Biologia kwitnienia roślin
1. rozmnażanie wegetatywne (powielające)
2. rozmnażanie płciowe(gameta męska+żeńska)
Podział roślin ze względu na płeć i budowę kwiatu
1. gatunki rozdzielnopłciowe (dwupienne: osobniki ♀ i ♂)- wyłącznie obcopłonne
2. gatunki obupłciowe
a)o kwiatach rozdzielnopłciowych(jednopienne): dynia, melon, ogórek, kukurydza
b)o kwiatach obupłciowych
budowa kwiatu obupłciowego: dno kwiatowe, działka kielicha, płatek korony, pylnik, zalążnia. Dojrzały gametofit męski: ziarnko pyłku. Dojrzały gametofit żeński: woreczek zalążkowy
budowa kłoska traw: plewa dolna, plewa górna, plewka dolna, plewka górna, słupek, pylniki.
Kwiat łubinu: kielich, płatki korony: żagielek, dwa skrzydełka, łódeczka, słupek i pręciki.
Podział roślin obupłciowych ze względu na sposób zapylenia:
1. samopłodne= samopylne
2. fakultatywne samo- obcopłodne
3. obcopłodne
a) samozgodne(możemy je zmusić w sztucznych warunkach do zapłodnienia)
b)samoniezgodne( niezdolne do samozapłodnienia)
obupłciowe samopylne:- rośliny zbożowe(pszenica, owies, jęczmień);- pomidor;- ziemniaki;- łubin biały
obupłciowe obcopylne: -żyto;- gryka;- burak cukrowy;- koniczyna czerwona;- tymotka łąkowa;- marchew, kalafior;- jabłoń, grusza.
Fakultatywne obcopylne: -łubin żółty;- bobik;- rzepak.
Niezgodność dzieli się na:
1. międzygatunkowa; 2. wewnątrzgatunkowa (samoniezgodność): a)samoniezgodność heteromorficzna( heterostylia, dichogamia, herkogamia); b)samoniezgodność homomorficzna(gametofityczna, sporofityczna).
Heterostylia: różnosłupkowość, różnopostaciowość(gryka, pierwiosnek)
Kwiaty długosłupkowe X kwiaty krótkosłupkowe
D X K
ss X Ss
sS, ss, sS, ss 1:1
SS x SS- brak potomstwa; Ss x Ss- brak potomstwa; ss x Ss ∙ ss Ss w stosunku 1:1.
D x D, K x K- nie ma potomstwa; D x K, K x D- jest potomstwo.
Distylia- występują dwa typy kwiatów
Dichogamia- niejednoczesne dojrzewanie pręcików i słupków w obrębie tego samego kwiatu lub tej samej rośliny.
1. wcześniej pręciki dojrzewają- kwiaty przedprątne (przedprątność- protandria; przez jakiś czas kwiat jest jednopłodny). 2. wcześniej słupki dojrzewają- przedsłupne (przedsłupność- protogynia; słupek nie ma swojego pyłku ale jest zdolny przyjąć obcy).
Samoniezgodność homomorficzna: jest to występowanie genetycznie uwarunkowanych mechanizmów które uniemożliwiają połączenie się funkcjonalnych gamet męskich i żeńskich wytworzonych przez obupłciową roślinę. Polega najczęściej na tym że pyłek zawierający pewien specyficzny gen (lub geny) nie kiełkuje na znamieniu rośliny zawierającej taki sam gen albo upośledzony jest wzrost łagiewki pyłkowej która nie dociera do woreczka zalążkowego.
Koniczyna czerwona→ n>70
S1,2,3…n
Genotyp zapylenia(ojcowski)♂ S1S2
Forma mateczna→
S1S2, S1S3, S3S4
Genotyp rośliny zapylanej→
S1S2 ♀x S1S2 ♂
S1S2, S1S2, S2S1, S2S2- nie ma żadnej z klas potomstwa 0%- szansa zawiązania nasiona
S1S3 ♀x S1S2 ♂
S1S1, S1S2, S3S1, S3S2- 50%
S3S4 ♀x S1S2 ♂
S3S1, S3S2, S4S1, S4S2- 100%
Mechanizmy przystosowujące roślinę do samo lub obcozapylenia: 1. ułatwiające samozapylenie: a) kwiat zamknięty(klejstogamiczny)- jęczmień jary, groch siewny, wyka, bawełna, pomidor); b)pochewka pręcikowa(stożek); 2. utrudniające samozapylenie lecz nie wykluczające go (oparte na zróżnicowaniu morfologicznym): a) rozdzielnopłciowość(jednopienna); b) dichogamia; c)heterostylia; d) zróżnicowanie w budowie kwiatów; 3. wykluczające samozapłodnienie(oparte na zróżnicowaniu genetycznym): a) rozdzielnopłciowość dwupienna; b) samoniezgodność homomorficzna.
Rośliny ze względu na sposób zapłodnienia dzielimy na: 1. obcopłodne: - mechanizmy ułatwiające krzyżowanie, kojarzą się prawie losowo;- poszczególne rośliny są heterozygotyczne w licznych loci;- zróżnicowanie równomierne rozłożone w obrębie populacji;- są obarczone niepożądanymi recesywami;- źle znoszą chów wsobny;- zdolne do przystosowania ewolucyjnego, przy ograniczonej możliwości natychmiastowej adaptacji; 2. samopłodne: - klejstogamia i mechanizmy ułatwiające samozapylenie;- poszczególne rośliny są w wysokim stopniu homozygotyczne;- tendencja do eliminacji niepożądanych recesywów;- dobrze znoszą chów wsobny;- ścisłe przystosowanie do określonych warunków i ograniczona zdolność adaptacji do warunków zmiennych. Chów wsobny- powstanie potomstwa roślin obcopylnych drogą samozapylenia. Klejstogamia- zapylenie w zamkniętym pąku. Linie- potomstwo roślin samopłodnych(w obrębie linii zmienność zbliżona do 0)
LICZBA NIEZALEŻNIE DZIEDZICZĄCYCH SIĘ PAR CECH -n |
2(AaBb) |
4(AaBbCcDd) |
Liczba typów gamet w F1- 2n Liczba kombinacji gamet w F2- 4n Liczba homozygot 24 Liczba heterozygot 4n- 2n |
4 16 4 12 |
16 256 16 240 |
Rodzaje krzyżówek ze względu na układ partnerów: 1. prosta A♀ x B♂; 2. zwrotna A x B i B x A; 3. wsteczna [A x B]xB; 4. wsteczna wielokrotna(wypierająca) [AxC]Xc: FxC B1xC B2xC B3xC (zwykle 6-7 krzyżowań); 5. dopełniająca [(AxB)xC]xD; 6. zbieżna (AxB)x(CxD); 7. wielokierunkowa AxB, AxC, AxD…Rodzaje krzyżówek według pokrewieństwa: 1. wewnątrzgatunkowe; 2. międzygatunkowe; 3. międzyrodzajowe. Kryteria doboru: pożądane przez hodowców cechy można ogólnie podzielić na dotyczące wzrostu , budowy roślin, odporność na niekorzystne działanie środowiska i zawartość substancji odżywczych. Zwiększenie plonów można osiągnąć zwiększając liczbę lub masę ziaren pojedynczej rośliny lub ich tolerancję na warunki które wcześniej były wysoce szkodliwe: wzrost: - masa i liczba ziaren;- rozmiar kłosa;- szybkość dojrzewania; budowa:- wysokość;- rozgałęzienie;- budowa kwiatu; odporność na stres:- susza;- szkodniki;- choroby;- herbicydy;- intensywne nawożenie; zawartość i jakość składników odżywczych:- skrobia;- białko;- tłuszcze;- witaminy. Etapy krzyżowania: 1. wybór odpowiednich roślin i ich przygotowanie do zabiegu krzyżowania (zdrowe, dorodne); 2. kastracja i izolacja wybranych kwiatów, usunięcie męskich organów. Musimy przeprowadzić ją u samopylnych i gdy pylniki są niedojrzałe. Koniczyny czerwonej nie kastrujemy, ma silnie wyrażoną reakcję samoniezgodności. A♀xB♂→AB. Kastracja mechaniczna- usunięcie wszystkich pylników za pomocą pęsety. Kastracja termiczna- działanie podwyższonej temperatury. Kastracja genetyczna- sprowadzenie do gamety cms- cytoplazmatyczna męska sterylność. 3. kontrolowane zapylenie: jeżeli roślina produkuje dużą ilość pyłków(kukurydza). 4. izolacja zapylonych kwiatów. 5. dokumentacja przeprowadzonych krzyżówek: etykietki ze sznureczkiem przymocowane są na pędzie zawierają informacje niezbędne: numer krzyżówki, rodzaj krzyżówki(forma mateczna i ojcowska), ilość zapylonych kwiatów, wykastrowanych, data. Następnie dane te wpisujemy do zeszytu. 6. zbiór nasion mieszańcowych. Metody badania żywotności pyłku: 1. szybkie metody testowania oparte o reakcję odczynnikami chemicznymi(płyn Bellinga). Metody te pozwalają wydzielić 2 frakcje pyłu- wybarwiony(żywotny) i bezbarwny(niezdolny do zapłodnienia). 2. metody cytochemiczne(określenie aktywności peroksydazy, test tetraziliowy) oparte o wykorzystanie efektu oksydacji enzymów w żywych komórkach pyłku. Pozwalają rozdzielić pyłek na kilka frakcji o zróżnicowanej żywotności. 3. kiełkowanie pyłku na sztucznych pożywkach. 4. kiełkowanie pyłku in vitro (wykorzystanie zjawiska fluorescencji łagiewki pyłkowej). Krzyżowanie somatyczne- połączenie protoplastów(komórka roślinna bez ściany komórkowej). Pojedynek- roślina wybrana przez hodowcę z przeznaczeniem do dalszego rozmnożenia. Ród- potomstwo pojedynka rośliny obcopylnej powstałe w wyniku swobodnego zapylenia. Linia- potomstwo pojedynka rośliny samopylnej powstałe w wyniku samozapylenia. Klon- potomstwo pojedynka rośliny samo- lub obcopylnej powstałe w wyniku rozmnażania wegetatywnego. Zasady postępowania przy wyborze pojedynków: 1. zgodność fenotypowa pojedynka z wytyczonym kierunkiem hodowli. 2. odpowiednio duża liczebność pojedynków uwzględniająca:- sposób rozmnażania gatunku;- współczynnik rozmnażania gatunku;- sposób dziedziczenia cechy;- intensywność prowadzonej reakcji;- planowaną do uzyskania ilość nasion materiału matecznego. Etapy oceny pojedynków: 1. typowanie pojedynków w warunkach polowych i zgromadzenie wstępnej informacji o interesujących hodowcę cechach. 2. analiza laboratoryjna pojedynków:- opis zespołu cech reprezentowanych dla realizowanego kierunku hodowli;- analiza wyników dla poszczególnych cech wg. indywidualnie dobranych przez hodowcę kryteriów typowanie najlepszych pojedynków;- ostateczny wybór pojedynków do dalszych rozmnożeń na podstawie konfrontacji wyników uzyskanych dla wszystkich cech. Opis roślin: bobik(vicia faba) 1. nr pojedynka. 2. wysokość rośliny(cm). 3. liczba pędów. 4. liczba rozgałęzień(dla odmian samokończących). 5. wysokość osadzenia pierwszego strąka(cm). 6. liczba węzłów owocujących. 7. liczba strąków w węźle. 8. liczba strąków z rośliny. 9. liczba nasion w strąku. 10. liczba nasion z rośliny. 11. masa nasion z rośliny(g). 12. MTN(g). pszenica(triticum aestivum) 1. nr pojedynka. 2. wyrównanie w skali 1-3°(1°- różnica w obrębie dla połowy jednego kłosa; 2°- różnica w obrębie długości kłosa; 3°- różnica powyżej długości kłosa). 3. krzewienie ogólne= liczba źdźbeł ogółem. 4. krzewienie produkcyjne= liczba źdźbeł płodnych= liczba kłosów. 5. długość kłosa. 6. liczba kłosków w kłosie. 7. zbitość kłosa= liczba kłosków na 10 cm osadki kłosowej. 8. liczba ziaren z rośliny. 9. wysokość rośliny. 10. liczba ziaren z kłosa. 11. masa ziaren z kłosa. 12. masa ziaren z rośliny. 13. MTZ dla całej populacji. Formy oceny materiałów hodowlanych: 1. obserwacje robocze. 2. analiza laboratoryjna:- opis cech morfologicznych(biometria pojedynków i rozmnożeń hodowlanych- rodów, linii, klonów);- analiza chemiczna lub biochemiczna;- analiza cech budowy anatomicznej;- analiza cytogenetyczna. 3. wskaźnikowe formy oceny rozmnożeń hodowlanych:- metoda ilorazów;- metoda bonitacyjna. 4. poświadczenia ścisłe. Warunki jakie powinna spełniać populacja próbna: 1. reprezentatywna- zapewnia się przez losowy dobór rośliny. 2. odpowiednia liczebność- jeśli cecha jest wyrównana należy pobrać 30 osobników, jeśli charakteryzuje się dużą zmiennością trzeba pobrać ok. 100 osobników. Iloraz= wart.średnia cechy danego rodu/wartość średnia cechy dla wszystkich ocenianych rodów.
Ocena rodów hodowlanych- metoda bonitacyjna: 1. plon nasion max- średnia generalna danego rodu za 100% zniżki lub zwyżki stosunku do średniej generalnej. 2. zabarwienie nasion- ciemnozielone, jasnozielone. 3. powierzchnia nasion max- gładka, marszczona. 4. równomierność dojrzewania max. 5. wysokość roślin max. Maksymalna punktacja 200. Zmienność środowiskowa: cechy jakościowe- cechy fenotypowe dające łatwo określić się wzrokowo. Zmienność ciągła:- cechy ilościowe;- odziedziczalność, współczynnik;- zmienność fenotypowa;- zmienność genotypowa. Selekcja- ukierunkowany wybór osobników o cechach pożądanych(selekcja pozytywna) lub odrzucenie osobników o cechach niekorzystnych( selekcja negatywna). Selekcja pozytywna może dotyczyć:- grupy osobników(selekcja masowa);- pojedynczych osobników wybranych z populacji(selekcja indywidualna). W zależności od biologicznych właściwości danego gatunku stosuje się:- selekcję klonów(w stosunku do roślin rozmnażanych wegetatywnie);- selekcję masową lub indywidualną w stosunku do roślin rozmnażanych generatywnie. Przykłady metod selekcji:- selekcja masowa i selekcja grupowo- masowa jako przykład metod uniwersalnych które stosowane są dla roślin samo i obcopylnych;- selekcja czystych linii jako przykład selekcji indywidualnej dla roślin samopłodnych;- metoda ramszów jako przykład metody selekcji indywidualnej dla roślin samopłodnych(dla materiału pokrzyżówkowego);- metoda rezerw(metoda połówek, metoda z zastosowaniem izolacji czasowej) jako przykład metody selekcji dla roślin obcopylnych. Selekcja masowa obcopylnych SM(O): 1. wartość współczynnika odziedziczalności h2. 2. termin ujawnienia się cechy(przed kwitnieniem, po kwitnieniu). 3. determinowanie genetyczne. Selekcja masowa- wybór z poprzedniej wyjściowej grupy osobników o zbliżonym fenotypie ale nasiona zsypywane do jednego worka, powstaje ulepszona populacja i za rok wysiewamy. Efekt będzie korzystniejszy jeśli będzie homozygota recesywna. Selekcja masowo- grupowa- z materiału wyjściowego wybiera się kilka fenotypów powstają jednorodne fenotypowo grupy nasiona zbieramy i wysiewamy za rok. Selekcja metodą ramszów(dla samopylnych). Krzyżowanie AxB i wydanie potomstwa F1, heterozygotyczne, F2…F5 trzeba zebrać nasiona z pokolenia i wysiać na następne pokolenie uzyskując kolejne ramsze. Pokolenie F1- heterozygotyczne a pokolenie F6- homozygotyczne(prawie 100%). Selekcja indywidualna- pokoleniem wyjściowym jest materiał F6, osobniki są zróżnicowane pomiędzy sobą. Wybierane pojedynki część jest odrzucana. Nasiona wybranych pojedynków traktowane są indywidualnie. Są wysiewane na indywidualnym poletku. Oceniane są laboratoryjnie. Stres- czynnik zewnętrzny niekorzystnie oddziałujący na roślinę i wywołujący jej reakcję. Abiotyczne czynniki wywołujące stres: 1. fizyczne: a)woda- deficyt(susza);- nadmiar(zalanie); b) temperatura:- chłód >0° C do ok. 10° C i mróz< 0° C;- przegrzanie; c) promieniowanie:- daleka czerwień i UV;- promieniowanie światła widzialnego; d) inne:- wiatr;- pole magnetyczne;- pole elektryczne. 2. chemiczne: a) mineralne:- deficyt;- nadmiar; b)zanieczyszczenie:- atmosferyczne;- glebowe; c) pestycydy. Biotyczne czynniki wywołujące stres: a) konkurencja:- wewnątrzgatunkowa;- międzygatunkowa; b) allelopatia; c) inwazja organizmów. Stres biologiczny- wywołany jest przez (mikro) organizmy ożywione: chorobotwórcze grzyby, bakterie, mikoplazmy, riketsje, wirusy, wiroidy, nicienie, owady, priony i inne zaliczane do patogenów lub szkodników. Choroba rośliny- jest to długotrwałe zakłócenie funkcji fizjologicznych które uniemożliwia normalny rozwój i ujawnia się zmianami w wyglądzie roślin. Choroba infekcyjna jest wynikiem interakcji trzech oddziałujących na siebie czynników:- wrażliwej rośliny żywicielskiej;- patogena;- środowiska. Etapy rozwoju choroby infekcyjnej wg Kochmana: 1. infekcja.2. inkubacja.3. właściwa choroba.4. wyzdrowienie.5. wyrównanie. Etapy rozwoju choroby infekcyjnej wg Borelliego: 1. infekcja.2. inkubacja.3. właściwa choroba. Etapy rozwoju choroby infekcyjnej wg Aresenivka: 1. formowanie inokulum. 2. rozprzestrzenianie inokulum. 3. penetracja. 4. infekcja. 5. inkubacja. 6. właściwa choroba. Podział patogenów roślin wg rodzaju pasożytnictwa: 1. gatunki biotroficzne pasożytujące na żywych komórkach( patogeny ścisłe- wirusy, rdze, mączniaki). 2. gatunki nekrotoficzne zabijające tkankę żywiciela a później ją eksploatujące(fakultatywne pasożyty np. Septorioza sp., Fusarium sp.). 3. gatunki hemibiotroficzne(w części bgiotroficzne) takie które na obrzeżu plamy są biotrofami natomiast w jej środku są nekrotofami eksploatującymi martwe komórki np. Phytophthora infestans, Rhynchosporium sacevis.