oplemenjivanje biljaka

Fakultet za biofarmingPredmet: Oplemenjivanje biljaka

SEMINARSKI RAD Tema: Istorijski razvoj oplemenjivanja biljaka

Student Dragana Simi 2011

Profesor Prof. Dr. Jelena Bokovi

Sadraj

ta je oplemenjivanje biljaka ?............................................................3 Ciljevi oplemenjivanja biljaka.............................................................4 Istorija oplemenjivanja biljaka ...........................................................6 Poeci poljoprivrede i oplemenjivanja biljaka......................................6 Oplemenjivanje biljaka pre Medela ...................................................7 Izbor vanijih dogaaja u istoriji oplemenjivanja biljaa .......................9 Oplemenjivanje biljaka posle Medela...............................................10 Dostignua oplemenjivana biljaka.....................................................13 Budunost oplemenjivanja biljaka.....................................................14

Dragana Simi

Oplemenjivanje biljaka

2

ta je oplemenjivanje biljaka ?Oplemenjivanje biljaka je grana poljoprivrede koja se bavi manipulacijom osobina biljaka u cilju stvaranja novih i unapreivanja postojecih tipova biljaka, a zbog zadovoljenja potreba ljudi i ivotinja. ''Oplemenjivanje biljaka je evolucija usmerena voljom oveka'', (Vavilov, 1887-1943) ''Oplemenjvanje biljaka je umetnost i nauka poboljanja naslednih osobina biljaka u korist oveka'', (Poehlman i Sleeper, 1995) Promene koje se izvre na ovaj nain postaju trajne i nasledne. Sav ovaj napor u podeavanju status quo je podstaknut eljom oveka da unapredi odreene aspekte biljaka da bi one ostvarivale nove uloge ili unapredile postojee. Potrebno je naglasiti da su ciljevi oplemenjivanja biljaka uvek precizno definisani. Iako se pojam ''oplemenjivanje biljaka'' esto poistoveuje sa aktivnou na seksualnim procesima biljaka u cilju dobijanja eljenjog rezultata, moderno oplemenjivanje biljaka esto podrazumeva i manipulaciju aseksualno reproduktivnih biljaka (koje se ne reprodukuju seksualnim putem). Oplemenjivanje je, prema tome, manipulacija karakteristikama, strukturom i sastavom biljaka da bi se napravile sorte koje su korisnije oveku. Pratei neverovatan razvoj tehologije oplemenjivai su sve vie u mogunosti da dou do zapanjujuih rezultata u manipulaciji biljkama, ali, mora se napomenuti, ne bez kontroverzi kao sto je sluaj razvoja i primene biotehnologije u genteskoj manipulaciji biljaka. Jedna od najkontroverznijih od tih modernih tehnoogija je transgenezis, tehnologija kojom se vri transfer gena preko prirodnih biolokih barijera.

Dragana Simi


3

Ciljevi oplemenjivanja biljakaOplemenjivai biljaka koriste razliite tehnologije i metodologije da bi postigli eljenu promenu u prirodi biljke. Kako nauka i tehnologija napreduju, tako se pojavljuju novi alati koje mogu u odreenom obliku da koriste i oplemenjivai. Pre poetka procesa oplemenjivanja, postavljaju se jasni i precizni ciljevi zavisno od zahteva proizvoaa, elja i potreba potroaa i uticaja na ivotnu sredinu. Oplemenjivai mogu da menjaju strukturu biljke i na taj nain je uine lakom za mehaniku etvu, mogu da stvaraju sorte otpornije na tetoine i smanje ili izbace upotrebu pesticida, to znai manje zagaivanje ivotne sredine. Mogu i kreirati varijetete sa veim prinosima (kultivare) ime se zadovoljava poveana potranja trita i samim tim zarada proizvoaa. Kada oplemenivai misle o potroau mogu razviti sorte sa veim hranljivim vrednostima to moe smanjiti bolesti kod stanovnitva ili kreirati sorte intenzivnijih ukusa i mirisa ili one podesnije za industrijsku preradu. U zavisnosti od zahteva i potreba oplemenjivai mogu mnogo da urade. Ali emu sve to? Zato nam jepotrebno oplemnjivanje biljaka? Biljke obezbeuju hranu, vlakna, lekove i sklonita za ljude. Dalje su biljke potrebne zbog estetskih i drugih funkcionalnih namena kako u prirodi tako i u objektima. Hrana je osnovna ljudska potreba. Biljke su primarni proizvoai hrane u ekosistemu. Bez njih ivot na Zemlji ne bi bio mogu za vie organizme. Veina useva u svetu su itarice.Od preko 3000 biljnih vrsta koje bi se mogle upotrebljavati na razne naine svega oko 30 vrsta ine glavne kulture kojima se hrani oveanstvo.400

350

300

Penica; 360

Pirina; 320

Kukuruz; 300

250

200

Krompir; 300 Jeam; 170

150

Slatki krompir; 130

e. trska; 50

Groe; 60

Soja; 60

Lubenice; 20

Narande; 30

Suncokret; 10

Kasava; 100

Kokos; 30

Pamuk; 25

100

Paradajz; 35

Ovas; 50

Proso; 45

Sirak; 50

Banana; 35

Jabuke; 20

Kikiriki; 20

Kupina; 15

Graak; 10

Ra; 30

50

0

- godinja proizvodnja u milionima tona najvanih kultira-

Dragana Simi


Mango; 10

Pasulj; 10

Luk; 15

4

Oplemenjivanje biljaka je potrebno da bi se povecala vrednost useva hrane poveavajui njihov prinos i nutritivne kvalitete. Pirina kao jedna od osnovnih hrana u svetu nema provitamina A. Projekat ''Golden Rice'' koji se sprovodi u svetu ima za cilj kultivar pirina sa ovim provitaminom. Oplemenjivanjem se neke biljke ine lakse svarljivim ili sigurnijm za korienje smanjivanjem koliine otrovnih materija ili promenom teksture. Broj stanovnika planete se u poslednje 3 decenije udvostruio. Procenjuje se da e u naredne tri decenije na planeti biti jo 3 mijilarde ljudi koji e imati potrebu za hranom. Kako svetska populacija raste javljae se potreba za dodatnim poljoprivrednim proizvodnim kapacitetima. Na alost obradivog zemljita e biti sve manje zbog poveanih potreba za urbanim zemljitem. Dakle vie hrane treba proizvesti na manje zemljita. Ovo zahteva stvaranje poboljanih, viskoprinosnih kultivara. Uz pomo oplemenjivanja biljaka prinosi glavnih biljnih kultura su se tokom godina dramatino poveali. Pored menjanja nutritivnih i mehanikih karakteristika i poveanja prinosa u uslovima globalnih klimatskih promena oplemenjivanje biljaka ima i obavezu stvaranja novih kultivara koji su u stanju da u uslovima specifinog okruenja daju dobre rezultate. Stvaranje sorti otpornih na suu ima veliki znaaj za primenu u predelima sa malo padavina . Rairenost useva moe biti poveanja primenom sorti koje su koje su adaptirane prema izmenjenom proizvodnom okruenju. Oplemenjivanjem biljaka moemo kreirati nove varijetete ukrasnog bilja sa novim bojama i dimezijama i oblicima, a takoe i sorte specijano za idustrisjku primenu i za linu potronju (npr. stone sorte groa i sorte za proizvodnju vina). Razliita trita imaju razliite potrebe.

Dragana Simi


5

Istorija oplemenjivanja biljakaPoeci poljoprivrede i oplemenjivanja biljakaU primitivnoj formi oplemenjivanje biljaka je poelo neposredno po otkriu poljoprivrede kada su pripadnici primitivnih kultira prestali sa nomadskim i lovakim nainom ivota i postali stacionarni proizvoai biljaka i ivotinja za svoje potrebe. Pogledi na poetke poljoprivrede idu od mitolokih do naunih.

Ova promena naina ivota nije se desila preko noi ve je bila postepeni proces u toku kojeg su biljke prele put od nezavisnih i divljih do potpuno ,od oveka, zavisnih i domesticiranih varijeteta. U toku ovog perioda ovek je i otkrio prvu i najjednostavniju tehniku oplemenjivanja biljaka- selekciju, vetinu uoavanja i odabira eljenog varijeteta izmeu biolokih varijeteta u populaciji. Selekcija podrazumeva postojanje raznolikosti varijeteta. Na poetku oplemenjivanja biljaka koriene su raznolikosti u prirodi postojeih varijetea i onih koji su divlji roaci korienih useva. Ovakva selekcija je bila zasnovana samo na intuiciji, vetini i proceni primitivnog 'oplemenjivaa'. Ovaj nain selekcije se primenuje i danas u siromanim ekonomijama gde se za seme koristi plod biljke koja najbolje izgleda. Danas se koriste naune metode kao dopuna gore navedenoj tehnici da bi proces selekcije bio efikasniji. Treba napomenuti da ne postoje dokazi da su primitivni oplemenjivai bili svesni injenice da okreu prirodu u svoju korist kao to to rade savremeni oplemenjivai.

Dragana Simi


6

Oplemenjivanje biljaka pre MedelaDok rani oplemenjivai biljaka nisu namerno kreirali nove varijetete, moderni oplemenjivai su u stanju da stvaraju nove varijetet koji ranije nisu postojali u prirodnoj populaciji. Veoma je teko odrediti poetak modernog oplemenjivanja biljaka. Ipak neka rana zapaenja nekih osoba postavili su osnove za otkrivanje modernih principa oplemenjivana biljaka. Postoje arheoloki dokazi koji ukazuju da su Asirci i Vavilonci vrili vetaku polenizaciju drveta datule (urme) ak 700 godina pre nove ere.

Asirski reljef, prikazuje runu polenizaciju

J.R. Camerarius iz Nemake 1694 godine prvi opisuje polne organe kod biljaka i ukazuje da je polen iz mukih cvetova neophodan za oplodnju enskih jedinki. Ipak tek Joseph Koelreuter je prvi koji je sproveo sistematko istraivanje u oblasti hibridizacije biljaka (ukrtajui genetski razliite roditelje). Na slian nain je 1717 godine Engleski batovan Thomas Fairchild sproveo ukrtanje razliitih vrsta ( dianthius barbatus i D. caryophyllis) da bi dobio cvet kakav mu je bio potreban. Camerarius

d. barbatus Dragana Simi Oplemenjivanje biljaka

d. caryophyllis 7

Drugi sluaj opisuje zapaanje Cotton Mather 1716 godine , koji je primetio prirodno ukrtanje polenizacijom susednih redova u kukurznim poljima u Americi. Kukuruz je jedna od kultura koje je posebno interesantna za oplemenjivae. Ve 1846 godine Robert Reid iz Ilinoisa je razvio ''Reid's Yellow Dent'' kukuruz.

Intenzivan rad veskog botaniara Carolus Linnaeus-a dovelo je do binominalnog sistema klasifikacije biljaka koji je i danas u upotrebi i od sutinske je vanosti modernim oplemenjivaima biljaka. Godine 1727 Louis Leveque de Vilmorin iz porodice proizvoaa semena osnovao je Vilmorin institut za semenarstvo, prvu instituciju posveenu proizvodnji novih kultivara. Odabrani vani dogaaji u istoriji opelmenjivanja biljaka prikazani su u tabeli.

Carolus Linne

Dragana Simi


8

Izbor vanijih dogaaja u istoriji oplemenjivanja biljaa 9000 pne prvi dokazi domestifikacije biljaka u brdima iznad reke Tigar 3000 pne Zavrena domestifikacija svih vanijih biljaka u Starom Svetu 1000 pne Zavrena domestifikacija svih vanijih biljaka u Novom Svetu 700 pne Asirci i Vavilonci vre runu polenizaciju drveta datule 1676. Holanani zapoinju oplemenjivanje ukrasnog bilja 1694. J.R. Camerarius dokazuje postojanju pola kod biljaka i predlae ukrtanje kao metod za dobijanje novih tipova biljaka 1716 C. Mather (1663-1728) iz SAD uoio prirodno ukrtanje kod kukuruza 1719 T. Fairchild (1667-1729) ukrtanjem proizveo prvi vetaki hibird (Dianthus caryophyllus x Dianthus barbatus) 1727 Vilmorin Company iz Francuske uvodi pedigree metod oplemenjivanja i osniva prvu semensku kompaniju 1779. T.A. Knight (1759-1835) prvi koristi plansku hibridizaciju za poboljanje usjeva 1753 Carl Linnaeus (1707-1778) objavio Species plantarium. Binominalna nomenklatura 17611766 Koelreuter, Joseph Gottlieb proizveo prvi nauni hibrid koristei duvan 1847 Reids Yellow Dent (itozrni) kukuruz razvijen 1859. Ch. Darwin postavlja teoriju evolucije (The Origin of Species by Means of Natural Selection). 1866 Mendel objavio svoja oktria u Eksperimenti u hibridizaciji biljaka 1900 Mendelovi zakoni o nasleivanu potvreni od Correns iz Nemake, de Vries iz Holandije i vonTschermak iz Austrije 1903 Razvijena teorija iste linije za selekciju 1906. W. Bateson - daje nauci o nasljeivanju naziv "genetika", te definira GEN kao nasljednu jedinicu koja kontrolie pojavu i razvoj nekog svojstva. 19081910 East objavio svoje radove o inbreeding 1909 Shull sproveo obimno istraivanje na razvoju inbrida za proizvodnju hibrida 1917 Jones razvio prvi komercijalni hibrid kukuruza 1926 Osnovana Pioneer Hi-bred Corn Company za proivodnju semena 1935 Vavilov objavio Naune osnove oplemenjivanja biljaka 1940 Harlan grupnu selekciju 1944 Avery, MacLeod, and McCarty otkrili DNK u naslednom materijalu 1953 Watson, Crick, i Wilkins predloili model DNK strukture 1970 Borlaug dobio Nobelovu nagradu za Zelenu revoluciju 1970 Berg, Cohen, i Boyer uveli tehnologiju rekombinacije DNK 1994 FlavrSavr paradajz, prvi genetski modifikovan proizvod za ishranu 1995 Bt kukuruz razvijen 1996 Roundup Ready razvio soju 2004 Roundup Ready razvio penicu

Dragana Simi


9

Oplemenjivanje biljaka posle MedelaModerno oplemenjivanje biljaka zavisi od principa genetike, nauke o nasleivanju, za koju je Gregor Mendel postavio osnove. Mendelov originalni rad o graku je objavljen 1865.

Gregor Mendel Opisao je kako se faktori odreene osobine prenose sa roditelja na potomka i na naredne generacije. Njegov rad je ponovo otkriven 1900 potvrivanjem od strane E. von Tchermark-a, C.Correns-a I H. de Vries-a. ovi dogaaji su postavili temelje moderne gentike.

E. von Tchermark

C.Correns

H. de Vries

Mendelova istraivanja su predstavljala roenje koncepta gena ( i genetike kao nauke) faktora koji nose osobine i koji se prebacuju seksualnim procesima na potomke. Njegov rad je rezultirao formulacijom osnovnih zakona o nasleivanju poznatijih kao Mendelovi zakoni.1. Mendelov zakon - zakon o jednolinosti generacije F1 2. Mendelov zakon - zakon segregacije 3. Mendelov zakon - zakon nezavisnog nasljeivanja

Dragana Simi


10

Jedna od najranijh primena genetike u oplemenjivanju biljaka je uinjena od strane Danskog bitaniara Wilhelma Johannsena. Godine 1903 Johhansen je razvio teoriju iste linije dok je radio na graku. Njegovo istraivanje je potvrdilo ranije zapaanje da se tehiniom selekcije mogu proizvesti uniformni, oplemenjeni kultivari da bi se dobile iste linije koje se mogu kasnije ukrta ti. Prethodno je H. Nilson demostrirao da je jedinica selekcije biljka. Proizvodi ukrtanja (nazvani hibridi) predstavljali su biljke koje su nadmaivale svoje roditeljeju eljenim osobinama (koncept heterozisa). Heterozis je osnova moderne proizvodnje hibrida. Godine 1919 D.F. Jones je doao na ideju da upotrebi dovostruko ukrtanje koje je podrazumevalo ukrtanje prethodno ukrtenih sorti. Ova tehnika je uinila ekomoninom komercijlanu proizvodnju hibrida.

W. Johansen

Primena genetike u poboljanju useva je imala spektakularan uspeh tokom godina od kojih je jedan od najupeatljivijih razvoj patuljastih, u skladu sa okruenjem, kultivara penice i pirina za subtropske regione u svetu. Ove nove biljke su dramatino promenile proizvodnju hrane u ovim regionima, a to je najvie vidljivo po Zelenoj revoliciji. Genetska mutacija (promena na genima korienjem mtagena kao to su radijacija ili hemikalije) je postala tehinka u oplemenjivanju biljaka 20-ih godina prolog veka kada su istraivai otkrili da izlaganje biljaka X-zracima izaziva poveane promene u biljkama. Oplemenjivanje genetskom mutacijom je ubrzano posle drugog svetskog rata kada su naunici poeli da primenjuju i subatomske estice kao mutagene za izazivanje mutacija u orga nizmima. Iako je rezultat esto nepredvidljiv, genetska mutacija je bila uspena u kreiranju mnogobrojnih varijeteta. Godine 1944 je otkriveno da je DNK genetski materijal. Naunici su nakon toga poeli da razumeju molekularne osnove nasleivanja. Novi alatai (molekularni alati) se razvijaju da bi unapredili oplemenjivanje Dragana Simi Oplemenjivanje biljaka 11

biljaka. Trenutno naunici mogu da potpuno zaobiu seksualne procese u transferu gena sa jednog roditelja na drugog. Danas geni mogu ,bukvalno, da budu prebaeni sa bilo kojeg organizma na drugi. Najnoviji alat oplemenjivaa biljaka je genetski ininjering ima svoje pristalice i protivnika. Trenutni uspeh ukljuuje razvoj useva otpornog na insekte unoenjem gena iz bakterije Bacillus thuingiensis. Kultivari koji sadre ovaj strani gen zovu se Bt kultivari. Proizvodi dobijeni na ovaj nain se uobiajeno zovu genetski modifikovani (GM) ili transgenetski proizvodi.

Biotehnologija biljaka je opte ime za moderne tehnike manipulacije biljkama koja je pored ostalog razvila i tehniku molekularnog markiranja koje znaajon olakavaposao oplemenjivaima.

Dragana Simi


12

Dostignua oplemenjivana biljakaDostignua oplemenjivanja biljaka su brojna i znaajna ali se mogu podeliti u sledee grupe: poveanje prinosa, poboljanje sastavnih osobina, adapatacija useva i uticaj na neproizvodni sistem Poveanjeprinosa je postignuto na vie naina ukljuujui ciljano poboljanje komponenti ili inei biljke otpornijim na tetoine i kreirajui sorte kojima vie lei odreeno okruenje. Prinosi glavnih kultura su se tokom godina znaajno poveali. Poveanjeprinosa nije vezano samo za promenu geneteske strukture biljke ve ima veze i sa poboljanjem agrotehnikih mera. Promenom strukturnih osobina biljaka poboljane su hranljive vrednosti I zahtevi za industrijsku obradu. Na primer razliite vrste penice u potrebne za razne namene ( hleb, testenine, kolai). Biljke se sada sade i u regionima koji nisu njihovoprirodno stanite zahvaljujui razvoju kultivara koji su usklaeni sa spoljnim uticajima. Oplemenjivanje biljaka je dalo sorte koje imaju krai period zrenja ili one otporne na visok sadraj soli kao i na mraz i suu.

Dragana Simi


13

Budunost oplemenjivanja biljakaPretpostavlja se da e naredni vek biti vek biotehnologije, vek genetikog inenjeringa, ali vrlo verovatno i vek neizvjesnosti i straha od posledica promena na koje nismo spremni. Nikada u svojoj istoriji ovjeanstvo nije s takovom strepnjom doekivalo nove tehnoloke i ekonomske izazove, a u sveukupnoj istoriji nauke, verojatno ni jedan pronalazak nije izazvao toliku podvojenost, kako izmeu naunika, tako i izmeu nosilaca nove tehnolgije i svekolike javnosti, kao to je to sluaj s genetikim inenjeringom. Predvia se, da e u nekoliko sledeih dekada, na nain ivota biti iz temelja promenjen, a te e promene biti znaajnije od onih nastalih tokom proteklog milenijuma. Da bi bolje razumjeli ovo stanje podvojenosti potrebno je analizirati prednosti i dobrobit koju nam nude postupci nove biotehnologije, ali i mogue nedostatke, opasnosti i dosadanje promaaje. Dok kritiari smatraju da e poljoprivredna biotehnologija biti jedna od najveih nesrea u povijesti kapitalistikih korporacija, te da e ovu industriju unititi odgovornost za prouzrokovano nekontrolirano preskakanje gena i time izazvanih posljedica, zagovornici nove biotehnologije (esto koriten sinonim life-sciences), oduevljeni mogunostima koje ona prua, prikazuju genetiko inenjerstvo u pozitivnom svjetlu. Oni tvrde da prijenos stranih gena u biljku predstavlja nesagledivi potencijal u oplemenjivanju bilja. Prema njima genetiko inenjerstvo je u poredbi s klasinim oplemenjivanjem bre i preciznije, te e ovjeanstvu rijeiti neke osnovne probleme prehrane i zdravstva: 1. Pitanja gladi u svijetu - podmirenje potreba za hranom sve brojnije ljudske populacije. 2. Poveanje rodnosti i poboljanja kakvoe prehrambenih proizvoda: esencijalne aminokiseline,vitamini, minerali esto nedostatni u prehrani treeg svijeta, otpornost plodina na transport injihova dugovjenost itd. 3. Proirenje podruja uzgoja usjeva (poveanje tolerantnosti biljke na suu i niske temperature, te na kisela ili zaslanjena tla) 4. Zatita usjeva od nametnika (korovi, bolesti i insekti). 5. Produkcija novih tvari: vakcine, biorazgradiva plastika, beskalorini zaslaivai itd. 6. Zatita okolia: mikrobioloko ienje zagaenih voda i detekcija eksploziva, manja uporaba pesticida. 7. Jeftinija proizvodnja lijekova, te organa za transplantaciju u ovjeka (srce, jetra, bubrezi itd.).

Iz navedenog moe se razabrati da je rije o velikim i plemenitim ciljevima. Meutim, neke od njihovih pohvala i uobiajeni argumenti mogu se razmotriti i s druge, ne tako ruiaste strane. Pomnije analize ve ostvarenih projekata, te sada ve brojni promaaji, na genetiko inenjerstvo bacaju neto drukije svijetlo. U ovom prikazu pokuati e se s vie strana kritiki sagledati ideja genetikog inenjerstva i moguih posljedica.

Dragana Simi


14

Literatura1. Martini, J. i V. Kozumplik (1996): Oplemenjivanje bilja I. Teorija i metode, II. Ratarske kulture. Zagreb. 2. Borojevi, S. (1981): Principi i metodi oplemenjivanja bilja. Novi Sad 3. Jot Marijan, (2000), Genetsko inenjerstvo-nadei promaaji, Agronomski glasnik, Zagerb 4. Jot Marijan, (2005), OPLEMENJIVANJE BILJA, PROIZVODNJA HRANE IODRIVA POLJOPRIVREDA, Agronomski glasnik, Zagreb 5. History and role of plant breeding in society, Google Docs 6. wikipedia

Dragana Simi


15

Documents

oplemenjivanje biljaka