تربية النبات Plant Breeding

1. تربية النباتPlant Breeding الاستاذ الدكتور / فتحي سعد النخلاوي قسم زراعة المناطق الجافة كلية الارصاد والبيئة وزراعة المناطق الجافة جامعة الملك عبد العزيز المملكة العربية السعودية

2. علم تربية النبات • فرع من العلوم الزراعية يبحث في تحسين الصفات الوراثية للنباتات التي لها قيمة اقتصادية بالنسبة للانسان

3. أهداف تربية النباتات • 1- زيادة الانتاجية للمحاصيل • 2- رفع درجة التأقلم للاصناف الزراعية لتناسب مناطق جديدة • 3- تحسين تحمل الاصناف الزراعية لظروف الاجهادات البيئية (ارتفاع الملوحة – الجفاف – ارتفاع الحرارة ..الخ ) • 4- تحسين جودة منتجات المحاصيل • 5- تغيير طبيعة النمو • 6- انتاج اصناف مقاومة للامراض والحشرات

4. طرق تكاثر النباتاتReproduction Systems in Plants • تنقسم طرق التكاثر في النباتات بصورة عامة إلى قسمين رئيسين هما: التكاثر الجنسي والتكاثر اللاجنسي. 1- التكاثر الجنسي • ينتج النسل في التكاثر الجنسي (sexual reproduction) عن طريق الاتحاد ما بين الجاميطات المذكرة، والجاميطات المؤنثة وهذا التكاثر الجنسي في النباتات يحدث في الزهرة (flower) وأهم عضوين في تركيب الزهرة هما: • عضو التذكير (الطلع) (androceium). • عضو التأنيث (المتاع) (gynaceium).

5. طرق تكاثر النباتات 2- التكاثر اللاجنسي Sexual Reproduction • بعض النباتات يمكنها أن تتكاثر لاجنسياً (Sexual Reproduction) دون أن تمر بعمليات الانقسام الميوزي، وتكوين الجاميطات والإخصاب، وذلك بعدة طرق يمكن تجميعها في قسمين رئيسين هما: • التكاثر الخضري. • ب- التكاثر اللاجنسي عن طريق تكوين البذور.

6. التلقيح في النباتات Pollination in Plants • هناك نوعان من التلقيح، إما أن يكون ذاتياً، أي أن حبوب لقاح نفس الزهرة تلقح بويضات نفس الزهرة، وهذه تنتشر في القمح والشعير والكتان. أو تلقيح خلطي، أي حبوب لقاح زهرة تلقح زهرة أخرى على نفس النبات، أو على نبات آخر، وهذه تنتشر في: الذرة الشامية ودوار الشمس والنخيل.

7. التراكيب والعوامل التي تشجع التلقيح الذاتي Devices for self-pollination control • بقاء الزهرة مقفلة أثناء عملية التلقيح. • نضج حبوب اللقاح وانفجار المتك في حالة أن تكون المياسم قابلة للإخصاب مثل: القمح والشعير والأرز. • وجود الأنبوبة السدائية محيطة بالميسم مثل القطن. • وجود تجمع للأسدية بشكل مخروطي حول الميسم مثل الطماطم

8. التراكيب والعوامل التي تشجع التلقيح الخلطي Devices for cros-pollination control • أ- الأزهار ثنائية المسكن Dioecious • ب- الأزهار وحيدة المسكن Monoecious flowers • ج- تفاوت وقت نضج حبوب اللقاح والمياسم في الزهرة Dichogamy • د- تركيب أعضاء الزهرة وموضع الأسدية بالنسبة للمياسم • هـ- عدم التوافق الذاتي Self-incompatibility • و- العقم الذكري Male sterility

9. عدم التوافق الجنسي Incompatibility • يقصد بعدم التوافق الجنسي Incompatibility)) الحالات التي تكون فيها جميع الأعضاء التناسلية سليمة وتامة التكوين، وحبوب اللقاح والبويضات لها القدرة على الإخصاب، ولكن الإخصاب بسبب وجود مانع فسيولوجي يوقف أو يبطئ من نمو الأنبوبة اللقاحية داخل القلم، وتمنعها من الوصول إلى البويضة في الوقت المناسب لإخصابها

10. نظرية العوامل المضادة Oppositional factor hypothesis • تقول هذه النظرية: إن مجموعة من المجموعات المتبادلة (multiple alleles) يرمز لها بالحرف (S) هي التي تتحكم في وراثة ظاهرة عدم التوافق الجنسي، وأن اثنين فقط من هذه العوامل يوجدان معاً في الفرد الثنائي العادي (diploid). بينما يوجد في حبة اللقاح أو البويضة عامل واحد فقط. • وقد وجد حتى الآن في الدخان أكثر من 15 عاملاً يرمز لها بالحروف S1، S2، S3، S4 .... وهكذا. • وتقول النظرية: إن أي أنبوبة لقاحية تحتوي على أحد هذه العوامل (الجينات) يبطؤ نموها في نسيج القلم الثنائي (diploid) الذي يحمل نفس العامل في تركيبه الوراثي، ولكن يكون نمو الأنبوبة اللقاحية طبيعياً، إذا احتوى نسيج القلم على عاملين آخرين من مجموعة عوامل عدم التوافق الجنسي.

11. عامل الإخصاب الذاتي • وجد عامل الإخصاب الذاتي أي التوافق الجنسي الذاتي Sf ضمن هذه المجموعة من العوامل المتبادلة، وإذا وجد هذا العامل في حبة اللقاح فإن عملية نمو الأنبوبة اللقاحية تسير في سرعتها الطبيعية، حتى في وجود أي عامل من عوامل عدم التوافق الجنسي S1S2 ...إلخ. وعامل الإخصاب الذاتي، هذا سائد على عوامل عدم التوافق الذاتي الأخرى. وإذا دخل نبات به عامل الإخصاب Sf في تهجين مع نبات به حالة عدم التوافق الذاتي، ففي خلال التلقيحات الذاتية التالية سوف تستبعد كل النباتات التي بها عدم التوافق الذاتي، وبذلك فإنه يمكن دائماً إضافة عامل الإخصاب الذاتي هذا إلى أي سلالة أو صنف إذا أراد مربي النبات ذلك.

12. العقم الذكري Male sterility • والعقم الذكري هو عدم تكوين أعضاء التذكير في الزهرة، أو عدم اكتمال تكوين تلك الأعضاء بدرجة تسمح لها بالقيام بوظيفتها، أو أن حبوب اللقاح تكون غير حية أو عدم قيام الخلايا الأمية لحبوب اللقاح بوظيفتها، وفي نفس الوقت تكون الزهرة محتوية على الأعضاء الأنثوية (المتاع) في حالة خصبة محتوية على بويضات خصبة، وعلى ذلك فالزهرة لا تستطيع أن تتلقح ذاتياً، ولكن تتم عملية التلقيح فيها خلطياً

13. حالات العقم الذكري • وتنقسم حالات العقم الذكري حسب طريقة تورثها إلى ثلاث حالات هي: • العقم الذكري الوراثي (genetic male sterility) . • العقم الذكري السيتوبلازمي (cytoplasmic male sterility). • العقم الذكري السيتوبلازمي الوراثي (cytoplasmic genetic male steriliy

14. العدد الكروموسومي Chromosome Number • تُبني حقيقة نظم التوارث في الجزء الكبير منها على ثبات عدد الكروموسومات وتكراره، وتعتبر عمليات الانقسام الميتوزي والانقسام الميوزي هي الوسيلة العملية لميكانيكية مضاعفة الكروموسومات والانقسام والحركة. وتعطي الدراسات السيتولوجية معلومات غنية على أعداد الكرموسومات في عديد من الأنواع النباتية والحيوانية، ويوضح دارلنجتون ووايلي (Darlington and Wylie, 1955)، ولف ولف (Love and Love, 1961) أن أقل عدد من الكروموسومات في كائن حي هو المسجل في إناث النمل Mymeciapilosula، حيث به زوج واحد من الكروموسومات، وأكبر عدد من الكروموسومات هو ما وجد في Ophioglossumreticulatun، حيث يحتوي على 630 زوج من الكروموسومات

15. التضاعفPolyploidy • يوجد طرازان من تضاعف أعداد الكروموسومات، الأول: التضاعف الكامل (euploidy) ويشمل مجاميع من الكروموسومات تسمي الجينومات (genomes). والثاني: التضاعف غير الكامل (aneuploidy) ويهتم بالاختلافات في واحد أو عدد قليل من الكروموسومات. وهناك العديد من الاختلافات المعقدة داخل وبين كل من طرازي التضاعف.

16. التضاعف الكاملEuploidy • يُعرف التضاعف الكامل(Euploidy) بأنه تضاعف العدد الأساسي للكروموسومات، أي التغيرات في أعداد المجموعات الأساسية للكروموسومات والمسماه بالجينومات (genomes).والمجموعات الأساسية (basic set) هي أصغر عدد من الكروموسومات لها وجود في النوع. مثال على ذلك، في القطن أصغر مجموعة (المجموعة الأساسية) هي 13 وفي القمح والشعير الزمير هي 7 كروموسومات في كل جينوم، وفي البرسيم الحجازي يحتوي الجينوم على ثمانية كروموسومات. • والتضاعف الكامل ببساطة هو أن مجموعة فردية أو جينوم واحد (1x) يسمي بالتضاعف الأحادي (monoploid)، بينما التضاعف الثنائي (diploid) يملك 2 جينوم (2x) والثلاثي (triploid) 3 جينوم (3x) والرباعي (tetraploid) يكون (4x)، والخماسي (pentaploid) (5x)، والسداسي (hexaploid) (6x) وهكذا

17. تضاعف المجموعات الكروموسومية العديد • يطلق على الاصطلاح "التضاعف العديد" (polyploidy) على تضاعف الأفراد أو العشائر، بحيث تحتوي على أكثر من مجموعتين جينوميتين أو كروموسومية أساسية (3n أو 4n أو أكثر)، وهذه الحالة شائعة في المملكة النباتية، حيث حوالي 30-35% من النباتات مغطاة البذور هي أنواع متضاعفة وحوالي 75% من الكروموسومات هي متضاعفة وعليه فالتضاعف العديد ينتج عنه هجن نوعية (interspecific hybridization)

18. التضاعف الذاتي Autoploidy • في هذا النوع من التضاعف يحدث تضاعف لكروموسومات نفس النوع، بحيث إن التضاعف الذاتي لفرد ثنائي مجموعته الكروموسومية (A) وتركيبه بحالته الزوجية هو (AA)، فإنه مع تضاعفه ذاتياً ينتج عنه أفراد تركيبها (AAAA) أي تكون رباعية التضاعف الذاتي (autotetraploids)، وهذه المجموعة من الكروموسومات تتشابه، أي تكون ذات كروموسومات متماثلة تماماً. ويرجع ذلك التضاعف إلى انشقاق الكروموسومات بعد مرحلة الانقسام الاختزالي، ثم عدم حدوث انقسام للخلايا بعد ذلك لتكوين الجاميطات الأحادية العادية، وعليه يصبح عدد الكروموسومات في الجاميطات الناتجة مساوياً للعدد الثنائي دون أن يختزل على النصف، وهذه الجاميطات غير المختزلة إذا اتحدت لتكوين فرد جديد سيكون عدد الكروموسومات به ضعف العدد الموجود في الفرد الأصلي

19. التضاعف الهجين Alloploidy • في هذا التضاعف، يكون الفرد المتضاعف الهجين هو فرد ناتج من تهجين نوعين أو أكثر، وتحتوي نواة الخلية فيه على أكثر من نسخة من كل من جينومات الآباء الداخلة في التهجين. وينتج هذا التضاعف في الطبيعة بإحدى طريقتين: • 1) إذا حدث تهجين بين نوع ثنائي يحتوي على الجينوم A ونوع آخر يحتوي على الجينوم B، فإن النسل الناتج يحتوي على الجينوم الخاص بكل منها، ويكون تركيبه AB، ومثل هذا التركيب غالباً ما يكون عقيم لفشل مجموعتي الكروموسومات في التزاوج أثناء الانقسام الاختزالي • 2) إذا حدث اتحاد بين جاميطتين غير مختزلتين (2n) من نوعين ثنائيين مختلفين يؤدي ذلك إلى إنتاج مثل هذا التضاعف الهجين في خطوة واحدة.

20. التضاعف الكروموسومي غير الكاملAneuploidy • التضاعف الكروموسومي غير الكامل (Aneuploidy) هو عبارة عن الزيادة أو النقص في عدد الكروموسومات بكروموسوم أو أكثر من مجموع الكروموسومات الموجودة في النوع، وتنتج هذه الحالات نتيجة حدوث أخطاء في عمليات الانقسام الميتوزي والميوزي، ويمكن تلخيص هذه الحالات في التالي: • نقص زوج من الكروموسومات كاملاً (2n – 2) ويطلق عليه (nullisomic). • نقص كروموسوم واحد فقط (2n – 1) ويطلق عليه (monosomic). • نقص كروموسومين مختلفين (2n–1–1) ويطلق عليه (double Monosomic). • زيادة كروموسوم (2n + 1) ويطلق عليه (trisomic). • زيادة كروموسومين من نوع واحد (2n + 2) ويطلق عليه (tetrasomic). • نقص كروموسوم معين وزيادة آخر (2n+1–1) ويطلق عليه (mono-trisomic)

21. الفعل الجينيGene Action • أنواع الفعل الجيني : • 1- السيادة Dominance • 2- ألفعل المضيف (عدم وجود سيادة)Additive • (No Dominance) • 3- السياة الفائقة Over Dominance • 4- التفوق Epistasis

22. السيادةDominance • هي العلاقة بين أليلات نفس الموقع الوراثي Locus • في هذه الحالة وبإفتراض أن السيادة تامة في صفة أرتفاع النبات فإن النبات الذي تركيبة الوراثي Aa يساوي AA . • وفي حالة وجود عاملين وراثيين ففي الجيل الثاني في حالة السيادة التامة فإن نتائج الجيل الثاني ينتج 3 مجاميع مورفولوجية

23. الفعل المضيف للجيناتAdditive Gene Effect • هو العلاقة بين أليلات نفس الموقع الواحد . • ففي حالة وجود عامل واحد فإن التهجين بين تركيبين هما AA ، aa فإن التركيب الناتج من الجيل الأول يكون Aa ويكون في منتصف المسافة بين AA ، aa . • إذا طبق ذلك علي عامين وراثيين هما AABB وaabb فإن الجيل الثاني يظهر في 5 فئات مظهرية

24. السيادة المتفوقةOver Dominance • هي العلاقة بين أليلات نفس الموقع الوراثي الواحد وفيها تكون التركيب Aa يتفوق في قيمته علي التركيب AA • أي أن التفاعل بين الأليلين A ، a يؤدي إلي أحداث زيادة في قيمة الصفة . • في حالة عاملين وراثيين فإن الجيل الثاني ينتج 4 مجاميع مظهرية في حالة السيادة المتفوقة .

25. التفوقEpistasis • هو التفاعل بين جينات أوأليلات المواقع الوراثية المختلفة . • وفيها تظهر نسب 7:9 ، 4:3:9 ، 1:15 هي نسب للتفاعل بين جينات موقعين وراثيين مختلفين . • يلاحظ أن النسب 7:9 ، 4:3:9 يحدث فيها أن التفاعل بين الجينات السائدة لموقعين وراثيين مختلفين يزيد من قيم الصفة • بينما النسبة 1:15 فيها الاليلات المتنحية للموقعين الوراثيين تتفاعل وتؤدي الي تقليل قيم الصفة .

26. درجة التوريثHeritability • هي القدرة علي توريث صفة ما من نبات الي نسله. • أو هي مقدار ما يساهم به التركيب الوراثي في التصنيف الكلي (البيئي + الوراثي). • يوجد نوعين من درجة التوريث هما : • درجة التوريث بمعناها العام • درجة التوريث بمعناها المحدود(الضيق

27. حساب درجة التوريث بمعناها العامHeritability in Broad Sense • درجة التوريث بمعناها العام = • التباين الوراثي / التباين الوراثي +التباين البيئي • H= σ2 G / σ2 G + σ2 E σ2 G = التباين الوراثي σ2 E = التباين البيئي

28. تابع حساب درجة التوريث بمعناها العام • Vph = VG + VE • VE = Vp1 + Vp2 /2 • VE = Vp1 +Vp2 +VF1 /3 • VF2 = Vph

29. درجة التوريث بمعناها المحدودHeritability in Narrow Sense • H= σ2 (A) / σ2(A) + σ2(D) + σ2 E σ2(A) = التباين الوراثي المضيف σ2(D) = التباين الوراثي السيادي σ2 E = التباين البيئي

30. تابع حساب درجة التوريث بمعناها المحدود σ2 F2 = σ2(A) + σ2(D) + σ2 E σ2(Bc1) + σ2(Bc2) = σ2(A) + 2σ2(D) + 2σ2 E σ2 E = (σ2(P1) + σ2(P2) + σ2 F1) /3

31. مراكز التصنيفات الوراثيةGenetic Diversity Centers • طبقاً لتقسيم العالم فافيلوف (1949) توجد ثمانية مراكز للتصنيفات الوراثية في العالم

32. World centers of origin of Cultivated Plants • 1) )Mexico-Guatemala, • (2) Peru-Ecuador-Bolivia, (2A) Southern Chile, (2B) Southern Brazil, • (3) Mediterranean, • (4) Middle East, • (5) Ethiopia, • (6) Central Asia, • (7) Indo-Burma, (7A) Siam-Malaya-Java, • (8) China

33. خريطة مراكز التصنيفات الوراثية في العالم

34. 1) South Mexican and Central American Center • Includes southern sections of Mexico, Guatemala, Honduras and Costa Rica. • Grains and Legumes:maize, common bean, lima bean, tepary bean, jack bean, grain amaranth • Melon Plants:malabar gourd, winter pumpkin, chayote • Fiber Plants:upland cotton, bourbon cotton, henequen (sisal) • Miscellaneous:sweetpotato, arrowroot, pepper, papaya, guava, cashew, wild black cherry, chochenial, cherry tomato, cacao.

35. Maize

36. Common Bean

37. Uppland Cotton

38. cashew

39. 2) South American Center • 62 plants listed; three subcenters • 2) Peruvian, Ecuadorean, Bolivian Center: • Root Tubers: Andean potato, Other endemic cultivated potato species. Fourteen or more species with chromosome numbers varying from 24 to 60, Edible nasturtium • Grains and Legumes: starchy maize, lima bean, common bean • Root Tubers: edible canna, potato • Vegetable Crops:pepino, tomato, ground cherry, pumpkin, pepper • Fiber Plants:Egyptian cotton • Fruit and Miscellaneous:cocoa, passion flower, guava, heilborn, quinine tree, tobacco • 2A) Chiloe Center (Island near the coast of southern Chile) • Common potato (48 chromosomes), Chilean strawberry • 2B) Brazilian-Paraguayan Center • manioc, peanut, rubber tree, pineapple, Brazil nut, cashew, purple granadilla

40. Potato

41. Pepper

42. Cocoa

43. Tobacco

44. Peanut

45. 3) Mediterranean Center • Includes the borders of the Mediterranean Sea. 84 listed plants • Cereals and Legumes:durum wheat, emmer, Polish wheat, spelt, Mediterranean oats, sand oats, canarygrass, grass pea, pea, lupine • Forage Plants: Egyptian clover, white clover, crimson clover, serradella • Oil and Fiber Plants:flax, rape, black mustard, olive • Vegetables:garden beet, cabbage, turnip, lettuce, asparagus, celery, chicory, parsnip, rhubarb, • Ethereal Oil and Spice Plants:caraway, anise, thyme, peppermint, sage, hop.

46. Durum Wheat

47. White Clover

48. Flax

49. Rapeseed

50. 4) Middle East • Includes interior of Asia Minor, all of Transcaucasia, Iran, and the highlands of Turkmenistan. 83 species • Grains and Legumes:einkorn wheat, durum wheat, poulard wheat, common wheat, oriental wheat, Persian wheat, two-row barley, rye, Mediterranean oats, common oats, lentil, lupine • Forage Plants:alfalfa, Persian clover, fenugreek, vetch, hairy vetch • Fruits:fig, pomegranate, apple, pear, quince, cherry, hawthorn