3HISTORIA HODOWLI,

Wykład 1

HISTORIA HODOWLI

Świat:

•Mezopotamia i Bliski Wschód –7-8 tysięcy lat p.n.e., przejście od łowiectwa i zbieractwa do chowu owiec, kóz, bydła i świń oraz uprawy roślin takich jak pszenica, proso i jęczmień

•Arystoteles, Teofrast z Erezu –III w. p.n.e., opisanie setek form roślin użytkowych

•Średniowiecze -brak postępu w rolnictwie, wyjątki –gospodarstwa przyklasztorne

•Oświecenie (XVII w.) –wzrost zainteresowania produkcją rolną, pierwsze firmy hodowlano-nasienne (Francja -Philip de Vilmorin; Anglia, Niemcy). Najwcześniej rozpoczęto hodowlę zbóż, XIX w. burak cukrowy (Vilmorin), ziemniak (Am. Półn., następnie Europa), kukurydza (Vilmorin, następnie Ameryka)

Polska:

1.XVI w.–Anzelm Gostomski, poradnik gospodarki rolnej, w którym po raz I porusza kwestię wartości dobrego materiału siewnego oraz konieczność wyboru najlepszych osobników do reprodukcji,

2. XVII/XVIII w. –prekursorzy hodowli:A. Jan Kurowski, zalecał selekcję roślin wg. wartości uzyskanego potomstwa,B. Michał Oczapowski, postęp w rolnictwie następuje przez wprowadzenie nowych uszlachetnionych odmian i wysokiej wartości nasion siewnych,

3. 1860r. –początek świadomej, systematycznej hodowli roślin w Polsce,

4. XIX w. –Towarzystwa Rolnicze –Wielkopolska, KujawyPierwsi polscy hodowcy –Władysław Pepłowski (Sarnowo)–ulepszył pszenicę, pierwsza odmiana ‘Sarnowska’; Antoni Sempołowski –Stacja Doświadczalna w Sobieszynie,

5. Pierwsze firmy hodowlane (około 1900): Aleksander Janasz (AJ) (obecnie Kutnowska Hodowla Buraka Cukrowego), Konstanty Buszczyński i Synowie (KBS), Udycz –zboża i buraki cukrowe.6. 1950 -firmy hodowlane zostają przyjęte pod zarząd państwowy -Centralny Zarząd Selekcji Roślin, a następnie upaństwowione.

5Organizacja oceny, rejestru i ochrony prawnej odmian:

1.XIX w. doświadczenia prowadziły towarzystwa rolnicze, Instytut Agronomiczny w Marymoncie, stacje hodowlane firm prywatnych i właściciele ziemscy –prace te były więc rozproszone,

2.1921 -powołanie Centralnej Sekcji do Spraw Nasiennictwa, która należała do Związku Izb i Organizacji Rolniczych, badania nad odmianami były następnie koordynowane przez Komisję Współpracy w Doświadczalnictwie przy Ministerstwie Rolnictwa,

3.1940-1949 -Instytut Puławski,

4.1949-1965 -Państwowa Komisja Oceny Odmian, Centralna Stacja Oceny Odmian w Słupi Wielkiej, Państwowy Rejestr Odmian Oryginalnych,

5.1966 -Centralny Ośrodek Badania Odmian Roślin Uprawnych.

HODOWLAjest nauką zajmującą się ulepszaniem cech dziedzicznych roślin uprawnych.

Jako działalność praktyczna zajmuje się tworzeniem nowych odmian i genotypów (organizmu doskonalszego od formy wyjściowej przynajmniej o jedną cechę).

NASIENNICTWOjest to działalność obejmująca produkcję nasienną, a także ocenę, przechowywanie, uszlachetnianie i dystrybucję nasion.

CYKL HODOWLANY–proces kończący się pomyślnie uzyskaniem MATERIAŁU MATECZNEGO, który jest rozmnażany w określonym cyklu rozmnożeń nasiennych.

Uzyskanie materiału matecznego leży w gestii hodowli, natomiast jego rozmnożenie w gestii nasiennictwa.

Hodowla nowej odmiany

1.Wybór materiału wyjściowego (poszukiwanie i dobór form rodzicielskich),

2.Wybór kierunku hodowli (cel, ustalenie kryteriów selekcji),

3.Uzyskanie zmienności genetycznej –krzyżowanie form rodzicielskich,

4.Selekcja, ocena i utrwalanie zmienności,

5.Uzyskanie linii wyrównanej do uzyskania materiału matecznego,

6.Rozmnożenie linii i rozmnożenie materiału matecznego,

7.Przeprowadzenie doświadczeń porównawczychi poznanie opinii odbiorców,

8.Rejestracja nowej odmiany.

BANKI GENÓW-instytucje, których zadaniem jestzachowanie oraz udostępnianie zasobów genowych

POLSKI BANK GENÓW:

1. Krajowe Centrum Roślinnych Zasobów Genowych IHAR,

2. Ogród Botaniczny PAN,

3. kolekcjeinstytutów,stacjihodowli i wyższych uczelni.

Systematyczne gromadzenie krajowych zasobów genowych prowadzone jest od roku 1971.

W 1995 roku Polska przyjęła Konwencję o Różnorodności Biologicznej:ochrona zasobów genetycznych oraz dzielenie się nimi jest niezbędne dla wyżywienia i zapewnienia innych potrzeb stale rosnącej liczby ludzi. Konwencja nakłada obowiązek ochrony zasobów genowych o rzeczywistej -bezpośredniej lub potencjalnej wartości. Ochrona zasobów genowych roślin użytkowych oprócz nadrzędnego zadania zachowania różnorodności biologicznej ma ściśle określone zadania praktyczne, dostarczając możliwie szerokiego materiału wyjściowego do hodowli. Program ochrony zasobów genowych roślin użytkowych jest uważany za ważny element strategii hodowlanej w Polsce.

Zadania banku genów to:

►gromadzenie genotypów roślin zagrożonych erozjągenetyczną,

►ocena zgromadzonych genotypów,

►długoterminowe przechowywanie w stanie żywym zebranychmateriałów i udostępnianie ich hodowcom, pracownikomnauki iinnym zainteresowanym,

►dokumentowanie zbiorów i upowszechnianie danych.

W roku 1995 w Instytucie Ochrony Roślin w Poznaniu powstał Bank Genów Patogenów, którego zadaniem jest zachowanie i udostępnianie patogenów roślin uprawnych. Ochroną objęte są również kolekcje bakterii symbiotycznych roślin strączkowych.

Stan kolekcji zasobów genowych roślin użytkowych W Polsce różnymi formami zachowania objęte jest 73 tysiące genotypów roślin o znaczeniu użytkowym:

-61 tys. to próbki nasion zdeponowane w przechowalni długoterminowej

-10 tys. obiektów przechowywanych jest w formie wegetatywnej (drzewa owocowe, krzewy, chmiel, ziemniaki, czosnek, szparagi, itp). Największy udział w przechowywanych zasobachmają zboża (42%) oraztrawy (28%) (specjalizacja Polskiego Banku Genów) (dane z 1996 IHAR).Kolekcje krajowe są zobowiązane przede wszystkim zabezpieczać zasoby genowe pochodzące z Polski (dzikie gatunki, ekotypy, odmiany miejscowe i krajowe formy uprawne, rejestrowane odmiany i skreślone z rejestru oraz wartościowe materiały genetyczne wytworzone w placówkach badawczych).

Flora Polski liczy ponad 2500 gatunków roślin nasiennychw tym:

-190 to gatunkiuprawnew Polsce(rolnicze, warzywne, sadowniczei ozdobne),

-400 gatunków to rośliny opotencjalnym znaczeniu użytkowym). 400gatunków roślinjest przechowywanych w Banku, są to rośliny uprawne orazdzikie gatunki pokrewne pochodzące z kraju oraz zbierane za granicą w miejscach naturalnego ich występowania. Wytworzona w procesie hodowlanym różnorodność biologiczna stanowi dorobek kulturalny i naukowy naszego narodu, za zachowanie którego jesteśmy odpowiedzialni.

W przeciągu ostatnich 200 latwyginęły lub ustąpiły z terenówPolski124 gatunki roślin.

Gatunki uznane za zagrożone i ginące są umieszczane w spisach:

→"Czerwonej liście roślin naczyniowych zagrożonych w Polsce„

→"Czerwonej księdze", i niektóre z nich są objęte ochroną gatunkową.

Obecnie znaczną ich część stanowią roślinyginące w wyniku zmian tradycyjnej gospodarki rolnej. Zagrożone są gatunki chwastów związane z uprawą lnu oraz chwasty zbożowe.

Wykorzystanie zasobów genowych

Miarą przydatności banku genów może być użytkowanie zgromadzonych zasobów. Rocznie jest wykorzystywanych około 8% próbek nasion przechowywanych w banku genów. Najczęściej zamawiane są zboża i trawy.

Wykorzystanie materiałów zgromadzonych w banku genów systematycznie rośnie, a głównymi użytkownikami są polscy hodowcy.

15Najbardziej właściwą metodą ochrony zasobów genowych roślin użytkowych jest ich zachowanie in situ(w środowisku naturalnym) w regionach ściśle związanych z ich pochodzeniem.W przypadku roślin uprawnych istnieje pojęcie ochrony "w gospodarstwie". Ten rodzaj ochrony przewiduje nie tylko zachowanie danej formy w miejscu pochodzenia, ale także poddawanie jej w dalszym ciągu tradycyjnemu sposobowi uprawy i selekcji, który doprowadził do jej powstania.Pierwszy projekt zachowania zasobów genowych roślin in siturealizowany byłna terenie Zespołu Nadwiślańskich Parków Krajobrazowych z siedzibą w Świeciu nad Wisłą, gdzie znajdują się stare sady oraz nasadzenia przydrożne drzew owocowychsprzed I wojny światowej i z okresu międzywojennego. Ponieważ drzewa te zamierały byłyprzeszczepione i zachowane w postaci młodego sadu prowadzonego metodami tradycyjnymi we wsi Chrystkowo na terenie parku.

ŚWIAT1300 kolekcji zasobów genowych roślin użytkowych, gdzie przechowywanych jest ponad 6.1 miliona obiektów:-40% -zboża,-15% -rośliny strączkowe,-warzywa, rośliny korzeniowe, drzewa owocowe i roślinypastewne (średnio po 10%).

EUROPA:●Europejski Program Ochrony Zasobów Genowych ECP/GR (European Cooperative Programme for Crop Genetic Resources Networks) -podstawowasiećochrony zasobów genowychw Europie. Polska czynnie uczestniczy w tymprogramiei jest odpowiedzialna za międzynarodowe kolekcje i bazy danych żyta, grochu, łubinu, kostrzewy i kupkówki.●ESCORENA (European System of Cooperative Research Networks in Agriculture) założona w 1974 rokui zajmująca się ochroną zasobów genowych roślin uprawnych.

Wykład 2

"ZIELONA REWOLUCJA„

●wyhodowaniekarłowatej, wysokoplennej (60-90 q/ha) i obojętnej periodycznie odmianypszenicy (lata 50-te, Meksysk, Norman Borlang–Pokojowa NagrodaNobla),

●wprowadzenie pszenicydo uprawy pomogłorozwiązaćproblemgłodu na świecie(Meksyku, Indiei Pakistan),

●Ale?

-zaspokojenie głodu czy ochrona środowiska?

-w Indiach niekorzystnezjawiska społeczne -na zakup ziarnasiewnego i na odpowiednie zabiegipielęgnacyjne (nawożeniei nawadnianie) stać było tylko niektóregospodarstwa(dalszewzbogacanie się).Drobne i biedne gospodarstwa pozostałynadalprzy uprawieniskoplennych odmian pszenicy, pszenicawysokoplenna nie przyniosła spodziwanych korzyści

β-karoten jest głównym prekursorem witaminy A.

Główna rola witaminy A:

vodbieraniebodźców wzrokowych w siatkówce oka–kurza ślepota

vprawidłowy stan skóry, włosów i paznokci

vzapewnienie normalnego wzrostu kości i zębów

vochrona nabłonkaukładu oddechowego przed drobnoustrojami

Golden Rice1. Pierwsza odmiana “złotego ryżu” -2000r, produkowała więcejβ-karotenu, aleniewystarczająco.Ilość ryżu spożywana w normalnej ilości nie zaspokajaławymaganej dziennejdawki związku. 2. 2005 (Syngenta) nowsza odmiana„złotego ryżu”, któraprodukuje około 20 razy więcej β-karotenu, niż poprzedniaodmiana.

3. użytodwa geny: kodujący syntazę fitoenu (psy)z kukurydzy idesaturazę karotenu (crtI)z ryzu.

4. Ale?

-zaspokojenie głodu czy zakaz uprawy GMO?

Mechanizmy zmienności–procesy prowadzące do wytworzenia różnic w wyposażeniu genetycznym form rodzicielskich i potomstwa.

Zmienność:

-niedziedziczna (fluktuacyjna)

-dziedziczna

Zmienność dziedziczna:

●rekombinacyjna –nowe kombinacje alleli:

►losowa segregacja chromosomów

►crossing -over

►losowe łączenie gamet

●mutacyjna –nowe allele

MUTAGENEZA

Mutacja –zmiana dziedziczna powstająca nagle, skokowo wskutek:

•zmiany genu w nowy allel (mutacja genowa; punktowa),

•zmiany struktury chromosomu (mutacja chromosomowa strukturalna),

•zmiany ilości chromosomów (mutacja liczby chromosomów)

Mutacje spontaniczne (samorzutne):

-powstają w normalnych warunkach bytowania organizmu

-mogą powstawać w komórkach somatycznych i płciowych

-przyczyną jest błędne wstawianie nukleotydów podczasreplikacji DNA

Mutacje indukowane–za pomocą czynników mutagennych:

a)Fizyczne:-promieniowanie jonizujące, Promienie jonizujące, przechodząc przez komórki, wybijają elektrony z atomów i cząsteczek, powodując ich jonizację. Powstałe jony mogą inicjowad rozmaite reakcje wolnorodnikoweuszkadzające DNA.*** modyfikacje zasad azotowych lub ich rozpad, pękanie wiązao fosfodiestrowych, fragmentacja chromosomów

-promieniowanie nadfioletowe*** powstawanie dimerów C-C, C-T, T-T

b) Chemiczne:

Økwas azotawy HNO2(deaminuje C, A i G).

Øhydroksylamina (HA) NH2OH –reaguje z cytozyną, przekształcając ją w związek podobny do uracylu, w konsekwencji może prowadzid to do tranzycji C→T.

Øzwiązki alkilujące: sulfonian dwuetylowy(EES), sulfonian etylometylowy(EMS), iperyt azotowy.Największą wrażliwośd na alkilację w α-helisiewykazuje atom azotu (N7) guaniny. W dalszej kolejności mogą ulegad alkilacji atomy azotu guaniny (N1), adeniny (N1i N3) i cytozyny (N3). Øanalogi zasad: 5-bromouracyl (analog T), 2-aminopuryna (analog A) ,

Øbarwniki akrydynowe: proflawina, oranż akrydynowy, akryflawina,

ØCzynniki interkalujące np. bromek etydyny

Mutacje genowe (punktowe)–zmiana sekwencji nukleotydowej genu:

1) tranzycja(puryna na purynę, pirymidyna na pirymidynę)

2) transwersja(puryna na pirymidynę i odwrotnie)A/T ↔C/G↕ ↕

T/A ↔ G/C

3) delecja

4) insercja(addycja) GGCTTAAC…..GCTAATGGCATGCAGGCA

Mutacje w obrębie określonego KODONU:

-SYNONIMICZNA–zamiana danego kodonu na kodon synonimowy, kodujący ten sam aminokwas

np.

UUA na UUG

lub

CCC na CCA

-ZMIANY SENSU –substytucja aminokwasu, po mutacji powstanie kodon oznaczający inny aminokwasnp. UUA na UUClubCCC na ACC

-NONSENSOWNA–gdy kodon sensowny zostanie zamieniony na nonsensowny (w środku sekwencji powstanie sygnał terminacji translacji)Prawdopodobieostwo wymiany 2 zasad w 1 kodonie w wyniku pojedynczej mutacji jest znikomeCCT -> AGT

Kodon stop

UAC na UAA

CAG na UAG

UGG na UGA

-ZMIANY FAZY ODCZYTU –wypadnięcie lub wstawienie nukleotydu/ów (ale nie w liczbie 3 lub wielokrotności 3)

Wykład 3

Mutacje chromosomowe strukturalne:

1)Deficjencja

2)Translokacja

3)Duplikacja

4)Inwersja

Przyczyna:

<Zaburzenia mechaniczne podczas mejozy lub mitozy np. „zaplątanie” się chromosomów

<Deficyt jonów Ca2+i Mg2+(u szeregu roślin)

<Promieniowanie jonizujące, związki alkilujące (diepoksybutan, mitomycyna C, pochodne iperytu, etylenoiminy)

Mutacje chromosomowe liczbowe:

1)Aneuploidy-pojedyncze chromosomy:

vmonosomiki

vtrisomiki

2)Euploidy-cały zespół chromosomów(naturalne lub sztucznie otrzymane):

vmonoploidy

vpoliploidy:

§autopoliploidy

§allopoliploidy (amfidiploidy)

GENOM –to całkowity DNA komórki obejmujący zarówno wszystkie geny jak i odcinki międzygenowe

x –liczba genomowa

n –liczba gametyczna

2n –liczba chromosomów w komórce somatycznej

-----+++++******* x n =x=7

-----+++++*******

-----+++++*******2x 2n =2x=14 n=7

-----+++++*******3x 2n =3x=21

-----+++++*******4x 2n =4x=28 n=14

-----+++++*******5x 2n =5x=35

-----+++++******* 6x 2n =6x=42 n=21

HAPLOID –organizm o gametycznej liczbie chromosomówhaploid –powstaje z organizmu diploidalnego, polihaploid z poliploidalnego (np. tetraploid-dihaploid)

WYKORZYSTANIE MUTACJI GENOMOWYCH W HODOWLI ROŚLINAutopoliploidy:

vw hodowli gatunków uprawianych ze względu na częściwegetatywne (większa produkcja świeżej masy),

vdo tworzenia allopoliploidów i innych mieszańcówoddalonych,

vw hodowli roślin ozdobnych (większe kwiaty).

Ziemniak -4x -większy plon

Żyto -4x -większe nasiona

Koniczyna czerwona i biała -większy plon

Buraki cukrowe -3x -większe korzenie, więcej cukru

ploidy stająsię płodnymi homozygotycznymi diploidami.

Allopoloploidy:

Øuzyskanie nowych kombinacji cech np. pszenżyto

Ørekonstrukcja analogów już istniejących gatunków np. rzepak