RESURSE GENETICE VEGETALE

CUPRINS

INTRODUCERE

7

I. PR INCIPII GENERALE 9 1.1. Definirea biodiversit ii

9 10

1.2. Sursele i evolu ia biodiversit ii II. SURSELE DE GERMOPLASM 2.1. Importan a germoplasmei 2.2. Clasificarea germoplasmei 2.3. Colectarea germoplasmei 2.4. Organizarea germoplasmei 2.5. Studiul germoplasmei 2.6. P strarea germoplasmei 25 26 13 13 16 20 23

2.7. Variabilitatea n cadrul germoplasmei

30

III. METODE IN UTILIZAREA GERMOPLASMEI 37 3.1. Selec ia 3.2. Hibridarea 37 41

IV. UTILIZAREA RESURSELOR GENETICE VEGETALE 54 4.1. Utilizarea resurselo r genetice n amelior area grului 2 54

4.2. Utilizarea resurselo r genetice n amelior area secarei 4.3. Utilizarea resurselo r genetice n amelior area o rzului 4.4. Utilizarea resurselo r genetice n amelior area o rezului 4.6. Utilizarea resurselo r genetice n amelior area f asolei 4.7. Utilizarea resurselo r genetice n amelior area soiei 64

57 59 60 63

4.5. Utilizarea resurselo r genetice n amelior area p orumbului 61

4.8. Utilizarea resurselo r genetice n amelior area florii soarelui 66 V. EXAMINAREA GERMOPLASMEI 67 5.1. Examinarea capacit ii de produc ie 5.2. Examinarea nsu irilor de calitate 5.3. Examinarea rezisten ei la ger 5.4. Examinarea rezisten ei la secet 5.6. Examinarea rezisten ei la ac iunea agen ilor fitopatogeni 83 5.7. Examinarea duratei perioadei de vegeta ie 5.8. Examinarea capacit ii de valorificare a tehnologiilor moderne de cultivare Termeni tiin ifici folosi i n lucrare BIBLIOGRAFIE SELECTIV 92 107 90 89 77 80

69 72

5.5. Examinarea rezisten ei la factorii nefavorabili de sol 82

3

INTRODUCERE Folosirea eficient a resurselor genetice constituie cea mai important etap a activit ii de identificare, colectare, evaluare i p strare a germoplasmei. Acurate ea cu care se r ealizeaz acest proces determin m sura n care celelalte etape ale eficien sau nu. Cu ct fondul de germoplasm este mai diversificat din punct de vedere genetic, cu att cresc posibilit ile de ob inere a unor noi soiuri i hibrizi cu productivitate sporit , cu calitate superioar , cu rezisten la factorii nefavorabili de mediu i la ac iunea agen ilor fitopatogeni. Principiul de baz al utiliz rii al utiliz rii eficiente a resurselor genetice vegetale este ca amelioratorul s cunoasc n permanen fondul de gene dar i obiectivele pe care le urm re te n procesul de creare a unor noi forme de material biologic. Dac se dore te o eficin a selec iei n cadrul formelor de germoplasm atunci se impune o variabilitate pronun at a materialului. Aceasta poate fi natural dar poate fi i creat de amelioratori dac variabilitatea natural nu satisface cerin ele unei diversit i accentuate. Indiferent de metoda de creare a unor foeme noi de material biologic (soiuri, hibrizi) este obligatoriu s se cunoasc direc ia de lucru i obiectivele urm rite. ns chiar dac aceste probleme sunt foarte clar e niciodat nu se va putea ob ine un material valoros dac fondul de germoplasm nu este suficient cunoscut i dac variabilitatea acestuia nu este suficient . 4

procesului

de ameliorare vor avea

Din aceste motive se impune, naintea nceperii oric rui proces de amelioare, o evaluarea foarte clar a materialului ini ial de ameliorare separat p entru fiecare specie i crearea unor baze de date care vor putea f i utilizate de ameliorator n scopul u ur rii activit ii acestuia. Dea lungul timpului s-au desf urat numeroase activit i de identificare, evaluare, colectare i conservare a resurselor genetice vegetale utiliz rii acesteia pentru crearea de noi forme biologice. n vederea n materialul de fa ne propunem o prezentare succint a modului de utilizare a materialului ini ial, n func ie de specie, pentru crearea de noi forme biologice.

5

I. PRINCIPII GENERALE 1.1. Def inirea biodiversit ii Prin termenul de biodiversitate se n elege varietatea de forme sub care se prezint speciile vegetale grupate taxonomic n func ie de imagina ia diferi ilor oameni de tiin . O prim clasificare pe baze absolut tiin ifice e facut , la jum tatea secolului al XVIII - lea de cercet torul suedez Linn. La ora actual se cunosc mai multe modalit i de clasificare ale diferitelor specii vegetale cu toate c nu ex ist o alternativ unanim acceptat la clasificarea creat de Linn. Studiul diversit ii biologice reprezint o direc ie foarte important a cercet rii tiin ifice existnd preocup ri legate de cunoa terea biodiversit ii pe toate planurile ( tiin ific, econo mic, protectiv). Termenul de biodiversitate apare n anul 1986 (Bavaru, A., i al ii, 2007) nlocuind ex primarea anterioar i anume diversitatea vie uitoarelor sau diversitatea formelor de via . Conceptul de biodiversitate a nceput s fie foarte larg folosit dup ce n anul 1992 la conferin a Na iunilor Unite pentru mediu a fost adoptat Conven ia asupra diversit ii biologice. Termenul de biodiversitate este adoptat nu numai de speciali tii din biologie ci i de cei din ecologie, gen etic , antropologie, etnografie precum i de economi ti, juri ti i politicieni.

6

Preocuparea oamenilor de tiin i nu numai asupra biodiversit ii sub numer oasele sale aspecte se consider un r spuns politic la e ecul societ ii umane n gestionarea eficient a resurselor naturale. Biodiversitatea reprezint rezultatul unui proces evolutiv derulat pe parcursul tuturor erelor geologice timp n care a ap rut o varietate ex traordinar de procese biologice i ecologice. Pe parcursul celor peste 20 de ani de la lansarea termenului sau utilizat peste 85 de defini ii grupate n dou categorii: - taxonomic, termenul de biodiversitate se refer numai la diversitatea speciilor i a taxonilor de rang superior din cadrul ierarhiei taxonomice; - n sens larg, conceptul se refer la ntreaga variabilitate a organismelor vii i a habitatelor acestora distingndu-se patru categorii de diversitate i anume: genetic , specific , ecosistemic i antropic .

1.2. Sursele i evolu ia biodiversit ii Pentru a explica procesul de formare al biodiversit ii actuale, diver i autori au abordat aceast problem din trei puncte de veder e distincte i anume: al cre terii complexit ii proceselor biologice, al eficientiz rii intr rilor i utiliz rilor energiei i al constituirii i complex rii rela iilor ecologice. n ceea ce prive te evolu ia viului se cunoa te c via a nu a ap rut odat cu geneza p mntului ci abia dup aproape un miliard de ani de evolu ie fizico-chimice a planetei. Godeanu (2007) citndu-i pe Fox (1988) i Botnariuc (2003) estimeaz c apari ia vie ii a avut loc n urm cu aproximativ 3,5 4 miliarde de ani i ar at c primele organisme au fost unicelular e caracterizate printr-o larg varietate de procese metabolice. Acela i autor estimeaz c durata existen ei acestor organisme este de peste 2 miliarde d e ani. 7

Pe parcursul evolu iei, biodiversitatea a crescut permanent pe baza diversific rii i cre terii complexit ii proceselor metabolice i a mecanismelor fiziologice. Marea dificultate ntmpinat de plante a constat n trecerea acestora de la mediul acvatic la mediul terestru datorit difer en ei enorme ntre densitatea aerului i cea a apei. Astfel n aer plantele au trebuit s - i formeze esuturi de rezisten i conducte de transport antigravita ional pentru seva adus din sol. Ie irea plantelor n mediu terestru a condus la actuala biodiversitate a covorului vegetal. Ast zi, de i vegeta ia terestr constituie numai 29% din vegeta ia planetei aceasta contribuie cu 56% din produc ia primar brut de substan organic . Evolu ia vie ii i cre terii biodiversit ii nu s-au d esf ur at lent ci prin salturi majore ap rute n organizarea func ional sau structural a vie uitoarelor. Principalele momente ale acestor salturi pot fi puse pe seama unor modific ri metabolice ale modului de hr nire, ale modului de adaptare i utilizarea a energiei preluate din mediu precum i de diverse catastrofe naturale de mare amploare care au avut loc n trecutul planetei. Godeanu (2007) men ioneaz 10 etape importante n cre terea biodiversit ii: - apari ia i diversificarea procariotelor; - trecerea proceselor metabolice de la reac ii respiratorii, anaerobe la reac ii aerobe; - simbioza ; - apari ia fotosintezei; - apari ia eucariotelor unicelulare; - apari ia i diversificarea procesului sexual; - apari ia eucariotelor pluricelulare; - apari ia unor planu ri de organizare diferite; - apari ia i diversificarea formelor de via n mediul terestru ; - tendin a spre via a social . Diversificarea procariotelor a avut loc pe p arcursul a peste 2 miliarde de ani, timp n care acestea au fost singurele fiin e vii de p e 8

planet . Din punct de vedere mor fologic diversitatea lor este minim . Privit din punct de vedere al proceselor metabolice diversitatea procariotelor nu a mai fost atins de alte organisme vii. Datorit diversit ii i modalit ii lor metabolice bacteriile pot tr i n cele mai diferite medii de via , din sedimentele aflate pe fundul oceanului pn la ghe ari i sedimente fosile. Schimbarea p roceselor metabolice a permis procariotelor ob inerea unor cantit i esen iale de energie, eficientizarea acestor procese determinnd salturi calitative foarte importante n utilizarea compu ilor organici i n eficientizarea energiei acumulate n diferite substan e organice. Simbioza reprezint procesul de coexisten facultativ sau obligat dintre dou organisme. La or ganismele eucariote simbioza a mbr cat forme foarte variate mergnd de la apar ia unor organisme prev zute cu cili, mitocondrii, cloroplaste pn la realizarea unor interac iuni att de strnse ntre specii de care depinde via a ambilor parteneri. Fotosinteza a determinat apari ia rspira iei aerobe, a stimulat dezvoltarea or ganismelor oxifile permi nd dezvoltarea eucariotelor monocelulare i apoi a celor pluricelulare. Spre deosebire de procariote la care diferen ele dintre ele sunt, mai ales, de natur metabolic la eucariotele unicelulare diversitatea este ndeosebi morfologic i trofic . Apari ia i diversificarea procesului sexual n urm cu aproximativ 1,1 miliarde ani a f cut posibil trasmiterea informa iei prin recombin ri genetice. Cre terea diversit ii biologice a fost un rezultat al cre terii vitezei evolu iei, n acest proces o deosebit importan avnd-o cele patru niveluri de organizare sistemic a viului i anume: nivelul individual, nivelul popula ional, nivelul biocenotic i nivelul biomic.

9

II. SURSELE DE GERMOPLASM 2.1. Importan a germoplasmei Noile forme biologice create i introduse n cultur de amelioratori aduc un aport substan ial la cre terea productivit ii plantelor, la mbun t irea calit ii produsului principal precum i la ob inerea diferitelor rezisten e fiziologice. Din aceast cauz procesul de creare a noilor soiuri i hibrizi care vor nlocui materialul existent n produc ie, necorespunz tor sub acesptul produc iilor realizate, al nsu irilor calitative i al rezisten ei la factorii de mediu i la ac iunea agen ilor fitopatogeni, trebuie s se desf oare permanent. C a urmare, n fiecare an n unit ile de cercetare dezvoltare pentru agricultur ncepe un nou proces de ameliorar e pe lng cele care sunt d eja ncepute anterior i care se g sesc n una din verigile caracteristice . n prima etap a procesului de ameliorare crearea de soiuri i hibrizi se urm re te ob inerea de material biologic ct mai diversificat genetic, pentru a se re ine, prin selec ie formele car e s cor espund obiectivelor urm rite. Acestea n urma unor diferite tehnici i metode utilizate de ameliorator dup prealabile verific ri n cmpurile de culturi comparative vor fi introduse n cultur . n etapa a doua producerea de s mn i material semincer cu valoarea biologic ridicat se urm re te reproducerea genotipurilor 10

ob inute n etapa anterioar pentru a se putea asigura materialul semincer necesar unit ilor de produc ie. No iunea de germoplasm sau material ini ial cuprinde, deci, totalitatea formelor cultivate i spontane care pot fi introduse n procesul de ameliorare pentru crearea de soiuri i hibrizi sau pentru mbun t irea cultivarelor ob inute anterior. Indiferent de obiectivele urm rite, orice proces de ameliorare ncepe prin colectarea materialului ini ial diversificat genetic care nglobeaz o sum de caracteristici utile care vor fi folosite ulterior. Rezultatele ob inute n direc ia ob inerii d e noi forme biologice corespunz toar e cerin elor tot mai mari ale produc iei, sunt condi ionate n mare m sur de valoar ea i abunden a resurselor genetice, de ansamblul genelor utile a c ror acumulare se urm re te n organismele create. Materialul ini ial colectat se introduce n cmpul de colec ie unde este supus unui studiu sistematic, n cmp i n laborator n vederea determin rii nsu irilor fiziologice, biochimice i tehnologice. Perioada de studiu n cmpul de colec ie trebuie s fie de cel pu in 3 4 ani normali din punct de vedere climatic iar pentru speciile multi anuale de cel pu in de 3 4 ani de rodire no rmal . Cu ct sursele de germoplasm sunt mai numeroase i mai diversificate cu att exist posibilitatea ca, n urma unor studii aprofundate, s poat fi re inute formele care ntrunesc genele cele mai valoroase a c ror acumulare se urm re te n organismele nou create. Ob inerea unor organisme noi superioare productiv i calitativ fa de cele existente se poate realiza numai n condi iile cnd, n cadrul germoplasmei, exist acele gene car e condi ioneaz valorile mari ale elementelor de productivitate sau unele nsu iri calitative. Exprimarea valorilor elementelor de productivitate la nivelul poten ialului biologic al unei specii nu va fi posibil dac n organismele respective lipsesc genele care asigur rezisten la factorii de mediu i la agen ii fitopatogeni. De altfel indiferent de obiectivul urm rit (capacitate de produc ie, calitate, rezisten la factorii de mediu, boli i d un tori, secet sau ger) este necesar ca n cadrul materialului ini ial s existe o variabilitate pronun at pentru fiecare din aceste direc ii n a a fel nct prin selec ie s poat fi identificate cele mai bune forme. 11

Aceste considerente impun o mbog ire i o renoire permanent a colec iilor de germoplasm pentru ca n orice moment cercet torul s poat dispune de cel mai valoros material n vederea nceperii unui nou proces de ameliorare. Un rol important n realizarea obiectivelor d e ameliorare l au formele primitive i s lbatice care, prin selec ie natural au acumulat n structura lor ereditar gene deosebit de valoroase. Aceste forme pot servi, pe de o parte, ca surse de gene pentru anumite nsu iri favorabile i, pe d e alt parte, ca material ini ial pentru ob inerea de noi soiuri i hibrizi. Krull i Borlaug (1970) cita i de Cristea M. (1988) stabilesc cteva p ricipii cu privire la utilizarea resurselor genetice vegetale i anume: - echipa de colectare a resurselor genetice trebuie s fie complex , alc tuit din speciali i cu competen i experien n domeniile lor de activitate, care, la rndul lor trebuie s f ie ct mai diverse, de la genetic i ecologie pn la agrotehnic i fitopatologie; - materialul colectat trebuie privit sub toate aspectele pentru c , pe lng nsu irea de baz care motiveaz colectarea este posibil s prezinte i alte nsu iri cu importan pentru ameliorare; - exist posibilitatea ca nsu irile urm rite s fie asociate genetic cu unele msu iri mai pu in dorite sau chiar necorespunz toare. Cunoscnd aceste principii amelioratorii nu vor fi descuraja i n ac iunea de colectare i v alorificare a tuturor resurselor genetice. Chiar dac metodele de evaluare i utilizare a resurselor genetice vegetale nu pot fi generalizate totu i n alegerea acestora Cristea M (1988) propune cteva principii i anume: - colec iile de plante trebuie evaluate n condi ii de mediu foarte variate deoarece aproape orice nsu ire va avea o alt expresie n diferite condi ii de mediu ; - materialul existent n colec ie trebuie supus unei reevalu ri perioadice datorit faptului c rasele biologice ale agen ilor fitopatogeni sunt n permanent schimbare motiv pentru care se impune o testare periodic a rezisten ei; - reevaluarea materialului vegetal trebuie f cut i pentru unele caractere agronomice deoarece practicile agricole sunt ntr-o dinamic permanent . 12

2.2 . Clasificarea germoplasmei Pentru o evaluar e unitar a materialului vegetal din cmpurile de colec ie este obligatoriu s se adopte un punct de vedere unic asupra clasific rii surselor de germoplasm . Astfel, dup origine, materialul biologic utilizat n crearea de noi soiuri i hibrizi poate fi clasificat n dou categorii i anume: - material provenit din flora spontan ; - material colecat din soiurile i hibrizii care exist deja n cultur . Un criteriu de clasificare mult mai util pentru ameliorare l constituie cauza care a provocat variablitatea. Astfel, n func ie de acest criteriu, germoplasma cu prinde dou categorii principale i anume: - material ini ial cu variabilitate natural (forme de baz ); - material ini ial cu variabilitate ob inut artificial (forme create amelioratori). de

Formele de baz ale germoplasmei Formele de baz ale germoplasmei sunt repr ezentate prin genuri i specii din flora spontan , soiri i popula ii locale, precum i soiuri ameliorate. Formele din flora spontan sunt alc tuite din material biologic nrudit cu specia ce urmeaz a fi amelior at . Aceste surse de germoplasm se caracterizeaz printr-o deosebit plasticitate ecologic , precum i prin prezen a unor nsu iri d e rusticitate ce pot fi folosite pentru transfer la organismele create de ameliorator. Pe lng aceste nsu iri, utile procesului de creare a noilor forme biologice, sursele de germoplasm din flora spontan pr ezint i numeroase caracteristici nedorite privind productivitatea, calitatea, rezisten a la scuturare, perioada de maturare. Datorit acestui aspect, folosirea formelor din flora spontan trebuie f cut cu mult discern mt i numai atunci cnd este absolut necesar. 13

Necesitatea utiliz rii speciilor din flora spontan n ameliorarea plantelor rezid din nevoia cercet rilor de a dispune de o baz genetic ct mai diversificat i mai bogat . Cu toate c n cadrul fomelor cultivate exist o zestre ereditar abundent , cu ct vom dispune de mai mult diversitate genetic , indiferent de natura ei, cu att vor cre te ansele de a crea forme biologice mai perfec ionate i, implicit, posibilitatea de sporire a produc iei agricole. Una din utiliz rile germoplasmei din flora spontan const n posibilitatea ca, prin ncruci are cu soiurile ameliorate, s poat fi transfer ate genele de rezisten la factorii nefavorabili de mediu i la ac iunea agen ilor patogeni. Deoarece cer cet rile referitoare la utilizarea speciilor din flora spontan n programele de ameliorare au fost abordate abia dup al doilea r zboi mondial i transferul genelor favorabile de la speciile s lbatice la plantele cultivate ntmpin serioase dificult i, n literatura de specialitate se ntlnesc cel mai adesea raporturi privind identificarea unor gene de rezisten i mai pu in exemple concrete de efectu are a acestor transferuri. Mult vreme s-a considerat c aceasta este singura modalitate eficient de folosire a formelor s lbatice. Ulterior ns , s-a constatat c rolul progenitorilor s lbatici ai plantelor cultivate este mult mai mare (Cristea, 1985). Astfel, autorul arat c , pe baza unor studii aprofundate, sa ajuns la cunoa terea detaliat a arhitecturii genetice a genomului grului, cunoa tere care a condus la transferul de cromozomi ntregi, fragmente de cromozomi sau chiar transfer de gene. O alt direc ie de utilizar e a acestei categorii de germoplasm o constituie hidratarea celu lar . Variabilitatea pronu n at a materialului din flora spontan a permis ca, p rin selec ie respectat , s se ob in unele forme care au fost intoduse direct n cultur . Popula iile locale, au a rut n urma unui ndelungat proces de selec ie natur al , dar i ca urmare a selec iei empirice practicate de om. Ap rute n diferite zone pedoclimatice, soiurile i popula iile locale au drept caracteristic principal rezisten a foarte ridicat la factorii nefavor abili de mediu. Aceast categorie de plante a evoluat ntr-o perioad lun g de timp, n sisteme de popula ii, cu un nivel redus de 14

fertilitate i de protec ie mpotriva bolilor, fiind supuse presiuni selec iei naturale, diverselor tehnologii de cultivare i anumitor nivele de selec ie artificial . Din aceste motive i nu numai, popula iile i soiurile locale au o structur puternic heterogen att ntre locurile n care se ntlnesc i popula ii ct i n interiorul locului i al popula iei. Prin migrare, prin amestec cu popula iile cultivate sau cu unele buruieni, popula iile locale au acumulat gene de rezisten la boli, d un tori i factori nefavorabili de mediu, gene car e trebuie utilizate n ameliorarea soiurilor deficitare din acest punct de vedere. faptul c sunt alc tuite din numeroase biotipuri confer amelioratorului posibilitatea ca prin selec ie s ob in forme biologice noi, caracterizate, de asemenea, prin plasticitate ecologic ridicat . Astfel, la speciile autogame, se pot ob ine direct soiuri iar la cele alogame, linii consangvinizate rezistente la factorii nefavorabili de mediu. Soiurile ameliorate constituie fondul cel mai valoros de germoplasm , deoarece au imprimate numeroase nsu iri valoroase, cum ar fi: productivitate ridicat , calitate superio ar , uniformitate de maturare, precocitate, rezisten la boli i d un tori. Ca urmare a lucr rilor ameliorate aplicate intensiv asupra lor, structura genetic a acestor soiuri este destul de s rac , motiv pentru care sunt vulnerabile genetic. n primele f aze de creare, soiurile ameliorate con ineau n structura ereditar comp lexe de gene pentru ad aptare. Prin introducerea tehnologiilor avansate de cultivare, complexele de gene pentru adaptare au devenit inutile. n procesele de ameliorare, aceast categorie de germplasm se folose te, ndeosebi, ca genitori n lucr rile de hibridare la speciile autogame i pentru ob inerea liniilor consangvinizate la speciile alogame. Din cauza variabilit ii genotipice reduse, din soiurile ameliorate nu se pot ob ine, prin selec ie, gen otipuri noi. Formele de germoplasm create atificial Datorit faptului c variabilitatea genotipic natural a germoplasmei s-a dovedit insuficient pentru ob inerea de noi biotipuri cu 15

caractere i nsu iri corespunz toare preten iilor actuale i de perspectiv ale agriculturii, amelioratorii au c utat diferite metode de provocare dirijat a variabilit ii genetice. Dintre aceste procese amintim: hibridarea la plantele autogame, consagvinizarea la plantele alogame, muta iile i poliploidizarea. Popula iile hibride n curs de segregare, datorit variabilit ii pronun ate , constituie cea mai important surs de germoplasm la speciile autogame. n cadrul acestor popula ii, pe ln g indivizii care ntrunesc unele caracteristici utile ale celor doi genitori, n urma segreg rii apar unele transgresiuni deosebit de utile, care pot fi folosite n continuare pentru crear ea de noi genotipuri. Pentru ob inerea unor forme segregante v aloroase din punct de vedere al obiectivelor urm rite, de cea mai mare importan este alegerea genotipurilor. Ace tia trebuie s fie ct mai diferen ia i genetic. n acest sens, se practic hibrid rile ndep rtate ntre speciile cultivate sau ntre acestea i speciile din flora spontan . Liniile consangvinizate reprezint cea mai valoroas surs de germoplasm pentru speciile alogame. Fiind constituite din organisme homozigote, rezultate prin separarea materialului heterozigot supus consangviniz rii n biotipurile constituente, liniile consangvinizate se folosesc ndeosebi pentru ob inerea diferitelor tipuri de hibrizi n vedereavalorific rii efectului heterozis n genera ia F1

. Formele mutante i formele poliploide se utilizeaz pe scar

din ce n ce mai mare la diferite plante de cultur , deoarece dintr-o mutant valoroas se poate ob ine un soi nou. De cele mai multe ori, cnd prezint nsu iri deosebite de rezisten la factorii de mediu, formele mutante sunt utilizate n hibrid rile recurente pentru transferul acestor nsu iri la soiurile nerezistente.

16

2.3. Colectarea germoplasmei Se estimeaz c diversitatea vegetal este cuprins ntre 300 500 mii de specii la plantele superioare din care, aproximativ 250 mii au fost identificate i descrise (Heywood, 1995). Dintre cele peste 70 mii de specii considerate edibile, aproap e mii au fost colectate i cultivate de oameni, pentru hran sau alte utilit i (Morico .a., 1998). n hrana o amenilor particip , n principal, doar 30 de culturi, dar ponder ea acestora asigura 95% din necesarul de hran . Alte surse (http://www.fao.org, 2002) men ioneaz utilizarea n alimenta ie i agricultur a 10 mii de specii, din care aproximativ 150 de specii folosite diorect n alimenta ia majorit ii popula iei globului. Dintre acestea, doar 12 specii asigur peste 70% din hran , dintre care 4 orezul, porumbul, grul i cartoful acoper peste 50% din total. Sub raport energetic, cele mai importante culturi agricole r mn: orezul (26%), grul (23%), sfecla i trestia de zah r (9%), porumbul (7%), soia (3%) (Cociu .a., 1999). Datorit importan ei deosebite ce se asigur p e plan mondial surselor de germoplasm , n mai multe ri ale lumii au fost nfiin ate institu ii specializate care au drept obiectiv colectarea, studiul i p strarea acestui valoros material biologic. Dintre acestea amintim: - European Cooperative Programe for Crop Genetic Resources Networks, Ro ma, ITALIA (http://www.ecpgr.cgiar.org/) cu urm torii parteneri: o Genebank Department RICP, Research institute of Crop Production, Praga, CEHIA o bureau des Ressources Gntiques (BRG), Paris, FRAN A o Information Center for Biological Diversity ZADI/IBV, Bonn, GERMANIA o Regional Office for Europe, IPGRI, Roma, ITALIA 17

o Centre for Genetic Resources (CGN), Wagenin gen, OLANDA o Nordic Gene B ank, Alnarp, SUEDIA o Genebank Genetics, Dept of Genetic Resources and Breeding, Oeiras, PORTUGALIA - Euro mediteranian Palnt Diversity, Anglia (http://www.euromed.org.uk/) - International Association of Plant Breeders for the Protection of Plant Vasrieties, Elve ia (http://www.worldseed.o rg/) - International Plant Genetic Resources Institute, Italia, (http://www.ipgri.cgiar.org/) - Consultative Group on International Agricultural Research, cu urm toarele centre interna ionale de cercetare: - CIAT Centro Internacional de Agricultura Tropical, Cali, Columbia, (http://www.ciat.cgiar.org/) - CIFOR Center for International Forestr y Research, Bogor, Indonezia, (http://www.ciat.cgiar.org/) - CIMMYT Centro Internacional de Mejoramente de Maizy Trigo, Mexic, (http://www.cimmyt.or g) - CIP Centro Internacional de la Papa, Lima, Peru, (http://www.copotato.org/) - IPGRI International Plant Genetic Resources Institute, Roma, Italia, (http://www.ipgri.cgiar.or g/) - ICARDA International Center fo r Agricultural Resear ch in the Dry Areas, Aleppo, Siria, (http://www.icarda.cgiar.o rg/) - ICLARM International Center for Living Aquati Resources Management, Manila, Filipine, (http://www.iclarm.cgiar.or g/) - ICRAF Interna ion al Council for Research in Agrofor estry, Nairobi, Kenia, (http://www.worldagroforesrycentre.org/) - ICRISAT International Crops Research Institute for SemiArid Tropics, Pantach eru, India, (http://www.icrisat.org/) - IFPRI International Food Policy Research Institute, Washington DC, USA, (http://www.ifpri.org/) 18

- IIMI International Irigation Management Institute, Colombo. Sri Lanka, (http://www.iwmi.cgiar.org/) - IITA International Institute of Tropical Agricultur e, Ibadan, Nigeria, (http://www.iita.or g/) - IRRI International Rice Research Institute, Los Banos, Filipine, (http://www.irri.org/) De asemenea datorit importan ei deosebite pe care o au sursele de germoplasm , n cadrul FAO s-a constituit Comisia de Resurse Genetice pentru Alimenta ie i Agricultur , un organism interguvernamental cu rolul de a fi un forum per manent pentru negocierea instrumentelor interna ionale i codurilor de conduit pentru conservarea i folosirea sus inut a resurselor genetice. De asemenea, n aceea i idee la 03.11.2002 s-a semnat Tratatul Interna ional privind Resursele Genetice ale Plantelor pentru Agricultur i Alimenta ie, instrument care stabile te n termeni foarte clari drepturile i obliga iile celor care utilizeaz aceast inestimabil bog ie. Existen a acestor institu ii specializate apar e cu att mai necesar , cu ct o mare parte a resurselor genetice vegetale sunt n pericol de dispari ie, datorit uno r cauze care puteau fi evitate. Astfel, numai n SUA, cu ocazia unui inventar al resurselor genetice, s-a constat pierderea a 70% din formele de soia, 98% din cele de trifoliene i 66% din cele de ov z. n Afganistan au disp rut toate formele primitive de morcov, precum i alte culturi descoperite de Vavilov n 1924; n Turcia s-au pierdut sute de variet i de gr u, iar n Etiopia foarte multe specii i soiuri de orez. n prezent ex ist colec ii foarte bo gate, care livr eaz material biologic pentru lucr rile de ameliorare din diferite ri ale lumii, la Sankt Petersburg (Rusia), Gatersleben (Germania), Beltsville (SUA). De asemen ea, printre colec iile ob inute, se citeaz sortimentele ampelografice de la Chaptal, Rovasseada, Vasal i altele, care cuprind diferite soiuri de altoi i portaltoi, hibrizi produc tori direc i, precum i numeroase sp ecii ale genului Vitis. 19

Pentru mbog irea permanent a acestor colec ii se practic expedi iile tiin ifice n diferite continente ale lumii, n deosebi n zonele cu cea mai mare div ersitate genetic a speciilor urm rite. Astfel n acest mod Vavilov a putut colecta peste 150 mii forme din toate plantele de cultur pentru colec ia din Sankt Petersburg, cu ocazia expedi iei tiin ifice mondiale din perioada 1923-1933. Ulterior asemenea expedi ii de propor ii s-au organizat i de al i amelioratori i botani ti pentru identificarea i colectar ea unor noi specii de plante pe care s le introduc n colec ii sau chiar direct n cultur . Hansen a identificat i colectat forme de m r rezistente la temperaturile rezistente din Rusia, forme potrivite pentru America de Nord, Bukassov a explorat America Central i America de Sud pentru colectarea diferitelor forme de cartof etc. De asemenea, n fiecare ar s-au ntreprins ac iuni de colectare a speciilor spontane, a popula iilor i soiurilor locale n vederea valorific rii acestor a n lucr rile de ameliorare. Oricare ar fi sursa d e procurare a germoplasmei schimburi directe ntre amelioratori, schimburi ntre unit i de cercetare, expedi ii tiin ifice, etc. este obligatoriu ca la introducerea n ar , s se ia m suri severe de carantin fitosanitare, ntruct odata cu materialul de import se pot introduce o serie de boli i d un tori la care plantele de cultur nu prezint rezisten . n acest sens se i-au m suri de dezinfectare a materialului introdus sau de cultivare a acestuia timp de 1-2 ani n cmpuri speciale numite cmpuri de carantin , pentru un pr ealabil studiu fitosanitar. n urma studiului efectuat de c tre ser viciile de carantin , germoplasma corespunz toar e se va introduce n cmpul de colec ie, iar materialul car e prezint semne de boal va fi distrus. 2.4. Organizarea germoplasmei Pentru a avea, n permanen , o eviden clar a germoplasmei, aceasta va fi amplasat n cmpuri de colec ie 20 n func ie de anumite criterii dictate de categoriile de material avut la dispozi ie.

n acest sens se va ntocmi o schi a cmpurilor de colec ie, cu suprafe e afectate pentru materialul prezent i pentru cel de perspectiv . n aceste cmpuri germoplasma poate fi ordonat dup criterii tax onomice (genuri, specii, familii, etc), netaxonomice (soiuri, hibrizi, variet i, popula ii, etc), dup criterii ecologo-geografice, sau chiar n func ie de unele particularit i ale soiurilor (talie, precocitate, destina ie, etc). Pentru ameliorarea cerealelor p ioase , formele de material ini ial se colecteaz i se organizeaz n cmpuri de colec ie , nfiin ate n sta iunile de cercetare-d ezvoltare care au ca obiect de activitate ameliorarea acestora. Acela i lucru este valabil i pentru porumb i plante tehnice, cartof sfecl i . Pentru lucr rile de ameliorare n planta ii ampelografice viticultu , germoplasma se n carer fiecare provenien este

organizeaz n

reprezentat prin 10 butuci, din care 5 pe r d cini proprii i 5 altoi i. Aceste planta ii se organizeaz separat pentru vi ele roditoare i separat pentri portaltoi. Colec ii amplografice sunt nfiin ate la Valea C lug reasc , Ia i, Odobe ti, Dr g ani, Mini , Greaca, D buleni. Pentru ameliorarea speciilor din este p strat n colec ii pomologice pomicultur , materialul ini ial , organizate pe specii , n diferite

localit i, unde ponderea speciei respective este mai mare i se ntlnesc condi ii propice pentru cultur . Datorit taliei foarte mari, fiecare provenien la speciile pomicule este reprezentat n colec ie de 4-5 exemplare. Colec iile pomologice cu caracter na ional sunt amplasate astfel: m r la Voine ti (878 soiuri), p r la Cluj, Voine ti i Pite ti (664 soiuri), prun la Pite ti (peste 700 soiuri), cais la Greaca (664 soiuri), piersic la Murfatlar (850 soiuri), cire i vi in la Pite ti (525 de soiuri la cire i 286 de soiuri la vi in), nuc la Geoagiu (74 de soiuri), gutui la Tr gu Jiu (40 de siuri), c p uni, coac z , afin, mur, zmeur la Cluj (539 de soiuri, din care c p un 258 de soiuri). Dac n 1925 colec iile pomologice cuprindeau, n total, doar 1022 de soiuri, n 1986 acestea au dep it 5400 de soiuri i specii. (Cociu, 1990). n lucr rile de ameliorare din legumicultur i floricultur ,

germoplasma se organizeaz prin cultivarea fiec rei provenien e pe 21

suprafe e mici (5-10 m

2

) sau cu un num r limitat de exemplare (20-50 de

plante la speciile floricole, 50-200 de plante la speciile legumicole). 2.5. Studiul germoplasmei Indiferent de obiectivul urm rit, nu se poate ini ia un proces d e ameliorare f r a cunoa te toate nsu irile materialului ini ial cu care se lucreaz i fondul de gene avut la dispozi ie. Pentru cunoa terea carateristicilor de baz ale germoplasmei colectate, a genelor valoroase, precum i a celor care creeaz dificult i n procesul de ameliorare, materialul ini ial este supus unui studiu complex n cmpurile de colec ie, care dureaz cel pu in 3-4 ani normali la plantele anuale i 3-5 ani de rodir e normal la sp eciile de pomi i vi de vie. Cercet rile asupra germoplasmei se refer , n general, la urm toarele aspecte: - studii fenologice pentru cunoa terea p erioad ei de vegeta ie, a duratei diferitelor f enofaze n corela ie cu factorii climatici; - studii morfologice n vederea cunoa terii elementelor de productivitate; - studii fiziologice pentru cunoa ter ea rezisten ei diferitelor provenien e la ger, secet , boli i d un tori; - studii biochimice pentru cunoa terea valorii nutritive a diferi ilor constituien i precum i a naturii chimice a acestuia; - studii tehnologice, care au n vedere pretabilitatea la prelucr ri industriale, ran damente de pr elucr are, p strare, conservare; - studii genetice de laborator sau hibridologice pentru cunoa terea bazei ereditare a germoplasmei, precum i pentru stabilirea modului de trasmitere a u nor caractere i nsu iri. Pe baza acestor studii se face inventarierea taxonomic i descrierea sumar a formelor biologice existente, lundu-se n considerare, pentru lucr rile de ameliorare, numai acele provenien e care posed cel pu in un caracter dominant i util corespunz tor obiectivelor urm rite. Numai cunoscndu-se toate aceste date se pot preciza direc iile n care pot fi utilizate diferite forme biologice, ca i metodele cele mai potrivite care se vor folosi n programele de ameliorare. 22

2.6. P st rarea germoplasmei Conservarea resurselor genetice vegetale constituie o problem de o importan major p e plan mondial. Datorit aten iei deosebite ce i se acord aceast activitate este coordonat de un organism specializat din cadrul F. A.O. Exist p reri care consider c ameliorarea pronun at a unor specii conduce la pierderea unor gene din zestrea ereditar ini ial , iar pierderea definitiv a acestora ar avea urm ri catastrofale pentru viitorul speciei respective. Din acest motiv, fiecare soi, chiar dac este scos din produc ie

i nlocuit cu altele mai bune, se conserv n ideea p str rii unor gene utile care pot servi ca surs de germoplasm pentru un nou proces d e ameliorare. Opiniile speciali tilor i grija p entru p strarea tuturor formelor biologice au contribuit la con tientizarea acestei probleme, dac nu pentru toat lumea, m car pentru cei care sunt ocupa i, n mod nemijlocit, n activitatea de cultivare a plantelor. Pe lng colec iile nfiin ate n majoritatea rilor dezvoltate exist tendin a de a se constitui fonduri mondiale de germoplasm , pe specii, n vederea p str rii acestor valoroase surse de gene. Pentru a exista o posibilitate de apreciere unanim recunoscut a resurselor de germoplasm , n articolul doi al tratatului interna ional amintit se definesc principalele no iuni utilizate de amelioratori n procesul de p strare a resurselor genetice. Astfel: conservarea "in situ , - nseamn men inerea ecosistemelor i habitatelor naturale, reconstituirea unor popula ii vegetale n mediul lor natural n care i-au dezvoltat propriet ile distinctive; conservare "ex situ", reprezint - a med iului n care s-au format; genetice ale plantelor nafar p strarea resurselor

23

resursele genetice pentru alimenta ie i agricultur ,nseamn orice material biologic cu valoare actual sau poten ial pentru alimenta ie i agricultur ; materialul genetic eredit ii; colec iile "ex situ" reprezint colec iile de material biologic p strate nafara habitatului lor natural; centrele de origine reprezint arealele geografice n care speciile de plante i-au dezvoltat pentru prima dat propriet ile lor distinctive; centrele de diversitate reprezint arealele geografice n care se g se te cea -mai mare diversitate de forme pentru anumite specii de cultur . n prezent ex ist urm toarele sisteme de conservare a resurselor genetice vegetale: - parcuri i rezerva ii naturale; - gr dini botanice; - b nci de gen e; - culturi de celule i esuturi. n parcurile i rezerva iile naturale, resursele genetice sunt conservate n condi ii absolut naturale. Preocup ri pentru nfiin area de parcuri i rezerva ii se constat n toate zonele globului dar, mai ales, n rile dezvoltate. n SUA sunt organizate 34 de parcuri na ionale cu caracter de rezerva ie natural , nsumd peste 100 de mii de hectare. Canada dispun e de 25 de parcuri na ionale i 51 provinciale, cu suprafa a total de peste 200 de mii de hectare. Rusia posed 22 de parcuri i numeroase rezerva ii naturale n care sunt incluse tundre, p duri, stepe, s raturi, ghe ari i pe teri. n numeroase alte ri, printre care, Argentina, Noua Zeeland , Madagascar, Italia, Fran a, Elve ia, Suedia, Austria, Ungaria .a., sunt organizate parcuri i rezerva ii naturale, n vederea colect rii, conserv rii i studiului resurselor genetice. 24 - orice categorie de material biologic care poate fi nmul it, sexuat sau vegetativ, i care con ine unit i func ionale ale

n Romnia exist peste 130 de rezerva ii naturale nsumnd o suprafa de ap rox imativ 80 de mii de hectare. Dac n parcurile i rezerva iile naturale resursele genetice se p streaz n condi iile n care s-au format, n echilibru dinamic cu mediul respectiv, n gr dininile botanice plantele sunt obligate s tr iasc n condi ii controlate de om, n conformitate cu anumite principii de organizare i func ionare a spa iului respectiv. Aceasta, deoarece gr dinile botanice ad postesc att specii autohtone, adaptate la condi iile de mediu locale, ct i specii din alte ri, care cresc i se dezvolt n condi ii ecologice total diferite. Problema acut declan at de criza resurselor genetice n ultimul timp, a determinat cre terea num rului gr dinilor botanice, a suprafe elor ocupate precum i mbun t irea func iilor acestora. n primul rnd, pe lng scopul educativ, se urm re te i func ia de conservare genetic a materialului biologic prin dimensionarea suprafe elor ocup ate, n a a fel nct s se asigure men inerea structurii genetice a fiec rei popula ii din colec ie. Astfel, Cristea (1985), citndu-i peMarschall iBrown, arat c m rimea unei probe care poate reprezenta o popu la ie trebuie s cuprind acel num r de plante din care s se poat ob in e cu o certitudine de 95% toate alelele unui locus luat la ntmplare i care ex ist n popula ie cu o frecv en mai mare de 0,05%. Una din cele mai importante gr dini botanice din lume este Gr dina r egal din Anglia, nfiin at n anul 1759. n Romnia, cea mai veche i cea mai mare gr din botanic este cea din Ia i, nfiin at n 1856 i care de ine o suprafa de peste 100 de hectare (Leucov, 1982). La ora actual , cea mai eficient form de conservare a germoplasmei vegetale o constituie metoda de depozitare n condi ii optime, chiar sute de ani. B ncile de gene sunt institu ii special nfiin ate, cu sarcina de a prospecta, colecta i conserva resursele genetice pentru perioade ndelungate. 25 b nci de gene unde, potrivit p rerilor speciali tilor, materialul biologic poate fi p strat, n

n acest sens, s-au efectuat numeroase studii de specialitate, ale c ror rezultate au stat la baza stabilirii condi iilor de climatizare necesare men inerii viabilit ii semin elor i a integrit ii lor genetice. Numeroase studii au urm rit influen a factorilor genetici i de mediu asupra viabilit ii semin elor, identificarea altor forme de conservare genetic , stabilirea intervalelor de renmul ire a semin elor, calitatea materialului biologic din punct de vedere fiziologic, biochimic, genetic. Condi iile de conservare difer de la o banc la alta i de la specie la specie, dar se apreciaz c principalele cerin e ar fi urm toarele: - umiditatea relativ a aerului de aprox imativ 15%; - temperatura de -20C sau mai scz ut ; - atmosfer ct mai s rac n oxigen i ct mai bogat n CO - absen a luminii; - eliminarea efectului radia iilor sau cel pu in reducerea acestuia la minimum prin folosirea unor camere sp eciale; - umiditatea semin elor s fie de 4-6%. n stand ardele elabor ate de c tre Institutul Interna ional de Resurse Genetice Vegetale n colaborare cu FAO, condi iile pentru depozitarea de lung d urat a semin elor se mpart n trei categorii i anume: acceptabile, pref erabile, ideale. n prima categorie sunt men ionate posibilit ile de conservare la temperaturi sub zero grade Celsius i la un con inut de umiditate cuprins ntre 3 i 7%, n func ie d e specie. Condi iile preferabile sunt atunci cnd se asigur temperaturi de -18, -20C, la acela i con inut de umiditate men ionat anterior, iar condi iile ideale sunt atunci cnd la temperaturile de -18, -20C se asigur i o umiditate de 5%. (Silvia Str jeru .a., 2001). n prezent, cele mai mari b nci de gene din lume se afl la Fort Collins (SUA), Hiratsuga (Japonia), Krasnodar (Rusia), Bari (Italia), Izmir (Turcia). Banca de gene d e la Fort Collins poate depozita pentru lun g durat 180000 de probe de semin e de cte 450 g. Pentru eliminarea oric rui pericol de incendiu, probele sunt aranjate n t vi de o el pe stelaje metalice. Pentru a rezista tuturor calamit ilor, pere ii construc iei sunt f cu i din beton armat i au grosimea de 150 cm. 262;

Cl direa are 10 camere de p str are, din care n trei se men ine temperatura de -12C, iar n celelalte 4C i umiditatea relativ de 32%. Verificarea germina iei semin elor se face la fiecare cinci ani, iar dac aceasta a scz ut sub 50%, se procedeaz la renmul irea acestora. Pentu speciile care au o viabilitate mai scz ut , verificar ea puterii germinative se face la fiecare doi ani. Banca de la Hiratsuga p streaz semin ele n cutii de conserve cositorite, vidate, cu capacitatea de 120 cm 10G. Banca de la Krasnodar are o capacitate de p strare pentru 500000 probe de semin e, n spa ii climatizate integral. Semin ele sun t p strate n vase de sticl nchise ermetic, a ezate pe stelaje metalice. n Romnia, prima banc pentru conservarea resurselor genetice a fost construit la Suceava. P strarea semin elor se face n opt celule de conservare cu o capacitate de aproximativ 100000 de probe. n patru din cele opt celule, conservarea se face pe termen mediu (10-20 ani), la temperatura de 4C, iar n celelalte patru pe termen lung (peste 100 ani), la temperatura de -20G. Dintre principalele obiective ale acestei b nci de gene se men ioneaz : - prospectarea, colectarea i conservarea tuturor resurselor genetice, prioritare fiind, ns , speciile vegetale amenin ate cu dispari ia; - studierea metodelor de conservare a semin elor i a culturilor de esuturi, n diferite co ndi ii de p strare; - studierea efectului duratei de p strare asu pra structurii genetice a semin elor, precum i asupra viabilit ii acestora; - studierea conserv rii polenului i a meristemelor apicale prin criostocare (conservare p rin nghe ); - con tientizarea speciali tilor i nespeciali tilor, prin toate mijloacele, privind necesitatea conserv rii resurselor vegetale. 2.7. Variabilitatea n cadrul germoplasmei Importan a deosebit a resurselor genetice vegetale const , n cea mai mare m sur , n diversitatea lor. C u ct exist mai mult 273

. Temperatura aerului este de -

diversitate genetic i cu ct aceasta este mai bine conservat i evaluat , cu att ansele de ob iner e a formelor biologice noi sunt mai mari. Variabilitatea n cadrul oric rui material biologic se refer la diferen ierile existente n ceea ce prive te caracterele i nsu irile acestuia. Caracterel reprezint totalitatea particularit ilor morfologice e distinctive ale unui individ care se refer la form , m rime, structur , p e cnd nsu se refer la particularit ile de n atur fiziologic , irilesau tehnologic . biochimic Caracterele, n func ie de parametrii prezenta i, pot fi de dou feluri i anume: calitative i cantitative. Prezen a peri orilor pe unele organe ale plantei, prezen a pruinei pe unele fructe, culoarea florilor, fructelor sau frunzelor ofer posibilitatea grup rii indivizilor n clase distincte, n func ie de aceste particularit i i se ncad reaz n grupa caracterelor calitative. Caracterele cantitative se refer la acele particularit i morfologice care pot fi ex primate numeric. Astfel, indivizii din cadrul unui material biologic pot fi ncadra i ntr-o succesiune continu de valori intermediare ntre dou valori extreme. Toate aceste valori pot fi exprimate prin cifre i se refer la dimensiunile diferitelor organe, greutatea sau num rul acestora. Totalitatea caracterelor i nsu irilor unui organism ntr-un anumit stadiu de dezvoltare r eprezint fenotipul acelui organism. Fenotipu l este caracterizat deci, d e particularit i evidente, distincte, care diferen iaz indivizii din cadrul germoplasmei. Fenotipul este condi ionat, pe de o parte, de zestrea ereditar , iar pe de alt parte, de interac iunea dintre aceasta i condi iile de mediu n care se dezvolt or ganismul respectiv. Totalitatea caracteristicilor ereditare, exteriorizate latente ale unui or ganism, proprii pentru fiecare individ, poart numele de sau genotip.

Cu alte cuvinte, genotipul este reprezentat de totalitatea genelor transmise unui organism de la p rin ii s i la care se adaug unele muta ii naturale sau artificiale . Zestrea ereditar poate genera fenotipuri diferite, n func ie de

condi iile de mediu n care se dezvolt individul respectiv. Din acest motiv, 28

fenotipul poate fi considerat ca un rezultat al interac iunii zestrei ereditare a organismului cu condi iile concrete n care se dezvolt . Diferen ierile individuale constatate n cadrul germoplasmei, n privin a caracterelor i nsu irilor ex teriorizate de indivizii componen i, poart numele de varia ii, iar totalitatea varia iilor, fenomenul general, este variabilitate. care se refer la diferen ierile varia ntre grup, car e privesc deosebirile ii de varia ii varia ii negenetice, cunoscut sub numele de varia ii i anume:

Din punct de vedere evolutiv, se deosebesc dou feluri de varia ii individuale, indivizi n cadrul unei popula ii i ntre popula ii.

La rndul lor, varia iile individuale pot fi clasificate n genetice care se transmit de la o genera ie la alta i , determinate n mar e m sur de factorii ecologici.

La speciile care se reproduc sexuat fiecare individ are o constitu ie genetic unic . Astfel, fiecare caracteristic a unui organism poate varia individual, fie c este vorba de caractere morfolo gice, nsu iri fiziologice sau structur citologic . Diferen ierile exteriorizate de c tre fiecar e component din cadrul unui material biologic pot fi cantitative i calitative. Deci, se v a putea lua n consider are o variabilitate cantitativ i una calitativ . Lund n considera ie determinismul genetic al diferen ierilor existente n cadrul germoplasmei, referindu-ne numai la diferen ierile evidente, exteriorizate, acestea sunt determinate, pe de o parte, de varia iile genetice, iar pe de alt parte, de interac iunea ntre acestea i condi iile de mediu. Se poate afirma, deci, c exist o variabilitate genotipic i o variabilitate determinat de condi iile de mediu. Dac variabilitatea genotipic , provenit din muta ii i recombin ri, este ereditar i contribuie la adaptarea i evolu ia unei specii, variabilitatea datorit mediului este doar rezultatul ac iunii diferi ilor factori pedoclimatici asupra organismelor, ac iune concretizat prin apari ia mai multor fenotipuri ale aceluia i genotip. Diferen ierile ntre indivizii din cadrul unui material ini ial care se datoreaz condi iilor de mediu nu afecteaz genotipul i, deci, nu sunt ereditar e. 29

Aceste varia ii poart numele de

modifica ii

i asigur

adaptarea individual a fiec rui organism la condi iile de cultur . Lucr rile de ameliorare urm resc depistarea varia iilor genetice utile, care constituie punct de plecare pentru crearea de forme biologice noi, corespunz toare obiectivelor urm rite. n acest sens, n lucr rile de statistic biologic s-au g sit o serie de indicatori care s reflecte ponderea diferen ierilor datorate genotipului din variabilitatea total . Variabilitatea fenotipic a oric rui material biologic se poate exprima statistic cu ajutorul urm torilor indicatori: - varian ; - abatere standard; coeficient de variabilitate; heritabilitate. - coeficient de Varian a, un indice statistic al dispersiei valorilor individuale din cadrul unei colec ii statistice studiate, se noteaz cu s i red m rimea r variabilit ii caracterelor i nsu irilor indivizilor din cadrul colec iei respective. Se calculeaz cu ajutorul formulei:

n rela ie, valorile individuale sunt notate cu x, iar num rul exemplarelor studiate cu N. Dac se noteaz varian a determinat de zestrea ereditar , varian a genotipic , cu s2 G i varian a datorat condi iilor de mediu cu se poate accepta c varian a total , calculat anterior, este rezultatul sumei celor dou valori. Deci: s2 F = s 2 G + s 2 M (Fa1coner, 1969) Dac materialul studiat este uniform din punct de vedere genetic, atun ci se poate aprecia c varian a fenotipic (total ) este determinat , n exclusivitate, de influen a condi iilor de mediu. 30 s2 M,

In acest caz, rela ia va fi: s2 F = s 2 M n condi iile unei germoplasme neuniforme genetic, diferen ierile se vor datora att zestr ei ereditare, ct i interac iunii ntre aceasta i diferitele condi ii de mediu. Pentru a putea avea un control total asupra materialului care va intra ntr-un proces de ameliorare, este obligatoriu ca amelioratorul s poat diferen ia variabilitatea determinat de zestrea ereditar a organismelor de cea condi ionat de influen a mediului. In acest scop se calculeaz reprezint ponderea varian ei genotipice (fenotipic , s2 F). coeficientul de heritabilitate, ( 2G s ) din varian a total care

Coeficientul de heritabilitate se noteaz cu cu sela ia:

h2 i se determin

dar cum s 2 F = s 2 G + s 2 M, rela ia devine:

Pe lng ac iunea genelor acumulate de la cei doi p rin i i zultatul recombin rii acestora, varian a genotipic mai este condi ionat , ntr-o oarecare m sur , i de caracterul dominant al unor gene, precum i de epistazie. Din acest motiv, pentru a se avea m sura varian ei condi ionate absolut ereditar, se ia n calcul numai varian a aditiv sau, cu alte cuvinte, numai varian a cu valoar e amelior ativ . n acest caz formula de calcul va fi: 31

n vederea calcul rii coeficientului de heritabilitate, f r a lua n considerare numai varian a aditiv , se admite c ntr-un material genetic uniform varian a total (fenotipic ) este determinat n exclusivitate de condi iile de mediu. Popula iile considerate genetic uniforme sunt reprezentate de soiurile plantelor autogame, liniile consangvinizate, hibrizii n genera ia precum i de plantele cu nmul ire vegetativ . ( 1 i F2 ) sunt F cultivate n condi ii identice de mediu, se poate determina ponderea varian ei genotipice genera ia F2, ( 2 G n varian a fenotipic s ) deci coeficientul de heritabilitate. ( 2F s ) a hibridului n Dac dou genera ii succesive ale unui hibrid F1

Pentru hibridul n genera ia s2 =s 2 F(F1) =s2 M(F1) Acela i hibrid n genera ia deci: s2 F(F2) = s 2 G (F2) + s 2 M (F2) n aceste condi ii, cnd s2 M (F1) =s2 M (F2)

F 1 varian a fenotipic este:

F2 , cultivat n condi ii de mediu

identice, va prezenta dif eren ieri determinate doar de varian a genotipic ,

variabilitatea genotipic a hibridului s2 G (F2) = s 2 F(F2) s2 F(F2) s2 F(F2)

F2 devine:

n sfr it, coeficientul de heritabilitate va fi:

32

Valorile coeficientului de heritabilitate pot fi cup rinse ntre 0 i 1, dar se pot exprima i procentual. Sursele de germoplasm utilizate n orice proces de ameliorare sunt cu att mai valoroase cu ct caracterele i nsu irile acestora au un coeficient ridicat. de heritabilitate mai Aceasta nseamn c ponderea varian ei genotipice n varian a

total este mai mare i, deci, diferen ierile ntr e indivizi sunt datorate n mai mic m sur condi iilor de mediu, fiind determinate, n principal, de zestrea er editar a or ganismelor respective. Valoarea coeficientului de heritabilitate pentru un anumit caracter este dependent n mare m sur de con di iile climatice, variabile de la un an la altul. Din acest motiv, calcularea acestui coeficient se face pe mai mul i ani, n apreciere, lundu-se n considerare o valoare medie.

33

III. METODE DE UTILIZARE A GERMOPLASMEI 3.1. Selec ia Evolu ia plantelor cultivate s-a desf urat att sub influen a selec iei naturale care a eliminat exemplarele neexistente ct i a selec iei artificiale, practicate d e om n vederea mbun t irii unor caractere i nsu iri. Prin selec ie amelioratorul separ i nmul e te, din materialul ini ial de baz sau din cel creat n timpul procesului de ameliorare numai acele plante sau grupe de plante care corespund obiectivelor urm rite. Atunci cnd se practic n germoplasma de baz i rezultatul este ob inerea unui soi nou se consider c soiul respectiv a fost creat prin selec ie. Dac se folose te pentru separarea i nmul irea exemplarelor valoroase din cadrul germoplasmei create de ameliorator formele ob inute se consider a fi create prin hibridare, consangvinizare, muta ie, poliploidizare, toate completate de selec ie. Selec ia natural condu ce la p strarea varia iilor ereditare favorabile ad apt rii biologice a speciilor, prin intensificarea caracterelor i nsu irilor care determin perpetuarea acestora i eliminarea indivizilor sensibili sau inadaptabili la schimb rile mediului ambiant. Selec ia artificial ac ioneaz asupra unui num r redus de organisme re innd numai pe cele utile pentru realizarea obiectivelor urm rite. 34

Eficien a selec iei artificiale este ntotdeauna mai mare cnd obiectivele de ameliorare concord cu cerin ele biologice ale plantelor. Indiferent de sursele de germoplasm , eficien a selec iei este condi ionat de variabilitatea materialului cu care se lucreaz , de gr adul de heritabilitate a caracterelor precum i de ansa amelioratorului de a putea identifica ex emplarele corespunz toare obiectivelor urm rite. Aceast variabilitate este determinat n mare m sur de modul de reproducere al plantelor i de condi iile pedoclimatice ex istente. Pentru speciile cu reproducere sex uat n func ie de game ii care particip la formarea zigotului pot s existe organisme homozigote, cnd cei doi game i sunt identici din punct de vedere genetic precum i organisme heterozigote cnd game ii apar in la baze ereditare diferite. La speciile autogame, la care zigotul se formeaz prin contopirea a doi game i cu aceea i baz ereditar ntreaga v ariabilitate manifestat se datoreaz condi iilor de mediu. La speciile alogame, urmare a fecund rii cu polen str in indivizii rezulta i vor fi ntotdeauna diferi i fa de p rin ii lor. Datorit recombin rilor permanente este posibil ca, n asemenea situa ii, selec ia s conduc la apari ia unor popula ii complet diferite comparativ cu materialul folosit la nceputul procesului de selec ie. Al turi de speciile auto game i alogame, n natur se ntlnesc i plante a a numite intermediare la care auto fecundarea i fecundarea cu polen str in particip n propor ii aproximativ egale. Cu ct ponderea alogamiei este mai mare cu att varia iile genotipice le vor dep i pe cele datorate mediului i astfel selec ia va fi mai eficient . n sfr it, la speciile cu reproducere vegetativ zestrea genetic se trasmite neschimbat de la o genera ie la alta, iar n lipsa muta iilor, variabilitatea fenotipic ex istent n cadrul materialului este detemrinat numai de influen a mediului. n acest caz, selec ia nu poate avea eficien . Indiferent dac se practic n germoplasma natural sau n materialul creat de ameliorator, selec ia u rm re te alegerea i re inerea pentru nmul ire a plantelor elit , n elegnd prin aceasta or ganismul care exteriorizeaz n cel mai nalt grad caracterele i nsu irile urm rite. Totalitatea exemplarelor care rezult n urma reproducerii unei plante elit poart numele de descenden . 35

La speciile autogame descende a se nume te linie sau linie genealogic iar succesiunea genera iilor poart numele de arbor e genealogic. La speciile alogame descenden a unei elite este cunoscut sub numele de familie sau familie genealogic . La speciile cu nmul ire vegetativ descenden a rezultat prin nmul irea unei elite se n ume te clon sau linie vegetativ . Descenden a care cuprinde indivizi identici din punct de vedere genetic rezulta i prin nmul irea unei elite homozigote poart numele d e linie pur . Astfel de linii se pot ob ine i la speciile alogame prin autopolenizare repetat n acest caz, descenden ele purtnd numele de linii consangvinizate. Metode de selec ie n func ie de modul de ns mn are (plantare) a elitelor n cmp i de urm rire a descenden elor rezultate selec ia poate fi de dou feluri i anume: selec ia n mas i selec ia individual . Selec ia n mas presupune faptul c descenden ele sunt urm rite n totalitatea lor f r a se avea n vedere fiecare exemplar n parte. n procesul de producere de s mn dar i pentru mbun t irea unor caractere calitative (talia plantelor, num rul i m rimea inflorescen elor, num ru l i m rimea frunctelor) se folose te selec ia n mas negativ cunoscut sub numele de purificare biologic . Aceasta presupune ndep rtarea plantelor nevaloroase, nainte de nflorire, urmnd a fi re inute pentru nmul ire numai acele exemplare care corespund obiectivelor urm rite. Selec ia n mas pozitiv const n aleger ea unui num r redus de plante elit (5-10% din totalul germoplasmei) ale c ror descenden e vor fi urm rite n amestec. Selec ia n mas poate fi simpl sau repetat n func ie de num rul de ani n care se face alegerea elitelor. Spre deosebire de selec ia n mas , selec ia individual const n alegerea plantelor elit i urm rirea separat a fiec rei descenden e pentru o apreciere exact a valorii biologice a materialului respectiv. 36

n func ie de materialul cu care se lucreaz , de modul de polenizare i de nmul ire a speciei respective precum i de obiectivele urm rite selec ia individual poate fi la rndul ei, simpl sau repetat . n cadrul soiurilor locale i ameliorate la speciile autogame, cea mai indicat metod de selec ie este selec ia individual simpl (cu o singur alegere). Descenden ele elitelor re inute se seam n sau se planteaz individual n diferite verigi n cadrul c rora se vor face n permanen observa ii i detemin r i fenologice pentru a se re ine numai acele descenden e care prezint productivitate, calitate, rezisten la ac iunea agen ilor fitopatogeni i a factorilor nefavorabili de mediu. n cadrul germoplasmei formate din soiuri locale i ameliorate la speciile alogame extragerea elitelor se face numai pe linie matern , f r a exista posibilitatea s se cunoasc genotipul descenden elor. Eficacitatea selec iei n cadrul acestei categorii de material depinde de fondul propriu de gene, de echilibru genetic al popula iei i de efectul urm rit. La speciile alogame se urm re te eliminarea genelor nevaloroase n vederea cre terii frecven ei geno tipurilor utile precum i ob inerea de linii consangvinizate n vederea ob inerii de hibrizi care s manifeste un puternic efect heterozis. Efectele selec iei sunt condi ionate de determinismul genetic al caracterelor urm rite i de frecven a ini ial a genelor asupra c ror a ac ioneaz procesul selectiv. Astfel, dac se urm re te eliminarea indivizilor care prezint un caracter condi ionat de o alel dominant aceasta se poate ob ine ntr-o singur genera ie, prin nl turarea exemplarelor respecive. Dac , din potriv se urm re te eliminarea unor caractere condi ionate de o alel recesiv , care se manifest numai n exemplarele homozigot recesive, timpul de purificare al popula iei este invers propor ional cu frecven a alelei respective. Eficien a selec iei este maxim dac frecv en a genotipului urm rit a fi eliminat este intermediar . Cu ct valorile frecven ei se deplaseaz spr e una din cele dou limite cu att efectele sunt mai reduse. n cadrul germoplasmei constituite din soiuri locale i ameliorate la speciile cu nmul ire vegetativ cele mai bune rezultate se ob in prin practicarea selec iei individuale simple cunoscut sub numele de 37

selec ie clonal . Aceast metod este avantajoas n deosebi pentru speciile horticole prin faptul c determin omo genizarea planta iilor, sporirea capacit ii de produc ie a acestora, precum i asigurarea unei st ri fitosanitare corespunz toare. 3.2. Hibridarea Deoarece une te n organismul hibrid posibilit ile ereditare apar innd la dou sau mai multor forme parentale deosebite genetic, hibridarea constituie principala metod de creare a variabilit ii genotipice n cadrul surselor de germoplasm . Organismele ale c ror game i particip la formarea unui hibrid se numesc p rin i, forme parentale sau genitori i se nuteaz cu P. n prezentarea formulelor hibride ntotdeauna primul se nscrie genitorul matern i al doilea genitorul mascul. Spre deosebire d e alte metode de creare a variabilit ii i de mbun t ire a surselor de germoplasm , hibridarea ofer posibilitatea de a ob ine noi popula ii de plante care ntrunesc n acela i organism caractere i nsu iri apar innd la genitori diferi i. Stimulnd variabilitatea n cadrul germoplasmei hibridarea creaz posibilitatea izol rii, prin selec ie a unor genotipuri total diferite fa de cele anterioar e. Diversitatea genetic a popula iilor hibride este determinat de segregare libera combinar e a genelor, recombinarea acestora, crossing-over, transgresiuni genetice etc. Prin segregarea alelelor provenite de la cei doi p rin i, hibridul produce dou tipuri de game i. Unirea acestora pe baza legii hazardulu i poate da na tere la numer oase genotipuri diferite. Libera combinare a genelor determin segregarea independent a fiec rei perechi de gen e i ob inerea, n genera ia urm toare a unor noi combina ii rezultate din regruparea acestora. Prin crossing-over se favorizeaz schimbul reciproc de gene ntre cromozomii omologi, ca urmare a conjug rii a acestora, conducn astfel la diferite recombin ri care m resc variabilitatea genotipic a germoplasmei create. 38

De i transgresiunile genetice apar destul de rar numeroase succese ale lucr rilor de ameliorare se datoresc apari iei unor forme transgresive care au dep it formele parentale n privin a modului de manifestare ale unor caractere i nsu iri. Frecven a apari iei transgresiunilor genetice spore te atunci cnd genitorii reprezint forme ndep rtate ecologic dar i n cazul n care selec ia opereaz n popula ii foarte numeroase. Metode de hibridare Bo gata ex perien acumulat n domeniul hibrid rilor la plante a condus la posibilitatea unor clasific ri ale tipurilor de hibridare n func ie de mai multe criterii i anume: modul de efectuare a poleniz rii, num rul genitorilor, gr adul de nrudire a formelor parentale. n func ie de modul cum se realizeaz polenizarea, hibridarea poate fi natural , specific speciilor alogame i artificial (for at ), utiilizat att la speciile autogame ct i la cele alogame. Hibridarea natural are loc pe calea poleniz rii libere, prin intermediul unor factori polenizatori (vnt, insecte) f r interven ia omului. Hibridarea dirijat const n obligarea genitorului matern de a se poleniza cu polenul unui anumit genitor patern. n func ie de modul n care ajunge polenul pe stigmatele genitorului matern se cunosc trei tipuri de hibridare i anume: liber , semiliber i for at . Hibridarea liber , cu aplicabilitate la plantele dioice sau unisexuat monoice const n emascularea genitorului matern dup car e inflorescen ele neizolate se vor poleniza liber cu polen de la celelalte plante din cmpul respectiv. Hibridarea semiliber cu aplicabilitate la anumite specii legumicule i floricole la care florile au dimensiuni reduse, const n sem narea al turat a celor dou forme parenatale i introducerea sub acela i izolator a inflorescen elor celor doi genitori. Hibridarea for at , const n castrarea i izolarea florilor de la genitorul matern, recoltarea polenului de la genitorul mascul i polenizarea formei materne n momentul optim de receptivitate a stigmatului. 39

n func ie de num rul genitorilor participan i la ob inerea organismului hibrid se cunosc dou tipuri de hibridare, i anume: hibridarea simpl i hibridarea complex . Hibridarea simpl presupune toate tipurile de hibridare la care particip numai dou forme parenatale i este de urm toarele tipuri: direct , r ecipro c , regresiv , ciclic i dialel . Orice tip de ncruci are de tipul AxB, n care forma A reprezint genitorul matern, iar forma B genitorul patern i n urma c reia rezult hibrizi simpli poart numele de hibridare direct . Schimarea rolului genitorilor, n sensul c forma parental B va deveni genitor metern, iar forma parental A genitor patern, formula hibridului devenind BxA, poart numele de hibridare reciproc . Hibridarea regresiv , cunoscut i sub numele de hibridare recur ent , hibridare rep etat , retroncruci are sau ameliorare de tip backcross se folose te atunci cnd una din formele parentale, chiar daca are o valoare biologic sc zut , prezint o anumit nsu ire valoroas care lipse te celuilalt genitor. n aceste formule hibride genitorul valoros, dar deficitar n privin a anumitor nsu iri poart numele de p rinte recurent iar genitorul f r valoare biologic d ar posesor al genelor care condi ioneaz nsu irile respective poart numele de donor. Metoda const n ncruci area r epetat , timp de 5 - 6 genera ii a hibrizilor n F 1 , care fenotipic se aseam n cu genitorul valoros dar car e con in i genele responsabile de nsu irea care lipse te cu genitoru l recur ent. Metoda hibrid rii regresive are utiliz ri largi n transferarea unor nsu iri ereditare cum ar fi rezisten a la factorii nefavorabili de mediu (ger, secet ) i rezisten a la ac iunea agen ilor fitopatogeni. Retroncruci area trebuie nso it n permanen de metode de selec ie adecvate p rin care s se re in do ar acele organisme la care a fost transfer at caracterul urm rit. Materialul biologic rezultat ca urmare a hibrid rilor regresive se poate introduce direct n produc ie, f r alte verific ri n culturi comparative. Hibridarea ciclic se folose te n vederea determin rii capacit ii combinative generale i const n ncruci area toturor formelor 40

din colec ie (soiuri, hibr izi, linii consangvinizate) cu un genitor a c rui valoarea biologic este cunoscut , numit tester sau analizator. Hibridarea dialel utilizat pentru determinar ea capacit ii combinative specifice const n ncruci area fiec rei forme parentale din colec ie cu to i ceilal i genitori din grupul r esp ectiv, direct i r ecipro c, constituind metoda de baz n alegerea formelor parentale pentru ob inerea hibrizilor simpli la majoritatea plantelor de cultur . Hibridarea complex const n ncruci area a dou forme parenatale din care cel pu in una are origine hibrid cu partciparea unor genitori diferi i. Urmare a acestui tip de hibridare pot rezulta hibrizi triliniari, hibrizi dubli i sintetici. n cadrul fiec reia din cele dou tipuri de ncruci are simpl sau complex , n func ie de gradul de nrudire al formelor parentale, hibridarea po ate fi: aprop iat i ndep rtat . Hibridarea apropiat presupune ncruci area a dou genotipuri care apar in acelea i specii pe cnd cea ndep rtat se consider atunci cnd genitorii apar in unor specii diferite sau chiar unor genuri diferite. Spre deosebire de hibrid rile ap ropiate (intraspecifice) care, de regul , pot fi realizate cu u urin la hibrid rile ndep rtate (interspecifice) apar unele probleme datorit , fie intersterilit ii formelor parentale, fie sterilit ii hibrizilor n prima genera ie. Intersterilitatea formelor parentale este determinat de deosebirile morfologice, fiziologice sau genetice ntre cei doi genitori. Din acest motiv apar adesea situa ii cnd este perturbat fecundarea datorit faptului c polenul nu germineaz pe stigmatul partenerului femel. Exist cazuri n care polenul, chiar dac germineaz , nu poate penetra stigmatul sau cnd tubul polenic nu poate parcurge distan a de la stigmat la ovul. Exist , de asemenea, cazuri cnd celula sexual mascul nu se une te cu oosfera p entru a forma zigotul. n sfr it, se ntlnesc situa ii cnd s mn a hibrid nu germineaz sau dac germineaz , plantele formate nu pot ajunge la maturitate. n privin a deosebirilor morfologice s-au constat diferen e ntre distan ele pe care trebuie s le parcu rg tubul polenic de la stigmat pn la gametul femel, pentru a se putea produce fecundarea. Aceste distan e sunt condi ionate de lungimea stilului. La ncruci area formelor cu stiluri de 41

diferite lungimi s-a constatat c , de obicei tuburile polenice ale formelor cu stiluri scurte nu reu esc s str bat stilurile lungi ale celuilalt partener i astfel, fecundarea nu poate av ea loc. Acesta este un motiv pentru ca la alegerea genitorilor s se cunoasc ndeaproape particularit ile morfologice ale fiec ruia dintre parteneri prin stud ii prealabile, n cmp sau n laborator. n ce prive te deosebirile de ordin fiziologic se men ioneaz perioade diferite de nflorire ale speciilor care urmeaz a fi ncruci ate, ca i ritmul diferen iat de maturare a florilor pentru fiecare dintre cei doi parteneri. Condi iile de mediu la care sunt adaptate speciile care urmeaz a forma combina ia hibrid sunt, de asemenea, importante i diferen iate de la specie la specie. Tot ntre diferen ele de ordin fiziologic se ncadreaz i aptitudinile individuale i varietale ale unor specii pentru ncruci area cu alte specii. n sfr it, n privin a deosebirilor de ordin genetic, num rul diferit de cromozomi i calitatea genomurilor influen eaz n cea mai mar e m sur reu ita hibrid rii. Toate aceste deosebiri provoac unele tulbur ri n procesul fecund rii, n formar ea semin elor sau n germina ia acestora. Pentru nl turarea acestor greut i ntmpinate n procesul de ob inere a hibrizilor ntre specii ale aceluia i gen sau apar innd la genuri diferite, se folosesc urm toarele metode: hibridarea reciproc , tratarea cu substan e stimulatoare de cre tere, embriocultura, dublarea sau njum t irea num rului de cromozomi la una din formele parentale. Hibridarea reciproc se folose te atunci cnd unul dintre genitori posed un sistem de incompatibilitate care inhib germina ia polenului celuilalt genitor sau dac polenul germineaz , tubul polenic nu poate str bate stilul pn la gametul femei. De regul , cnd n procesul de hibridare sunt implicate specii cu stiluri de lungime diferit , se folose te drept genitor matern sp ecia cu stilul mai scurt. Din practica cercet rii s-a constatat c atunci cnd se ncruci eaz Phaseolus vulgaris x Phaseolus multiflorus 42 rezult un procent

foarte redusde semin e (0,48%), n timp ce la schimbarea pozi iei genitorilor, propo r ia de semin e hibride ajunge pn la 42%. De asemenea, se cunoa te c ncruci area ntre speciile de Solanum tuberosum x Solanum acaule nu reu e te din cauz c tubul polenic al genitorului mascul nu poate str bate stilul formei femele. n schimb, dac se practic ncruci area reciproc , folosindu-se, deci, specia Solanum tuberosum greutate. Tratarea cu substan e stimulatoare de cre tere se folose te pentru a m ri, pe de o parte, receptivitatea stigmatului pentru polenul celeilalte specii, iar pe de alt parte, pentru a f avoriza cre terea tubului polenic al gr unciorilor d e polen. Embriocultura se practic pentru eliminarea incompatibilit ii manifestate la unele specii ntre embrionul diploid i endospermul triploid al semin ei. Metoda const n deta area embrionului imediat dup formarea lui i transplantarea acestuia pe medii de cultur speciale. Astfel de transplant ri s-au folosit pentru realizarea hibrizilor ntre Lycopersicum peruvianum x Lycopersicum glandulosum. Dublarea sau njum t irea num rului de cromozomi folose te cu scopul de a se realiza acela i grad de ploidie a celor doi parteneri. Uneori, hibridarea ntre dou specii cu num r egal de cromozomi se realizeaz mai u or i cu rezultate mai bune d ac la una dintre acestea se dubleaz num rul de cromozomi. Astfel, hibridarea ntre speciile Lycopersicon peruvianum x Lycopersicon esculentum reu e te cu foarte mare greutate dar, dac , prin colchicinizare, se dubleaz num rul de cromozomi ai speciei u urin . Sterilitatea hibrizilor n genera ia F1 este

drept genitor mascul, hibridarea nu ntmpin nici o

se

esculentum

(4x = 24), ncruci area se realizeaz cu determinat d e

diferen ierile ntre game i rezultate ca urmare a repartiz rii neregulate a cromozomilor la polii celulei n timpul meiozei, precum i de imposibilitatea mperecherii cromozomilor celor doi game i care particip la formarea zigotului. Sterilitatea hibrizilor interspecifici sau intergenerici variaz n limite foarte largi, determinate de gradul de nrudire a genitorilor i de gradul de omologie a genomurilor celor doi parteneri. Cu alte cuvinte, 43

principalele cauze ale intersterilit ii hibrizilor ndep rta i rezid din deosebirile de ordin calitativ i cantitativ dintre garniturile cromozomice ale celor dou forme parentale. Astfel, la ncruci area formelor parentale cu genomuri omoloage i num r egal de cromozomi rezult ntotdeauna hibrizi fertili. n aceast situa ie to i cromozomii se conjug normal iar celulele sexuale care se formeaz au acela i nu m r de cromozomi. Dac cele dou forme parentale au genomuri omo loage, dar un num r diferit de cromozomi, hibrizii rezulta i sunt par ial sterili. Aceea i situa ie se ntlne te i n cazul n care cele dou forme participante la hibridare au genomuri neomoloage, dar acela i num r d e cromozomi. n sfr it, hibrizii rezulta i din genitori cu num r diferit de cromozomi i genomuri neomoloage sunt ntotdeauna sterili. Fenomene de sterilitate se ntlnesc uneori i din cauza condi iilor nefavorabile de mediu, cum ar fi temperaturile sc zute sau umiditatea atmosferic ridicat . Astfel la vi a de vie, n aceste condi ii se manifest meierea i m rgeluirea, iar la unele specii pomicole florile se scutur sau avorteaz . Refacerea fertilit ii hibrizilor interspecifici prin dou metode, i anume: hibridarea regresiv , de cromozomi. Hibridarea regresiv se practic pentru eliminarea treptat a cromozomilor apar innd genomului mascul i refacerea genomului matern sau pentru refacerea complet a genomului patern, realizndu-se, astfel, o transplantare a nucleului patern n citoplasm formei materne. Astfel de hibrizi, asem n tori fenotipic cu partenerul mascul, dar care prezint i unele caracteristici ale formei materne, poart numele de hibrizi alloplasmatici. Eliminarea cromozomilor paterni se po ate realiza prin folosirea ca genitor recurent a partenerului femei refacerea genomului matern. Pentru refacerea genomului patern se folose te ca genitor recur ent partenerul mascul ( x B3 ) A . 44 ( A3

se poate realiza i dublarea num rului

x B), ob inndu-se, astfel,

Fertilitatea hibrizilor interspecifici se poate reface, uneori, numai dup o singur retroncruci are cu unul din p rin i sau prin ncruci area cu o a treia specie din alt gen. Dublarea num rului de cromozomi restabile te omologia cromozomilor n celulele care vor da n a tere la game i. n acest fel meioza se va putea d esf u ra normal, ob inndu-se aloploizi (amphidiploizi) fertili. Dublarea num rului de cromozomi se poate realiza prin tratarea cu colchicin a semin elor n Fo.

Fertilitatea hibrizilor interspecifici trebuie ref cut numai pentru plantele cu reproducere sexuat . Acest lucr u nu prezint importan la speciile ce se reprodu c pe cale vegetativ i, din acest motiv, hibrid rile ndep rtate s-au ex tins pe o scar mai lar g la aceste specii. Tehnica hibrid rii Pentru a avea rezultate n ob inerea organismelor hibride, acestea sunt condi ionate de executarea co rect a urm toarelor opera ii: alegerea genitorilor, asigurarea coinciden ei la nflorire a acestora, alegerea plantelor care particip la hibridare, precum i a inflorescen elor i florilor, castrarea, izolarea i polenizarea, controlul fecund rii, recoltarea semin elor hibride. Alegerea genitorilor. Alegerea corect a formelor parentale este o condi ie esen ial pentru ob inerea unor rezultate scontate n hibrid rile sex uate. n acest sens, este nevoie de o cunoa tere detaliat a caracterelor i nsu irilor pe care le posed toate sursele de germoplasm din colec ie, precum i a modului de condi ionare genetic a acestor a, cunoa tere care este posibil numai pe baza unor studii am nun ite efectuate n timp. Criteriile de aleger e a formelor parentale se stabilesc n func ie de obiectivele urm rite n ameliorarea fiec rei specii. Un prim criteriu l constituie valoarea caracterelor i nsu irilor pozitive pe care le posed cele dou forme parentale i un num r ct mai mic de nsu iri negative. Pentru ob inerea unor hibrizi valoro i este necesar s se foloseasc drept forme parentale ecotipuri ndep rtate geografic, 45 dar ale c ror p erioad e de nflorire s coincid pentru u urarea poleniz rilor.

Dac programul de ameliorare permite, este indicat ca unul dintre genitori s fie soiul zonat , a c rui putere de adaptare la condi iile climatice este cunoscut . Cel lalt genitor trebuie s participe cu unele caractere sau nsu iri complementare n care soiul zonat este deficitar. n cazul n care se practic hibrid ri interspecifice sau intergenerice, un rol foarte mare l joac parentale. Indiferent de programul de ameliorare, pentru ca hibridarea s fie eficient , formele parentale trebuie s fie homozigote cel pu in pentru perechile de alele care condi ioneaz caracterele sau nsu irile a c ror combinare se urm re te. Cele mai bune rezultate, ns , se ob in cnd la ncruci area speciilor autogame se folosesc alogame linii consangvinizate. Atunci cnd se urm re te combinarea "n hibrid" a unor caractere cu ereditate simpl , exteriorizate tran ant n fenotip (form , m rime, culoar e), alegerea genitorilor este facil . Dimpotriv , dac se u rm re te combinarea u nor caractere condi ionate poligenic, alegerea formelor parentale este o lucrare mult mai laborioas . n astfel de cazuri este necesar studierea a formelor parentale prin stabili combinativ specific hibrid ri ciclice capacitatea combinativ general valorii hibridologice sau dialele pentru a se putea , i, respectiv, capacitatea linii pure, iar la speciile aptitudinea pentru hibridare ndep rtat a formelor

a acestora. Datorit num rului foarte mare d e

combina ii necesare n studiile hibridologice se recomand efectuarea hibrid rilor ciclice, dup care, se vor re ine pentru hibrid rile dialele numai formele de material biologic care au prezentat cea mai bun capacitate combinativ general . n general, partenerii trebuie s posede caracterele i nsu irile pe care urm rim s le transfer m noului hibrid, exprimate n cel mai nalt grad, printre acestea trebuind s se numere obligatoriu elementele care condi ioneaz productivitatea (coeficien ii productivitate). De asemenea, nufertilitate se neglijeaz n ici biochimice i tehnologice. de i indicii de nsu irile fiziologice,

Conteaz de asemenea, homozigo ia genitorilor, m car pentru caracterele i nsu irile pe care dorim s le ntruneasc noul organism 46

hibrid. Din acest motiv, n lucr rile de hibridare la speciile autogame, se utilizeaz frecvent liniile pure iar la cele alo game, liniile consangvinizate. Uneori, din diferite motive, se pot folosi ca genitori i forme heterozigote. n acest caz, ns , alegerea celor mai potrivi i genitori este foarte dificil deoarece n cadrul speciilor alogame aproape fiecare plant reprezint un genotip diferit. n astfel de situa ii se recomand alegerea unor grupe d e plante care s posede ct mai multe nsu iri pozitive. Pentru a se putea controla dac hibridarea s-a produs sau nu, se recomand ca genitorul mascul s posede unele caractere dominante bine eviden iate n fenotip. n acest caz, dac n urma ncruci rii n genera ia F plantele prezint caracterele formei materne, rezult c plantele respective s-au dezvoltat din semin e autopolenizate i, deci, hibridarea nu a reu it. Asigurarea coinciden ei la nflorire a celor dou forme parentale este, de asemenea, necesar pentru reu ita hibrid rii. Pentru aceasta, n func ie de decalajul existent ntre cei doi genitori, se folosesc mai multe metode, dintre care mai frecvente sunt: ns mn area la epoci diferite, gr birea sau ncetinirea vegeta iei, precum i unele procedee mecanice. Dac se urm re te gr birea vegeta iei, se ex pun plantele la temperaturi mai ridicate, se trateaz cu stimulatori de cre tere, se m re te doza de ngr minte cu fosfor sau, n sfr it, plantele se expun la durate i intensit i diferite de iluminare n func ie de specie. ncetinire vegeta iei la una din a formele parentale, plantele vor fi expuse la temperaturi mai sc zute, semin ele se vor trata cu inhibitori de cre tere, se va m ri doza de ngr minte cu azot. Printre procedeele mecanice folosite ndeosebi la speciile pomicole, amintim: depozitarea z pezii n jurul tulpinilor i men inerea acesteia pn prim vara trziu, acoperirea plantelor cu folii de polietilen , ciupirea mugurilor floriferi etc. Dac se constat c toate aceste procedee nu sunt eficiente, se va folosi polen conserv at. Alegerea plantelor care particip la hibridare, a inflorescen elor i florilor. Partenerii oric rei hibrid ri trebuie s fie plante 47 bine dezvoltate, s n toase, viguroase i productive. Acestea trebuie s fie n cazul n care se urm re te1

sem nate sau plantate n condi ii optime, pentru a exterioriza ct mai bine caracterele i nsu irile valoroase. La aceste exemplare se vor alege cele mai dezvoltate inflorescen e (spicul principal la cereale, inflorescen ele bazale la leguminoase, inflorescen ele de la baza l starilor la vi a de vie, inflorescen ele de la baza ramurilor la speciile pomicole), iar din cadrul inflorescen ei numai florile normal dezvoltate. Pentru polenizare se vor folosi numai inflorescen e bine expuse i bine hr nite, pentru a se asigu ra ob inerea de ct mai multe semin e hibride. Dac inflorescen ele prezint un num r mare de flori n stadii diferite de dezvoltare, se vor re ine pentru polenizare numai jum tate dintre acestea, cele normal dezvoltate, nl turndu-se acelea care au fost polenizate deja, cele prea tinere sau afectate de unii d un tori. Castrarea (emascularea) reprezint opera ia de ndep rtare a staminelor la florile hermafrodite, a florilor mascule la plantele monoice i a indivizilor masculi la speciile dioice. n lucr rile de cr eare a materialului ini ial nou, castrarea se execut ntotdeauna manual, cu instrumentar adecvat, n func ie de specia cu care se lucr eaz . Unele procedee chimice de sterilizare a polenului la plantele femele, ca i castrarea genetic (androsterilitatea), se utilizeaz numai n procesul de ob inere a semin ei. Eliminarea elementelor sexuale mascule se face obligatoriu nainte de maturarea acestora. Castrarea se execut , d e regul , diminea a, dup ce se ridic rou sau spre sear , pentru a se evita ar i ele din timpul zilei care afecteaz florile femele. De asemenea, se vor evita zilele cu vnturi puternice. Imediat dup castrare se controleaz calitatea lucr rii, dup care, inflorescen ele se izoleaz cu pungi de hrtie pergament sau din tifon, rezistente la factorii climatici. Dimensiunile izolatorilor sunt condi ionate de m rimea inflorescen elor ce urmeaz a fi izolate. Polenizarea se execut la momentul optim, adic atunci cnd pe suprafa a stigmatului apare o secre ie specific ce marcheaz gradul de receptivitate maxim pentru fecundare. n func ie de specie i de metoda de hibridare utilizat , polenizarea poate fi: for at , liber sau semiliber . 48

Polenizarea for at

se practic n cazul hibrid rii liniilor pure

la plantele autogame sau a liniilor consangvinizate la speciile alogame. Opera ia const n depunerea polenului de la genitorul patern, recoltat proasp t sau conservat, pe stigmatul formei materne. Imediat dup efectuarea poleniz rii cu ajutorul unor pensule fine, tampoane de vat sau pulverizatoare speciale, inflorescen ele se vor izola din nou i se vor eticheta. Pe etichete se vor men iona datele privind genitorul mascul, momentul poleniz rii i numele celui care a efectuat opera ia. Polenizarea liber presupune ndep rtarea componentelor sexuale mascule ale florilor femele i l sarea liber a inflorescen elor pentru a se poleniza entomofil sau anemofil cu polenul genitorului masculsem nat al turat. Metoda se practic , de asemenea, la speciile alogame autosterile sau androsterile. Inconveninetul poleniz rii libere const n faptul c , n combina iile hibride rezultate, nu se cunosc dect genitorii materni. Polenizarea liber se utilizeaz ndeosebi n procesul de producer e de s mn . Polenizarea semiliber asigur cunoa terea ambilor parteneri care particip la ncruci are. Metoda const n introducerea sub acela i izolator a celor doi parteneri sau a inflor escen elor acestora, dup ndep rtar ea componentelor mascule ale florilor partenerului matern. De regul , pentru a se realiza un procent mai mare de flori polenizate, sub izolator se introduc insecte polenizatoare. Procentul de semin e hibride, deci de reu it a ncruci rilor, n condi iile n care se respect toate regulile impuse n astfel d e lucr ri este condi ionat n mare m sur de gradul de viabilitate a polenului (proasp t sau conservat) i de receptivitatea stigmatelor pentru polen. Viabilitatea polenului este maxim n primele zile de la ajungerea la maturitate a acestuia, dup care scade treptat. P strat n condi ii optime ns , i poate men ine viabilitatea o perioad mai mare d e timp. Astfel, la vi a de vie, se men ioneaz c n condi ii de umiditate i temperaturi sc zute viabilitatea polenului se poate men ine peste patru ani. n ce prive te controlul viabilit ii, acesta se poate face att n condi ii de cmp ct i de laborator. Pentru ex aminarea n cmp se folosesc 49

plantele test ale c ror stigmate se polenizeaz cu polen recoltat n diferite etape i p strat corespun z tor. n laborator, gr unciorii de polen se vor trece pe medii speciale la temperatur i umiditate favorabile, dup care, la microscop, se va observa gradul de germinare. Receptivitatea stigmatelor la genitorii materni este diferit de la o specie la alta i depinde de faza de matura ie i de condi iile de mediu. O influen puternic asupra receptivit ii stigmatelor o ar e modul de polenizare n cadrul speciei (autogam sau alo gam). La plantele auto game, pentru a se favoriza autofecundarea, ntotdeauna receptivitatea stigmatelor v a fi redus . Dimpotriv , la speciile alogame, stigmatele vor fi viabile i receptive o perioad mai mare de timp pentru a se favoriza polenizarea cu polen provenit de la alte plante.

50

IV. UTILIZAREA RESURSELOR GENETICE VEGETALE 4.1. Utilizarea resurselor genetice pentru ameliorarea grului Suprafe ele cultivate n momentul de fa n lume se bazeaz pe dou forme principale i anume: grul hexaploid sau grul de pine i grul tetraploid sau grul dur. La formarea celor dou categorii de gru au participat trei specii din flora spontan , Aegilops squarrosa . Triticum beoticum , Aegilops speltoides i

Triticum aegilopoides se caracterizeaz printr-o variabilitate genetic foarte mare datorat condi iilor ecologice diferite n care se dezvolt . A doua form are centrul de diversitate n sudul Turciei, nordul Siriei i al Irakului i se caracterizeat printr-o variabilitate genetic cev a mai restrns . A treia form se g se te r spndit n diferite areale climatice de la stepele uscate de la marginea de erturilor pn la centura de p dur i din zona temperat . Centrul de diversitate pentru aceast form este considerat sudul M rii Caspice. A patra component a grului cultivat este un tetraploid reprezentat de Triticum dicoccoides i Triticum araraticum . Aceste dou forme sunt asem n toar e din punct de vedere morfologic ns foarte diferite din punct de vedere genetic. 51

Prima form numit i

Dintre aceste dou tipuri tetraploide cel care intereseaz activitatea de ameliorar e a plantelor este Triticum dicoccoides numai formele ap ar innd acestui tip sunt nrudite cu grnele cultivate. n Romnia colec iile de germoplasm pentru gru sunt amplasate la INCDA Fundulea i SCDA Turda. Analiza provenien ei geografice a acestor surse de germoplasm dovede te marea variabilitate ecologic a zonelor d e colectare, materialul reprezentnd toate zonele mari cultivatoare de gru precum i unele zone periferice. n vederea amelior rii capacit ii de produc ie trebuie s se utilizeze acele surse de germoplasm care prezint valori mari pentru unele elemente de productivitate (MMB, num rul de boabe n spic, num rul de spice la unitatea de suprafa ). Masa a 1000 de boabe