Διερεύνηση δυνατότητας αντικατάστασης υβριδίων καλαμποκιού με ελεύθερα επικονιαζόμενες σειρές

Abstract

This investigation concerns selection in the absence of competition aiming to clarify two objectives: (1) If selection within a hybrid can improve the yield per plant a characteristic which remained stagnant for many years. (2) To investigate the possibility by using two novel equations formulated particularly for breeding through the honeycomb methodology to obtain lines comparable in productivity and stability to the original hybrid Costanza.The material under investigation was the F2 of the maize hybrid Costanza well adapted and grown for several years in the region of Trikala, Greece. In the year 2007, 2165 plants of the F2 generation were grown in Florina in a non replicated honeycomb trial (NR-0), where on the basis of the plant yield index (PYI) and selection pressures of 1,4 and 0,6% the 29 and 12 best plants were selected, respectively. In the growing season 2008 seeds of the selected plants were grown in a R-31 and a R-13 replicated trial both in Florina and Trikala, with plants spaced 125 cm. Selection was repeated in the two regions for four continuous years. In 2011 the best families were tested in RCB trials to evaluate their productivity under dense stands. In the five years of experimentation, individual plants were selected by equation Α= . which assesses the crop yield potential of individual plants, and by equation Β= . which assesses the crop yield potential of the families to which each plant belongs. Regarding notations of the above equations, is the plant yield, is the mean yield of the surrounding plants whithin the moving circular complete replication where the plant into consideration occupies the central position, and are the mean and standard deviation of families, and is the trial mean yield.The results showed that advance through selection was drastically affected by the soil and climatic conditions prevailing in the area of selection. This means that selection should be done for specific adaptation.Five years of selection on the basis of the two equations produced true-to-type breeding open pollinated lines, which when evaluated in dense stand were found to lag behind the hybrid for productivity and stability by 6% in Florina, and by 5% in Trikala.Furthermore, the mean annual advance through selection as estimated by the statistic b i.e. the slope of linear regression of B values over the selection cycles, was 19% in Florina and 23% in Trikala when the F2 was selected in Florina, and 30% in Trikala when the F2 was selected in Trikala. Individual plants selected by the two equations were characterized by concurrent emergence of male and female parts which enhances self-pollination.The CV of the selected families at the advanced selection cycles tended to approximate that of the hybrid, an indication that these lines acquired the similar homogeneity with hybrid, becoming thus almost true-to-type.An additional implication discovered was that with increasing the mean yield per plant, the CV of the trial decreases, giving a very high negative correlation between the two.When the best families in Florina and the best families in Trikala were compared in RCB trials in both regions, it was found that the best families in Florina were the worst in Trikala and visa versa. This mean that when we are aiming at maximizing crop yield, selection should be done for specific adaptation. It shows also that selection should be nonstop so much for avoiding cultivar degeneration, as for exploiting the released epigenetic variation as a result of the GE interaction.Conclusively, the development of true-to-type breeding open-pollinated lines in maize comparable in productivity and stability with present day hybrids can ensure a constant improvement of hybrids while decreasing the cost of hybrid seed. This is due to the accuracy with which the two equation select for high and stable crop yield so among as within families. The reliability by which the two equations select for crop yield potential allows application of ultra-high selection pressures (1 to 0,5%) which maximize the annual genetic gain and reduce drastically the time required to release a cultivar.

Σκοπός της παρούσας έρευνας, που διενεργήθηκε μέσω επιλογής απουσία ανταγωνισμού και με ελεύθερη επικονίαση, ήταν να διερευνηθούν: α) αν η επιλογή μέσα σε ένα υβρίδιο δίνει τη δυνατότητα αναβάθμισης του δυναμικού απόδοσης ανά φυτό, χαρακτηριστικό που μέχρι τώρα έχει μείνει αμετάβλητο, β) το επίπεδο παραγωγικότητας των σειρών που θα προκύψουν συγκριτικά με την απόδοση του αρχικού υβριδίου, σε συνθήκες έλλειψης ανταγωνισμού με την χρήση εξειδικευμένων εξισώσεων, αλλά και σε κανονικές συνθήκες καλλιέργειας. Σαν πειραματικό υλικό χρησιμοποιήθηκε η F2 γενεά του υβριδίου Costanza της Pioneer καλλιεργούμενο για πολλά χρόνια στην περιοχή των Τρικάλων εξαιτίας της καλής του προσαρμογής. Έτσι, το 2007 2165 φυτά της F2 γενεάς καλλιεργήθηκαν στη Φλώρινα σε ένα μη επαναλαμβανόμενο κυψελωτό σχέδιο (NR-0), και επελέγησαν με το δείκτη απόδοσης του φυτού και εντάσεις επιλογής 1,4 και 0,6% τα 29 και 12 καλύτερα φυτά αντίστοιχα. Την καλλιεργητική περίοδο 2008 έγινε απογονικός έλεγχος των 29 σειρών πρώτου κύκλου μαζί με την F2 και το αρχικό υβρίδιο ως μάρτυρες. Οι απόγονοι των φυτών αυτών δοκιμάστηκαν το 2008 σε ένα R-31 και ένα R-13 τόσο στη Φλώρινα όσο και στα Τρίκαλα, υπό συνθήκες ελεύθερης επικονίασης. H επιλογή συνεχίστηκε με επαναλαμβανόμενα κυψελωτά πειράματα για τα επόμενα τέσσερα χρόνια (C4) και στις δύο περιοχές. Τα έτος 2011 εγκαταστάθηκαν και RCB πειράματα για την αξιολόγηση των γενοτύπων σε συνθήκες καλλιέργειας. Για την επιλογή ατομικών φυτών από υπέρτερους γενότυπους για απόδοση και ομοιόσταση χρησιμοποιήθηκαν οι εξισώσεις Α= . και Β= . όπου η απόδοση του φυτού, η μέση απόδοση ενός αριθμού φυτών που το περιβάλλουν, η μέση απόδοση του γενότυπου, η τυπική απόκλιση του γενότυπου και η μέση απόδοση στο σύνολο του πειράματος. Από τα αποτελέσματα φαίνεται ότι καθοριστικό ρόλο στην πρόοδο παίζει η περιοχή στην οποία επιλέγεται η F2, και η διαδικασία της επιλογής στο καλαμπόκι πρέπει να γίνεται σε περιοχές των οποίων τις εδαφικές και κλιματικές συνθήκες προτιθέμεθα να αξιοποιήσουμε. H επιλογή με βάση τις δύο εξισώσεις για πέντε χρόνια στα δύο περιβάλλοντα επέτρεψε την απομόνωση ελεύθερα επικονιαζόμενων σταθερών σειρών καλαμποκιού που υστερούν σε παραγωγικότητα και σταθερότητα του αρχικού υβριδίου Costanza κατά 6% στη Φλώρινα και 5% στα Τρίκαλα. Επίσης, η μέση ετήσια πρόοδος με την επιλογή όπως εκτιμάται από το συντελεστή b, ήταν 19% στη Φλώρινα και 23% στα Τρίκαλα όταν η F2 επιλέχθηκε στη Φλώρινα, ενώ 30% στα Τρίκαλα όταν η F2 επιλέχθηκε στα Τρίκαλα.Τα φυτά που επιλέχθηκαν με βάση τις εξισώσεις Α και Β, έδειξαν να προσεγγίζουν την ταυτόχρονη έκπτυξη ανθήρων και στημόνων.Τα CV των πειραμάτων και της καλύτερης οικογένειας εξισώθηκαν με το CV του υβριδίου, πράγμα που σημαίνει ότι μπορούν να απομονωθούν ελεύθερα επικονιαζόμενες απογονικές σειρές, οι οποίες κληρονομούν σταθερά και να είναι εφάμιλλες σε παραγωγικότητα και σταθερότητα συμπεριφοράς με αυτή του υβριδίου. Επίσης, βρέθηκε ότι ενώ η μέση απόδοση σε γραμμάρια ανά φυτό του πειράματος αυξάνεται με την πρόοδο της επιλογής το CV του πειράματος μικραίνει για να υποδηλώσει την υψηλή και αρνητική συσχέτιση μεταξύ των δύο παραμέτρων.Τα αποτελέσματα σύγκρισης 10 οικογενειών της Φλώρινας και πέντε των Τρικάλων με το υβρίδιο Costanza, σε RCB πειράματα το 2011 και στις δύο περιοχές, έδειξαν ότι οικογένειες που πρώτευσαν στη Φλώρινα ήλθαν τελευταίες στα Τρίκαλα και τανάπαλιν, οικογένειες που πρώτευσαν στα Τρίκαλα κατέλαβαν τις τελευταίες θέσεις στη Φλώρινα. Αυτό δείχνει πως όταν θέλουμε νε μεγιστοποιήσουμε τις στρεμματικές αποδόσεις σε μία περιοχή, η επιλογή πρέπει να γίνεται για ειδική προσαρμογή και να είναι συνεχής. Τούτο αφενός προς αποφυγήν του εκφυλισμού των ποικιλιών, αφετέρου αξιοποίησης της αδιάκοπης επιγενετικής παραλλακτικότητας, που είναι αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης γενοτύπου και περιβάλλοντος, και οδηγεί σε συνεχή βελτίωση της προσαρμογής και αποδοτικότητας των ποικιλιών. Συμπερασματικά, η δημιουργία υψηλοαποδοτικών ελεύθερα επικονιαζόμενων σταθερών σειρών καλαμποκιού δίνει βάσιμες ελπίδες, ότι ακολουθώντας την παραπάνω μεθοδολογία, τα εμπόδια που κρατούν το παραγωγικό δυναμικό των υβριδίων στάσιμο μπορεί να ξεπεραστούν. Η αντικειμενικότητα με την οποία οι δύο εξισώσεις κατατάσσουν με βάση το παραγωγικό δυναμικό, τόσο τα ατομικά φυτά όσο και τις οικογένειες στις οποίες ανήκουν αυτά, επιτρέπει την εφαρμογή μεγάλων εντάσεων επιλογής (1 έως 0,5%), και σαν επακόλουθο την επίτευξη μέσης ετήσιας προόδου, με την επιλογή που κυμαίνεται από 19 έως 30%.