1

2

3

1. NOTIUNI INTRODUCTIVE DEFINITIE: Ameliorarea plantelor este ştiinţa agrobiologică aplicativă care studiază soiurile şi hibrizii de plante agricole, elaborează metode de îmbunătăţire a acestora şi de obţinere a unor genotipuri noi cu valoare agronomică superioară.ETIMOLOGIE:Termenul de ,,ameliorare” provine din latinescul ad = la şi melior = mai bine, având înţelesul de îmbunătăţire. TERMENI DE SPECIALITATE:Individul este unitatea biologicǎ elementarǎ a unei populaţii, al cǎrui genotip are o manifestare fenotipicǎ distinctǎ, condiţionatǎ de relaţiile dintre gene şi condiţiile de mediu. Elita (planta elit ǎ ) este individul cu caracteristici deosebite sau superioare celorlalţi indivizi din populaţie.Populaţia este reprezentatǎ de un grup de indivizi înrudiţi între ei, care se reproduc strict în acelaşi mod şi ocupǎ un anumit areal, fiind supuşi transformǎrilor sub acţiunea aceloraşi factori de evoluţie.Linia reprezintǎ o populaţie formatǎ din descendenţii rezultaţi pe cale sexuatǎ de la o singurǎ plantǎ autogamǎ, prin autofecundare. Când planta este homozigotǎ, descendenţii formeazǎ o linie pur ǎ (constituita din indivizi identici genotipic). Plantele alogame formeazǎ prin autofecundare o linie consangvin ǎ . Clonul (clona) este populaţia care se formeazǎ prin înmulţirea asexuatǎ (apomicticǎ) a unui singur individ, fiind formatǎ din indivizi identici din punct de vedere genetic.Familia este populaţia care se formeazǎ prin înmulţirea sexuatǎ a unei singure plante alogame, în urma polenizǎrii libere.Reproducerea este fenomenul prin care într-o populaţie apar noi indivizi (generaţia filialǎ) dintr-o primǎ generaţie (parentalǎ).Înmulţirea este fenomenul prin care are loc sporirea numǎrului de indivizi dintr-o populaţie, pe cale sexuatǎ (amfimicticǎ) sau pe cale asexuatǎ (apomicticǎ sau apomixie) - prin agamospermie (seminţele se formeazǎ în afara procesului de fecundare), înmulţire vegetativǎ (prin diferite organe vegetative: tuberculi, bulbi, lǎstari, drajoni sau prin microclonare de celule, ţesuturi sau organe) sau prin transplantare (altoire). Hibridul este rezultatul oricărei încrucişări între două plante : -         din aceeaşi specie (hibridare intraspecifică); -         din specii diferite ale aceluiaşi gen (hibridare intragenerică) ; -         din specii diferite (hibridare interspecifică); -         din genuri diferite (hibridare intergenerică).Soiul (cultivarul) este un grup de plante sau populaţie de indivizi dinstinctǎ, omogenǎ şi stabilǎ, care se cultivǎ cu scopul de a realiza o anumitǎ recoltǎ, superioarǎ din punct de vedere cantitativ şi calitativ.

4

Materialul iniţial de ameliorare este materialul biologic care cuprinde toate bioformele vegetale ce aparţin unei anumite specii, chiar unui gen, şi sunt folosite pentru crearea cultivarelor. Termenul de material iniţial de ameliorare este sinonim cu termenii: germoplasmă, genobancă, sursă de gene.

Programul de ameliorare Programul de ameliorare defineşte cadrul ştiinţific de desfǎşurare a lucrǎrilor, stabileşte natura acestor lucrǎri, eşalonarea lor în timp şi spaţiu, metodologia de adoptat şi estimeazǎ mijloacele materiale (utilaje, aparaturǎ, suprafeţe de teren, fonduri bǎneşti etc.) şi forţele umane necesare realizǎrii acţiunilor respective. Programele de ameliorare se realizează pentru fiecare specie în parte, urmărindu-se studierea şi sporirea variabilităţii într-o populaţie, urmate de alegerea şi înmulţirea acelor plante care satisfac cerinţele programului.

Proiectarea unui program de ameliorare trebuie să cuprindă următoarele elemente: • -  necesitatea programului;• -  definirea scopului şi a obiectivelor urmărite;• -  evaluarea cunoştinţelor teoretice şi practice referitoare la tema proiectului;• - evaluarea resurselor naturale, tehnico-materiale şi de personal care vor fi folosite

în executarea programului de ameliorare;• -  prezentarea protocolului experimental (etapele de lucru);• -  obţinerea rezultatelor parţiale şi analiza lor; • - obţinerea rezultatelor finale şi modul de valorificare a acestora

Principalele etape sau faze de desfăşurare ale unui program de ameliorare sunt (după Demarly, 1977; Gologan şi Dorneanu, 1981):-    colecţionarea materialului biologic şi studierea variabilităţii acestuia;

5

-     crearea de material biologic nou prin hibridare, mutageneză sau alte metode şi evaluarea acestuia;-   aplicarea selecţiei în populaţiile cu variabilitate existentă sau creată utilă şi obţinerea de populaţii noi, uniforme genetic; această fază se poate finaliza cu obţinerea de populaţii ce îndeplinesc condiţiile de cultivar sau vor fi folosite în alte lucrări de ameliorare (prin hibridare, mutageneză etc.);-     obţinerea şi finalizarea populaţiilor ce îndeplinesc condiţiile de cultivar;-     verificarea condiţiilor de distinctibilitate, omogenitate şi stabilitate (DOS) şi a performanţelor productive şi biologice în diferite zone de cultură;-    testarea şi înregistrarea noului cultivar de către un organism guvernamental specializat (în România, Institutul de Stat pentru Testarea şi Înregistrarea Soiurilor – ISTIS);-   selecţia conservativă, obţinerea seminţei de bază a cultivarului şi înmulţirea acesteia.

2. OBIECTIVELE URMĂRITE ÎN PROCESUL DE AMELIORARE A PLANTELOR

Obiectivele Ameliorării plantelor sunt: a) Productivitatea b) Stabilitatea producţiei c) Precocitatea d) Calitatea e) Rezistenţa la boli şi dăunători f) Adaptabilitatea la diferite condiţii agroecologice : rezistenţa la ger, rezistenţa la secetă, arşiţă şi şistăvire, rezistenţa la cădere. g) Pretabilitatea la recoltarea mecanizată: uniformitatea, rezistenţa la scuturare h) Conjunctura de piaţa

3. Organizarea procesului de ameliorare:

I-a. Variante, modalit ǎ ţi de organizare: - pe specii: grâu, secarǎ, orz, orzoaicǎ, fl. soarelui;- pe grupe de specii: - autogame - grâu; orz;

- alogame - porumb; sorg;- oleaginoase;- leguminoase ;

- pe obiective precise: - produse de export; de schimb; - materii prime; - produse unice etc.

6

I-b. Organizatori ai procesului de ameliorare:

Institute de cercetare - dezvoltare; Staţiuni de cercetare - dezvoltare; Universitǎţi cu profil agricol; Ferme, firme, societǎţi, asociaţii private.

II-a. Criterii de organizare:

a) Ştiinţific, tehnic: - cercetǎri ştiinţific aplicative: - obiective proprii;- obiective în cooperare. - cercetare fundamentalǎ: - obiective proprii; - obiective în cooperare.

b) Economic: - finanţarea procesului de ameliorare: - autofinanţare integralǎ;- autofinanţare parţialǎ + finanţare buget;- autofinanţare parţialǎ + cofinanţare beneficiari;- proiecte interne cu finanţare mixtǎ ; - proiecte internaţionale cu finanţare mixtǎ.

4. Metodele de ameliorare a plantelor

 Definiţie: Metodele de ameliorare reprezintǎ activitǎţi fundamentate ştiinţific, prin care se urmǎreşte îmbunǎtǎţirea genotipului, astfel ca acesta sǎ se manifeste prin apariţia de caractere fenotipice valoroase la nivelul unei noi populaţii stabile, denumite soi sau cultivar. Clasificare: ·   dup ǎ importanţ ǎ : - metode clasice sau convenţionale: - selecţia,

- hibridarea, - consangvinizarea,

- mutageneza. - metode noi sau neconvenţionale:

- heterozisul, -variaţia numǎrului de cromozomi; -tehnologia ADN-ului recombinat.

·    dup ǎ efect: - metode care nu induc diversitatea geneticǎ (doar ordoneazǎ zestrea geneticǎ)

7

- selecţia,- consangvinizarea,- autofecundarea,- apomixia obligatorie.

- metode care induc diversitatea geneticǎ (modificǎ esenţial zestrea geneticǎ prin

introducerea însuşirilor de la alte specii):- hibridarea,- androsterilitatea,- mutaţiile,- poliploidia, - electroporaţia, - puşca de gene, - apomixia facultativǎ.

Selecţia constǎ în studierea atentǎ a a unui cultivar şi reţinerea pentru înmulţire a plantelor cu caractere fenotipice valoroase, numite elite sau plante elite. Elitele se înmulţesc apoi, dupǎ care selecţia continuǎ pânǎ la obţinerea unei noi populaţii, distinctǎ, uniformǎ şi stabilǎ, care în funcţie de performanţe, este atestatǎ ca un noi soi sau cultivar.

5.Clasificarea metodelor de selecţie:

8

- dupǎ modul de apreciere a materialului de selecţie: - selecţie fenotipicǎ ; - selecţie genotipicǎ.

- selecţie simplǎ;

- dupǎ modul cum se repetǎ alegerea: - selecţie repetatǎ ;- selecţie recurentǎ (alternarea alegerii elitelor cu autopolenizarea)

- dupǎ modul de studiere a elitelor şi descendenţelor acestora:- selecţia în masǎ ;- selecţia individualǎ;- selecţia liniarǎ;- selecţia pe familii;- selecţia pe grupe;- selecţia mixtǎ.

Selecţia în mas ǎ se practicǎ începând cu alegerea elitelor dupǎ valoarea fenotipicǎ şi continuând cu înmulţirea lor în amestec în generaţiile urmǎtoare. Scopul acestei metode este de a reduce variabilitatea populaţiei respective şi mai rar de a obţine soiuri noi. În mod curent, metoda se aplicǎ în cadrul schemelor de selecţie conservativǎ şi de obţinere a seminţelor de bazǎ la unele cultivare cu polenizare liberǎ.

Selecţia în masǎ poate fi pozitiv ǎ (se aleg şi se înmulţesc plantele valoroase) sau negativ ǎ (se eliminǎ plantele nevaloroase sau netipice soiului = purificare biologicǎ).

Selecţia în masǎ poate fi simpl ǎ (când se face o singurǎ alegere) sau repetat ǎ (când alegerea elitelor se face în mai multe generaţii).

Selecţia individual ǎ Alegerea individualǎ a plantelor elitǎ urmatǎ de înmulţirea separat ǎ a descendenţilor şi studierea acestora se numeşte selecţie individualǎ. Aceast tip de selecţie este genotipic deoarece apreciazǎ valoarea genotipicǎ a elitelor alese prin valoarea descendenţilor.Scopul metodei este diferit, în funcţie de materialul biologic folosit şi de procedurile adoptate. Selecţia individualǎ se poate realiza pentru: - conservarea unor soiuri existente;- obţinerea unor cultivare noi; - obţinerea unor linii consangvine homozigote.- Selecţia individual ǎ simpl ǎ (pe linii) - se aplicǎ numai la plantele autogame şi

constǎ în alegerea individualǎ de elite, o singurǎ datǎ, în câmpul de alegere şi urmǎrirea descendenţilor (liniilor), separat, 2 – 3 generaţii.

9

- Selecţia individual ǎ repetat ǎ (Selecţia genealogicǎ sau metoda pedigree-ului) constǎ în alegerea repetatǎ în mod individual a elitelor în fiecare generaţie de selecţie, în funcţie de valoarea descendenţelor. Se aplicǎ în populaţiile hibride, atât la plantele autogame cât şi la plantele alogame.

- Scopul acestei metode este de a extrage linii sau familii cu o bazǎ ereditarǎ cât mai îngustǎ, care sǎ confere în descendenţǎ o variabilitate mai mare.

- În mod special, metoda se foloseşte la extragerea liniilor homozigote la plantele alogame, în procesul de consangvinizare.

- Hibridarea este metoda de ameliorare prin care se dirijează procesul de încrucişare sexuată între partenerii aleşi, cu scopul realizării de genotipuri noi, în vederea realizării a cel puţin unuia dintre următoarele obiective (după N. Munteanu, 2000) :

-  sporirea variabilităţii genetice ; -   analiza valorii de ameliorare a genitorilor; -   crearea directă de cultivare hibride (samânţă hibridă comercială). Comparativ cu selecţia care restrânge variabilitatea, hibridarea are o acţiune inversă, de sporire a variabilităţii.

Din acest motiv, întotdeauna hibridarea trebuie urmată de selecţie pentru a uniformiza şi stabiliza populaţia hibridă până la obţinerea unui nou cultivar. Baza teoretică a hibridării o constituie legile ereditare amintite în partea introductivă a îndrumarului şi anume: legile mendeliene (legea uniformităţii în F1, legea segregării în F2, legea liberei combinări a genelor); legile morganiste (plasarea liniară a genelor; linkage-ul şi crossing-over-ul); legile sau regulile transmiterii şi segregării caracterelor în funcţie de relaţiile dintre gene .

6.Tehnica de efectuare a hibridării Obţinerea hibrizilor este condiţionată de executarea corectă a unor etape obligatorii

care se desfăşoară în programul de ameliorare şi care, în ordine cronologică a executării lor, sunt: 1. alegerea genitorilor , în funcţiile de obiectivele urmărite în ameliorarea speciei urmărite în programul de ameliorare; 2. asigurarea coincidenţei la înflorire (însămânţarea în epoci diferite, grăbirea sau încetinirea vegetaţiei, etc.); 3. alegerea plantelor care participă la hibridare (plante bine dezvoltate, sănătoase şi viguroase din cadrul soiurilor alese); 4. alegerea inflorescenţelor pentru hibridare (se aleg cele mai dezvoltate inflorescenţe: spicul principal la cereale, inflorescenţele bazale la leguminoase, inflorescenţele de la baza lăstarilor la viţa-de-vie, inflorescenţele de la baza ramurilor la speciile pomicole) ;

10

5. alegerea florilor din cadrul inflorescenţei alese pentru hibridare (se aleg numai florile normal dezvoltate); 6. castrarea sau emascularea genitorilor femeli (eliminarea elementelor sexuale mascule înainte de maturarea acestora, executată de regulă dimineaţa, după ridicarea picăturilor de rouă sau spre seară, pentru a se evita temperaturile ridicate din timpul zilei, care afectează negativ organele sexuale femele); 7. izolarea florilor emasculate cu pungi de hârtie, pergament sau tifon (rezistente la factori climatici), pentru a evita fecundarea cu polen străin; 8. polenizarea se execută la momentul optim (când pe suprafaţa stigmatului apare o secreţie specifică, reprezentând gradul maxim de receptivitate pentru fecundare).

6.1.Polenizarea liber ǎ autogam ǎ şi alogam ǎ

Polenizarea constǎ în transportul grǎunciorilor de polen de la anterele staminelor pe stigmatul gineceului. Dupǎ provenienţa polenului, polenizarea liberă este de douǎ feluri:

1. polenizare direct ǎ sau autopolenizare , numitǎ şi autogamie – este caracteristica plantelor la care polenul de la o floare ajunge pe stigmatul aceleiaşi flori: asemenea plante poartǎ denumirea de autogame (ex: orzul, grâul, orezul, ovǎzul, soia, fasolea, mazǎrea, inul, ardeiul, tomatele ş.a.). Descendenţa unui individ sexuat, autogam, constituie o linie.

2. polenizare indirect ǎ sau încrucişat ǎ , numit ǎ şi alogamie – se caracterizeazǎ prin aceea cǎ pe stigmatul unei flori poate ajunge polen provenit de la o floare de pe un alt individ; astfel de plante se numesc alogame (ex: cânepa, porumbul, secara, floarea soarelui, sfecla de zahǎr, ceapa, morcovul, mǎrul, trandafirul etc.). Fecundarea încrucişatǎ determinǎ schimbarea genotipului, favorizând heterozigoţia.

Polenizarea directă (a) şi indirectă (b)

11

6.2.Tipuri de fecundatie la plante:

1. Amfimixia sau fecundaţia dublǎ - reprezintǎ tipul obişnuit întâlnit la Angiosperme, în urma acestui proces din zigotul principal rezultând un embrion. 2. Apomixia -cand embrionul ia naştere din elementele nefecundate ale sacului embrionar, nucelei sau chiar ale integumentelor. În naturǎ, apomixia prezintǎ urmatoarele variante: - partenogeneza = dezvoltarea embrionului din oosfera nefecundatǎ; - apogamia = formarea embrionului din sinergide sau antipode; - aposporia = formarea embrionului dintr-o celulǎ vegetativǎ a nucelei sau din celule ale integumentului; - poliembrionia = formarea, paralel cu embrionul normal, a mai multor embrioni în acelaşi ovul, atât prin apogamie cât şi prin aposporie.

Consangvinizarea constǎ în unirea în procesul fecundǎrii a unor gameţi femeli şi masculi produşi de acelaşi individ sau de indivizi inrudiţi (la specii alogame). Descendenţa obţinutǎ prin consangvinizare repetatǎ de la un singur individ (hermafrodit sau monoic alogam) sau din pǎrinţi strâns înrudiţi se caracterizeazǎ printr-o ereditate uniformǎ (homozigotǎ) şi se numeşte linie consangvinizatǎ.

Consangvinizarea este o metodǎ strâns legatǎ de cea a heterozisului dar poate fi utilizatǎ şi separat, pentru identificarea liniilor valoroase, prin:

- autofecundare strictǎ, sub izolator. - polenizare liberǎ, izolat în spaţiu, a unei populaţii mici, strâns înruditǎ genetic.

12

Heterozisul (vigoarea hibrid ǎ ) reprezintǎ superioritatea genotipurilor heterozigote din F1 în privinţa uneia sau mai multor caracteristici în comparaţie cu pǎrinţii homozigoţi. Este un fenomen rezultat din hibridarea a doi pǎrinti homozigoţi (cu vigoare micǎ, dar deosebiţi genetic), care se manifestǎ printr-o creştere neobişnuitǎ în prima generaţie hibridǎ, F1, a vitalitǎţii, prin sporirea capacitǎţii de producţie, prin adaptarea mai bunǎ la condiţiile de viaţǎ etc.

Crearea hibrizilor comerciali F1 între liniile homozigote (linii consangvinizate la plantele alogame şi linii pure la plantele autogame) se desfǎşoarǎ în trei etape mai importante (dupǎ T. Crǎciun, 1978):

Crearea de linii homozigote (prin polenizare cu polen propriu a plantelor selecţionate). În mod obişnuit se considerǎ cǎ dupǎ 5 – 6 generaţii de fecundare consangvinǎ controlatǎ, liniile ajung la un înalt grad de homozigoţie, cǎpǎtând o mare uniformitate, mai ales în privinţa caracteristicilor morfologice;

Alegerea celor mai bune linii pe baza caracteristicilor pozitive manifestate în descendenţa hibridǎ F1. Pentru relevarea capacitǎţii combinative, liniile se încrucişeazǎ în prima fazǎ cu un genitor comun numit tester (când se aflǎ capacitatea combinativǎ generalǎ).

Încrucişarea în câmpuri de hibridare comercial ǎ a liniilor homozigote (consangvinizate şi pure). Se obţine sǎmânţa hibridǎ simplǎ (A x B, C x D etc.) sau dublǎ [(AxB)x(CxD)], din însǎmânţarea cǎreia în producţie rezultǎ plantele hibride F1, care manifestǎ vigoare hibridǎ.

Poliploidia (ploidizarea) reprezintǎ o mutaţie numeric cromozomalǎ. Ca metodǎ de ameliorare, poliploidia constǎ în :

-    inducerea sau obţinerea poliploizilor (plante care conţin în celule mai multe seturi cromozomale), -     selecţia poliploizilor obţinuţi ; -   obţinerea formelor poliploide uniforme şi stabile, care pot fi folosite ca material iniţial sau promovate ca soiuri ori cultivare.

Efectul poliploidiei se manifesta asupra genotipului şi fenotipului organismului poliploid, dar şi asupra sistemului reproducǎtor al acestuia : - creşte cantitatea de ADN, numǎrul de cromozomi, numǎrul de gene ;

- se schimbǎ relaţiile dintre gene (apar relaţii noi şi dispar altele); - se schimbǎ structura geneticǎ a gameţilor ; - se modificǎ numǎrul şi tipul de recombinanţi genotipici şi fenotipici; - poate fi afectat sistemul de reproducere (mulţi poliploizi sunt sterili).

13

WEBOGRAFIE

http://www.scda.ro/cercetare.php

http://www.incda-fundulea.ro/anale/75/75.12.pdf

http://www.fermierul.ro/modules.php?name=News&file=print&sid=373

http://www.cnaa.md/nomenclature/agriculture/060105/exam/

http://www.plantmed.bioagro.ro/agricultura_ecologica.php?articol=7

http://www.recolta.eu/principiile-de-baza-ale-agriculturii-ecologice/

14