Kasvijalostus

Jalostamalla tuotetut maissin lajikkeet

Tavoitteena kasvinjalostus on geenimuuntelua kasvipopulaatioiden parantamaan biologisia ja taloudellisia ominaisuuksia. Se perustuu kasvien valintaan , siementen käsittelyyn tai risteykseen ja sen jälkeisten tytärkasvien valintaan seuraavaan jalostusjaksoon tai myöhempaan lisäykseen uuden kasvilajikkeen siemeninä ( siemenjalostus ).

tavoitteet

Hyödyllisten kasvien jalostuksen päätavoitteet ovat:

  • Tuoton nousu
    • Kasvien tuottavuuden lisääminen kasvattaa pinta -alaa
    • "Vähäpanoksisten" laitosten kasvatus bioenergian tehokkaaseen tuottamiseen ja taloudelliseen käyttöön alueilla, joilla on alhaisempi sato
  • Laadun parantaminen
  • Ympäristötoleranssit / -vastukset
    • Sopeutuminen uusiin ympäristötilanteisiin (kylmä-, suola- ja kuivuussietokyky)
    • parempi tuholaisten vastustuskyky , sietokyky ja taudinkestävyys

Tapauksessa koristekasvit , painopiste on myös parantaa tuholaisten ja tautien vastustuskyky, mutta ennen kaikkea valinnasta ominaisuuksia, jotka ovat erityisen houkutteleva vaihtoehto väriä tai morfologiaan. Jälkimmäiset ovat myös erittäin tärkeitä vihannesten kaupan pitämisen kannalta ( valkoinen kaali , ...).

Tapauksessa lääkekasveja , lisäksi parantaa tuholaisten toleranssi ja tautien vastustuskyky, painopiste on ensisijaisesti valinta lisätä sisältöä tehokkaina ainesosina tuotantoon lääkkeiden ja kasvinsuojeluaineiden .

Klassiset jalostusmenetelmät

Valinta tai valikoiva jalostus

Uusien kasvilajikkeiden jalostus perustuu geneettiseen monimuotoisuuteen. Tämä monimuotoisuus on joko syntynyt luonnostaan ​​tai ihmisen luoma eri menetelmillä. Viime vuosikymmeninä tutkijat ovat jatkuvasti laajentaneet näitä menetelmiä. Tämä elokuva esittelee neljä tärkeää jalostusprosessia ja kuvaa niiden toimintaa.

Valintajalostus on vanhin kasvinjalostusmuoto. Jo noin 12 000 vuotta sitten ihmiset alkoivat valita tuottavimpia kasveja luonnonvaraisista viljalajeista, joita viljeltiin toistuvasti, ja levittää niitä kohdennetusti.

Valikoivassa jalostuksessa lähtöaineena tarvitaan suhteellisen suuri kasvien populaatio, jonka on sisällettävä se ominaisuus, jolle valitaan. Ensimmäinen alkaa genotyyppiseosten (olemassa olevat geneettiset linjat, myös luonnonvaraiset kasvit) viljelyllä. Alkukannasta siemenet tuotetaan yhdessä kukkimalla, ja tuloksena olevista kasveista valitaan yksilöitä, joilla on edullisia ominaisuuksia (valinta, massavalinta). Usein nämä kasvit kukkivat uudelleen yhdessä. Lopuksi parhaiden kasvien siemeniä lisätään eristyksissä. Prosessin toistuvan toistamisen ja lisävalinnan jälkeen lähes puhdasrotuiset ( homotsygoottiset ) kasvit, joilla on halutut ominaisuudet, jäävät valittavan ominaisuuden suhteen .

Selektiivisessä jalostuksessa erotetaan negatiivinen ja positiivinen massavalinta. Negatiivisen massavalinnan tapauksessa kasvit, jotka eivät täytä jalostustavoitetta, jätetään lisäkasvun ulkopuolelle. Sitä käytetään pääasiassa ylläpitojalostuksessa, jossa saavutetut ominaisuudet säilytetään, kun lajiketta lisätään edelleen. Positiivisen massavalinnan tapauksessa toisaalta lisääntymiseen valitaan ne yksilöt, jotka sopivat parhaiten jalostustavoitteeseen. Käytännössä käytetään usein positiivisen ja negatiivisen valinnan yhdistelmää.

Siirtyminen valinta- ja yhdistelmäjalostuksen välillä on sujuvaa. In self-lannoitteita kasveja , kuten. B. ohra , papu tai herne , tavallisen vapaan kukinnan sijaan vaaditaan myös käsin tapahtuvaa risteystä. Kun sopivat kasvit on luotu, tämä prosessi johtaa nopeasti jalostustavoitteeseen.

Yleisen vapaan kukinnan sijasta voidaan käyttää myös ristipölytyksissä, kuten kasveissa . B. ruista tai maissia, kukintojen lannoitus voidaan tehdä manuaalisesti . Myöhemmin käytetään vain parhaan sadon ja / tai parhaan laadun kasvien siemeniä.

Valintajalostus on yksinkertainen tapa kasvattaa uudempia kasvilajeja. Mutta koska lukuisia sukupolvia tarvitaan aina, se on erittäin työlästä.

Yhdistelmäjalostus

Yhdistelmäjalostus on risteys eri genotyyppien (linjojen) välillä. Uusi genotyyppi luodaan (F 1 ). Vanhemmat ovat siis yhdistyneet yhteen genotyyppiin. Näiden geenien vuorovaikutus johtaa uusiin fenotyyppeihin . Vain lupaavimmat valitaan yksittäisistä risteyksistä. Halutut ominaisuudet voidaan parantaa ja ei -toivotut poistaa. Koska risteytykset jakautuvat jälleen viimeistään seuraavassa sukupolvessa (F 2 ) , ylläpitojalostus on tarpeen myös lisävalintasyklien (F 3 , F 4 , ...) jälkeen siementen tuotannossa . Tämä yhdistelmäjalostus perustuu 3. Mendelin itsenäisyys- ja yhdistelmäsääntöön .

Saksassa on noin 90 maatalousohjelmaa (esimerkiksi rypsi, vehnä, maissi, sokerijuurikas jne.). Vuonna 2004 Bundessortenamtissa Hannoverissa rekisteröitiin yli 2700 eri lajiketta.

Heteroosin kasvatus

Heteroosijalostuksessa lähes homotsygoottisia sisäsiitoslinjoja kasvatetaan heterosygoottisista emokasveista ristipölytetyissä kasveissa (maissi, ruis ...) useiden vuosien ajan . Jos ylität kaksi tällaista linjaa, F1 -sukupolven suorituskyky kasvaa usein huomattavasti tuntuvasti vanhempiin muotoihin verrattuna. Tätä kutsutaan ” heteroosi vaikutus ” ( luxurizing paskiaiset ). Muun muassa viljan osalta voidaan saavuttaa korkeampi viljasato, muissa kasveissa ja eläimissä ennen kaikkea parempi vastustuskyky sairauksille ja kanoilla parempi muninta.

F1 -sukupolven jälkeläisissä (F2, ...) sisäsiitoslinjojen huonommat ominaisuudet tulevat jälleen esiin, koska ne jakautuvat geneettisesti jakosäännön (Mendel) mukaisesti. Hyödylliset ominaisuudet näkyvät vain F1 -sukupolvessa.

Hybridin kasvatus

Tämä orkidea on cymbidium insigne ja cymbidium tracyanum -hybridi nimeltä Cymbidium "Doris" vuodelta 1912.
Tämä infografia esittää neljä tärkeää Sveitsin jalostusprosessia ja kuvaa niiden toimintaa.

Hybridijalostus on esimerkki heteroosijalostuksesta, jotta hybridikasvun avulla voidaan saavuttaa markkinoille tai tilalle sopiva kasvituotanto. Esimerkiksi hybridijalostuksessa sopivat, erikseen kasvatetut siitoslinjat risteytetään keskenään kerran (yksittäiset hybridit). Tällaisen ristin ensimmäisen sukupolven (F1) jälkeläisillä on runsaampi kasvu verrattuna vanhempaan sukupolveen ( heteroosivaikutus ), joten heidän risteytyksensä saavuttaa paremman suorituskyvyn. Lisäksi on yhdistelmä alkuperäisten sisäsiitoslinjojen haluttuja ominaisuuksia.

Jotta maanviljelijä , mutta tämä tarkoittaa, että siemen on peräisin uudelleen joka vuosi, jos hän haluaa säilyttää tuotto etu verrattuna ei-hybridejä, kuten heteroosi vaikutus vain tapahtuu F1 sukupolvi ja sen jälkeen eksyksiin. Vaikka teollisuusmaiden maanviljelijät käyttävät enimmäkseen tätä strategiaa, kehitysmaiden viljelijät käyttävät useammin hybridien jälkeläisiä ( kierrättävät ), jos niillä on jopa parempia ominaisuuksia kuin perinteisillä siemenillä huolimatta heteroosivaikutuksen menettämisestä.

Kun kyseessä on rukiin , eräissä tapauksissa 10% julkisista siementä lisätään hybridisiemeniä varmistaa pölytyksen.

Mutaatiojalostus

Mutaatiojalostuksessa siemenet altistetaan röntgen- tai neutronisäteille , kylmä- ja lämpöiskuille tai muille mutageeneille uusien ominaisuuksien saavuttamiseksi mutaation avulla , joilla on positiivinen vaikutus. Vain hyvin pieni osa mutanteista on lupaavia jatkojalostukseen, koska useimmilla niistä on vikoja ja ne ovat käyttökelvottomia. Mutaatuneet kasvit on risteytettävä tehokkailla jalostuslinjoilla uuden positiivisen ominaisuuden siirtämiseksi niihin. Vaikka geneettistä informaatiota muutetaan hallitsemattomammalla tavalla mutaatiojalostuksessa kuin geenitekniikalla , toisin kuin geenitekniikka , se on julkisuudessa vähemmän tiedossa. Siihen ei sovelleta lakisääteisiä määräyksiä. Tämä on perusteltua sillä, että mutaatiojalostus edustaa vain kohdennettua lisääntymistä luonnollisessa mutaatiotaajuudessa. Vaikka tämä tapahtuu luonnossa joka tapauksessa ja on evoluution perusta , on kyseenalaista, voidaanko puhua luonnollisesta mutaatiosta, jos se johtuu säteilystä, kuten mutaatiojalostuksessa tavallista.

Tarkka jalostus

Tarkkuusjalostus on klassisen risteytyksen edelleen kehitys. Risteytettävien kasvien valinnassa ei enää keskity pelkästään ulkoisiin ominaisuuksiin, vaan geneettinen materiaali analysoidaan tarkasti sopivien risteytyskumppaneiden valitsemiseksi.

Tämä nopeuttaa huomattavasti uusien lajikkeiden lisääntymistä, koska ei tarvitse tehdä pitkiä viljelyyrityksiä mm. B. selvittää, onko kasvi kestävä jauhetta vastaan. Koska vastaavat geenit ovat tiedossa, geenianalyysin avulla voidaan määrittää, onko ominaisuus peritty risteyksen aikana.

Kasvatus geenitekniikan avulla

Avulla vihreän geenitekniikan , tietyt ominaisuudet (esim. Taudin vastustuskyky, parannettu vitamiinipitoisuus, jne.) Voidaan siirtää kasveihin, joita on vaikea siirtää (esim. Vain hyvin pitkän aikavälin) tai ei siirrettävissä lainkaan.

Geneettinen geenisiirto kasveissa suoritetaan Agrobacterium tumefaciensilla tai siirtämällä DNA: ta ns. Geenipyssyjen avulla . Agrobacterium tumefaciens : lla on TI-plasmidi (TI = Kasvaimen indusointi), johon haluttu geeni voidaan siirtää kasvisoluun, on integroitu. Agrobacterium tumefaciens voi tartuttaa kasvin sopiviin haavakohtiin ja siirtää geenin kasvisolun genomiin. Kun siirrät DNA: ta ”hiukkaspistoolilla”, siirrettävä DNA sitoutuu kulta- tai volframihiukkasiin. Nämä hiukkaset heitetään kasvien kudoksiin / soluihin suurella nopeudella niin, että ne tunkeutuvat soluihin tuhoamatta niitä. Hiukkasiin sitoutunut DNA liukenee soluihin ja voi integroitua kasvisolun genomiin.

Genomin muokkausta käytetään myös uusimpana työkaluna kasvinjalostuksessa. Lyhyessä ajassa se on vakiinnuttanut asemansa maailmanlaajuisesti kasvilajikkeiden tutkimuksessa ja kehittämisessä. Jo vuonna 2018 kuvattiin noin 100 genomin muokkaussovellusta, joilla saattaa olla markkinatilannetta 28 viljellyllä kasvilajilla.

Rojaltivapaa jalostus

Avoimen lähdekoodin siemen lupa on sitoutunut varmistamaan, että käyttäjillä on mahdollisuus levittää itse kasvien ja käyttävät edelleen siemeniä.

Tärkeitä kasvien kasvattajia (valinta)

Saksa
Muut maat

kirjallisuus

  • Heiko Becker: Kasvinjalostus 3. painos. Ulmer, Stuttgart, 2019. ISBN 978-3-8252-1744-0 . (UTB Uni-Taschenbücher -sarja, osa 1744).
  • Wulf Diepenbrock, Jens Léon, Frank Ellmer: Maatalous, kasvinviljely ja kasvinjalostus, perustiedot kandidaatti. Ulmer, 2005, ISBN 978-3-8252-2629-9 . (UTB Uni-Taschenbücher, osa 2629)
  • Thomas Miedaner: Kasvinjalostus. Esittely. DLG, 2010, ISBN 978-3-7690-0752-7 .

nettilinkit

Commons : Kasvienjalostus  - Kokoelma kuvia, videoita ja äänitiedostoja

Yksilöllisiä todisteita

  1. Aurelie Jouanin, Luud JWJ Gilissen, Jan G.Shaart, Fiona J.Leigh, James Cockram: CRISPR / Cas9 Geenin editointi vehnästä gluteenipitoisuuden ja altistumisen vähentämiseksi - keliakiaturvallisuuden tarkastusmenetelmiä . Julkaisussa: Rajat ravitsemuksessa . 2020, ISSN  2296-861X , doi : 10.3389 / fnut.2020.00051 , PMID 32391373 , PMC 7193451 (ilmainen koko teksti) - ( frontiersin.org [käytetty 5. elokuuta 2021]).
  2. a b c Grossniklaus, Ueli, Messmer, Monika, Peter, Roland, Romeis, Jörg, Studer, Bruno: Kasvien jalostus - klassisesta risteyksestä genomin muokkaukseen. Sveitsin akatemioiden tietosivu 15 (3) . 4. kesäkuuta 2020, doi : 10.5281 / zenodo.3696456 ( scnat.ch [käytetty 5. elokuuta 2021]).
  3. a b c d e Holger Seipel: Asiantuntemusta puutarhureille. Luku 1.4.2. Kasvien jalostus. DR. Felix Büchner, Verlag Handwerk und Technik, Hampuri, 1998, s.85
  4. Yksittäiset hybridit, kaksoishybridit, kolmitiehybridit, ylhäältä ristikkäiset hybridit
  5. Hanswerner Dellweg: Biotekniikka ymmärrettävää . Springer, 1994, ISBN 3-540-56900-6 , s.106 , s.197 .
  6. ^ Hans Günter Gassen, Michael Kemme: Gentechnik . Tulevaisuuden kasvuala . Fischer Taschenbuch Verlag, 1996, ISBN 3-596-12291-0 .