Aspectele genetico-moleculare ale Inbridingului și Heterozisului la Porumb

1.1 Importanţa.

Suprafaţa de circa 140 milioane hectare pe care porumbul se cultivă pe glob şi utilizările sale multiple în hrana oamenilor, alimentaţia animalelor şi industrie, fac din această plantă una din principalele culturi ale lumii. După productivitatea culturii porumbul ocupă primul loc din culturile cerialiere, locul doi după recolta globală de boabe şi locul trei după grîu şi orez conform suprafeţelor însemînţate. În zona temperată, porumbul realizează cea mai eficientă utilizare a energiei solare în procesul fotosintezei şi cea mai ridicată cantitate de substanţe digestibele la unitate de suprafaţă.

După datele FAO în 1998 suprafaţa de porumb în lume constituie 140,2 mln ha. Producţia medie în lume - 42,8 q/ha. Producţia globală de porumb - 600,4 mln tone. În Europa se seamănă anual suprafeţe cu porumb de circa 13,4 mln ha, având o producţie medie de 51 q/ha, şi cu producţie totală de 7,7 mln tone. În R. Moldova suprafaţa de porumb însemînţată în 1998 - 466 mii ha, cu productivitate medie - 30 q/ha şi cu producţie globală - 1,4 mln tone.

Suprafeţele considerabile ale acestei culturi sunt rezervate pentru producerea silozului şi a nutreţului verde. În alimentaţia omului se foloseşte ca făină şi ca boabe nemature fierte sau coapte; în ultimul timp în majoritatea ţărilor europene dar şi prin toată lume se observă o tendinţă de a folosi boabe de porumb şi în conservanturi. O altă folosinţă a porumbului care este cu totul nouă este folosirea lui în dizain, în acest scop se lucrează cu mutanţi clorofilieni ca exemplu - Japonica sau Golden, la noi în ţară aceasta întrebare încă nu a fost atinsă , însă cu timpul pentru a nu rămâne în urma ştiinţei eu consider că va fi atinsă şi aceasta întrebare. Circa 5 % din producţia porumbului se utilizează direct în hrană.

În industrie, boabele de porumb au multe întrebuinţări: dintr-un chintal de boabe rezultă - 77 kg de făină şi 44 l de spirt sau 63 kg de amidon sau 71 kg de glucoză la care se adaugă 1,8-2,7 l ulei comestibil şi 3,6 kg şroturi de embrioni. Boabele de porumb au o largă întrebuinţare în industria spirtului, amidonului, dextrinei, glucozei; din germeni se extrage ulei dietic.

Lărgirea posibilităţilor de cultivare şi ridicare recoltei acestei culturi se datoreşte faptului de folosire ca un obiect comod de cercetare în Genetica şi Ameliorare plantelor. Paralel cu prelucrarea şi folosirea metodelor genetice şi de ameliorare în privinţa ridicării productivităţii porumbului se duc cercetări intensive în privinţa îmbunătăţirii calităţii consitenţei bobului de porumb.

1.2. Istoricul.

În istoria postcolumbiană a culturii porumbului se deosebesc câteva etape bine conturate, a căror succesiune în timp a fost determinată de metodele de ameliorare folosite.

Prima etapă, fiind şi cea mai îndelungată, este aceea a cultivării populaţiilor şi soiurilor locale obţinute în urma selecţiei empirice efectuate de către cultivatori în sec.16-19.

A doua etapă ( epoca lui Leibigh), corespunde primelor decenii ale ameliorării ştiinţifice şi este caracterizată prin cultivarea soiurilor ameliorate. Apariţia în 1840 a teoriei nutriţiei minerale elaborată de Leibigh pe baza lucrărilor sale ştiinţifice de la Universitatea din Germania a determinat o mare extindere a experienţilor de câmp care avea să aducă dovezi convingătoare asupra necesităţilor folosirii îngrăşămintelor pentru sporirea productivităţii plantelor agricole. Concomitent savantul Iohan Benet Laves în 1843 a întemeiat staţiunea experimentală Agricolă de la Rotamsted, unde s-au studiat efectele îngrăşămintelor la principalele culturi Agricole cît şi problema rotaţiei culturilor.

La început experienţele au fost efectuate pe parcele mari (1000, 2000 m2) fiindcă agricultori practici nu aveau încredere în rezultatele obţinute pe parcele mici.

A treia etapă, contemporană, corespunde cultivării hibrizilor de porumb dintre linii consangvinizate. Este caracterizată prin extinderea experienţilor de câmp, prin introducerea repetiţiilor şi a calculului probabilităţilor în valorificarea rezultatelor experimentale (1907 R.Quante) . Metoda statistică astăzi este folosită peste tot în valorificarea experienţilor Agricole. În prima etapă experienţe erau monofactoriale unde pentru prelucrarea datelor experimentale se folosea calcularea erorei experimentale măsurată prin eroarea medie exprimată în procente din medie. Un progres deosebit în metodica experimentală s-a înregistrat datorită savantului R.A.Fisher ce a introdus şi aşezarea randomizată a variantelor în experienţa şi a introdus metoda analizei varianţei. Astăzi experienţe sunt polifactoriale şi în serie pe mai mulţi ani.Experienţa se valorifică prin determinarea semnificată diferenţelor şi determinarea semnificaţiilor acţiunilor şi interacţiunilor diferiţilor factori.Metodica analizei varianţei a devenit metodica de bază a valorificării experienţilor. Cu ajutorul ei se obţine o imagine concludentă a raportului între variabilitatea.

În ultima vreme dezvoltarea metodelor matematice şi folosirea pe larg a maşinelor electronice de calcul au permis ca cercetările agricole să fie studiate mai profund din punct de vedere ştiinţific. Etapa a început după anul 1930 în S.U.A. şi cu circa 20-30 ani mai târziu în celelalte ţări cultivatoare de porumb, având ca bază ştiinţifică cercetările efectuate de Shull, East şi Jones, la începutul sec.20.

Crearea unor hibrizi din ce în ce mai productivi, cu o calitate superioară a bobului, corespunzători unor condiţii ecologice cît mai diferite, constituie în prezent obiectivele de ameliorare ale tuturor ţărilor mari cultivatoare de porumb, printre care şi România, Moldova.

Una din direcţiile cu cea mai bună perspectivă a geneticii în domeniul selecţiei se bazează pe aplicarea fenomenului heterozisului, numit şi fenomen al vigorii hibride. După cum se ştie, formele hibride ale plan¬telor se deosebesc printr-o creştere mai intensă, prin vigoarea masei vegetale, printr-o roadă înaltă de boabe.

Prin aplicarea teoriei genetice s-a putut stabili că cel mai mare efect heterozis îl dă încrucişarea liniilor pure. Obţinerea unor forme hibride la plantele autopolenizate este, însă, o chestiune destul de grea, fiind legată de mari investiţii de mijloace. De exemplu, pentru obţinerea hibrizilor între linii la porumb a fost necesar ca de pe plantele liniei materne să fie regulat îndepărtate paniculele (inflorescenţele), creându-se astfel posibilitatea polenizării încrucişate cu polen de altă linie-paternă. Această operaţie a fost efectuată manual şi a necesitat mult timp şi multă muncă. Ce-i drept, descoperirea fenomenului sterilităţii mascule citoplasmatice (SMC) a făcut să dispară necesitatea efectuării operaţiei indicate.

Fenomenul SMC la porumb a fost descoperit concomitent de către selecţionatorul, academicia¬nul M. I. Hadjinov şi de către savantul american M. Rods şi constă în aceea că la plantele respective paniculele dau polen ne viabil. Dar în virtutea faptului că sterilitatea este determinată de anumite caracteristici ale citoplasmei şi, deci, se moşteneşte pe linie maternă, şi hibridul obţinut va fi steril. Pentru evitarea acestui lucru în calitate de forme paterne sunt folosite forme care au însuşirea de a reînstaura în hibrid fertilitatea, deoarece cromozomii lor conţin aşa-numitele gene-restauratoare. În producţia curentă se aplică demult o serie de asemenea hibrizi heterozici ca, de exemplu, Crasnodarschii-303 TV, Dneprovschii-201, Orbita MV ş. a., care fac să sporească cu 30% productivitatea în boabe şi masă verde.

În Moldova porumbul cu SMC a început să fie cultivat din anul 1955. El a fost descoperit printre soiurile locale de porumb: Moldovenesc-galben, Moldovenesc-portocaliu, Cincvantino ş. a. A fost trecută pe bază de sterilitate cultura semincieră a mai multor hibrizi de porumb, fapt care a permis să se economisească anual 150-200 mii de zile-om.