Διερεύνηση δυνατότητας ανασυνδυασμού ευνοϊκών γονιδίων από διαφορετικά υβρίδια καλαμποκιού για τη δημιουργία βελτιωμένων ελεύθερα επικονιαζόμενων σειρών
Authors: Τζανταρμάς Κωνσταντίνος 
Published: September 2021

Σκοπός της εργασίας ήταν η διερεύνηση της δυνατότητας συνδυασμού ευνοϊκών γονιδίων από διαφορετικά υβρίδια καλαμποκιού με στόχο τη δημιουργία βελτιωμένων ελεύθερα επικονιαζόμενων σειρών. Για το σκοπό αυτό ως υλικά εκκίνησης αποτέλεσαν τρία εμπορικά υβρίδια που μετά από αξιολόγηση σε περιβάλλον έλλειψης ανταγωνισμού διακρίθηκαν για το παραγωγικό τους δυναμικό έναντι επτά εμπορικών. Τα τρία υβρίδια με το υψηλότερο δυνητικό παραγωγικό δυναμικό ήταν τα [X1132R (ELE)] 100%, [PR31G98 (G98)] 96% και [PR33A46 (A46)] 51% αντίστοιχα. Στη συνέχεια μετά από ελεγχόμενη αυτογονιμοποίηση και διασταυρώσεις των υβριδίων προέκυψαν α) τρείς οικογένειες F2 γενεάς, όπου η κάθε μια αντιστοιχούσε σε κάθε απλό υβρίδιο και β) τρία διαφορετικά διπλά υβρίδια, αποτελώντας επίσης τρείς οικογένειες.Στα υλικά αυτά υπό συνθήκες έλλειψης ανταγωνισμού, εφαρμόστηκε κυψελωτή γενεαλογική επιλογή για τέσσερεις γενεές με πίεση επιλογής 1,4%. Σε όλα τα πειράματα επιλογής και απογονικής αξιολόγησης απουσίας ανταγωνισμού οι αποστάσεις μεταξύ των φυτών ήταν 1,25 m (0,74 φυτά/m2) και μάρτυρας το υβρίδιο ELE. Ο πειραματισμός διεξήχθη στην Ορεστιάδα στο αγρόκτημα του ΔΠΘ και σε ιδιωτικούς αγρούς. Αρχικά το 2009, οι έξι S0 οικογένειες και ο μάρτυρας εγκαταστάθηκαν σε κυψελωτό R-7, με 100 φυτά – επαναλήψεις ανά οικογένεια, και σε συνθήκες ελεύθερης επικονίασης. Βασικό κριτήριο αξιολόγησης και επιλογής αποτέλεσαν οι δύο εξισώσεις 1) Eq.A που εκτιμά το δυναμικό απόδοσης του ατομικού φυτού και 2) Εq.B η οποία εκτιμά το παραγωγικό δυναμικό (ΠΔ) της κάθε οικογένειας με βάση το ατομικό φυτό. Τα επιλεγέντα φυτά αποτέλεσαν τις νέες HS1 οικογένειες και αξιολογήθηκαν την επόμενη καλλιεργητική περίοδο σε τρία κυψελωτά R-7 των 100 επαναλήψεων.Το ένα κυψελωτο αποτελούνταν από οικογένειες με γενετική βάση τις F2 των απλών υβριδίων, ενώ στα άλλα δυο οι οικογένειες προέρχονταν από τα διπλά υβρίδια. Μετά από επιλογή για κάθε πείραμα απομονώθηκαν 12 φυτά και προέκυψαν οι HS2 οικογένειες που αξιολογήθηκαν το 2011 σε τρία R-13 κυψελωτά των 70 επαναλήψεων. Το ένα κυψελωτό περιείχε οικογένειες προερχόμενες από τις F2 των υβριδίων και τα άλλα δύο οικογένειες γενετικής βάσης των διπλών υβριδίων. Επιλέχθηκαν έξι ατομικά φυτά από τις οικογένειες γενετικής βάσης των F2 και 12 φυτά από τις οικογένειες γενετικής βάσης των διπλών υβριδίων. Τα επιλεγέντα φυτά αποτέλεσαν τις HS3 οικογένειες και αξιολογήθηκαν το 2012 σε δύο κυψελωτά R-7 και R-13 των 100 και 70 επαναλήψεων αντίστοιχα. Στο R-7 οι HS3 οικογένειες είχαν ως γενετική βάση τις F2 και στο R-13 τα διπλά υβρίδια. Κατά τη διάρκεια του πειραματισμού μελετήθηκε και η συμπεριφορά άνθησης των οικογενειών, όπου εκτιμήθηκε το διάστημα μεταξύ έκχυσης της γύρης και εμφάνισης των στηλών (ASI). Για το πείραμα R-7 υπολογίστηκε και η διάρκεια παραγωγής γύρης. Η επιλογή συνεχίστηκε μόνο στις οικογένειες του R-7 γενετικής βάσης των F2. Τα επιλεγέντα φυτά που αποτέλεσαν τις HS4 οικογένειες ήταν πέντε και είχαν ως γενετική βάση την F2 του A46. Αξιολογήθηκαν το 2013 σε δύο περιβάλλοντα: α) έλλειψης ανταγωνισμού (0,74 φυτά/m2) και β) περιβάλλον καλλιέργειας (7,8 φυτά/m2). Κατά την αξιολόγηση τους σε κάθε πείραμα χρησιμοποιήθηκαν ως μάρτυρες δύο υβρίδια και εκτός από την απόδοση στις συνθήκες καλλιέργειας μετρήθηκαν τα αγροκομικά χαρακτηριστικά ύψος φυτού και μήκος σπάδικα. Ακόμη μελετήθηκε η συμπεριφορά της άνθησης στα δύο περιβάλλοντα. Στο περιβάλλον έλλειψης ανταγωνισμού οι HS4 οικογένειες αξιολογήθηκαν σε διάταξη R-7 με μάρτυρες τα υβρίδια ELE και το πειραματικό 25x26. Στο περιβάλλον καλλιέργειας ως μάρτυρες ήταν τα εμπορικά υβρίδια ELE και PR1114 και το πειραματικό σχέδιο RCB των τριών επαναλήψεων. Η αξιολόγηση των HS4 οικογενειών σε συνθήκες καλλιέργειας επαναλήφθηκε το 2015 με την εγκατάσταση δυο πειραμάτων διάταξης RCB τριών επαναλήψεων με πυκνότητες 4,4 και 8,8 φυτών/m2. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα η εφαρμογή της Eq.B που εκτιμά το παραγωγικό δυναμικό απουσία ανταγωνισμού μεγέθυνε τις διαφορές μεταξύ των οικογενειών καθιστώντας αποτελεσματικότερη την επιλογή. Η μέση ετήσια πρόοδος στις πρώτες τρείς γενεές όλων των οικογενειών γενετικής βάσης των F2 ήταν 22,3% και για αυτές που προέρχονταν από τα διπλά υβρίδια ήταν 9,7%. Αν και η υψηλότερη μέση πρόοδος παρατηρήθηκε στις οικογένειες που προήλθαν από τις F2, η δυναμική των επιλεγέντων οικογενειών γενετικής βάσης των διπλών υβριδίων δεν πρέπει να αγνοηθεί. Η δυναμική αυτή αντανακλάται στην οικογένεια 5-1-4 όπου μετά από δύο γενεές επιλογής εμφάνισε απόδοση κατά 17% υψηλότερη του μάρτυρα και ετήσια πρόοδο 54%. Επίσης στη γενεά αυτή οι απογονικές οικογένειες των διπλών υβριδίων παρουσίασαν υψηλή πρόοδο για όλες τις παραμέτρους του παραγωγικού δυναμικού ιδιαίτερα όμως για το συντελεστή ομοιόστασης. Η σταθερότητα και το υψηλό παραγωγικό δυναμικό δεν διατηρήθηκαν στις επόμενες γενεές αποδίδοντας τη συμπεριφορά αυτή στην υψηλή παραλλακτικότητα των διπλών υβριδίων.Αντιθέτως οι οικογένειες γενετικής βάσης των F2 ως προς την απόδοση εμφάνισαν σταθερή πρόοδο σε όλες τις γενεές. Η συμπεριφορά αυτή παρατηρήθηκε και στο παραγωγικό δυναμικό των οικογενειών 1-1-4-1 και 2-2-3-2. Οι οικογένειες αυτές εμφάνισαν υψηλότερο παραγωγικό δυναμικό ακόμη και από το μάρτυρα ELE. Η οικογένεια 2-2-3-2 ήταν η μόνη που διακρίθηκε για τη σταθερότητα της, όπου εκτός από τον υψηλότερη σταθερότητα, εμφάνισε για τέταρτη συνεχή γενεά θετική πρόοδο ως προς το συντελεστή ομοιόστασης. Η οικογένεια 1-1-4-1 αν και εμφάνισε υψηλότερο παραγωγικό δυναμικό η επιλογή περιορίστηκε στην οικογένεια 2-2-3-2 λόγω της υψηλής σταθερότητας συμπεριφοράς που εμφάνισε, ένδειξη αξιοποίησης της αθροιστικής δράσης των γονιδίων. Κατά την αξιολόγηση των HS4 οικογενειών στο περιβάλλον έλλειψης ανταγωνισμού η HS4 με την υψηλότερη απόδοση (2-2-3-2-3) είχε το 81% της απόδοσης του μάρτυρα ELE. Στο περιβάλλον καλλιέργειας (7,8 φυτά/m2) η HS4 οικογένεια που εμφάνισε την υψηλότερη απόδοση ήταν κοινή με αυτή στην έλλειψη ανταγωνισμού (2-2-3-2-3) και είχε το 92% του μάρτυρα ELE και το 95% του PR1114. Παρατηρήθηκε σημαντική συσχέτιση (r=0,86) για την απόδοση μεταξύ των δύο περιβαλλόντων. Επίσης σημαντικές συσχετίσεις (r=0,82) παρατηρήθηκαν μεταξύ του παραγωγικού δυναμικού και της απόδοσης ανά φυτό στις πυκνότητες των 7,8 και 8,8 φυτών/m2. Η σχέση αυτή δείχνει την ικανότητα του περιβάλλοντος έλλειψης ανταγωνισμού να εκτιμά με ακρίβεια τη συμπεριφορά γενετικών υλικών στις συνθήκες καλλιέργειας.. Κατά την αξιολόγηση στην πυκνότητα των 4,4 φυτών/m2 δεν υπήρχαν σημαντικές διαφορές μεταξύ των υλικών του πειράματος. Στην πυκνότητα των 8,8 φυτών/m2 η HS4 οικογένεια που εμφάνισε την υψηλότερη απόδοση (2-2-3-2-2) διέφερε σημαντικά μόνο με το μάρτυρα ELE και είχε το 84% του ELE και 88% του PR33A46. Σχετικά με τα αγροκομικά γνωρίσματα ύψος φυτού και μήκος σπάδικα που μετρήθηκαν παρατηρήθηκε σχετικά υψηλή σταθερότητα των HS4 οικογενειών. Οι τιμές CV κυμάνθηκαν από 7,3 έως 15% για το ύψος και από 7,5 έως 10% για το μήκος σπάδικα. Η υψηλή σταθερότητα των οικογενειών αντικατοπτρίζεται στο μήκος σπάδικα όπου όλες παρουσίασαν μικρότερο CV από το μάρτυρα ELE. Για το ύψος φυτού μικρότερο CV από το μάρτυρα ELE παρατηρήθηκε μόνο σε μία οικογένεια την 2-2-3-2-3, ενώ ό μάρτυρας PR1114 εμφάνισε τη μικρότερη τιμή για το σύνολο του πειράματος.Η συμπεριφορά της άνθησης των HS3 οικογενειών στην απουσία ανταγωνισμού παρουσίασε έντονη διακύμανση μεταξύ των οικογενειών, ωστόσο οι μέσες τιμές σε μέρες μεταξύ έκπτυξης των στηλών και έναρξης έκχυσης της γύρης ήταν μικρές. Για το πείραμα με τις οικογένειες γενετικής βάσης των F2 ήταν 1,3 ημέρες και για τις οικογένειες των διπλών υβριδίων 1,0 ημέρες. Παρατηρήθηκαν οικογένειες με ταυτόχρονη άνθηση αρσενικής και θηλυκής ταξιανθίας και με μεγάλη διάρκεια έκχυσης γύρης. Επίσης σε κάποιες οικογένειες πατατηρήθηκς και πρωτογυνία δείχνοντας τη μεγάλη φαινοτυπική διαφοροποίηση που επιτυγχάνεται στην απουσία ανταγωνισμού αλλά και την παραλλακτικότητα που υπάρχει στη γενεά αυτή. Στις HS4 οικογένειες παρατηρήθηκε διαφορετική συμπεριφορά άνθησης μεταξύ των δυο περιβαλλόντων. Η μεγαλύτερη διαφοροποίηση παρατηρήθηκε στην απουσία ανταγωνισμού, όπου παρατηρήθηκε και ό μικρότερος δείκτης ASI.Συμπερασματικά η επιλογή σε συνθήκες έλλειψης ανταγωνισμού δείχνει να αξιοποιεί αποτελεσματικά την αθροιστική δράση των γονιδίων και με υλικά αφετηρίας υβρίδια υψηλού παραγωγικού δυναμικού καθιστά εφικτή τη δημιουργία σειρών ελεύθερης επικονίασης με υψηλή απόδοση και σταθερότητα συμπεριφοράς.