إنتاج هجن الخيار الحديثة

إنتاج هجن الخيار الحديثة

تكنولوجيا إنتاج الأجنة والنباتات المتضاعفة كروموسومياً

Homozygous Double Haploid Lines ( DHL - Haploid embryos)

ما هي النباتات المتضاعفة ؟؟

وتستخدم تلك التكنولوجيا على نطاق واسع في إنتاج بذور الهجن لأكثر من 290 صنف نباتي منذ عدة سنوات على تطاق تجاري،

ويستخدم فيها تكنولوجيا زراعات الأنسجة النباتية بالمعمل من أجل إنتاج نباتات متضاعفة في العدد الكروموسومي ومتماثلة

Homozygous Double Haploid Plants لكي تستخدم على نطاق حقلي في إنتاج الآباء أو الأصناف المستخدمة في التهجينات

وبصورة ثابتة دون تدهور نظراً لتماثلها، ومن المعروف أن الخلية الجسدية للنبات تحتوي على 2 ن من الكروموسومات Diploid

فالخيار مثلاً خليته الجسدية تحتوي نواتها على 14 كروموسوم 2 ن = 14 أو (2 * 7) أما الجاميطات (البويضة أو حبوب اللقاح)

فتحتوي على 1 ن = 7 ، ومن هنا فالتلقيح والآخصاب دائماً في الوضع العادي يحدث به اختلافات من جيل إلي جيل ، ولكن فكرة

إنتاج النباتات المتضاعفة تقوم على حث الجاميطات الأنثوية (البويضات أو المبيض) أو حث الجاميطات الذكرية (المتوك أو اللقاح)

للنباتات المرغوبة صفاتها في الأساس على إنتاج أجنة في المعمل أو الحقل تحتوي على عدد فردي من الكروموسومات Haploid Embryo

يعني 1 ن = 7 دون حاجتها للطرف الثاني (دون حاجتها إلي حبة لقاح أو على العكس دون حاجتها إلي بويضة ومبيض)، ومن هنا

فأول خطوة تتم هي إنتاج الجنين الفردي ثم بعد ذلك تأتي الخطوة التالية وهي إحداث التضاعف حيث تستكمل الأجنة الفردية نموها في بيئات الأنسجة مثل بيئة الــMS حتى تظهر بدايات النمو بها ثم تعامل بالمواد الكيماوية لإحداث التضاعف الكروموسومي بها ثم تكمل دورتها بالمعمل ثم المشتل لنحصل على نباتات متماثلة متضاعفة كروموسومياً (Homozygous Double Haploid plants).

هجين خيار صوب

طرق الحصول على الأجنة الفردية Haploids induction methods

1-   الطريقة الأولى والأكثر شيوعاً بالخيار هي تلقيح الأزهار المؤنثة بحبوب لقاح مشععة بأشعة جاما أو إكس مما يسبب العقد البكري بالأزهار Parthenogenesis (حيث أن الحبوب مشععة فغير حيوية فهي فقط تحث على تكون الجنين البكري) ومن ثم الجنين الناتج يكون فردياً 1 ن = 7 ، وقد يساعد رش هرمون الـ 2,4,-D على إتمام العقد البكري، ثم بعد التلقيح بحوالي 3-4 أسابيع تفصل الأجنة (المبيض أو البويضات) وتزرع على بيئات الأنسجة بالمعمل Gynogensis تستكمل نموها ومراحل تضاعفها حتى الوصول لمرحلة تكوين مبادئ النموات استعداداً لمرحلة إحداث التضاعف بها بالمعاملات الكيمائية كما سيلي ذكره، وأثناء المراحل السابقة كلها تخضع الأجنة ومبادئ النموات لاختبارات خلوية للتأكد من فردية كروموسوماتها ن = 7.

2-   الطريقة الثانية هو إجراء الحث على العقد البكري بالمعمل Parthenogensis induction in vitro بزراعة المبيض أو البويضات في بيئات الأنسجة ثم معاملتها كيمائياً بمواد مختلفة تستخدم على نطاق تجاري ومن تلك المواد المستخدمة في ذلك مادة "ثياديازرون" Thidiazuron (TDZ) بتركيز من 0.01-0.04 ppm مع الصدمة الحرارية على 35 درجة مئوي لمدة 3 أيام فيتم الاستحثاث للعقد البكري وتنتج الأجنة الفردية Haploid Embryo.

3-   أو قد يتم إنتاج الأجنة الفردية بزراعة حبوب اللقاح Microspores أو متوك الزهرة Anthers الغير ناضجة بغرض إنتاج أجنة فردية العدد الكروموسومي Androgenesis Haploid Induction بمعمل الأنسجة (وتلك الطريقة غير متبعة في الخيار تجارياً).

4-   يمكن التلقيح بحبوب لقاح من جنس غريب (لا تستخدم في الخيار ولكن على نطاق التجارب في القمح بالتلقيح بحبوب لقاح الذرة) ويساعد هرمون الــ 2,4-D على استحثاث العقد البكري).

التحليل الخلوي لجنين خيار فردي Haploid Embryo ويظهر عدد الكروموسومات يساوي 7

     طرق الحصول على النباتات المتضاعفة Double Haploids Induction Methods

 كما قلنا لكي نبدأ في المعاملات الكميائية لإحداث التضاعف يجب أن يتميز الجنين الفردي إلى مبادئ النموات ومن ثم نبدأ في إحداث

التضاعف كيمائياً بإحدى المواد التالية:

1-   المعاملة بمادة "الكولشيسين" Colchicine بتركيز 0.04% (ويعاب على استخدامه سميته وأنه من المواد المسرطنة ووجب الحذر في استخدامه وإيجاد بدائل أخرى.

2-   أو مادة "الأوريزالين" Oryzalin.

3-   "بنزايل إدينين Benzyle adenine (BA).

4-   أو أشعة إكس X-ray.

5-   أكسيد النيتروز N2o.

6-   مادة "بودوفيلين" Podophyllen.

7-   مادة "ترايفلورلين" Trifluralin.

8-   مادة "أميبروفوس ميثيل" Amiprophos methylز

9-   مادة "بروناميد" Pronamide.

10-  مادة "كلورامفيكول" Chloramphienicol.

11-  مادة "ماليك هيدرازيد" Malic Hydrazide.

وكل المواد الكيمائية السابقة تختلف تركيزاتها وتوقيتات معاملاتها والظروف البيئية المصاحبة لاستخدامها من ضوء وحرارة ورطوبة

من صنف لصنف داخل النوع والجنس الواحد ومن جنس إلى جنس أيضاً.

وبصفة عامة فإن نسبة إنتاج نباتات متضاعفة تستلزم أيضاً الاستعانة بتكنولوجيا التعليم الجيني Gene Marking Techniques وذلك

من أجل التعرف والتأكد من الأجنة الفردية Haploid عند إنتاجها أو أيضاً بالتأكد من حدوث التضاعف في النباتات الناتجة فيما بعد،

وتعتمد كفاءة النتائج على مدى توفر تكنولوجي التعليم الجيني في البرنامج كما يستعان بــ Gene Markers في تتبع الصفات
المرغوبة في الصنف عند زراعة النباتات في الحقل فيما بعد مثل صفة مقاومة البياض الزغبي مثلاً أو الدقيقي وخلافه.

ثم بعد ذلك تتم متابعة النباتات المتضاعفة وتنميتها بالمعمل ثم المشاتل لإنتاج النباتات الكاملة المتضاعفة التي تلقح ذاتياً من أجل إنتاج

أول جيل F1 متضاعف، وفي العادة يكون عدد البذور المتكونة في الجيل الأول قليلة ثم بعد ذلك تزداد باستمرار التلقيح الذاتي للبذور الناتجة.

التحليل الخلوي لأنسجة الخيار بعد التضاعف Double Haploid ويظهر عدد الكروموسومات يساوي 14

مميزات النباتات المتضاعفة في برامج التربية وإنتاج الهجن

من مميزات استخدام النباتات المتضاعفة كروموسومياً في برامج التهجين والانتخاب هو اختصار مدة برنامج التربية إلى الربع تقريباً في

البرامج المعقدة وقد تقل إلي عام واحد في المحاصيل الذاتية وبعض المحاصيل الخلطية التلقيح، أو على الأكثر خلال 3 مواسم بعد أن

كانت برامج التهجين لإنتاج الأصناف والانتخاب تستغرق حتى 7 وعشر سنوات، كم يمكن الحصول على الهجين والأصناف الجديدة

بكميات كبيرة من البذور نتيجة ثبات النباتات المتضاعفة عند تلقيحها ذاتياً، كما أن مميزات النباتات المتضاعفة أنها متماثلة في صفاتها

فالاختلافات الناتجة بعد التلقيح الذاتي لها تكاد تكون منعدمة مما يسهل انتخاب الصفات المرغوبة خاصةً مع تقدم تكنولوجيا التعليم

الجيني لبعض الصفات المرغوبة في النباتات أو البذور الناتجة ‌Gene Markers Techniques، كما تتسم الهجن الناتجة من استخدام

الآباء المتضاعفة كروموسومياً بالثبات الوراثي فالهجين أو الأب قد يستمر حتى 14 جيل من الإكثار بالتلقيح الذاتي دون حدوث تدهور في صفاته بعكس الطرق التقليدية في التهجين فمن الجيل السابع F7 يبدأ تغير الصفات وتدهورها.

الخيار

بيوتكنولوجي

تربية النبات

تهجين الخيار

زراعة الأنسجة النباتية

إقرأ المزيد »

أساسيات تهجين وتربية الخيار

أساسيات تهجين وتربية الخيار

إنتاج بذور الآباء

العامل الذي يعتبر رئيسياً وهاماً في إنتاج الهجين المطلوب هو الحصول على بذور الآباء اللازمة لإنتاج هذا الهجين ثم إكثارها وإنتاج بذورها باستمرار لاستخدامها في إنتاج الهجن، ويتم إنتاج بذور الآباء المستخدمة في إنتاج بذور الهجن بالتلقيح الذاتي لتلك الآباء أو الأصول مع العزل حتى 2 كيلو متر عن أي زراعات قرعيات مجاورة، والتي من المفترض سبق انتخابها وتتبعها وعمل خرائط جينية لها تشمل جميع صفاتها الوراثية ومسجلة عالمياً في قواعد بيانات الأصول والآباء، ويفضل أن تكون أحادية الحمل Monoecious أي تحمل أزهاراً مؤنثة ومذكرة على نفس النبات وقد تكون الآباء أنثوية الحمل Gynoecious أي تحمل أزهاراً مؤنثة فقط مما يلزم دفعها لإنتاج أزهارً مذكرة بالمعاملات الهرمونية لإكثارها ذاتياً.

ويجب أن يتم متابعة نوع حمل الآباء جنسياً بعد الزراعة في خطوط الإنتاج للحفاظ على هذا الجنس، فالآباء الأحادية الحمل Monoecious لا يوجد مشاكل في إجراء التلقيح الذاتي المعزول لإنتاج بذور الأمهات ولا تحتاج إلى معاملات هرمونية بينما الآباء الأنثوية الجنس أو اكتشف بعد الزراعة أنها أنثوية الحمل الزهري Gynoecious فيلزم إجراء المعاملات التالية وذلك للحصول على الأزهار المذكرة الكافية لإتمام التلقيح الذاتي حيث تتم المعاملة بدايةً من تميز أول ورقة حقيقية حتى مرحلة 10 ورقات بعدد 4 مرات مرة كل أسبوع رشاً على النباتات بالجبريلليك GA3 أو تعامل بنترات الفضة Silver Nitrate بتركيز 250 ppm أو ثيوسلفات الفضة أو تعامل بمادة أمينو إيثوكسي فينيل جلايسين AVG بتركيز 250-500 ppm، إلا أن الجبريلليك يعاب عليه أنه يسبب هياجاً في النمو الخضر مما قد ينشر الأمراض أثناء الإنتاج ويسبب تشوهاً في الأزهار المذكرة الناتجة.

إنتاج هجين الخيار

إنتاج الهجين في محصول الخيار يتم بأربع طرق أساسية تعتمد على جنس الآباء، وتتم بالتلقيح الخلطي مع اتخاذ إجراءات العزل عن حقول أنواع القرعيات المجاورة والغرض منه نقل حبوب اللقاح المراد نقل الصفات منها من الأزهار المذكرة Staminate للأب المتميز بتلك الصفات إلى مياسم الأزهار المؤنثة Pistellate في نباتات الأمهات التي تتميز بصفات محددة وتنقصها تلك الصفات بالآباء المنقولة منها حبوب اللقاح على أن يتم الحفاظ على جنس الآباء في جميع المراحل إما باستخدام الهرمونات رشاً على الإناث أو الذكور للحفاظ على الجنس المطلوب أو الخصي اليدوي للأعضاء الذكرية في زهور أمهات الإناث ويجب أن يستعان لانتاج الهجين بإحدى تلك الطرق وهي:

1-   التلقيح الخلطي بين آباء مؤنثة الحمل الزهري Gynoecious كإناث (تحمل أزهار مؤنثة فقط على نفس النبات) X مع نباتات أحادية الحمل الزهري Monoecious كذكور (تحمل أزهار مذكرة ومؤنثة على نفس النبات) لإنتاج غالبية هجن أصناف الخيار المعروفة.

2-   التلقيح الخلطي بين آباء مؤنثة الحمل الزهري Gynoecious كإناث (تحمل أزهار مذكرة على نبات ومؤنثة على نبات آخر) X مع نباتات أنثوية الحمل الزهري Gynoecious كذكور (تحمل أزهار مؤنثة فقط على نفس النبات) لإنتاج هجن أنثوية الحمل وهي تزرع تحت الصوب خاصةً وهي لا تنتج بذور داخل الصوب Parthinocarp fruits ولكن إن زرعت بالحقل المفتوح مع نباتات أحادية الحمل الجنس Monoecious تتلقح وتنتج بذوراً.

3-   أو يتم بين آباء أحادية الحمل الزهري كإناث مع ذكور أحادية الحمل الزهري وذلك لإنتاج نباتات أنثوية الحمل الزهري ولكن بغرض الزراعة في الحقول المفتوحة.

4-   أو يتم التهجين بين آباء أنثوية الحمل الزهري Gynoecious كإناث مع آباء ثلاثية الحمل الزهري Hermaphroditic ثم تهجين الناتج مع آباء أحادية الحمل الزهري Monoecious لتنتج بالنهاية هجن تسمى بالهجن الثلاثية أحادية الحمل الزهري وهي عادة تتبع في إنتاج هجن أصناف التخليل.

خطوات إنتاج هجن الخيار

1-   تزرع نباتات الآباء التي تم إنتاجها مسبقاً بمعدل 2 خط أمهات + خط واحد ذكور ويكون التلقيح بالنحل أو حشرات أخرى مع العزل لمسافة 2 كيلو متر عن الحقول المجاورة لجميع أنواع القرعيات وان يكون الحقل لم يزرع بأي قرعيات لمدة 4 سنوات مضت.

2-   يراعى في جميع مراحل التهجين أن يتم تطهير الأدوات وأيدي العمال بالصابون ضد البكتريا وكذلك بالكحول 70% وكذلك الأدوات والأواني بكلوريد صوديوم أو كالسيوم بتركيز 0.5%.

3-   اختيار الآباء من بذور معتمدة ومسجلة Elite & Foundation seeds هو الأساس في الحصول على نتائج جيدة من التهجين.

4-   بالنسبة لاختيار جنس خطوط الآباء الذكور فهناك متسع من الاختيارات فهي يمكن أن يكون حملها الجنسي بأي من الأنواع التالية:

أ‌)       أن تكون أحادية الحمل الزهري Monoecious أي تحمل أزهار مؤنثة وأزهار مذكرة على نفس النبات وهذا هو الحمل الجنسي القياسي في نباتات الخيار خاصةً الهجن التي تزرع في الحقول المفتوحة حيث تكون أول 10-20 زهرة مذكرة ثم تبدأ الأزهار المؤنثة بالظهور بنسبة 1 مؤنث إلى 10-20 مذكرة والتلقيح خلطي بالحشرات ولا يحتاج لملقحات.

ب‌)  أو أن تكون مؤنثة الحمل Gynoecious أي تحمل أزهاراً مؤنثة فقط على النبات أو أزهار مذكرة بنسبة منخفضة جداً (وفي تلك الحالة تحتاج للتحويل بالمعاملات الهرمونية كما سبق ذكره في إنتاج بذور الآباء لدفعها لإنتاج إزهار مذكرة كافية لإنتاج أزهار مذكرة لإتمام التلقيح الخلطي أثناء التهجين).

ت‌)  أو أنها تحمل أزهارً خنثى Hermaphroditic (الأزهار الخنثى دائماً تنتج ثماراً اسطوانية غير اقتصادية)

ث‌)  أو أنها تحمل جميع أنواع الأزهار المؤنثة والمذكرة والخنثى Trimonoecious.

ج‌)   أو أنها تحمل أزهارً مذكرة وأزهاراً خنثى على نفس النبات Andromonoecious.

ح‌)   أو أنها تحمل أزهاراً مذكرة فقط على نفس النبات Androecious.

5-   أما الآباء الإناث فيمكن أن تكون أحد الأنواع السابق ذكرها من ناحية الحمل الزهري عدا الأخيرة (Androecious) ولكن يفضل أن تكون مؤنثة الحمل Gynoecious أي تحمل أزهاراً مؤنثة فقط على النبات، وإن كانت عدا أو كانت ضعيفة في إنتاجها للأزهار المؤنثة  فيجب أن يتم المحافظة على أن تكون في اتجاه الحمل الأنثوي Gynoecious وذلك بمعاملتها بالإيثريل بتركيز من 250-500 ppm مرة كل أسبوع وبعدد 6 مرات بدايةً من ظهور الأوراق الحقيقية أو تعامل بهرمون نفثالين أسيتيك أسيد NAA للتأكد من تحولها إلى أنثوية الحمل الزهري Gynoecious ويجب التأكد باستمرار أن نباتات الآباء الأمهات في هذا الاتجاه ولو حادت عنه تستمر معاملات الإيثريل، وبصفة عامة فإن دفع نباتات أمهات الإناث لإنتاج أزهار مؤنثة يمكن أن ينشط بزراعة عروة التهجين في النهار القصير مع الحرارة المنخفضة والإضاءة المنخفضة وهي ظروف الخريف والربيع المبكر.

6-   يتم إزالة النباتات المخالفة وهي الضعيفة والمخالفة للصنف أو المختلفة في طبيعة نموها Off-type plants فيما يسمى بعملة الروجنه Rogue ولو كانت النباتات المختلفة نسبتها عالية تستبعد البذور الهجين من تلك القطعة، وتتم عملية الاستبعاد في 4 مراحل فينولوجية للنبات قبل التزهير ومع بداية التزهير وفي مرحلة النمو الثمري وقبيل الحصاد عند اكتمال النمو الثمري للثمار.

7-   بعد حوالي 6 أسابيع من عقد أزهار نباتات الأمهات (حوالي 13 أسبوع من الزراعة) تبدأ الثمار في النضج بالتحول للون الأصفر والبرتقالي وبعض الثمار قد تتعفن وعند تلك المرحلة بيتم جمع ثمار خطوط الأمهات واستخلص بذورها لتكون هي الهجين F1 والذي يتميز بطبيعة الحمل الأنثوي Gynoecious بنسبة عالية (كلما كانت نسبة الأزهار المؤنثة عالية في الهجين كلما دل على جودته) وقد يكون الهجين أنثوي يحتاج للتلقيح لإنتاج الثمار كما في أصناف الحقول المفتوحة وبعض أصناف الصوب وتتراوح نسبة الأزهار المذكرة فيه من صفر-30% من إجمالي الأزهار بأي حال (في حالة الآباء إناث مؤنثة Gynoecious مع ذكور مختلطة Monoecious) وكلما انخفضت نسبة الأزهار المذكرة في الهجين الناتج كلما كان يحتاج إلي نباتات ملقحات تحمل أزهاراً مذكرة لإنتاج الثمار، أو أن الهجين الناتج تبعاً لنوعية حمل الآباء ووراثتها تكون ذات عقد بكري Parthinocarpic أي أنه أنثوي لا يحتاج إلي ملقحات (الآباء المذكرة أنثوية الحمل Gynoecious والآباء المؤنثة أنثوية الحمل أيضاً Gynocious) لإنتاج الثمار مثل معظم الأصناف الحديثة من خيار الصوبات كما يحظر تلقيحها حتى لا تنتج ثماراً مرة أو مشوهة غير مطابقة لمواصفات الهجين لذلك يجب العزل جيداً عند زراعتها بالصوب بعزل جميع أسباب التلقيح الخلطي.

8-   من الطبيعي أنه لا يتم جمع أي ثمار من خطوط الآباء الذكور، تستخلص البذور من قلب الثمار ثم تخمر لمدة 24-48 ساعة في الماء ثم تغسل بمغسلة دوارة لفصل البذور Rotary washer (Flume system) وتنتج الثمرة الواحدة في حدود 200 بذرة هجين، ثم تجفف وتدخل في مرحلة الفرز على الفلاتر Screens للتحجيم والتنظيف من الشوائب وتحفظ في أماكن غير رطبة وتختبر حيويتها باستمرار بحيث تكون أكبر من 80% حيوية وتنتهي صلاحيتها عند 5 سنوات من الحفظ، وإجمالي إنتاج فدان التهجين يتراوح من 200-350 كجم بذور للفدان تقريباً.

9-   عند بيع البذور وتعبئتها يمكن خلط حتى 12% مع بذور الهجين من بذور أصناف أحادية الحمل Monoecious أي تحمل أزهاراً مذكرة ومؤنثة وتكون معتمدة لرفع كفاءة التلقيح حتى تظهر المواصفات الجيدة للصنف الهجين، وقد ترفق الملقحات في عبوات منفصلة عن أكياس تعبئة الهجين.

هجين خيار صوب

هجين خيار صوب

جينات الجنس والعقد البكري بالخيار

هناك 3 جينات للجنس والعقد البكري ونوع الحمل الزهري بالخيار وهي:

1-   a

2-    Acr

3-   M

فالنباتات التي تحمل أزهاراً مؤنثة رمزها الوراثي MM Acr Acr

والنباتات التي تحمل أزهاراً خنثى رمزها الجيني mm Acr Acr

والنباتات التي تحمل أزهاراً مؤنثة ومذكرة رمزها الجيني MM acr acr

والنباتات التي تحمل أزهاراً خنثى ومذكرة رمزها الجيني mm acr acr

والنباتات التي تحمل أزهاراً مذكرة رمزها الجيني acr acr aa

كما أن جين العقد البكري Parthinocarpic يرمز له Pc

أما الجين المسؤول عن التزهير الثلاثي في نباتات الخيار أي النبات يحمل كل أنواع الأزهار فرمزه Tr.

نبذه عن استخدام الهرمونات والأملاح في دفع تكوين الأزهار المذكرة والمؤنثة

الفكرة مبنيه على التأثير على تمثيل الإيثلين بنبات الخيار، ففي الوضع الطبيعي فإن مع زيادة إنتاج الإيثلين يحدث تحفيز لمستقبلات

الأزهار المؤنثة فتنتج أزهاراً مؤنثة والعكس فتثبيط إنتاج الإيثلين يقلل من إنتاج الأزهار المؤنثة ويوجه المستقبلات لإنتاج أزهاراً

مذكرة، ومن هنا فرش الإيثلين يرفع تركيزه بالنبات ويوجهه نحو إنتاج أزهاراً مؤنثة وعلى العكس فرش الجبريلليك وهو مضاد للإيثلين

فيقلل من إنتاجه فتتجه النباتات لإنتاج إزهاراً مذكرة وكذلك الحال مثل الجريلليك عند رش نترات أو ثيوسلفات الفضة أو أمينو إيثوكسي

فينيل جلايسين AVG.

التهجين الرجعي Back crossing

ويتم إجراؤه بين الآباء للحصول على صفات جيدة وآباء متميزة تحمل صفات مطلوبة، فمثلاً لو افترضنا أن برنامج التهجين يدخل به أب

A مع أب B، ولكن هناك أحد الآباء وليكن C ليست في برنامج التهجين به صفة مميزة نحتاجها في الهجين A المستخدم في برنامج

التهجين الرئيسي، لذا فيتم إجراء تهجين الأب A مع C فينتج هجيناً يتم تهجينه رجعياً مع الأب A لعدة أجيال مع الانتخاب حتى

الحصول على أب جديد يحمل الصفات المطلوبة يدخل في برنامج التربية الرئيسي ثم يتم إكثاره ذاتياً للتأكد من نقاوته ويدخل في برنامج

التهجين الرئيسي.

التقاوى

الخيار

تربية النبات

تهجين الخيار

زراعة الأنسجة النباتية

إقرأ المزيد »