تولید بذر هیبرید Hybrid و باز گرده‌افشان (OP)

مقدمه

با توجه به افزایش روزافزون جمعیت جهان و ثابت ماندن زمین‌های کشاورزی نسبت به افزایش جمعیت، تولید بذر مرغوب در کشاورزی مدرن یکی از اساسی‌ترین نیازهاست. تا حدودی تولید بذر برابر است با تضمین تولید و کیفیت.

بیشتر گیاهان ازجمله اکثر محصولات زراعی یک‌ساله توسط بذر تکثیر می‌شوند. بذر نسبت به اسپور در گیاهان غیرگلدار مانند سرخس، یک روش توسعه‌یافته‌تر تولیدمثل است. کیفیت بذر می‌تواند تأثیر عمده‌ای بر عملکرد بالقوه‌ی محصول داشته باشد.

گیاهان برای تولید بذر گل می‌دهند. جهت تشکیل بذر گل‌ها باید گرده‌افشانی شوند و گرده از پرچم به مادگی منتقل شود. بیشتر گیاهان زراعی (نه همه‌ی آن‌ها) هر دو بخش نر و ماده را درون یک گل ندارند.

امروزه تولید بذر به روش‌های مختلفی مانند تولید سنتی بذر، گرده‌افشانی باز (op)، دو رگ گیری (هیبریداسیون) و تولید بذر به‌وسیله‌ی دست‌کاری ژنتیکی (ترا ریخته) می‌باشد. در این مقاله قصد داریم در مورد بذرهای باز گرده‌افشان، هیبرید و تفاوت بین آن‌ها توضیحاتی مختصر و مفید ارائه دهیم.

تولید بذر به روش گرده‌افشانی باز (Open pollination)

بذرهای آزادگرده‌افشان یا op از طریق گرده‌افشانی توسط باد، حشرات گرده‌افشان، پرندگان، انسان یا دیگر عوامل طبیعی تولید می‌شوند. این بذرها دارای تنوع ژنتیکی بالایی هستند زیرا هیچ محدودیتی در جریان گرده بین گیاهان وجود ندارد.

این می‌تواند باعث تغییرات بزرگی در جمعیت گیاهان شود و به گیاهان اجازه می‌دهد که به‌ آرامی با شرایط رشد محلی و اقلیم منطقه سازگار شوند. گیاهان حاصل از این بذرها شبیه والدین خود می‌باشند.

کشاورزان و تولیدکنندگان بذرهای op بهترین گیاهان ازلحاظ عملکرد، کیفیت محصول، مقاومت به عوامل نامساعد محیطی و مقاومت به آفات و بیماری‌ها را انتخاب کرده و اقدام به بذر گیری از آن‌ها می‌کند تا نتایج یا نسل بعدی آن‌ها نیز آن خصوصیات را داشته باشند.

در کشت گیاهان به‌منظور تولید بذر به روش آزاد گرده‌ افشان، مزرعه‌ی گیاهانی که برای بذر گیری انتخاب می‌شوند باید نسبت به مزارع گیاهان دیگر از آن جنس و گونه (که برای مقاصد دیگر مانند تولید محصول کشت می‌شوند) فاصله داشته باشند به عبارتی مزارع تولید بذر باید ایزوله باشند تا گرده‌ی گیاهان دیگر در گرده‌افشانی و تولید بذر دخالت نداشته باشند. این فاصله برای گیاهان مختلف متفاوت است، به‌طور مثال برای گیاهانی که گرده‌های سبک دارند و گرده‌افشانی آن‌ها توسط باد صورت می‌گیرد فاصله‌های بیشتری در نظر گرفته می‌شود نسبت به گیاهانی که گرده‌های سنگین و چسبنده دارند و گرده‌افشانی آن‌ها توسط حشرات انجام می‌شود.

تولید بذر به روش هیبریداسیون یا دو رگ گیری

کشاورزان هزاران سال است که بذر را برای بهبود محصول انتخاب کرده‌اند. برای بهبود بیشتر مواد غذایی و محصولات زراعی هیبریداسیون به وجود آمد.

بذر هیبرید چیست؟

هیبرید عبارت است از تولید به‌وسیله‌ی تلاقی بین دو والد متفاوت از یک جنس یا گونه که ازنظر ژنتیکی باهم متفاوت هستند.

در روش دو رگ گیری بهنژادگر ارقامی را به‌عنوان والد مادری و ارقامی را به‌عنوان والد پدری در نظر می‌گیرد. گرده از پرچم‌های والد نر (والد گرده) روی کلاله‌ی مادگی (گل‌های والد ماده) قرار می‌گیرد و تخمک‌ها را در والد ماده بارور می‌کند.

ارقامی که به‌عنوان والد جهت تولید بذر هیبرید انتخاب می‌شوند باید دارای خلوص ژنتیکی بالایی باشند. به همین دلیل این ارقام چندین نسل خالص‌سازی شده و پس از اطمینان از خلوص آن‌ها به‌عنوان والد در نظر گرفته می‌شوند. اگر والدین خالص‌سازی نشوند باعث ایجاد تفرق ژنتیکی در گیاهان نسل بعدی می‌شوند.

تولید بذرهای هیبرید F1

جهت تولید بذرهای هیبرید F1 کراس یا تلاقی بین دو والد از اهمیت بالایی برخوردار است. فرآیند کراس منجر به ایجاد پدیده‌ی هتروزیس خواهد شد. پدیده‌ی هتروزیس به این معنی است که گیاهان نسل اول یا F1 ازنظر خصوصیات و صفات از والدین خود برتر هستند. به همین علت است که بذرهای F1 نسبت به والدین خود گیاهان قوی‌تری هستند و مقاومت بالاتری نسبت به شرایط نامساعد محیطی (مانند خشکی، سرما و گرما)، آفات و بیماری‌ها داشته و همچنین عملکرد بالاتری (هم ازنظر کمی و هم ازنظر کیفی) دارند.

تولید بذر هیبرید در گیاهان خودگرده‌افشان دشوار است و جهت تولید بذر در این محصولات باید از ارقام نرعقیم استفاده کرد اما در گیاهان دگرگرده‌افشانی تلاقی آسان‌تر است.

مکانیسم های ایجاد تنوع ژنتیکی و سازگار

در طبیعت برای ایجاد تنوع ژنتیکی و درنتیجه سازگاری گسترده‌تر نسبت به شرایط مختلف محیطی، گیاهان گل‌دار مکانیسم‌های زیادی را برای دگرگرده‌افشانی به کار گرفته‌اند. این مکانیسم‌ها عبارت‌اند از:

• جدایی گل‌های نر و ماده از هم یا دی کلینی (Dicliny): در گیاهان تک‌پایه یا مونوشس، گل‌های نر و ماده روی یک گیاه هستند اما جدا از هم مانند ذرت، خیار، نارگیل، کرچک. در گیاهان دوپایه گل‌های نر و ماده روی گیاهان جداگانه‌ای هستند مانند شاهدانه، پاپایا، شاه‌توت و…
• اختلاف در زمان شکوفایی گل نر و ماده (Dichogamy): در این مکانیسم در یک گیاه زمان شکوفایی بساک گل نر و زمان پذیرش گرده توسط کلاله‌ی مادگی متفاوت است (فاصله‌ی زمانی بین این دو ممکن است از یک روز تا چند روز متفاوت باشد) و آن‌ها را مجبور به دگرگرده‌افشانی می‌کند. در یک نوع از این ناسازگاری ممکن است پرچم‌ها زودتر از زمان پذیرش کلاله باز می‌شوند مانند آفتابگردان. در نوع دیگر کلاله زودتر از باز شدن پرچم‌ها آماده‌ی پذیرش گرده می‌شود مانند ارزن مرواریدی.
• خود ناسازگاری: در این مکانیسم به‌وسیله‌ی عدم شناخت گرده‌ی خود توسط کلاله از خودگرده‌افشانی و خود باروری جلوگیری می‌شود مانند پتونیا، لیلیوم و براسیکا.
• فاصله بین پرچم و کلاله (جدایی فضایی یا Herkogamy): موقعیت مکانی پرچم و مادگی به‌گونه‌ای است که خود باروری نمی‌تواند اتفاق افتد. کلاله خیلی بالاتر از پرچم‌ها قرارگرفته و بنابراین گرده نمی‌تواند روی کلاله قرار بگیرد و یا کلاله با یک‌لایه‌ی مومی پوشیده شده است (مانند Lucerne) و کلاله تا زمانی که این لایه‌ی مومی توسط عواملی مانند ملاقات زنبورعسل شکسته نشود پذیرای گرده نمی‌شود و این امر منجر به دگرگرده‌افشانی می‌شود.
• نرعقیمی (Male sterility): فقدان یا آتروپی (ضعف قوه‌ی نامیه، ضعف بنیه، ضعف باروری) یا فرم نادرست اندام جنسی نر (عملکرد گرده) مانند گل‌های هرمافرودیت. ۳ نوع نرعقیمی وجود دارد. نرعقیمی ژنتیکی، نرعقیمی سیتوپلاسمی، نرعقیمی سیتوپلاسمی_ژنتیکی.
• در یک‌گونه‌ی یکسان ترکیب دو یا چند مکانیسم بالا ممکن است اتفاق افتد؛ که این باعث بهبود کارایی سیستم دگرگرده‌افشانی افشانی می‌شود.

ملزومات تولید بذر هیبرید

• مسئولیت‌های به نژاد گران و پرورش‌دهندگان بذر
• توسعه‌ی این برد لاین‌ها
• شناسایی لاین‌های والدی ویژه
• توسعه‌ی سیستم برای کنترل گرده و گرده‌افشانی

مشکلات عمده برای پرورش‌دهندگان و تولیدکنندگان بذر

• حفظ لاین‌های والدی (خطوط والدین)
• جداسازی اندام تولیدمثلی نر و ماده
• گرده‌افشانی لاین‌های مادری

ویژگی‌های لاین‌های والدی نر و ماده

• عملکرد بالای بذر
• تولید گرده‌ی خوب و مناسب
• نرعقیمی بالای گیاه
• ترمیم قدرت باروری
• مقاومت به شرایط نامساعد محیطی و آفات و بیماری‌ها
• و…

پارامتر های تولید پایه‌ای بذر هیبرید

تولید پایه‌ای بذر هیبرید نیازمند پارامترهای زیر است:

• توسعه و شناسایی لاین‌های والدی
• خالص‌سازی و تکثیر لاین‌های والدی نر و ماده
• تلاقی بین لاین‌های والدی و تولید بذر هیبرید F1

مکانیسم های تلاقی برای تولید بذر هیبرید

تولید تجاری بذر هیبرید نیاز به تکنیک کراسینگ دارد. همچنین حفظ لاین‌های والدی بسیار اقتصادی است. تعداد کمی مکانیسم تلاقی برای تولید تجاری بذر هیبرید اتخاذ شده است که مربوط به بیولوژی گل و رفتار گل هستند. این تکنیک‌ها معایب و مزایای خاص خود را دارند که با توجه به رفتار گیاه و تکنیک تلاقی، برای تولید بذرهای هیبرید ازنظر تجاری سازگار شده‌اند. این مکانیسم‌ها عبارت‌اند از:

عقیم‌سازی و گرده‌افشانی دستی

بذرهای هیبریدی که به‌صورت دستی اصلاح می‌شوند، اندام جنسی نر را از گل‌های ماده (قبل از شکوفایی گل ماده) حذف می‌کنند و ساختار گل را اصلاح می‌کنند. این عمل در گل‌های کامل (دوجنسی) استفاده می‌شود و اندام جنسی نر توسط پنس حذف می‌شود. لاین ماده استریل (عقیم) می‌شود و با گرده‌ی والد پدری موردنظر گرده‌افشانی می‌شود.

خود ناسازگاری

خود ناسازگاری عبارت است از مکانیسم جلوگیری از لقاح خود از طریق تشخیص گرده‌ی خود، روی کلاله‌ی مادگی گل ماده و نپذیرفتن آن؛ اما وقتی گرده‌ی گیاهان دیگری توسط باد یا حشرات یا انسان روی کلاله قرار می‌گیرد پذیرفته می‌شود و تشکیل بذر تنظیم می‌شود. خود ناسازگاری مانع از خودگرده‌افشانی شده و باعث افزایش دگرگرده‌افشانی و ایجاد تنوع ژنتیکی می‌شود. خود ناسازگاری در گل‌های هرمافرودیت و گل‌های هومومورفیک (همگن) دیده می‌شود. خود ناسازگاری توسط یک یا چند آلل کنترل می‌شود و یک پاسخ ژنتیکی است جهت جلوگیری از ایجاد لا ین‌های درونی (اینبردلاین) و گسترش لا ین‌های بیرونی (اوت کراسینگ).

نرعقیمی

فقدان یا ضعف قوه‌ی نامیه‌ی گرده

جدایی گل‌های نر و ماده از هم یا دی کلینی (Dicliny)

در بین این روش‌های مختلف، خود ناسازگاری و بیان جنسیتی (دیکلینی) از اهمیت ویژه‌ای در تولید بذر هیبرید سبزی‌ها و گل‌ها برخوردارند.

در تهیه‌ی بذور OP و هیبرید جهت برداشت و خشک‌کردن بذور باید از روش‌های مناسبی استفاده شود زیرا تأثیر زیادی بر روی قوه‌ی نامیه و قدرت جوانه‌زنی بذر می‌گذارد.

جمع بندی

بذر از مهم‌ترین فاکتورهای تولید است. نقش بذور F1 در افزایش عملکرد غیرقابل‌انکار است. با توجه به هزینه‌های بالای تولید بذر F1 این بذرها نسبت به بذور Op یا بذرهایی که به روش‌های سنتی تولید می‌شوند گران‌تر بوده و هزینه‌های بالایی را به کشاورزان تحمیل می‌کند؛ اما با توجه به خصوصیات ارزنده‌ای که بذور هیبرید دارند این هزینه‌ها در مراحل بعدی داشت و برداشت محصول کاملاً جبران می‌گردد.

بذرهای F1 در نسل‌های بعدی (F2,F3 و…) دچار تفرق ژنتیکی شدید می‌شوند و خصوصیات کاملاً متفاوتی از والدین خود را نشان می‌دهند، درنتیجه کشاورزان نمی‌توانند اقدام به بذر گیری از گیاهان F1 کاشته شده کنند و هرساله باید بذر F1 را تهیه کنند. به عبارتی بذر F1 غیرقابل تکثیر است.

چشم‌انداز

متأسفانه کشور ایران هرساله مقادیر زیادی بذر مخصوصاً بذرهای F1 را وارد کشور می‌کند و در اختیار کشاورزان قرار می‌دهد که باعث خروج زیادی ارز از کشور می‌شود. سرمایه‌گذاری و حمایت دولت و قرار دادن امکانات در اختیار دانش‌آموختگان و دانشجویان کشاورزی و اصلاح نباتات می‌تواند صنعت تولید بذر در کشور را بهبود داده و باعث اشتغال‌زایی در این بخش شده و از خروج ارز جلوگیری کند. همچنین اصلاح ارقام محلی و تولید بذر از آن‌ها به علت سازگاری بالاتر آن‌ها به شرایط کشت و آب و هوایی ایران باعث افزایش تولید و همچنین حفظ و ذخیره‌ی بانک ژن می‌شود.