pentru a putea fi strabatuta mai usor de gametii masculi.

Hibridarea repetata - se mai numeste si regresiva, retroincrucisare, back-cross, reprezinta incrucisarea intre 2 forme parentale, dintre care una este mai putin valoroasa dar poseda o anume insusire sau un anume caracter dorit in urmatorul soi si care poarta numele de donor cu o forma parentala valoroasa din majoritatea punctelor de vedere dar care ii lipseste acea insusire de la donor purtand numele de RECURENT.

Organismele hibride rezultate prin combinatia donorului (A) cu cel recurent (B) se reincruciseaza timp de mai multe generatii cu recurentul in scopul fixarii caracterului ori insusirii de la donor.

Vor fi alese acele plante tipice care detin in timp si acele insusiri dorite de la parintele donor.

Cu fiecare generatie de retroincrucisare, proportia de participare a donorului se reduce cu cate o jumatate, forma de simbolizare a cestei metode este [(A * B) * B] * B etc, in functie de numarul de generatii in care facem retroincrucisarea. A * B₃ ~ AB₃.

In general hibridarea repetata este aplicabila cand se doreste preluarea unei insusiri de rezistenta (ex: la ger, seceta, boli) de la o forma spontana sau locala, in scopul transferarii la un soi deja valoros, in acest sens metoda da rezultate bune.

Metoda este mai eficienta atunci cand se doreste preluarea unui caracter controlat dominant sau controlat de un numar relativ mic de gene.

Se poate afirma ca metoda permite relativ usor transferarea unor insusiri, a unor caractere calitative si mai putin in privinta caracterelor cantitative.

Metoda poate fi practicata in 2 variante: directa sau reciproca.

Hibridarea ciclica reprezinta incrucisarea tuturor formelor dintr-o colectie cu o forma cunoscuta denumita tester sau analizator (T). A * T; B * T; C * T

T - tester A, B, C - formele din colectie.

Productiile obtinute de la fiecare combinatie hibrida in urma testarii in culturi comparative, ajuta la determinarea capacitatii combinative generale, metoda frecvent folosita in scopul alegerii celor mai valoroase forme parentale.

Hibridarea dialela reprezinta incrucisarea tuturor formelor dintr-o colectie, fiecare cu fiecare, atat direct cat si reciproc (A * B, A * C, A * D; B * A, C * A, D * A).

Metoda este folosita pentru determinarea capacitatii combinative specifice a posibilelor forme parentale.

Semintele combinatiilor hibride sunt semanate anul urmator in culturi comparative, la recoltare se determina productiile, in final putandu-se aprecia care este pozitia cea mai avantajoasa sau combinatia favorabila pentru un anume genitor.

Hibridarea complexa - metoda se foloseste pe de o parte pentru cresterea variabilitatii in cadrul surselor de germoplasma prin exploatarea populatiilor hibride in curs de segregare, la care se asociaza selectia individuala repetata anual cu cele 2 variante ale sale: selectia genealogica si selectia tardiva.

Pentru aceste metode se folosesc la speciile autogame, alogame hibridarea complexa, se foloseste pentru evitarea costurilor foarte mari generate de utilizarea hibrizilor simpli prin alte tipuri de exploatare a heterozisului si anume: hibridarea triliniara, hibridarea dubla si hibridarea multiliniara numita si testul top-cross sau poli-cross pentru acest tip de hibridari (hibridarea multiliniara) care mai poate fi numita si hibridare in masa si care reprezinta incrucisarea libera a mai multor forme valoroase, fie soiuri, fie linii cosangvinizate.

Hibridarea triliniara presupune incrucisarea in primul an a 2 linii cosangvinizate pentru obtinerea unui hibrid simplu, iar in al 2-lea an incrucisarea hibridului simplu cu o a treia linie cosangvinizata, alta decat cele 2 folosite initial.

Hibridarea dubla presupune incrucisarea in primul an a 2 linii cosangvinizate pe de o parte pentru obtinerea unui hibrid simplu, in acelasi an a altor linii tot pentru obtinerea unui hibrid simplu, iar in anul 2 se incruciseaza cei 2 hibrizi simpli si se obtine un hibrid dublu.

In hibridul dublu trebuie sa existe 4 linii cosangvinizate diferite sau 4 soiuri diferite. Utilizarea hibrizilor triliniari si a hibrizilor dubli se practica in productie pentru ca chiar daca efectul heterozis este ceva mai mic decat la hibrizii simpli, totusi costurile de producere a semintei hibride in generatia F₀ sunt mult mai mici in comparatie cu hibrizii simpli.

La hibrizii simpli triliniari, dubli, samanta in generatia F₀ trebuie sa fie obtinuta in fiecare an.

Hibridarea sintetica aceasta presupune incrucisarea libera intre mai multe linii cosangvinizate semanate in amestec iar din samanta obtinuta rezulta asa-numitele soiuri sintetice.

Toate categoriile de hibridare mentionate pana acum cu exceptia hibridarii de tip back-cross (sau recurenta, regresiva) fac parte din categoria hibridarilor apropiate, adica incrucisarile dintre forme din cadrul aceleiasi specii.

Se mai cunoaste si hibridarea intraspecifica sau hibridarea apropiata.

In functie de gradul de inrudire a genitorilor, exista si hibridarea indepartata adica intre forme apartinand la 2 specii diferite, 4 hibrizi interspecifici; 2 genuri diferite - hibridare intergenerica care se poate practica atat la speciile autogame cat si la speciile alogame.

De regula hibrizii indepartati se folosesc pentru transferul unor gene de rezistenta de la unele specii din flora spontana la soiurile ameliorate existente in cultura care sunt deficitare din acest punct de vedere.

Datorita diferentierilor de tip morfologic sau de tip genetic intre cele 2 forme care participa la hibridare, realizarea hibrizilor este suficient de dificila din cauza unor probleme care apar in aceste situatii.

Probleme speciale aparute in lucrarile de hibridare - hibrizii rezultati in urma incrucisarii interspecifice se caracterizeaza printr-o variabilitate foarte pronuntata la care se adauga o plasticitate ecologica, o adaptabilitate la conditiile de mediu mai buna decat a hibrizilor obisnuiti.

Problemele care apar in cazul hibridarilor indepartate sunt datorate intersterilitatii formelor parentale si sterilitatii hibrizilor in prima generatie.

Intersterilitatea formelor parentale este data de unele deosebiri morfologice, fiziologice, biochimice sau genetice intre cei 2 genitori folositi, astfel se intalnesc situatii cand polenul genitorului mascul nu germineaza pe stigmatul genitorului femel, se intalnesc cazuri cand germineaza dar tubul polenic nu poate strabate toata lungimea stilului pentru a fecunda ovulul.

Exista cazuri cand nu se poate forma zigotul, se intalnesc situatii cand samanta hibrida obtinuta nu poate germina sau plantele care s-au format nu ajung la maturitate.

In privinta deosebirilor de ordin morfologic s-au constatat diferente intre lungimea stilului la cei 2 genitori fapt care determina alegerea corecta a genitorului femel si mascul in sensul ca intotdeauna genitorul femel trebuie sa aiba stilul mai scurt decat a celui mascul.

In privinta deosebirilor de ordin fiziologic este posibil ca perioadele de vegetatie ale celor 2 genitori sa fie diferite si astfel nu se asigura coincidenta la inflorire.

In privinta deosebirilor genetice acestea sunt date fie de numarul cromozomilor, fie de gradul de omologie a acestora, fie de calitatea materialului genetic.

Problemele date din cauza intersterilitatii formelor parentale se rezolva prin cateva metode dupa caz si anume: hibridarea reciproca, tratarea organelor sexuale ale florilor cu substante stimulatoare sau inhibitoare de crestere, embriocultura, dublarea sau injumatatirea numarului de cromozomi la unul dintre genitori.

Hibridarea reciproca se foloseste in situatia in care unul din genitori prezinta un sistem de incompatibilitate care inhiba germinatia polenului celuilalt genitor si daca lungimile stilurilor celor 2 portiuni sunt diferite.

Astfel s-a constatat ca atunci cand se incruciseaza Phaseolus vulgaris cu Phaseolus multiflorus, procentul de reusita in hibridare este de 0,48%, in conditiile in care se schimba rolul genitorilor, adica forma materna este Phaseolus multiflorus si forma paterna Phaseolus vulgaris, procentul de obtinere a semintelor hibride ajunge pana la 42%.

Un aspect asemanator se intalneste la hibridarea intre Solanum tuberosum si Solanum acaule, situatie in care hibridarea nu reuseste deloc schimband rolul genitorilor, adica folosind hibridarea reciproca - Solanum acaule forma materna iar Solanum tuberosum forma paterna, hibridarea reuseste 100%, in acest caz hibridarea directa Solanum tuberosum * Solanum acaule nu reuseste din cauza ca polenul de la Solanum acaule dupa germinare nu reuseste sa strabata stilul mai lung la Solanum tuberosum ca genitor matern.

Tratarea cu substante stimulatoare sau inhibitori de crestere - se foloseste pentru cresterea gradului de germinare a polenului, pentru incetinirea sau fortarea infloritului la unul din genitori atunci cand nu exista coincidenta la inflorire.

Embriocultura se foloseste pentru eliminarea incompatibilitatilor manifestate la unele specii intre embrionul diploid si endospermul triploid al semintei, metoda consta in detasarea embrionului imediat dupa formare, trecerea acestuia pe un mediu special de cultura si cresterea in conditii "in vitro".

Dublarea sau injumatatirea numarului de cromozomi se foloseste pentru compatibilitatea garniturilor cromozomiale ale celor 2 parteneri pentru a reusi hibridarea.

Sterilitatea hibrizilor in F₁ - aceasta sterilitate se manifesta datorita diferentelor existente intre cei 2 gameti care participa la formarea zigotului in sensul ca imperecherea cromozomilor poate avea loc in totalitate, doar partial, sau se poate sa nu aiba loc, cu alte cuvinte sterilitatea hibrizilor in F₁ este data de deosebirile de ordin cantitativ si calitativ intre garniturile cromozomice ale celor 2 forme parentale.

Daca la incrucisare participa 2 genitori care au acelasi numar de cromozomi si garnitura cromozomiala, sunt omoloage, hibrizii rezultati sunt intotdeauna fertili.

Daca numarul de cromozomi este acelasi dar nu se inregistreaza omologie intre cele 2 garnituri, hibrizii obtinuti sunt partial sterili.

Daca nu exista nici acelasi numar de cromozomi si nici omologie intre acestia, hibrizii obtinuti sunt intotdeauna sterili.

Exista posibilitatea sa se manifeste aceasta sterilitate si din cauza unor conditii de mediu: temperaturi scazute, umiditate atmosferica nepotrivita in momentul fecundarii.

Pentru a putea utiliza acesti hibrizi in diferite procese de ameliorare, este obligatoriu sa se refaca fertilitatea acestora care este posibila prin 2 metode: prin hibridarea regresiva sau recurenta si prin dublarea numarului de cromozomi.

Astfel hibridarea recurenta se practica pentru eliminarea treptata a cromozomilor apartinand unui genitor si refacerea garniturii celuilalt genitor, de regula se elimina cromozomii genitorului mascul sau prin refacerea completa a genomului patern prin biotehnologii transferand un nucleu patern in citoplasma formei materne.

Eliminarea cromozomilor este posibila prin folosirea ca partener recurent a unuia dintre genitori si refacerea partenerului femel.

Dublarea numarului de cromozomi este de natura sa restabileasca omologia cromozomilor in celulele care vor da nastere la gameti, astfel diviziunea reductionala se va desfasura normal in urma dublarii garniturii prin tratarea cu colchicina in generatia F₀.

Dublarea numarului de cromozomi se face doar la speciile cu reproducere sexuata reprezentand importanta pentru hibrizii cu reproducere vegetativa pentru ca pe acesti hibrizi ii vom reproduce doar prin altoire, marcotare, butasire fara implicarea elementelor sexuale in reproducere.

Tehnica hibridarii - pentru ca lucrarile de hibridare sa fie eficiente este obligatoriu sa se parcurga cateva etape importante si anume: alegerea genitorilor, alegerea plantelor care participa la hibridare, alegerea florilor si inflorescentelor, toaletarea si izolarea florilor (inflorescentelor) castrarea florilor genitorului femel, polenizarea, controlul fecundarii, repetarea polenizarii daca este cazul, recoltarea fructelor hibride.

Alegerea genitorilor - practic este cea mai importanta etapa in sensul ca cei 2 parteneri, soiuri sau linii cosangvinizate trebuie sa fie supusi anterior unor studii hibridologice pentru a determina capacitatea lor combinativa.

De asemenea o conditie minimala este ca din punct de vedere al fondului de gene, cei 2 parteneri trebuie sa se completeze reciproc in privinta unor caractere si insusiri. Manifestarea unor elemente deosebite la hibrizii formati este cu atat mai puternica cu cat cei 2 parteneri sunt mai indepartati din punct de vedere geografic, se poate folosi unul din parteneri, soiul zonat in regiunea respectiva care se va incrucisa cu un partener dintr-o alta zona geografica dar care corespunde din punct de vedere al garniturii cromozomice si al omologiei cromozomilor.

Daca partenerii apartin la specii diferite, mai intai prin studii hibridologice se testeaza aptitudinea fiecarui partener la hibridarea indepartata alegandu-se rolul de femel sau mascul pentru fiecare dintre genitori.

Cele mai bune rezultate in hibridare se obtin atunci cand formele parentale sunt homozigote cel putin pentru caracterele si insusirile pe care dorim sa le transferam la noul hibrid, pentru aceasta trebuie sa utilizam liniile pure pentru speciile autogame si liniile cosangvinizate pentru speciile alogame.

Valoarea hibridologica se stabileste prin cele 2 tipuri de hibridare: hibridare ciclica cu care se determina capacitatea combinativa generala si hibridare dialela cu care se determina capacitatea combinativa specifica.

In cazul in care nu exista coincidenta, la inflorire este posibila folosirea fie a unor substante stimulatoare sau inhibitoare de crestere, folosirea unor metode fizice sau chiar insamantatul la epoci diferite: mai intai genitorii cu inflorire tardiva si apoi al 2-lea genitor cel precoce.

Alegerea plantelor care participa la hibridare - plante care manifesta vigoare si stare fitosanitara corespunzatoare.

Alegerea florilor si inflorescentelor - presupune identificarea florilor si inflorescentelor care vor fi cel mai bine hranite de planta respectiva (de la baza lastarilor) restul florilor eliminandu-se in totalitate.

Toaletarea florilor si inflorescentelor si izolarea acestora presupune ca din cadrul unor inflorescente sa se aleaga doar florile bine dezvoltate restul eliminandu-se cu o penseta dupa care se face izolarea cu o punga, cu o hartie de pergament sau cu un saculet de panza care acopera toata inflorescenta.

In momentul optim, inainte sa fi avut loc polenizarea naturala se castreaza genitorul femel.

Aceasta etapa presupune eliminarea florilor mascule daca acestea sunt pe aceeasi planta cu inflorescentele femele; eliminarea plantelor mascule daca cele 2 tipuri de flori sunt pe plante diferite si eliminarea elementelor sexuale mascule din floarea hermafrodita a genitorului femel.

Polenizarea se face in momentul in care stigmatul genitorului femel este apt pentru polenizare si anume cand acesta prezinta o turgescenta maxima si o secretie caracteristica pe suprafata stigmatului.

Polenizarea se face fie cu polen proaspat recoltat de la genitorul mascul fie cu polen conservat daca nu este posibila asigurarea coincidentei la inflorire.

In ceea ce priveste viabilitatea stigmatului aceasta este diferita de la o specie la alta si poate fi posibila fecundarea de la 1-2 ore pana la 2-3 zile.

Viabilitatea polenului tot este diferita dar acest aspect poate fi compensat prin conservarea polenului, la unele specii pastrarea acestuia putand ajunge mai multi ani la rand.

Polenizarea propriu-zisa se poate face cu trecerea polenului cu un tampon de vata de la genitorul mascul pe stigmatul genitorului femel, uneori adaugarea pe stigmat a unor substante care retin polenul mai multe ore (zile) dupa care se izoleaza rapid pentru a nu se produce polenizare straina.

La cateva zile se face controlul fecundarii, daca stigmatul este ofilit rezulta ca fecundarea a avut loc daca nu se poate face o repetare a polenizarii inflorescentelor izolandu-se din nou dupa care se fac lucrarile tipice de ingrijire pana la recoltarea fructelor hibride.

Selectia in populatiile hibride la speciile autogame - la aceasta categorie de plante metoda de selectie este selectia individuala repetata anual cu cele 2 variante ale sale: selectia genealogica si selectia tardiva.

Selectia genealogica consta in alegerea elitelor incepand cu generatia F₂ cand are loc segregarea caracterelor si apoi urmarirea separata a descendentelor fiecarei elite.

Daca descendenta unei elite este reprezentata de plante uniforme din punct de vedere morfologic inseamna ca exista si homozigotie totala a genelor si in acest caz descendenta respectiva va intra in campul de control si apoi va parcurge drumul prin toate verigile caracteristice selectiei individuale simple adica: camp de control, camp de culturi comparative de orientare, campuri de cultura orientate de concurs in statiuni de ameliorare si din nou campuri comparative de concurs in reteaua de omologare.

Daca descendenta unei elite prezinta exemplare neuniforme morfologic inseamna ca plantele sunt heterozigote pentru caracterele si insusirile pe care le urmarim si trebuie repetata alegerea elitelor.

Se aleg in acest caz plantele viguroase, sanatoase, care manifesta valori ale elementelor de productivitate care corespund obiectivelor noastre.

Aceste elite vor fi urmarite in continuare separat si dupa aceeasi logica, daca vor da descendente uniforme vor parcurge celelalte verigi ale procesului iar daca descendentele nu sunt uniforme se va proceda la o noua alegere a elitelor.

Acest proces va dura pana prin F₅  F₇ cand este posibil sa se ajunga la homozigotarea majoritatii caracterelor si insusirilor.

Selectia tardiva presupune inceperea alegerii elitelor mult mai tarziu, dupa 5-7 generatii, lasand mai intai plantele sa se homozigoteze si apoi sa se aleaga elite homozigote.