ΔΗΜΗΤΡΑ Σ. ΜΙΧΑΗΛΙΔΟΥ ΠΤΥΧΙΟΥΧΟΥ ΓΕΩΠΟΝΟΥ. ΚΡΙΤΗΡΙΑ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΠΟΜΟΝΩΣΗ ΥΠΕΡΤΕΡΩΝ ΓΕΝΟΤΥΠΩΝ ΣΤΟ ΚΑΛΑΜΠΟΚΙ (Zea mays L.) ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΓΕΩΠΟΝΙΑΣ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ ΕΙΔΙΚΕΥΣΗ: ΓΕΝΕΤΙΚΗΣ ΒΕΛΤΙΩΣΗΣ ΦΥΤΩΝ ΑΓΡΟΚΟΜΙΑΣ ΚΑΙ ΖΙΖΑΝΙΟΛΟΓΙΑΣ ΔΗΜΗΤΡΑ Σ. ΜΙΧΑΗΛΙΔΟΥ ΠΤΥΧΙΟΥΧΟΥ ΓΕΩΠΟΝΟΥ ΚΡΙΤΗΡΙΑ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΠΟΜΟΝΩΣΗ ΥΠΕΡΤΕΡΩΝ ΓΕΝΟΤΥΠΩΝ ΣΤΟ ΚΑΛΑΜΠΟΚΙ (Zea mays L.) ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ, 2007

2 ΔΗΜΗΤΡΑ Σ. ΜΙΧΑΗΛΙΔΟΥ ΚΡΙΤΗΡΙΑ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΠΟΜΟΝΩΣΗ ΥΠΕΡΤΕΡΩΝ ΓΕΝΟΤΥΠΩΝ ΣΤΟ ΚΑΛΑΜΠΟΚΙ (Zea mays L.) ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ Υποβλήθηκε στη Σχολή Γεωπονίας Ειδίκευση: Γενετικής Βελτίωσης Φυτών Αγροκομίας και Ζιζανιολογίας Τριμελής Εξεταστική Επιτροπή: Κούτσικα-Σωτηρίου Μ.Σ., Καθηγήτρια, Μέλος τριμελούς επιτροπής Γουλή-Βαβδινούδη Ε., Αναπλ. Καθηγήτρια, Μέλος τριμελούς επιτροπής Νιάνιου Ειρήνη, Λέκτορας, Μέλος τριμελούς επιτροπής

3 Δήμητρα Στ. Μιχαηλίδου Α. Π. Θ. Η έγκριση της παρούσης Μεταπτυχιακής Διατριβής από τη Σχολή Γεωπονίας του Αριστοτέλειου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης, δεν υποδηλώνει αποδοχή των γνωμών του συγγραφέως. (Ν. 5343/1932, άρθρο 202, παρ. 2).

4 Αφιερώνεται στην οικογένειά μου

5 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ..6 ΕΙΣΑΓΩΓΗ 7 ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑΣ..10 Εισαγωγή..10 Μορφολογικά Χαρακτηριστικά...12 Γενετική Βελτίωση...15 Βελτίωση Πληθυσμών 18 Ετέρωση και Εκφυλισμός...21 Εκτίμηση της συνδυαστικής ικανότητας 23 Πρόωρος έλεγχος...24 Διάδοση των υβριδίων 25 Συμβολή γενετικού κέρδους στην αύξηση των αποδόσεων και οι αλλαγές στα χαρακτηριστικά του καλαμποκιού Σημασία του Αζώτου. 27 Σημασία της πυκνότητας σποράς.. 30 Πολυδυμία..41 ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΜΕΘΟΔΟΙ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ.52 ΣΥΖΗΤΗΣΗ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ...92 ΠΕΡΙΛΗΨΗ ABSTRACT...94 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

6 ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Αρχικά θα ήθελα να ευχαριστήσω την Λέκτορα κα Φασούλα Διονυσία για την βοήθειά της στον σχεδιασμό και εκτέλεση του πειράματος, την πολύτιμη καθοδήγηση και τις χρήσιμες συμβουλές της καθόλη την διάρκεια του μεταπτυχιακού, για την βοήθειά της στην καλύτερη οργάνωση του πειραματισμού και στην καλύτερη κατανόηση της κυψελωτής βελτίωσης, καθώς και για την κριτική διόρθωση του κειμένου. Ευχαριστώ επίσης την Καθηγήτρια κα Κούτσικα Μεταξία, την Αναπληρώτρια καθηγήτρια κα Γουλή Ευδοκία και την Λέκτορα κα Νιάνιου Ειρήνη για την συμμετοχή τους στην τριμελή επιτροπή και τις χρήσιμες υποδείξεις τους στην διόρθωση του κειμένου. Ακόμη θα ήθελα να ευχαριστήσω τον ομότιμο καθηγητή κ. Φασούλα Απόστολο για την καθοδήγηση και βοήθειά του στην καλύτερη κατανόηση των κυψελωτών σχεδίων αγρού και της κυψελωτής βελτίωσης. Τον καθηγητή κ. Μπαρμπαγιάννη Νίκο, για την παραχώρηση του εργαστηριακού εξοπλισμού και τις τεχνικές υποδείξεις κατά τις εδαφολογικές μετρήσεις. Τέλος, θα ήθελα να ευχαριστήσω τους γονείς μου για την έμπρακτη συμμετοχή τους στην διεξαγωγή αυτού του πειράματος, για την πολύχρονη οικονομική τους στήριξη αλλά κυρίως για την υπομονή, κατανόηση και συμπαράσταση που έδειξαν κατά την διάρκεια των σπουδών μου.

7 7 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Το καλαμπόκι προέρχεται από το είδος Zea mays spp.parviglumis, ένα άγριο είδος, ιθαγενές του Μεξικού. Η εξημέρωση και η βελτίωση του καλαμποκιού συνδέεται άμεσα με την εξέλιξη και την άνθηση μεγάλων πολιτισμών της Κεντρικής Αμερικής. Το καλαμπόκι καλλιεργείται ευρέως ανά τον κόσμο και κάθε χρόνο η ποσότητα του καλαμποκιού που παράγεται είναι μεγαλύτερη από κάθε άλλο καρπό. Οι Ηνωμένες Πολιτείες παράγουν σχεδόν το μισό της παγκόσμιας παραγωγής, ενώ άλλες κορυφαίες χώρες παραγωγής είναι η Κίνα, η Βραζιλία, ή Γαλλία, η Ινδονησία και η Νότια Αφρική (FAO, 2005). Παγκόσμια Παραγωγή Καλαμποκιού Ηνωμένες Πολιτείες 40,5% Κίνα 18,9% Βραζιλία 5,1% Μεξικό 3,0% Αργεντινή 2,9% Ινδονησία 2,2% Γαλλία 1,9% Ινδία 1,7% Νότια Αφρική 1,7% Ιταλία 1,6% Υπόλοιπες Χώρες 20,5% Πηγή: Food & Agriculture Organization (FAO) 2005 Με βάση τα στοιχεία από την Απογραφή για την Διάρθρωση των Γεωργικών και Κτηνοτροφικών Εκμεταλλεύσεων της χώρας μας, το , από τη συνολική έκταση της καλλιεργούμενης γης, το καλαμπόκι καταλάμβανε το 16,25% (Ελληνική Στατιστική Υπηρεσία, 2006). Προκειμένου να μελετήσουν τις συνθήκες που επηρεάζουν το παραγωγικό δυναμικό των καλλιεργειών (Crop yield potential), οι Fasoula and Fasoula (2000, 2002) το ανέλυσαν σε τρία γενετικά συστατικά, που αξιολογούνται σε συνθήκες αραιής σποράς (έλλειψη ανταγωνισμού). Το πρώτο γενετικό συστατικό περιλαμβάνει τα γονίδια που ελέγχουν την απόδοση ανά φυτό. Τα γονίδια αυτά καθιστούν τη στρεμματική απόδοση ανεξάρτητη της πυκνότητας σποράς με το να εξασφαλίζουν

8 Κεφάλαιο 1ο-Εισαγωγή 8 άριστη απόδοση σε χαμηλές πυκνότητες (Tokatlidis 2001, Tokatlidis και Koutroubas 2004). Τα υπεύθυνα γονίδια του συστατικού αυτού εντοπίζονται και επιλέγονται με το μέσο όρο της απόδοσης των απογόνων κάθε γενοτύπου ( x ). Το δεύτερο γενετικό συστατικό περιλαμβάνει τα γονίδια που προσδίδουν σταθερότητα συμπεριφοράς. Σύμφωνα με τον Φασούλα (2004) τα γονίδια του δεύτερου συστατικού ελέγχουν στην ουσία κάθε επιμέρους γνώρισμα που συμβάλλει στην σταθερότητα συμπεριφοράς, όπως π.χ. η ομοζυγωτία, η ομοιομορφία της καλλιέργειας, η μειωμένη αλληλεπίδραση γενοτύπου και περιβάλλοντος, η αυξημένη ανθεκτικότητα σε βιοτικές και αβιοτικές καταπονήσεις, η ανθεκτικότητα στην πυκνότητα και άλλα. Τα γονίδια αυτά εντοπίζονται και επιλέγονται με το μέσο όρο των απογόνων του γενοτύπου εκφρασμένο σε τυπικές αποκλίσεις ( x /s ). Το τρίτο γενετικό συστατικό περιλαμβάνει τα γονίδια που ελέγχουν την ανταπόκριση στις εισροές, δηλαδή την ικανότητα αξιοποίησης ευνοϊκών περιβαλλόντων ή τυχαίων εισροών σε συγκεκριμένα περιβάλλοντα. Τα γονίδια αυτά εντοπίζονται και επιλέγονται με το διαφορικό επιλογής των απογόνων εκφρασμένο σε τυπικές αποκλίσεις (x sel - x )/s. Επίλεκτες απογονικές σειρές θεωρούνται εκείνες που συγκεντρώνουν τις υψηλότερες τιμές ως προς τα τρία προαναφερθέντα συστατικά. Επειδή οι τρεις κατηγορίες γονιδίων ελέγχουν ανεξάρτητα γνωρίσματα, μπορεί να γίνει ταυτόχρονη επιλογή με τελικό σκοπό να ενσωματωθούν σε ένα γενότυπο. Σύμφωνα με τις Fasoula και Fasoula (2000), η αποτυχία να ενσωματωθούν οι προηγούμενες ομάδες γονιδίων, οδήγησε για το πρώτο συστατικό στην δημιουργία ποικιλιών εξαρτημένων από την πυκνότητα, για το δεύτερο συστατικό στην δημιουργία ποικιλιών με μειωμένη ανθεκτικότητα σε βιοτικές και αβιοτικές καταπονήσεις, συμπεριλαμβανομένης και της ανθεκτικότητας σε υψηλές πυκνότητες και τελικά για το τρίτο συστατικό στη δημιουργία ποικιλιών που δεν μπορούν να εκμεταλλευτούν τα ευνοϊκά περιβάλλοντα. Πειραματικά δεδομένα εκτίμησης του παραγωγικού δυναμικού έδειξαν ότι: 1) Υβρίδια καλαμποκιού της δεκαετίας του 90, το Costanza (PIONEER HI-BRED HELLAS AE), το Prezia (PIONEER HI-BRED HELLAS AE) και το Nubia (PIONEER HI-BRED HELLAS AE) βελτιώθηκαν ως προς το πρώτο συστατικό της απόδοσης ανά φυτό, σε σχέση με το υβρίδιο Β73xMo17 (Koutsika και Karagounis 2005). 2) Οι νέες ελληνικές ποικιλίες κριθής (Hordeum vulgare L.) υπερέχουν 40% στο τρίτο συστατικό της ανταπόκρισης στις εισροές, έναντι των παλαιών ελληνικών ποικιλιών (Κοπαράνης κ.α. 2006). 3) Σε διασπώμενες γενεές σε διασταυρώσεις στο

9 Κεφάλαιο 1ο-Εισαγωγή 9 σιτάρι (Triticum turgidum L. Var. Durum) βρέθηκε θετική συσχέτιση όσον αφορά το τρίτο συστατικό, την ανταπόκριση στις εισροές, σε αντίθεση με τα άλλα δύο συστατικά που οι συντελεστές συσχέτισής τους ήταν αρνητικοί (Βελλής 2006). Οι πειραματικές ενδείξεις που συγκεντρώνονται βοηθούν στην αποτελεσματικότητα της επιλογής, εφόσον υποδεικνύουν την ισορροπία ανάπτυξης κάθε γενοτύπου ως προς τα τρία συστατικά. Σκοπός της παρούσας εργασίας ήταν η αξιολόγηση επτά εμπορικών υβριδίων καλαμποκιού σε συνθήκες ανταγωνισμού λόγω πυκνότητας και μειωμένων εισροών αζώτου, ως προς τα τρία συστατικά του παραγωγικού δυναμικού.

10 10 ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑΣ Εισαγωγή Το καλαμπόκι (Zea mays L.) ανήκει στην οικογένεια Poaceae (Graminae) και στην Υποοικογένεια Maydeae. Έχει 2n=20 αριθμό χρωμοσώμων. Κατάγεται από τον Νέο Κόσμο και είναι το σπουδαιότερο καλλιεργούμενο δημητριακό για πολλές χώρες. Πρωτοκαλλιεργήθηκε από τους Ινδιάνους της Αμερικής. Βρέθηκαν γυρεόκοκκοι περίπου ετών στο Μεξικό. Στην Ευρώπη εισήχθη για πρώτη φορά από τον Κολόμβο και τους ναύτες του για να σπαρθεί στην Σεβίλλη το Μέχρι όμως να βρεθεί το κατάλληλο υλικό με την καλύτερη προσαρμογή ώστε να διαδοθεί στη νότια Ευρώπη, πέρασαν πολλά χρόνια. Εξημερώθηκε σε μεγάλα υψόμετρα γι αυτό και αντέχει σε σχετικά χαμηλές θερμοκρασίες. Η καλλιέργεια του εκτείνεται από τον 58 ο Βόρειο παράλληλο μέχρι 40 ο Νότιο παράλληλο, η μεγαλύτερη όμως ποσότητα παράγεται στις περιοχές μεταξύ 30 ο και 55 ο Β.Π. Παρουσιάζει μεγάλη παραλλακτικότητα στον βιολογικό κύκλο που κυμαίνεται από δύο έως δεκαέξι μήνες. Η παραγωγικότητα είναι ανάλογη με το μέγεθος του βιολογικού κύκλου. Καλλιεργείται σε περιοχές κοντά στη θάλασσα μέχρι υψόμετρο περίπου 4000 μ., στις Άνδεις του Περού. Μπορεί να αναπτυχθεί σε τροπικά κλίματα που δέχονται εκατοστά βροχόπτωσης τον χρόνο ή σε περιοχές που δέχονται μόνο 30,5 εκατοστά. Στην Ελλάδα καλλιεργήθηκε για πρώτη φορά την άνοιξη του 1576 στα Ιόνια νησιά και στις απέναντι κοντινές ακτές από όπου και διαδόθηκε στην Βαλκανική χερσόνησο. Μεταφέρθηκε στην χώρα μας από την Αραβία (Βόρεια Αφρική) και για αυτό το λόγο ονομάστηκε Αραβόσιτος (Γαλανοπούλου, 2002). Στην Ελλάδα, όπως και στις περισσότερες χώρες της νοτίου και κεντρικής Ευρώπης, το καλαμπόκι αποτελεί τη βάση για τη διατροφή των ζώων. Από την συνολική παραγωγή της χώρας μας, το μεγαλύτερο μέρος χρησιμοποιείται σαν ζωοτροφή και περίπου το 1/5 εξάγεται σε χώρες της Ε.Ε. ενώ ένα πολύ μικρό ποσοστό, περίπου τόνοι (2,8%), χρησιμοποιείται από την βιομηχανία τροφίμων στην Ελλάδα. Το καλαμπόκι για ενσίρωση καλύπτει ένα ασήμαντο ποσοστό της συνολικής καλλιεργούμενης έκτασης. Εκτός από τον σπόρο του, το καλαμπόκι καλλιεργείται σήμερα για την παραγωγή αμύλου, καλαμποκέλαιου, γλυκόζης, σιρόπι γλυκόζης που δεν περιέχει φρουκτόζη, φρουκτόζης, δεξτρινών. Επίσης το 2001, το 7% του καλαμποκιού που παρήχθη στις Η.Π.Α. μετατράπηκε σε

11 Κεφάλαιο 2ο Ανασκόπηση Βιβλιογραφίας 11 αιθανόλη. Ωστόσο, η μεγαλύτερη παραγόμενη ποσότητα χρησιμοποιείται στην κτηνοτροφία, κυρίως σαν σπόρος και λιγότερο σαν ενσιρωμένη τροφή. Στις ανεπτυγμένες χώρες χρησιμοποιείται και το γλυκό καλαμπόκι σαν λαχανικό (Wikipedia Encyclopedia, 2006). Από στοιχεία του 2002, η παραγωγή καλαμποκιού και η καλλιεργούμενη έκταση ήταν στην Ελλάδα τόνοι και η έκταση που καλλιεργήθηκε ήταν 220,301 εκτάρια (Στοιχεία του FAO) με την Μακεδονία να παράγει το 38% της εγχώριας παραγωγής, στην Ευρώπη τόνοι με την Γαλλία να παράγει το 39% και παγκόσμια τόνοι με την Βόρειο Αμερική να παράγει το 39% (Ελληνική Στατιστική Υπηρεσία, 2006). Σήμερα το καλαμπόκι καλλιεργείται σε όλο τον κόσμο. Πέντε κράτη (Η.Π.Α., Βραζιλία, Μεξικό, Γαλλία, Αργεντινή) παράγουν το 75% της συνολικής παραγωγής. Στον πίνακα που ακολουθεί φαίνεται η παγκόσμια παραγωγή (FAO, 2006): Πίνακας 1. Παραγωγή ανά χώρα και έτος σε χιλιάδες τόνους Παραγωγή 1999/ / / /2003 Αργεντινή Βραζιλία Καναδάς Κίνα Αίγυπτος Ουγγαρία Ινδία Ινδονησία Μεξικό Φιλιππίνες Ρουμανία Ν. Αφρική Ταϊλάνδη Ουκρανία Ευρωπαϊκή Άλλοι Η.Π.Α Σύνολο Στην Ελλάδα χρησιμοποιούνται αποκλειστικά και μόνο υβρίδια μεγάλου βιολογικού κύκλου. Εξαιτίας των ξηροθερμικών συνθηκών που επικρατούν στην

12 Κεφάλαιο 2ο Ανασκόπηση Βιβλιογραφίας 12 χώρα μας κατά την καλλιεργητική περίοδο, είναι απαραίτητη η άφθονη και συχνή άρδευση της καλλιέργειας. Αυτή είναι η αιτία που το καλαμπόκι καλλιεργείται στην Βόρεια Ελλάδα όπου υπάρχει νερό για άρδευση. Γενικά οι κλιματικές συνθήκες στην χώρα μας μπορούν να χαρακτηρισθούν πολύ ξηροθερμικές και μερικές φορές ο καύσωνας κατά τον Ιούλιο δημιουργεί πολλά προβλήματα στην σταυρογονιμοποίηση παρά την άφθονη άρδευση. Από την άλλη πλευρά ευνοείται η φυσική ξήρανση του προϊόντος (το καλαμπόκι πρέπει να συγκομιστεί με υγρασία 15-25%) κατά τον φθινόπωρο με αποτέλεσμα την μείωση του κόστους και την βελτίωση της ποιότητας του προϊόντος (Ινστιτούτο Σιτηρών, 2006). Μορφολογικά χαρακτηριστικά Ανάλογα με τα μορφολογικά χαρακτηριστικά, τη δομή και τις ιδιότητες του αμύλου του κόκκου, διακρίνουμε έξι τύπους: το σκληρό καλαμπόκι (οι ελληνικοί πληθυσμοί και τα πρώτα ελληνικά διπλά υβρίδια ανήκουν στον τύπο αυτό), το οδοντόμορφο, όπου κατά την ωρίμανση σχηματίζεται ένα βαθούλωμα σε σχήμα δοντιού στο επάνω μέρος του κόκκου (είναι ο πιο διαδεδομένος καλλιεργούμενος τύπος στη χώρα μας και παγκοσμίως, καθώς και ο πιο παραγωγικός -όλα τα υβρίδια που καλλιεργούνται στην Ελλάδα ανήκουν στον τύπο αυτό), το αλευρώδες ή αμυλώδες καλαμπόκι (καλλιεργείται κυρίως στις Η.Π.Α.), το μικρόκοκκο (από τον τύπο αυτό παράγεται το ποπ-κορν), το γλυκό καλαμπόκι ή ζαχαρώδες (καταναλώνεται αποκλειστικά από τον άνθρωπο έχει μεγάλη αναλογία ζαχάρων σε σχέση με το άμυλο) και το ενδεδυμένο καλαμπόκι, που χρησιμοποιείται μόνο σε βελτιωτικά προγράμματα και δεν έχει οικονομική σημασία (Γαλανοπούλου, 2002). Το καλαμπόκι, που ανήκει στην οικογένεια των αγρωστωδών, είναι ετήσιο φυτό. Έχει τριών ειδών ρίζες: τις εμβρυακές, τις μόνιμες και τις εναέριες. Οι εμβρυακές ρίζες, αναπτύσσονται από τον σπόρο κατά το φύτρωμα, με κατακόρυφη κατεύθυνση. Οι μόνιμες ρίζες εκφύονται από τους πρώτους κόμβους του στελέχους που βρίσκονται κάτω από την επιφάνεια του εδάφους. Ο κύριος όγκος του ριζικού συστήματος βρίσκεται στα πρώτα εκατοστά του εδάφους, παρόλο που μερικές ρίζες μπορούν να εισχωρήσουν μέχρι και βάθος 2 μέτρων. Οι εναέριες ρίζες εκφύονται από τους δύο-τρεις πρώτους κόμβους πάνω από την επιφάνεια του εδάφους. Ο κύριος ρόλος τους είναι η στήριξη των φυτών στην όρθια θέση. Ο

13 Κεφάλαιο 2ο Ανασκόπηση Βιβλιογραφίας 13 βλαστός είναι εσωτερικά γεμάτος με εντεριώνη. Το μήκος του κυμαίνεται από 0,6-7 μέτρα και η διάμετρος από 1,3-5 εκατοστά. Εικόνα 1. Νεαρό φυτό καλαμποκιού Σε κάθε κόμβο του στελέχους, εκτός από τον υψηλότερο, υπάρχει ένας οφθαλμός και οι κατώτεροι κόμβοι φέρουν επίσης τις καταβολές των εναέριων ριζών. Οι οφθαλμοί που βρίσκονται στο μέσο και το ανώτερο τμήμα του φυτού, όταν εκπτυχθούν παράγουν βλαστούς, στους οποίους θα σχηματισθούν οι σπάδικες, ενώ εκείνοι που βρίσκονται κάτω από την επιφάνεια του εδάφους μπορούν να παράγουν αδέλφια. Η ικανότητα των νεότερων υβριδίων να παράγουν αδέλφια είναι μειωμένη, γεγονός που οφείλεται πιθανότατα στην αυξημένη πυκνότητα σποράς. Τα φύλλα αναπτύσσονται ένα ανά κόμβο. Το ανεπτυγμένο φύλλο αποτελείται από το έλασμα και το κολεό (Ινστιτούτο Σιτηρών, 2005). Το καλαμπόκι είναι φυτό μόνοικο και δικλινές. Η αρσενική ταξιανθία είναι φόβη και σχηματίζεται την κορυφή του φυτού και ο κεντρικός της άξονας είναι προέκταση του άκρου του βλαστού. Εικόνα 2. Αρσενική ταξιανθία καλαμποκιού στα διάφορα στάδια ανάπτυξης της Η θηλυκή ταξιανθία ονομάζεται σπάδικας και είναι στάχυς, ενώ σχηματίζεται στο άκρο μικρών πλευρικών διακλαδώσεων του κεντρικού στελέχους. Ο αριθμός των

14 Κεφάλαιο 2ο Ανασκόπηση Βιβλιογραφίας 14 θηλυκών ταξιανθιών ανά φυτό ποικίλλει ανάλογα με τον τύπο του καλαμποκιού. Η πλάγια διακλάδωση που φέρει τον σπάδικα είναι οντογενετικά πλήρης βλαστός. Τα φύλλα έχουν υποστεί διαφοροποίηση και έχουν αναπτύξει επιμήκεις κολεούς, οι οποίοι λόγω του μικρού μήκους των μεσογονατίων διαστημάτων υπερκαλύπτουν την ταξιανθία και σχηματίζουν τα βράκτια φύλλα, τα οποία περιβάλλουν τον σπάδικα (Ινστιτούτο Σιτηρών, 2005). Εικόνα 3. Στύλοι που προεξέχουν από τα βράκτια φύλλα της θηλυκής ταξιανθίας Κάθε σταχύδιο της αρσενικής ταξιανθίας έχει δύο ανθίδια με τρεις στήμονες το κάθε ένα και υποτυπώδη στύλο. Οι ανθήρες παράγουν άφθονη γύρη. Ο σπάδικας είναι στάχυς με παχυμένη την ράχη. Τα σταχύδια κατά ζεύγη είναι κατανεμημένα σε όλο το μήκος του σπάδικα. Εικόνα 4. Ανθήρας καλαμποκιού - Αρσενική ταξιανθία ρίχνοντας γύρη. Ο αριθμός των σειρών σπόρων του σπάδικα, που είναι πάντα ζυγός αριθμός, καθορίζεται από τον γενότυπο, επηρεάζεται όμως και από τις συνθήκες του περιβάλλοντος. Κάθε σταχύδιο αποτελείται από δύο ανθίδια εκ των οποίων το ένα είναι γόνιμο. Ο συνηθισμένος αριθμός κόκκων είναι περίπου 600. Κάθε θηλυκό άνθος έχει 3 στήμονες (υποτυπώδεις) και έναν ύπερο. Ο νηματοειδής στύλος επιμηκύνεται και εξέρχεται από την κορυφή του σπάδικα, μέσα από τα βράκτια

15 Κεφάλαιο 2ο Ανασκόπηση Βιβλιογραφίας 15 φύλλα στον ελεύθερο αέρα. Ο στύλος στο ανώτερο τμήμα του φέρει μικρά τριχοειδή στίγματα με κολλώδη υφή, πάνω στα οποία επικάθονται οι γυρεόκοκκοι κατά την επικονίαση. Το καλαμπόκι είναι φυτό σταυρογονιμοποιούμενο. Ο καρπός του καλαμποκιού είναι καρύοψη (Τσάμπαλλα, 2003). Εικόνα 5. Σπάδικας Γενετική Βελτίωση Το καλαμπόκι ήταν το πρώτο αγροτικό είδος στο οποίο εφαρμόστηκε με επιτυχία η υπεροχή των υβριδίων, μια ανακάλυψη η οποία είχε αποδοχή παγκοσμίως και συνεχίζει να παίζει έναν σημαντικό ρόλο στην πρόοδο της γνώσης μας για την γενετική και την κυτογενετική (Sprague G.F., 1978 In Walden DB (ed)). Τα χαρακτηριστικά καθώς και κάποιοι μηχανισμοί του καλαμποκιού επέτρεψαν την αξιοποίηση της ετέρωσης σε εμπορικό επίπεδο με την δημιουργία υβριδίων που συνέβαλλε σημαντικά στην αύξηση της αγροτικής παραγωγικότητας τον περασμένο αιώνα. Η βελτίωση του καλαμποκιού ουσιαστικά αρχίζει στις αρχές του 20ου αιώνα με την πρόταση του Shull για τη χρήση των υβριδίων. Μέχρι τότε χρησιμοποιούνταν αποκλειστικά και μόνο ποικιλίες (πληθυσμοί), στις οποίες τα φυτά κάθε περιοχής διασταυρώνονταν ελεύθερα και διατηρούνταν με οπτική επιλογή των σπαδίκων. Ο Shull σε μια εργασία του το 1908 πρότεινε για πρώτη φορά πως ο περιορισμός που προκύπτει από την αυτογονιμοποίηση οφείλεται στην απομόνωση των ομοζύγωτων βιοτύπων και ότι τα ατομικά φυτά σε ένα χωράφι με καλαμπόκι είναι σύνθετα υβρίδια ανάμεσα σε αυτούς τους βιοτύπους. Σε εργασία του που δημοσιεύτηκε το 1909, επισήμανε τα τρία βήματα στην μεθοδολογία των καθαρών σειρών για την βελτίωση του καλαμποκιού. Αυτά περιλάμβαναν α) σε μεγάλο βαθμό ομοζυγωτία για να προκύψουν ομοζύγωτες ή σχεδόν ομοζύγωτες σειρές, β) έλεγχος των επιλεγμένων καθαρών σειρών σε όλες τις πιθανές διασταυρώσεις, γ) χρησιμοποίηση των

16 Κεφάλαιο 2ο Ανασκόπηση Βιβλιογραφίας 16 καλύτερων διασταυρώσεων για παραγωγή καλαμποκιού στην πράξη. Ο G.H.Shull οραματιζόταν την δημιουργία υβριδίων με την χρήση δύο μόνο καθαρών σειρών για τις διασταυρώσεις του. Οι πρώτες καθαρές σειρές και εν συνεχεία τα πρώτα υβρίδια, δημιουργήθηκαν μετά το Η μειωμένη όμως ευρωστία των απλών υβριδίων με την επακόλουθη μειωμένη απόδοση των μικρών σπόρων εισήγαγε δυσκολίες που έκαναν την μέθοδο να δείχνει λιγότερο πρακτική στους βελτιωτές από την μαζική επιλογή και την μέθοδο σπάδικας στη γραμμή (Ινστιτούτο Σιτηρών 2006, Duvick 2005). Για να προσπεραστεί η δυσκολία από την χρήση των μειωμένης ευρωστίας απλών υβριδίων, ο Jones πρότεινε τη χρήση διπλών διασταυρώσεων, που είναι το αποτέλεσμα της διασταύρωσης δύο απλών υβριδίων. Αυτά επειδή είναι προϊόντα τεσσάρων καθαρών σειρών έχουν μία μεγαλύτερη γενετική παραλλακτικότητα. Τα πρώτα πειράματα διασταυρώσεων έδειξαν την σημασία της γενετικής παραλλακτικότητας μεταξύ των γονέων των παραγωγικών υβριδίων. Οι διασταυρώσεις μεταξύ σειρών διαφορετικών ποικιλιών ήταν πιο παραγωγικές από τις διασταυρώσεις μεταξύ σειρών της ίδιας ποικιλίας. Αυτή η γενετική παραλλακτικότητα των διπλών υβριδίων θεωρήθηκε αρχικά πλεονέκτημα, διότι συμβάλλει στη σταθερότητα συμπεριφοράς, ιδιαίτερα σε ακραία περιβάλλοντα. Με την προοδευτική βελτίωση της απόδοσης των καθαρών σειρών στη δεκαετία του '60, δημιουργήθηκαν τα πρώτα απλά εμπορικά υβρίδια τα οποία έκτοτε έμελλε να αντικαταστήσουν πλήρως τα διπλά και να αυξήσουν σημαντικά την παραγωγικότητα αλλά και την σταθερότητα συμπεριφοράς της καλλιέργειας. Εκτός από τα απλά και διπλά υβρίδια, οι βελτιωτές προσπάθησαν να αυξήσουν την απόδοση του καλαμποκιού και με άλλους τρόπους.. Στα τέλη της δεκαετίας του 1920 με αρχές της δεκαετίας του 1930 ξεκίνησε η δημιουργία συνθετικών σειρών οι οποίες χρησιμοποιούσαν τις καλύτερες καθαρές σειρές που ήταν διαθέσιμες εκείνη την εποχή. Οι πιο επιτυχημένη εκείνης της εποχής ήταν η Stiff Stalked Synthetic, η οποία ονομάστηκε έτσι επειδή οι γονικές σειρές είχαν επιλεγεί ειδικά για ανθεκτικότητα στο πλάγιασμα. Αυτή η συνθετική σειρά έδωσε πολλές αξιόλογες καθαρές σειρές, με πιο σημαντική την Β37. Πέρασαν 25 χρόνια από την στιγμή που ξεκίνησαν οι συνθετικές μέχρι οι σειρές που προέκυψαν από αυτές να γίνουν διαθέσιμές σε γενική χρήση (Jenkins MT 1978 In Walden DB (ed)).

17 Κεφάλαιο 2ο Ανασκόπηση Βιβλιογραφίας 17 Η απόδοση σε καρπό των σύγχρονων υβριδίων είναι πολύ υψηλότερη από εκείνη των παλιότερων. Δεδομένα που παρουσιάστηκαν από τον Troyer (1995) έδειξαν ότι στην Αμερική η εισαγωγή των διπλών υβριδίων τα οποία καλλιεργήθηκαν κατά την περίοδο , είχαν σαν αποτέλεσμα το ετήσιο κέρδος των 650 κιλών/στρέμμα. Από τότε, με την εμφάνιση των απλών υβριδίων το ετήσιο κέρδος μεγάλωσε σε 1100 κιλά/στρέμμα. Στο διάγραμμα φαίνεται η εξέλιξη των αποδόσεων και τα στάδια στη βελτίωση του καλαμποκιού. Σχήμα 1 : Εξέλιξη των αποδόσεων και της κατανομής των εκτάσεων που σπέρνονταν με υβρίδια αραβοσίτου από Στη χώρα μας μέχρι το 1950, καλλιεργούνταν εγχώριοι πληθυσμοί και οι αποδόσεις ήταν της τάξεως των κιλών/στρέμμα. Κατά τη διάρκεια της δεκαετίας του '50 άρχισε στο Ινστιτούτο Σιτηρών το πρόγραμμα βελτίωσης του καλαμποκιού. Δημιουργήθηκαν τα πρώτα διπλά υβρίδια, όπως το ΙΣ-228 και το ΙΣ- 848 που αντικατέστησαν σιγά-σιγά τους πληθυσμούς. Έτσι οι στρεμματικές αποδόσεις στις αρχές της δεκαετίας του '70 είχαν φθάσει τα 400 Kg/στρέμμα περίπου. Η εισαγωγή των απλών υβριδίων στη χώρα μας, κατά τα τέλη της δεκαετίας του 70, αύξησε θεαματικά τις αποδόσεις, η δε εξάπλωση τους ήταν ταχύτατη. Αποτέλεσμα της έκρηξης αυτής ήταν, σε συνδυασμό και με την επέκταση της καλλιέργειας του, η αύξηση της εγχώριας παραγωγής από 0,5 σε 2 εκατομμύρια τόνους, με αποτέλεσμα κατά τα μέσα της δεκαετίας του 80 να είμαστε αυτάρκεις σε καλαμπόκι, κάτι που

18 Κεφάλαιο 2ο Ανασκόπηση Βιβλιογραφίας 18 φαινόταν ακατόρθωτο μόλις λίγα χρόνια πριν. Την ίδια εποχή δόθηκαν στην καλλιέργεια και τα πρώτα ελληνικά υβρίδια, ΆΡΗΣ και ΑΛΕΞΑΝΔΡΟΣ. Τα ελληνικά υβρίδια, επειδή έχουν δημιουργηθεί για τις συνθήκες της χώρας μας, προσέφεραν στους παραγωγούς την σιγουριά του ότι έχουν δοκιμασθεί και ανταγωνισθεί τα καλύτερα υβρίδια που κυκλοφορούν στη χώρα μας, σε αντίθεση με πολλά από τα εκατοντάδες ξένα που εισάγονται κάθε έτος και δεν ήξερε ο παραγωγός αν θα αποδώσουν τα αναμενόμενα στις δικές του συνθήκες. Αργότερα κυκλοφόρησαν και άλλα ελληνικά υβρίδια όπως τα ΑΘΗΝΑ, ΔΙΑΣ και το πρώιμο ΑΝΘΙΠΗ (Ινστιτούτο Σιτηρών, 2006). Σήμερα παραμένουν στο εμπόριο τα ελληνικά υβρίδια Αρης (720 FAO), Δίας (750 FAO) και Ανθίπη (600 FAO) προσαρμοσμένα στις ελληνικές εδαφοκλιματικές συνθήκες, ενώ τη σποροπαραγωγή και την εμπορία τους έχει αναλάβει η ΚΕΣΠΥ. Βελτίωση πληθυσμών Η βελτίωση πληθυσμών και ειδικότερα η μαζική επιλογή, ήταν ο μόνος τρόπος βελτίωσης που εφαρμόζονταν στο καλαμπόκι επί αιώνες. Σήμερα εξακολουθεί να θεωρείται το πρώτο απαραίτητο βήμα κάθε βελτιωτικού προγράμματος, γιατί είναι ο πιο συνηθισμένος τρόπος για την απομάκρυνση των εκφυλιστικών γονιδίων που πάντα υπάρχουν σε ένα πληθυσμό καλαμποκιού. Σκοπός της βελτίωσης είναι η αύξηση της συχνότητας των καλών χαρακτηριστικών, ενώ συγχρόνως δίνεται προσοχή στο να μην χαθεί και η γενετική παραλλακτικότητα του πληθυσμού. Το ποια θα είναι τα χαρακτηριστικά που θα πρέπει να προσεχθούν ιδιαίτερα σε αυτό το πρώτο στάδιο, εξαρτάται από το χρησιμοποιούμενο υλικό και από την απόφαση του βελτιωτή, ο οποίος θα πρέπει να ξέρει καλά τις συνθήκες της περιοχής. Ο κατάλογος των χαρακτηριστικών αυτών είναι μακρύς. Ενδεικτικά αναφέρονται ορισμένα από αυτά που θα ενδιέφεραν τους Έλληνες παραγωγούς: κατάλληλη πρωιμότητα, αντοχή στη ξηρασία και τον καύσωνα, αντοχή στο πλάγιασμα, στις ασθένειες (φουζάριο, άνθρακες), στα έντομα (Ostrinia, Agrotis, αφίδες κ.λ.π.), αντοχή στην μεγάλη πυκνότητα, καλή εμφάνιση του σπάδικα (μέγεθος, χαμηλό ύψος, κάλυψη από τα βράκτια, γωνία πρόσφυσης), καλή αξιοποίηση του αζώτου, καλή ποιότητα σπόρου. Όλα αυτά θα πρέπει να προσεχθούν σε συνδυασμό πάντα με την καλή απόδοση που είναι και ο κύριος στόχος. Έχει αποδειχθεί ότι η απόδοση των υβριδίων είναι ανάλογη

19 Κεφάλαιο 2ο Ανασκόπηση Βιβλιογραφίας 19 με την απόδοση του πληθυσμού από τον οποίο προέρχονται οι καθαρές σειρές που συμμετέχουν στο υβρίδιο. Μετά την επιλογή του αρχικού πληθυσμού και των χαρακτηριστικών προς βελτίωση, αποφασίζεται και η μέθοδος της βελτίωσης που πρόκειται να ακολουθηθεί. Ο βελτιωτής έχει να επιλέξει μεταξύ δεκάδων μεθόδων, που μπορούν να καταταγούν στις εξής κατηγορίες : α) Μέθοδοι Μαζικής επιλογής. Εδώ ανήκουν η κλασσική μαζική, που συνίσταται στην φαινοτυπική επιλογή σπαδίκων, ανάμιξη του επιλεγμένου σπόρου, επόμενη γενεά. Θεωρείται ότι η μέθοδος αυτή δεν μπορεί να βελτιώσει την απόδοση. Σύμφωνα με μια εκδοχή αυτό οφείλεται στην επίδραση του περιβάλλοντος και στην απουσία ελέγχου της γύρης. Μερικοί ερευνητές αναφέρουν ως αιτία και την μείωση της παραλλακτικότητας λόγω μακράς χρήσης των ίδιων υλικών. Για να ελεγχθεί η επισκιαστική δράση του περιβάλλοντος ο Gardner πρότεινε μία τροποποίηση: Διαίρεσε την έκταση σε τμήματα των 40 φυτών, αυξάνοντας έτσι την αποτελεσματικότητα της μεθόδου. Γενικά η μαζική επιλογή χρησιμοποιείται στα αρχικά στάδια βελτίωσης ενός πληθυσμού που εισήχθη ή δημιουργήθηκε πρόσφατα και είναι αποτελεσματική κυρίως για χαρακτηριστικά όπως πρωιμότητα, αντοχές σε βιοτικούς και αβιοτικούς παράγοντες, ύψος σπάδικα κ.λ.π. β) Μέθοδοι σπάδικας σε γραμμή. Χρησιμοποιήθηκε και αυτή πολύ νωρίς (από τα τέλη του προηγούμενου αιώνα) και για πολλούς αποτελεί παραλλαγή της μαζικής επιλογής. Συνίσταται στη σπορά σε μια γραμμή σπόρων από καθένα από τους σπάδικες που επιλέχθηκαν κατά το προηγούμενο έτος, ενώ φυλάσσετε ο υπόλοιπος σπόρος. Αφού συγκριθούν φαινοτυπικά οι απόγονοι καθενός από τα επιλεγέντα φυτά, μίγμα του αρχικού σπόρου χρησιμοποιείται για την επόμενη γενεά (διετής κύκλος). Η τροποποίηση που πρότεινε ο Lonnguist συνίσταται στην σπορά τριών επαναλήψεων των απογονικών φυτών που επιλέγονται, μία σε κάθε τοποθεσία. Στην κύρια τοποθεσία, η οποία πρέπει να έχει απομόνωση, σπέρνονται ενδιάμεσα γραμμές με μίγμα σπόρου από όλα τα επιλεγέντα φυτά, σε αναλογία 2:1 και λίγο πριν την άνθηση αφαιρούνται οι αρσενικές ταξιανθίες από τα υπόλοιπα προς επιλογή φυτά. Έτσι δίνεται η ευκαιρία για ανασυνδυασμό και έλεγχο της γύρης. γ) Μέθοδοι επανεπιλογής. Βασικές αρχές όλων των παραλλαγών που ανήκουν στην κατηγορία αυτή είναι οι παρακάτω:

20 Κεφάλαιο 2ο Ανασκόπηση Βιβλιογραφίας 20 Ι) Σχηματισμός απογόνων με τις κατάλληλες αυτογονιμοποιήσεις ή διασταυρώσεις από ικανό αριθμό φυτών (π.χ. 200) του αρχικού πληθυσμού κατά το πρώτο έτος. ΙΙ) Αξιολόγηση των απογόνων που δημιουργήσαμε σε κανονικά πειράματα με επαναλήψεις και ενδεχομένως και τοποθεσίες κατά το δεύτερο έτος. ΙΙΙ) Ανασυνδυασμός των επιλεγέντων από την αξιολόγηση φυτών για τη δημιουργία του επόμενου κύκλου κατά το τρίτο έτος. Σε ορισμένες περιπτώσεις μετά την αξιολόγηση απαιτείται αυτογονιμοποίηση και εν συνεχεία ανασυνδυασμός, οπότε ο κύκλος γίνεται τετραετής (Ferh W. R., 1987): Παραστατικά η διαδικασία της επανεπιλογής φαίνεται στο παρακάτω σχήμα: Ανάλογα κυρίως με τον τρόπο σχηματισμού των απογόνων οι μέθοδοι της επανεπιλογής διακρίνονται σε: Απλή επανεπιλογή, όταν χρησιμοποιούνται φυτά από τον ίδιο πληθυσμό σαν δοκιμαστές. Αυτή μπορεί να είναι είτε ημισυγγενική (Half-Sib, HS), είτε ολοσυγγενική (Full-Sib, FS), ανάλογα με το αν χρησιμοποιείται μίγμα γύρης, είτε γύρη από επιλεγμένα φυτά του πληθυσμού. Και πάλι μπορεί να είναι είτε S1, είτε S2, ανάλογα με το αν αξιολογούνται απόγονοι της S1, ή αν η αξιολόγηση αναβάλλεται για την επόμενη S2 γενεά. Επαναλαμβανόμενη επανεπιλογή για Γενική Συνδυαστική Ικανότητα (ΓΣΙ), όταν ο δοκιμαστής είναι πληθυσμός, ή συνθετική ποικιλία ή ακόμη και διπλό υβρίδιο (ευρείας γενετικής βάσης).

21 Κεφάλαιο 2ο Ανασκόπηση Βιβλιογραφίας 21 Επαναλαμβανόμενη επανεπιλογή για Ειδική Συνδυαστική Ικανότητα (ΕΣΙ), όταν ο δοκιμαστής είναι καθαρή σειρά ή απλό υβρίδιο (στενής γενετικής βάσης). Αμοιβαία επανεπιλογή, όταν βελτιώνονται συγχρόνως δύο πληθυσμοί, όπου ο ένας θεωρείται σαν δοκιμαστής του άλλου. Καταγωγή από ένα σπόρο, όταν η αξιολόγηση αναβάλλεται μέχρι την δημιουργία προχωρημένης γενεάς (Ινστιτούτο Σιτηρών, 2006 και Stoskopf N.C., 1999). Ετέρωση και εκφυλισμός Με τους όρους αυτούς εννοούμε την απόκτηση ευρωστίας (υβριδισμός) με την διασταύρωση και το αντίθετο φαινόμενο της μείωσης της ευρωστίας με την αυτογονιμοποίηση (ομομειξία). Το φαινόμενο παρουσιάζεται πολύ έντονο στο καλαμπόκι. Για την εξήγησή του, έχουν προταθεί δύο θεωρίες: Η θεωρία της κυριαρχίας δέχεται ότι το φαινόμενο μπορεί να εξηγηθεί με βάση τους νόμους του Mendel. Η θεωρία αυτή έχει ένα αδύνατο σημείο, το ότι θεωρητικά θα έπρεπε να είχαν αναπτυχθεί τόσο υψηλοαποδοτικές καθαρές σειρές στο καλαμπόκι, που να συναγωνίζονται τα υβρίδια. Έτσι αναπτύχθηκε η θεωρία της υπερκυριαρχίας που δέχεται ότι τον κύριο ρόλο παίζουν γονίδια που εκδηλώνουν υπερκυρίαρχη ή επιστατική δράση, με αποτέλεσμα την υπεροχή των ετεροζύγωτων ατόμων. Μέχρι σήμερα δεν υπάρχει ακόμη καμία οριστική ένδειξη που να στηρίζει κάποια από τις δύο θεωρίες για την ερμηνεία της γενετικής βάσης της ετέρωσης. Αυτό όμως δεν εμπόδισε τους βελτιωτές να εκμεταλλευθούν το φαινόμενο και να φθάσουμε στα σημερινά επιτεύγματα με την χρήση των αποδοτικών απλών υβριδίων. Η δημιουργία των καθαρών σειρών γίνεται συνήθως με μία σειρά από αυτογονιμοποιήσεις, όπου κάθε φορά η ετεροζυγωτία μειώνεται κατά 50%. Έτσι ακόμη και στην περίπτωση που θα ξεκινήσουμε με 100% ετεροζύγωτα άτομα, μετά από 6 γενεές αυτογονιμοποίησης αυτή θα έχει μειωθεί στο 1,06%. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας αυτής, της δημιουργίας καθαρών σειρών, απαιτείται συγχρόνως και επιλογή. Οι περισσότεροι βελτιωτές στο κρίσιμο αυτό στάδιο επιλέγουν τα υλικά με βάση την συνδυαστική τους ικανότητα, δηλαδή ενδιαφέρονται οι καθαρές σειρές τους να δίνουν καλούς απογόνους κυρίως και δευτερευόντως για τον φαινότυπο των ίδιων

22 Κεφάλαιο 2ο Ανασκόπηση Βιβλιογραφίας 22 των καθαρών σειρών. Έτσι καταφεύγουν και πάλι σε κάποια από τις μεθόδους επανεπιλογής με την χρήση των δοκιμαστών. Οι δοκιμαστές κρίνονται απαραίτητοι γιατί είναι αδύνατο να σχηματισθούν και πολύ περισσότερο να αξιολογηθούν όλες οι δυνατές διασταυρώσεις στα πρώτα στάδια, όπου ο αριθμός των υλικών είναι πολύ μεγάλος. Η επιλογή συνήθως αρχίζει από την δεύτερη ή τρίτη γενεά, αλλά μερικοί βελτιωτές προτιμούν την έναρξη της επιλογής από την πρώτη γενεά (early testing). Πολλοί χρησιμοποιούν για δοκιμαστή ένα πληθυσμό, ενώ άλλοι προτιμούν μια καλή καθαρή σειρά, οπότε είναι δυνατόν να επιτύχουν τον δεύτερο γονέα ενός παραγωγικού απλού υβριδίου σε συντομότερο διάστημα. Άλλοι εφαρμόζουν την αμοιβαία επανεπιλογή, χρησιμοποιώντας υλικά που είναι γνωστό ότι συνδυάζονται καλά μεταξύ τους με σκοπό να έχουν στο τέλος και τις δύο σειρές του υβριδίου (Stoskopf N.C., 1999). Σε όλες τις περιπτώσεις πάντως οι καθαρές σειρές που επιβιώνουν από την επιλογή με βάση την συνδυαστικότητά τους με τον δοκιμαστή, εισέρχονται σε μία σειρά διαλληλικών ή τυχαίων διασταυρώσεων, μεταξύ των καθαρών σειρών που προκύπτουν από το πρόγραμμα και αυτών με άλλες που δημιουργήθηκαν παλαιότερα, για τον εντοπισμό του καλύτερου συνδυασμού. Τα υβρίδια που παίρνουμε από τις διασταυρώσεις αυτές, δοκιμάζονται σε πειράματα αξιολόγησης, που αποτελούν ίσως το δαπανηρότερο, αλλά απαραίτητο τμήμα του βελτιωτικού προγράμματος. Σε πρώτη φάση γίνονται συνήθως τα προκαταρκτικά πειράματα αξιολόγησης, με τα οποία απορρίπτουμε μεγάλο αριθμό υβριδίων με πειραματισμό σε δύο ή τρεις επαναλήψεις και περιορισμένο αριθμό περιβαλλόντων (τοποθεσίες ή/και έτη). Τα υβρίδια που απομένουν, αφού ξαναδημιουργηθούν με πολλαπλάσια ποσότητα σπόρου, δοκιμάζονται σε προχωρημένα πειράματα αξιολόγησης, όπου απαιτούνται περισσότερες επαναλήψεις και περιβάλλοντα. Εδώ πολλές φορές ίσως χρειάζεται να προκληθούν και τεχνικές συνθήκες περιορισμού ή έλλειψης κάποιου περιβαλλοντικού παράγοντα, εφόσον το απαιτεί το αντικείμενο του προγράμματος βελτίωσης. Αυτή είναι η συνήθης μέθοδος για τη δημιουργία καθαρών σειρών, που ονομάζεται και οικογενειακή επιλογή. Με αυτή τη μέθοδο δημιουργήθηκαν αρχικά πολλές χρήσιμες καθαρές σειρές από πληθυσμούς. Αργότερα τους πληθυσμούς αντικατέστησαν οι F2 γενιές διασταυρώσεων, μεταξύ καθαρών σειρών που είχαν καλή συνδυαστικότητα. Η αναδιασταύρωση (backcrossing), είναι μια παραλλαγή της

23 Κεφάλαιο 2ο Ανασκόπηση Βιβλιογραφίας 23 προηγούμενης μεθόδου, όπου αντί να χρησιμοποιήσουμε γύρη από το ίδιο το φυτό, χρησιμοποιούμε την γύρη από την καθαρή σειρά που είναι ο επαναλαμβανόμενος γονέας. Σκοπός μας σ' αυτή τη περίπτωση είναι η μεταφορά ενός επιθυμητού χαρακτηριστικού σε καθαρή σειρά. Η επιλογή γαμετών είναι μία μέθοδος που σκοπεύει στην βελτίωση μιας υπάρχουσας καθαρής σειράς από τυχαία γύρη. Ειδικές τεχνικές όπως ο διπλασιασμός των χρωμοσωμάτων απλοειδών φυτών, τα οποία είτε βρίσκονται στη φύση (σπανίως), είτε προκαλείται ο σχηματισμός τους στο εργαστήριο με την καλλιέργεια γαμετών ή ωαρίων, ακόμη και η πρόκληση σωμακλωνικής παραλλακτικότητας με καλλιέργεια διαφόρων ιστών από καθαρές σειρές (με σκοπό την επιλογή και βελτίωσή τους χωρίς να προηγηθεί διασταύρωση) έχουν προταθεί κατά καιρούς, αλλά δεν εφαρμόζονται σε μεγάλη έκταση (Ferh W.R., 1987). Εκτίμηση της συνδυαστικής ικανότητας Τα πρώτα χρόνια, όπου λίγες σειρές ήταν διαθέσιμες ήταν σύνηθες να εκτιμούν την συνδυαστική ικανότητα των σειρών με απλές διασταυρώσεις. Οι σειρές συχνά ελεγχόταν σε ομάδες σε διαλληλικές διασταυρώσεις μεταξύ των μελών των ομάδων. Αυτή η διαδικασία περιελάμβανε κόπο και χρήμα και απαιτούνταν η εύρεση μιας πιο απλής μεθόδου ελέγχου. Ο Davis (1929) πρότεινε την χρήση διασταυρώσεων καθαρών σειρών-ποικιλιών για την εκτίμηση της S 2 σειράς, αλλά η πρόταση αυτή αγνοήθηκε. Οι Jenkins και Brunson (1932), ανέφεραν συντελεστές συσχέτισης μεταξύ της σειράς κατάταξης των καθαρών σειρών με βάση τη μέση συμπεριφορά τους σε μια σειρά απλών διασταυρώσεων και την συμπεριφορά τους σε διασταυρώσεις καθαρών σειρών-ποικιλιών. Τα πειράματα συμπεριλαμβάνανε οκτώ ομάδες καθαρών σειρών και διαφορετικές τοποθεσίες ελέγχου. Η συσχέτιση μεταξύ της μέση απόδοσης των απλών διασταυρώσεων και της απόδοσης της διασταύρωσης καθαρής σειράς-ποικιλίας κυμαινόταν από 0,53 έως 0,90 με την μεγαλύτερη συσχέτιση να επιτυγχάνεται για τις σειρές που αυτογονιμοποιήθηκαν για έξι γενιές. Από τα παραπάνω βγήκε το συμπέρασμα πως οι διασταυρώσεις καθαρών σειρώνποικιλιών μπορούν να χρησιμοποιηθούν αποτελεσματικά για τον προκαταρκτικό έλεγχο των νέων σειρών για τον αποκλεισμό ίσως και του 50% των υλικών χωρίς σοβαρό κίνδυνο απώλειας του καλύτερου υλικού. Κατά διαστήματα έγιναν διάφορες

24 Κεφάλαιο 2ο Ανασκόπηση Βιβλιογραφίας 24 εργασίες για την εκτίμηση της συνδυαστικής ικανότητας από τους επιστήμονες. Κάθε μέθοδος για την εκτίμηση της συνδυαστικής ικανότητας απαιτεί την επιλογή ενός κατάλληλου ελεγκτή. Οι Federer και Sprague (1947) βρήκαν ότι η αλληλεπίδραση της διασταύρωσης σειράς Χ ελεγκτή ήταν σχεδόν 40% εκείνης του αποτελέσματος της σειράς, όταν και τα δύο αποτελέσματα μετρήθηκαν με μέτρο την παραλλακτικότητα. Επίσης συμπέραναν πως αυξάνοντας τον αριθμό των ελεγκτών μπορούν να βελτιώσουν την εκτίμηση της συνδυαστικής ικανότητας περισσότερο από ότι αυξάνοντας τον αριθμό των επαναλήψεων. Οι Sprague και Tatum (1942) χώρισαν την συνδυαστική ικανότητα όπως αυτή εκφράζεται στις απλές διασταυρώσεις σε δύο είδη: γενική και ειδική, με βάση τον τύπο της δράσης των γονιδίων που λαμβάνουν μέρος. Ερμήνευσαν την παραλλακτικότητα της γενικής συνδυαστικής ικανότητας σαν μέτρο της αθροιστικής γενετικής παραλλακτικότητας και αυτήν της ειδικής συνδυαστικής ικανότητας σαν μέτρο της μη αθροιστικής γενετικής παραλλακτικότητας (Jenkins T. Merle, 1978, In Walden P.B., (Ed.)). Πρόωρος έλεγχος Η κοινή πρακτική που ακολουθούνταν τα πρώτα χρόνια της δημιουργίας των καθαρών σειρών ήταν η αυτογονιμοποίηση για τρεις έως πέντε γενιές πριν να κάνουν την εκτίμηση των σειρών για συνδυαστική ικανότητα. Καθώς τα βελτιωτικά προγράμματα εξαπλώθηκαν και οι σειρές οι οποίες δημιουργούνταν ήταν όλο και περισσότερες ήταν τρομερό πλεονέκτημα να απορρίπτονται από νωρίς οι μη υποσχόμενες σειρές. Ο Jenkins (1935) ανέφερε δεδομένα των καλύτερων διασταυρώσεων μιας ομάδας καθαρών σειρών των ποικιλιών Lancaster και Iodent που προέκυψαν από την S 1 έως την S 8, εκτός από την S 7. Η παραλλακτικότητα λόγω των διαφορών μεταξύ των σειρών ήταν σημαντικά μεγαλύτερη από αυτήν λόγω της αλληλεπίδρασης μεταξύ σειρών και γενιών. Βγήκε το συμπέρασμα ότι οι σειρές φανερώνουν την ατομικότητά τους νωρίς κατά την διάρκεια των βελτιωτικών προγραμμάτων, δικαιολογώντας έτσι την πρώιμη εκτίμηση της συνδυαστικής τους ικανότητας και πρώιμη απόρριψη των μη υποσχόμενων σειρών. Τυχαία δειγματοληψία στις επόμενες γενιές θα είχε σαν αποτέλεσμα την επιλογή τυπικών φυτών και την διατήρηση της συνδυαστικής ικανότητας των σειρών.

25 Κεφάλαιο 2ο Ανασκόπηση Βιβλιογραφίας 25 Διάδοση των υβριδίων Ο Hendry Wallace ήταν ένας από τους λίγους ανθρώπους που στις αρχές του 19 ου αιώνα πίστεψαν πως τα υβρίδια καλαμποκιού μπορούσαν να εξελιχθούν σε κάτι χρήσιμο. Αφού έγραψε και μίλησε για τα υβρίδια, προχώρησε το 1926 και στην ίδρυση της πρώτης εταιρείας που οργανώθηκε αποκλειστικά για την παραγωγή σπόρου υβριδίων. Αυτή η εταιρεία ονομάστηκε Hi-Bred Corn Company και λίγα χρόνια αργότερα προστέθηκε το όνομα Pioneer, μια εταιρεία η οποία σήμερα κατέχει το μεγαλύτερο κομμάτι της αγοράς στο σπόρο υβριδίου καλαμποκιού και όχι μόνο. Σταδιακά δημιουργήθηκαν και άλλες εταιρείες όπως η Funk Brothers Seed Company της οικογένειας Funk το 1927, η DeKalb Agricultural Association των Tom Roberts και Charles Gunn. Τα Πανεπιστήμια, οι ερευνητικοί σταθμοί και ο USDA, προβάλλανε την ιδέα των υβριδίων καλαμποκιού μέσα από συναντήσεις, δημοσιεύσεις και εκδηλώσεις. Δεκάδες εταιρείες και αγρότες, προσελκύσθηκαν από την ιδέα των υβριδίων καλαμποκιού και με την βοήθεια τοπικών πανεπιστημίων ή ερευνητικών σταθμών έγιναν παραγωγοί σπόρου υβριδίου καλαμποκιού. Το 1934 μόνο το 0,4% της έκτασης των Ηνωμένων Πολιτειών καλύπτονταν από καλλιέργεια υβριδίων καλαμποκιού. Μέχρι το 1944 το ποσοστό αυτό άγγιξε το 59% και στη ζώνη του καλαμποκιού έφτασε το 90%. Τι είχε συμβεί όμως εκείνη την δεκαετία; Πως πείστηκαν να εγκαταλείψουν οι γεωργοί τον δικό τους σπόρο που με τόσο κόπο επέλεγαν για χρόνια; Οι παραγωγοί καλαμποκιού μπορούσαν να δουν την διαφορά και όλα τα πλεονεκτήματα του υβριδίου καλαμποκιού και ένα από αυτά ήταν πως τα υβρίδια στέκονταν όρθια και ήταν κατάλληλα για μηχανοσυλλογή κάτι που έκανε την καλλιέργεια του καλαμποκιού ευκολότερη. Η απόδοση, η σταθερότητα και η καλύτερή συμπεριφορά των υβριδίων στην ξηρασία, την προσβολή από εχθρούς και ασθένειες ήταν κάποια από τα πλεονεκτήματα των υβριδίων. Μετά τον 2 ο Παγκόσμιο Πόλεμο, το φθηνό λίπασμα αζώτου έγινε διαθέσιμο για τις περισσότερο εμπορικές καλλιέργειες και οι αποδόσεις αυξήθηκαν ακόμη περισσότερο. Πολλά υβρίδια που χρησιμοποιούνταν το 1944 δεν ήταν κατάλληλα για επιπλέον λίπανση και αντιδρούσαν σε αυτήν δημιουργώντας αδύνατα στελέχη, εμφανίζοντας ευαισθησία σε πολλές ασθένειες κυρίως σάπισμα του καλαμιού, το

26 Κεφάλαιο 2ο Ανασκόπηση Βιβλιογραφίας 26 οποίο τα καθιστούσε μη κατάλληλα. Η βιομηχανία παραγωγής υβριδίων καλαμποκιού, άκουσε τα αιτήματα των παραγωγών για κάτι καλύτερο, που θα αξιοποιούσε τα επιπλέον επίπεδα λίπανσης (Steele L., 1978 In Walden D.B). Συμβολή γενετικού κέρδους στην αύξηση των αποδόσεων και οι αλλαγές στα χαρακτηριστικά του καλαμποκιού Η βελτίωση φυτών, στοχεύει στην δημιουργία ποικιλιών με υψηλό και σταθερό παραγωγικό δυναμικό απόδοσης, μια διαδικασία που συνδέεται με γενετικούς και περιβαλλοντικούς παράγοντες (Fasoula και Fasoula, 2002). Η αύξηση των στρεμματικών αποδόσεων του καλαμποκιού είναι συνεχής από τότε που χρησιμοποιήθηκαν τα υβρίδια, ξεκινώντας από την ζώνη καλαμποκιού των Ηνωμένων Πολιτειών στις αρχές του Η αύξηση αυτή στις αποδόσεις του καλαμποκιού, ήταν μεγαλύτερη σαν ποσοστό από την αντίστοιχη αύξηση σε οποιαδήποτε άλλη καλλιέργεια και υπολογίζεται από πειραματικά δεδομένα ότι πάνω από 60% της αύξησης αυτής, οφείλεται στα καινούρια υβρίδια. Σε αυτό το αποτέλεσμα συνέβαλαν η γενετική βελτίωση των φυτών και η βελτίωση των καλλιεργητικών πρακτικών. Κατά μέσο όρο, περίπου 50% της αύξησης οφείλεται στην διαχείριση και 50% στην βελτίωση. Τα δύο αυτά αλληλεπιδρούν ώστε κανένα από τα δύο μόνο του δεν θα μπορούσε να παράγει αυτή την πρόοδο. Ωστόσο, το γενετικό κέρδος θα πρέπει να παίξει ένα σημαντικότερο ρόλο στο μέλλον (Duvick, 2005). Οι βελτιωτές παρατήρησαν πως το γενετικό κέρδος στην απόδοση καρπού των υβριδίων συνοδεύτηκε από αλλαγές και σε άλλα χαρακτηριστικά, κάποιες φορές ως αποτέλεσμα άμεσης επιλογής και άλλοτε χωρίς άμεση πρόθεση από τους βελτιωτές. Κάποια χαρακτηριστικά δεν άλλαξαν με τα χρόνια καθώς οι βελτιωτές είχαν σαν σκοπό να τα κρατήσουν σταθερά (π.χ. η ημερομηνία της ωριμότητας του καρπού). Σε άλλες περιπτώσεις δεν άλλαξαν παρά τις προθέσεις των βελτιωτών να τα αλλάξουν (π.χ. δείκτης συγκομιδής) (Duvick, 2005). Τρεις ανασκοπήσεις της περασμένης δεκαετίας (Edmeades και Tollenaar, 1990; Russell, 1991; Tollenaar et al., 1994) έδωσαν λεπτομερείς εκτιμήσεις αυτών των αλλαγών. Καταγράφηκαν αλλαγές στο ύψος του φυτού και του σπάδικα, στη γωνία των φύλλων, στο μέγεθος της φούντας, τον αριθμό των φύλλων, τον δείκτη

27 Κεφάλαιο 2ο Ανασκόπηση Βιβλιογραφίας 27 φυλλικής επιφάνειας, την συστροφή των φύλλων, το αδέλφωμα, τη διατήρηση του πράσινου φύλλου, την άνθηση, τον αριθμός σπαδίκων ανά φυτό, την περίοδο γεμίσματος του σπόρου, το βάρος καρπού, την περιεκτικότητα του καρπού σε πρωτεΐνη, την περιεκτικότητα του καρπού σε άμυλο, τον Δείκτη Συγκομιδής, την αντοχή στο πλάγιασμα, σε αβιοτικές καταπονήσεις (υψηλές και χαμηλές θερμοκρασίες, ξηρασία, υπερβολική υγρασία, έλλειψη αζώτου, αυξημένη πυκνότητα σποράς κλπ), αντοχή σε βιοτικές καταπονήσεις (έντομα, ασθένειες, ζιζάνια). Παρά την αξιοσημείωτη βελτίωση στις αποδόσεις του καλαμποκιού, το κόστος παραγωγής ανά μονάδα επιφάνειας αυξάνεται συνεχώς τα τελευταία χρόνια και πιθανότατα θα συνεχίσει να αυξάνεται εκτός εάν με την βελτίωση εισάγουμε νέες ικανότητες στο καλαμπόκι (Duvick et al., 2004). Από τα χαρακτηριστικά που ενδιαφέρουν περισσότερο τους σύγχρονους παραγωγούς και κατ επέκταση τους βελτιωτές, είναι η δημιουργία υβριδίων καλαμποκιού με αντοχή στις μειωμένες εισροές καθώς επίσης και η δημιουργία υβριδίων που να παράγουν ικανοποιητικά σε ένα ευρύ φάσμα πυκνοτήτων. Σημασία του Αζώτου Το άζωτο είναι ποσοτικά, η πιο σημαντική θρεπτική οργανική ουσία που χρειάζεται το φυτό για την ανάπτυξή του. Οι διαδικασίες του μεταβολισμού που συνδέονται με το άζωτο είναι σύνθετες και αλληλένδετες με την φωτοσύνθεση και τον μεταβολισμό των υδατανθράκων. Συνθήκες καταπόνησης από έλλειψη αζώτου αλλάζουν την μορφολογία και την σύνθεση του φυτού: επιβράδυνση στην επιμήκυνση βλαστού και στην ανάπτυξη των φύλλων ενώ η ανάπτυξη των ριζών αυξάνει. Το άζωτο μετακινείται σε περιοχές της νέας βλάστησης έχοντας σαν αποτέλεσμα επιταχυνόμενη γήρανση των παλιότερων φύλλων (Marschner 1995). Οι γενότυποι του καλαμποκιού μπορούν να διαφέρουν στην αποτελεσματικότητα χρήσης του αζώτου (Balko and Russell, 1980) το οποίο καθορίζεται ως η ικανότητα ενός γενοτύπου να επιτυγχάνει την ανώτερη απόδοση σπόρου σε συνθήκες χαμηλού αζώτου σε σύγκριση με άλλους γενοτύπους. Τα δυο κύρια συστατικά της αποτελεσματικής χρήσης αζώτου είναι η αποτελεσματικότητα πρόσληψης αζώτου και η αποτελεσματικότητα χρήσης αζώτου (Moll et al. 1982). Η αποτελεσματικότητα πρόσληψης αζώτου αναφέρεται στην ποσότητα του αζώτου που απορροφάται από τα

28 Κεφάλαιο 2ο Ανασκόπηση Βιβλιογραφίας 28 φυτά σε σχέση με το διαθέσιμο στο έδαφος άζωτο. Σε συνθήκες υψηλού αποθέματος σε άζωτο, η πρόσληψη εξαρτάται κυρίως στις απαιτήσεις αζώτου που σχετίζονται με την ανάπτυξη ενώ σε συνθήκες χαμηλής πρόσληψης αζώτου εξαρτάται από τα μορφολογικά και φυσιολογικά χαρακτηριστικά του ριζικού συστήματος. (Engels and Marschner 1995, Masclaux et al. 2001, Sattelmacher et al. 1994). Η γενετική μηχανική των σημαντικότερων ενζύμων ( π.χ. νιτρικό άλας, νιτρική ρεδουκτάση, γλουταμίνη και γλουταμινική συνθετάση) στο μεταβολισμό του αζώτου είναι καλά γνωστή και η αλληλεπίδραση μεταξύ του αζώτου και του μεταβολισμού των υδατανθράκων έχουν επίσης αναφερθεί (Presterl et al., 2002). Η διάθεση και χρήση των αζωτούχων λιπασμάτων στα σύγχρονα γεωργικά συστήματα έχει αυξηθεί ιδιαίτερα σε μέρη της Ασίας, της Βόρειας Αμερικής και της Δυτικής Ευρώπης με αποτέλεσμα οι αποδόσεις να αυξηθούν ακόμη περισσότερο (FAO, 2000). Πολλά υβρίδια όμως που χρησιμοποιούνταν παλιότερα δεν ήταν κατάλληλα για επιπλέον λίπανση και αντιδρούσαν σε αυτήν δημιουργώντας αδύνατα στελέχη, εμφανίζοντας ευαισθησία σε πολλές ασθένειες κυρίως σάπισμα του καλαμιού, το οποίο τα καθιστούσε μη κατάλληλα. Η βιομηχανία παραγωγής υβριδίων καλαμποκιού, έπρεπε να στρέψει τις προσπάθειές της στην δημιουργία υβριδίων, που θα αξιοποιούν τα επιπλέον επίπεδα λίπανσης (Presterl et al., 2002). Το σύστημα παραγωγής του καλαμποκιού, αποτελείται από υψηλοαποδοτικά υβρίδια και υψηλές εισροές λιπασμάτων, αγροχημικών και άρδευσης τα οποία έχουν συμβάλλει σε σημαντική αύξηση της παραγωγής κατά τη διάρκεια των τελευταίων δεκαετιών (Conway, 1991; Evans, 1993). Ωστόσο, έχουν αναφερθεί τα τελευταία χρόνια αρνητικές επιπτώσεις του αζώτου στην ατμόσφαιρα, στα υπόγεια ύδατα και στα υπόλοιπα συστατικά του οικοσυστήματος (Socolow 1999). Εκτός από τους παράγοντες που σχετίζονται με την τεχνική της καλλιέργειας, όπως η αμειψισπορά, ο τύπος του αζωτούχου λιπάσματος και ο χρόνος εφαρμογής του, ποικιλίες με βελτιωμένη αποτελεσματικότητα χρήσης αζώτου μπορούν να συμβάλλουν σημαντικά στην αειφορική γεωργία. Έτσι, ο νέος στόχος των βελτιωτών είναι η δημιουργία ποικιλιών καλαμποκιού με βελτιωμένη αποτελεσματικότητα της χρήσης αζώτου κάτω από συνθήκες εδάφους χαμηλής περιεκτικότητας σε άζωτο. Αποτελέσματα ενός πειράματος του 2002 (Presterl T., Groh S., Landbeck M., Seitz G., Schmidt W. and Geiger H.H.), έδειξαν ότι η προσαρμογή των υβριδίων από τα καλύτερα ευρωπαϊκά

29 Κεφάλαιο 2ο Ανασκόπηση Βιβλιογραφίας 29 υλικά βελτίωσης, σε συνθήκες με μειωμένες εισροές αζώτου ήταν εφικτές και ήταν κυρίως αποτέλεσμα της αυξημένης αποτελεσματικότητας στην πρόσληψη αζώτου. Τα σύγχρονα υβρίδια είναι πιο ικανά να αξιοποιούν τις διαθέσιμες πηγές από τα παλιότερα. Η συμπεριφορά των υβριδίων σε τέσσερις διαφορετικούς πληθυσμούς φυτών που μελετήθηκαν από τον Duvick (1997) έδειξαν γραμμική βελτίωση σε συνθήκες που προάγουν την υψηλή απόδοση, σαν αποτέλεσμα της βελτιωμένης ανταπόκρισης στις εισροές. Η γραμμική βελτίωση της απόδοσης του καρπού ήταν 8,6 κιλά/έτος κατά μέσο όρο, για δύο ευνοϊκές καλλιεργητικές περιόδους και 6,5 κιλά/έτος για δυσμενείς καλλιεργητικές περιόδους. Ο Duvick (1992) καθόρισε την παλινδρόμηση των υβριδίων καλαμποκιού από τις αποδόσεις έξι δεκαετιών ( ) σε μέση απόδοση ανά τοποθεσία. Οι παράμετροι ανταπόκρισης έδειξαν ότι τα νεότερα υβρίδια ήταν καλύτερα από τα παλαιότερα είτε κάτω από κακές συνθήκες ανάπτυξης και χαμηλών εισροών, είτε σε ιδανικά περιβάλλοντα. Επίσης τα νεότερα υβρίδια, έχουν μεγαλύτερη ικανότητα να ανταποκρίνονται σε πρόσθετες εισροές συγκρινόμενα με τα παλιότερα. Οι Carlone και Russell (1987) βρήκαν πως τα απλά υβρίδια της εποχής του 1980 ανταποκρινόταν καλύτερα στα αυξημένα επίπεδα αζώτου από ότι τα απλά υβρίδια της δεκαετίας του 1960 και Οι Castleberry et al. (1984) και ο Duvick (1984) ανέφεραν επίσης πως τα νέα υβρίδια καλαμποκιού υπερτερούσαν των παλαιότερων ακόμη και σε συνθήκες μειωμένων εισροών αζώτου. Οι Tollenaar και Wu (1999), σε μια ανασκόπηση των παραγόντων που αφορούν την βελτιωμένη αποτελεσματικότητα στην πρόσληψη και χρήση των εισροών, η οποία ανέφερε για τα νεότερα υβρίδια, αυξημένη ευρωστία των νεαρών φυταρίων, το οποίο προάγει το χρόνο που κλείνει το φύλλωμα και αυξάνει την πρόσληψη της ακτινοβολίας, μεγαλύτερη αναλογία ρίζας/στελέχους το οποίο επηρεάζει το ρυθμό συσσώρευσης ξηράς ουσίας κατά την αρχική ανάπτυξη, καθυστερημένη γήρανση φύλλων που συνδέεται με ένα μεγαλύτερο ρυθμό πηγής αποδέκτη κατά την διάρκεια του γεμίσματος του σπόρου, μεγαλύτερη πρόσληψη νερού και αζώτου, αυξημένο φωτοσυνθετικό ρυθμό των ανεπτυγμένων φύλλων και αυξημένη γωνία φύλλων που έχει σαν αποτέλεσμα μια πιο ομοιόμορφη κατανομή της ηλιακής ακτινοβολίας μέσα στο φύλλωμα. Αυτά τα ευρήματα έκαναν τους επιστήμονες να συμπεράνουν ότι η αυξημένη ικανότητα απόδοσης των σύγχρονων υβριδίων συνδέεται με την πιο αποτελεσματική πρόσληψη κα χρήση των διαθέσιμων

30 Κεφάλαιο 2ο Ανασκόπηση Βιβλιογραφίας 30 πηγών σαν αποτέλεσμα της αυξημένης πρόσληψης της ακτινοβολίας και της αυξημένης πρόσληψης των θρεπτικών και του νερού. Πολλά πειράματα έχουν δείξει πως υπάρχει επαρκής γενετική παραλλακτικότητα στα ευρωπαϊκά υλικά για τη βελτίωση του καλαμποκιού για να επιτευχθεί προσαρμογή σε εδάφη με χαμηλή περιεκτικότητα σε άζωτο. Σαν αποτέλεσμα, υπάρχει αλληλεπίδραση μεταξύ γενοτύπου καλαμποκιού και επιπέδων αζώτου και συνεπώς η επιλογή για αποτελεσματική χρήση του αζώτου θα πρέπει να διεξάγεται κάτω από συνθήκες χαμηλών εισροών αζώτου. Ωστόσο, με μειωμένα επίπεδα αζώτου στο έδαφος, η ετερογένεια των πειραματικών τεμαχίων αυξάνει και συχνά έχει σαν αποτέλεσμα σε αυξημένα λάθη λόγω παραλλακτικότητας και χαμηλότερη κληρονομικότητα από ότι στις συνθήκες υψηλού αζώτου. Οι διαφορές που παρατηρήθηκαν από πειράματα σε ποικιλίες καλαμποκιού στην πρόσληψη του αζώτου, σχετίστηκαν με την πυκνότητα του ριζικού συστήματος. Τα υβρίδια που εγκαθίστανται καλά σε συνθήκες χαμηλού αζώτου, παρουσίασαν λιγότερους άκαρπους σπάδικες σε συνθήκες χαμηλού και μέτριου αζώτου (Presterl et al., 2002). Σημασία της πυκνότητας σποράς Ο πληθυσμός των φυτών αντιπροσωπεύει τον αγρονομικό παράγοντα διαχείρισης που άλλαξε περισσότερο κατά την διάρκεια των τελευταίων έξι δεκαετιών σαν αποτέλεσμα της αντοχής των νεότερων υβριδίων σε πυκνούς πληθυσμούς φυτών (Tollennaar and Lee, 2002). Επιπλέον, πέρα από την αντοχή στην πυκνή σπορά, τα σύγχρονα υβρίδια βελτιώθηκαν για πολλές βιοτικές και αβιοτικές καταπονήσεις όπως η ξηρασία, το πλημμυρισμένο έδαφος, η έλλειψη αζώτου, η σήψη του μίσχου, έντομα και ακαρπία (Duvick 1997). Ένα μεγάλο ποσοστό της βελτίωσης της απόδοσης οφείλεται στην ικανότητα των νεότερων υβριδίων να ανέχονται καλύτερα τις καταπονήσεις, όπως η χαμηλή θερμοκρασία της νύχτας κατά τη διάρκεια του γεμίσματος του σπόρου, η χαμηλή υγρασία του εδάφους και τα ζιζάνια (Tollenaar and Wu 1999). Η αντοχή στον υψηλό πληθυσμό φυτών μαζί με την αντοχή σε άλλες βιοτικές και αβιοτικές καταπονήσεις, καθώς και η βελτιωμένη αποτελεσματική χρήση των πηγών αποτελούν τους καθοριστικούς παράγοντες για βελτιωμένη παραγωγικότητα. Η βελτιωμένη απόδοση καρπού των σύγχρονων υβριδίων (Zea mays L.) οφείλεται σε

31 Κεφάλαιο 2ο Ανασκόπηση Βιβλιογραφίας 31 μεγαλύτερο βαθμό στον αυξημένο βέλτιστο πληθυσμό φυτών παρά στην βελτιωμένη απόδοση σε καρπό ανά φυτό (Russell, 1991; Nissanka et al., 1997; Tollenaar και Wu, 1999). Σαν συνέπεια της βελτιωμένης αντοχής σε αυξημένης πυκνότητας πληθυσμούς και το μειωμένο δυναμικό απόδοσης ανά φυτό, τα σύγχρονα υβρίδια χαρακτηρίζονται έντονα από την εξάρτησή τους από την πυκνότητα (population dependent) καθώς η μέγιστη απόδοση του καρπού επιτυγχάνεται μόνο κάτω από ένα στενό φάσμα πληθυσμών με πολλά φυτά ακολουθούμενο από αντίθετα αποτελέσματα στην απόδοση και την σταθερότητα των υβριδίων. Η ανομοιομορφία στο φύτρωμα είναι ένα πολύ κοινό πρόβλημα. Η απώλεια σε απόδοση που προκαλείται από τα εκλιπόντα φυτά μπορεί να αναπληρωθεί σε μικρό όμως βαθμό από την αύξηση στην απόδοση των γειτονικών φυτών, συνεπώς η απόδοση ανά μονάδα επιφάνειας μειώνεται. Η ανομοιομορφία στο φύτρωμα οδηγεί σε αύξηση της παραλλακτικότητας φυτού από φυτό, φαινόμενο το οποίο μεγαλώνει, όσο αυξάνεται η πυκνότητα σποράς. Η παραλλακτικότητα μεταξύ των φυτών, συνδέεται με μειωμένη αποτελεσματική χρήση των εισροών και συνεπώς σε μείωση της παραγωγής. Οι Sangoi et al. (2002) τόνισαν ότι ο ιδανικός αριθμός φυτών ανά μονάδα επιφάνειας εξαρτάται από πολλούς παράγοντες όπως η διαθεσιμότητα του νερού, η γονιμότητα του εδάφους, η ομάδα πρωιμότητας των υβριδίων και η διάταξη των γραμμών. Η βέλτιστη πυκνότητα σποράς επηρεάζεται από το επίπεδο λίπανσης αζώτου καθώς και από το γενότυπο του υβριδίου. Τα υβρίδια διαφέρουν από εποχή σε εποχή αλλά και μέσα στην ίδια εποχή στην ανταπόκρισή τους στους διάφορους συνδυασμούς επιπέδων αζώτου και πυκνότητας φυτών (Duvick, 2005) Η υπεροχή των σύγχρονων υβριδίων σε συνθήκες μεγαλύτερων πυκνοτήτων σποράς είναι τόσο αξιοσημείωτη που οι Troyer και Rosenbrook (1983) πρότειναν την επιλογή σε συνθήκες αυξημένης πυκνότητας σαν μέσο για την βελτίωση της απόδοσης της καλλιέργειας. Αυτή είναι μια λογική και ενδιαφέρουσα πρόταση αλλά θα πρέπει πρώτα να απαντήσουμε στην παρακάτω ερώτηση: η δημιουργία υβριδίων με αντοχή σε μεγαλύτερες πυκνότητες ήταν αποτέλεσμα της άμεσης επιλογής ή αποτέλεσμα της έμμεσης επιλογής λόγω της βελτίωσης που πέτυχαν στην αντοχή στις άλλες καταπονήσεις; Με άλλα λόγια, είναι η αντοχή στην μεγάλη πυκνότητα η αιτία ή το αποτέλεσμα; Εάν η αντοχή στην μεγάλη πυκνότητα είναι η αιτία και η αντοχή στις καταπονήσεις είναι το αποτέλεσμα, τότε θα πρέπει να μπορούμε να ενσωματώσουμε γονίδια που προσδίδουν αντοχή στις καταπονήσεις επιλέγοντας σε

32 Κεφάλαιο 2ο Ανασκόπηση Βιβλιογραφίας 32 περιβάλλον με μεγάλη πυκνότητα σποράς. Αντιθέτως, εάν η αντοχή στις καταπονήσεις είναι η αιτία και η αντοχή στην υψηλή πυκνότητα το αποτέλεσμα, θα πρέπει η επιλογή για αντοχή στις καταπονήσεις να γίνεται σε μια ευρεία περιοχή προσαρμογής. Σύμφωνα με τον Duvick (1986) η γενετική βελτίωση στην αντοχή στο πλάγιασμα, σε ζέστη και ξηρασία, έντομα και ασθένειες, δίνουν μεγαλύτερη σταθερότητα απόδοσης στα νεότερα υβρίδια και τους επιτρέπουν να αντέχουν τις μεγαλύτερες απαιτήσεις που προστίθενται στα ατομικά φυτά λόγω της μεγάλης πυκνότητας. Αποδείχθηκε λοιπόν πως στο καλαμπόκι όταν η επιλογή εφαρμόστηκε σε μια ευρεία περιοχή προσαρμογής, είχε σαν αποτέλεσμα την ενσωμάτωση γονιδίων που προσδίδουν αντοχή στα στρες και είχαν σαν αποτέλεσμα να αυξήσουν την αντοχή στις μεγαλύτερες πυκνότητες. Παρόλα αυτά, ακόμη κι αν υποθέσουμε πως είναι ανεξάρτητη η κληρονόμηση και ταυτόχρονη επιλογή για τις δυο μορφές αντοχής, το αποτέλεσμα θα είναι υβρίδια που εξαρτώνται από την πυκνότητα (density-dependent) τα οποία μειονεκτούν επειδή η παραγωγικότητά τους εξαρτάται από μια συγκεκριμένη πυκνότητα φυτών (Fasoula και Fasoula, 2002). Η πιθανότητα να δημιουργήσουμε υβρίδια ανεξάρτητα της πυκνότητας σποράς, προσφέρει δυο σημαντικά πλεονεκτήματα, ένα για τον παραγωγό και ένα για το βελτιωτή. Το πλεονέκτημα για τον παραγωγό είναι ότι η παραγωγικότητα της καλλιέργειας εξαρτάται λιγότερο από την ποσότητα του σπόρου που χρησιμοποιείται -δηλαδή μείωση του κόστους- και από τις φυτρωτικές συνθήκες. Το πλεονέκτημα για τον βελτιωτή είναι ότι παρέχει περισσότερες ενδείξεις ότι η εκτίμηση και επιλογή απουσία ανταγωνισμού μεγιστοποιεί το εύρος της έκφρασης της απόδοσης και επιτρέπει την αποτελεσματική επιλογή για μειωμένη παραλλακτικότητα μεταξύ των φυτών η για ομοιομορφία καλλιέργειας (Fasoula και Fasoula, 2002). Επίσης, η δημιουργία υβριδίων ανεξάρτητων της πυκνότητας θα συνεισφέρει στην αύξηση παραγωγής πρωτεΐνης, θα μειώσει το κόστος από την αποξήρανση του καρπού, θα μειώσει τις απώλειες παραγωγής σαν αποτέλεσμα της πρώιμης ωριμότητας και θα περιορίσει την ακαρπία που είναι αποτέλεσμα του κακού συγχρονισμού της πτώσης της γύρης και της δεκτικότητας των νημάτων του σπάδικα (Tokatlidis et al., 2005). Οι ποικιλίες που είναι ανεξάρτητες της πυκνότητας, χαρακτηρίζονται σαν γενότυποι με υψηλή ομοιόσταση και σταθερή συμπεριφορά απόδοσης (Janick, 1999). Οι Tollenaar και Wu (1999) έδειξαν ότι η γενετική βελτίωση στο καλαμπόκι συνοδεύτηκε με μείωση της παραλλακτικότητας μεταξύ των φυτών κάτι που

33 Κεφάλαιο 2ο Ανασκόπηση Βιβλιογραφίας 33 συνδέεται με αυξημένη αντοχή στα στρες. Πρότειναν ότι εάν αυτή η σχέση είναι αποτελεσματική σε ένα εύρος περιβαλλόντων και γενοτύπων τότε η επιλογή για ομοιομορφία καλλιέργειας μπορεί να είναι ένα μέτρο για αύξηση της αντοχής σε περιβαλλοντικά στρες. Οι Fasoula και Fasoula (2000) έδωσαν έμφαση στο ότι η πραγματική ανάγκη του γεωργού είναι η δημιουργία density-independent καλλιεργειών, π.χ. καλλιέργειες που παράγουν τα μέγιστα σε ένα ευρύ φάσμα πυκνοτήτων σποράς. Η επιλογή για υψηλή απόδοση ανά φυτό, επεκτείνει το χαμηλότερο όριο του εύρους πυκνότητας για βέλτιστη παραγωγικότητα ενώ η επιλογή για αντοχή στα στρες επεκτείνει το ανώτερο όριο. Ο Duvick (1997) έδειξε ότι η απόδοση ανά φυτό στα υβρίδια καλαμποκιού που μεγαλώνουν στην χαμηλή πυκνότητα του 1 φυτού/m 2 δεν αυξήθηκε ούτε μειώθηκε κατά τη διάρκεια των τελευταίων 70 χρόνων. Αυτή η πυκνότητα πληθυσμού αντιπροσωπεύει τη συνθήκη ελάχιστου ανταγωνισμού κάτω από την οποία αναμένεται η μέγιστη απόδοση ανά φυτό. Παρόλο που τα υβρίδια διέφεραν πολύ στην ικανότητα απόδοσης, αυτές οι διαφορές δεν συνδέθηκαν με την χρονιά που δημιουργήθηκαν τα υβρίδια δείχνοντας πως δεν υπήρχε αύξηση στην παραγωγή καρπού με το πέρασμα του χρόνου όταν τα υβρίδια αναπτύσσονταν σε πολύ χαμηλές πυκνότητες πληθυσμού. Τις ίδιες τάσεις παρουσίασαν και παλιότερες έρευνες (Duvick, 1977, 1984a, 1992) που έδειχναν ότι τα παλιότερα υβρίδια απέδιδαν περισσότερο σε χαμηλές πυκνότητες τυπικές της εποχής τους ενώ τα νεότερα υβρίδια απέδιδαν περισσότερο σε υψηλότερες πυκνότητες. Τα νεότερα υβρίδια απέδωσαν ελάχιστα περισσότερο όταν φυτεύτηκαν σε μεγάλες πυκνότητες (7900 φυτά/στρέμμα) συγκριτικά με την συμπεριφορά τους στην ενδιάμεση πυκνότητα των 5400 φυτών/στρέμμα. Μια επιπλέον αναφορά, με υβρίδια που έφταναν μέχρι το 2001 (Duvick et al., 2004b) έδειξε ουσιαστικά τα ίδια αποτελέσματα. Οι βελτιωτές δεν αύξησαν σημαντικά το δυναμικό απόδοσης ανά φυτό παρόλο που αύξησαν το δυναμικό απόδοσης της καλλιέργειας ανά επιφάνεια. Αυτό δείχνει πως υπάρχει πιθανότητα στο μέλλον τα κέρδη σε απόδοση από την βελτίωση για προσαρμογή των φυτών σε μεγαλύτερες πυκνότητες θα έρθει με μικρότερα βήματα και/ή θα απαιτεί μεγαλύτερη προσπάθεια τουλάχιστον με την υπάρχουσα στρατηγική βελτίωσης. Παρόλο που η απόδοση ανά φυτό δεν άλλαξε, η απόδοση της καλλιέργειας των υβριδίων των τελευταίων ετών αυξήθηκε σημαντικά καθώς η πυκνότητα αυξήθηκε από τα 3000 στα 7900 φυτά/στρέμμα. Προφανώς οι βελτιωτές καλαμποκιού

34 Κεφάλαιο 2ο Ανασκόπηση Βιβλιογραφίας 34 επεκτείνανε αποτελεσματικά το ανώτερο όριο του εύρους πυκνότητας στην οποία επιτυγχάνεται η βέλτιστη παραγωγή επιλέγοντας για αυξημένη αντοχή στις καταπονήσεις. Ωστόσο, μην επιλέγοντας για αυξημένο παραγωγικό δυναμικό ανά φυτό, δεν μπόρεσαν να επεκτείνουν το χαμηλότερο όριο του εύρους της πυκνότητας για βέλτιστη απόδοση και για αυτό το λόγο, παρήγαγαν density-dependent υβρίδια. Θα πρέπει λοιπόν να γίνει μονάδα επιλογής και εκτίμησης το ατομικό φυτό που καλλιεργείται σε πολύ χαμηλή πυκνότητα που ελαχιστοποιεί τον συντελεστή παραλλακτικότητας-cv (Fasoula Tollenaar, 2005). Οι βελτιωτές αντιμετωπίζουν εύλογα δυσκολίες στο να προσαρμοστούν στην ιδέα της βελτίωσης της αντοχής σε υψηλές πυκνότητες επιλέγοντας σε χαμηλή πυκνότητα. Αυτό επιτυγχάνεται με την ανάλυση του παραγωγικού δυναμικού των φυτών στα τρία συστατικά που υπολογίζονται με ακρίβεια σε μικρές πυκνότητες σποράς (Fasoula και Fasoula 2000, 2003). Τα γονίδια που ελέγχουν το παραγωγικό δυναμικό εμπίπτουν σε τρεις κατηγορίες: η πρώτη κατηγορία γονιδίων υπολογίζεται με το μέσο όρο των απογόνων x και ελέγχει το δυναμικό απόδοσης ανά φυτό. Η δεύτερη κατηγορία γονιδίων μετριέται με τον τυποποιημένο μέσο όρο των απογόνων x /s και ελέγχει την αντοχή στις καταπονήσεις και κατ επέκταση την αντοχή σε μεγαλύτερες πυκνότητες. Επιπλέον αυτά τα γονίδια συμβάλλουν σε μια ομάδα σχετικών χαρακτηριστικών όπως είναι η σταθερότητα, η κληρονομικότητα, η ομοιομορφία της καλλιέργειας, αντοχή στην πυκνότητα και αντοχή στον ανταγωνισμό (Φασούλας, 2004). Η τρίτη κατηγορία γονιδίων μετριέται με το τυποποιημένο διαφορικό επιλογής (x sel - x /s) όπου x sel είναι η μέση απόδοση των επιλεγμένων φυτών σε μια δεδομένη ένταση επιλογής και ελέγχει την ικανότητα του γενοτύπου να εκμεταλλεύεται τις πρόσθετες εισροές. Η επιλογή σε πολύ χαμηλές πυκνότητες έδειξε πως αυξάνεται το δυναμικό απόδοσης ανά φυτό καθώς επίσης και η αντοχή στις καταπονήσεις (Fasoulas, 2000; Batzios et al., 2001; Abraham και Fasoulas, 2001; Ntanos και Roupakias, 2001). Οι πολύ χαμηλές πυκνότητες ευνοούν επιλογή για βαθύτερη και καλύτερη ανάπτυξη ριζών και κατ επέκταση επιλογή για ανθεκτικότητα σε ασθένειες των ριζών, πλάγιασμα, ξηρασία και καλύτερη πρόσληψη θρεπτικών. Για αυτό το λόγο, παρόλο που ως τώρα επιλογή για σταθερότητα συμπεριφοράς εκτελούνταν αποτελεσματικά κάτω από μεγάλες πυκνότητες δεν μπορούμε να αποκλείσουμε την πιθανότητα να επιτύχουμε παρόμοια ή καλύτερα αποτελέσματα όταν η επιλογή βασίζεται στα τρία γενετικά συστατικά του παραγωγικού δυναμικού σε πυκνότητες τέτοιες που

35 Κεφάλαιο 2ο Ανασκόπηση Βιβλιογραφίας 35 ελαχιστοποιούν το CV των αποδόσεων των ατομικών φυτών. Η πυκνότητα των φυτών δεν δημιουργεί ανταγωνισμό, απλά αυξάνει τις αιτίες του ανταγωνισμού οι οποίες είναι οι γενετικές και επίκτητες διαφορές και μειώνει την ομοιόσταση. Όταν η επιλογή για υψηλή ατομική ομοιόσταση με βάση τον τυποποιημένο μέσο επιτυγχάνεται αποτελεσματικά σε πυκνότητες που ελαχιστοποιούν το CV των ατομικών αποδόσεων των φυτών, η ανθεκτικότητα σε μεγάλες πυκνότητες αυτόματα συγχωνεύεται. Ποικιλίες ρυζιού και βαμβακιού ανθεκτικές σε πολλές περιβαλλοντικές καταπονήσεις έχουν δημιουργηθεί με επιλογή σε εξαιρετικά χαμηλή πυκνότητα από την F 2 εώς την F 6 γενιά (Fasoulas, 2000; Fasoula και Fasoula, 2000; Batzios et al., 2001). Οι Sangoi et al. (2002) εξέτασαν την συμπεριφορά τριών υβριδίων που ήταν αντιπροσωπευτικά των δεκαετιών του 1970, 1980 και 1990 σε τέσσερις πυκνότητες (2500, 5000, 7500 και φυτά/στρέμμα) κατά τη διάρκεια δυο καλλιεργητικών περιόδων. Παρόλο που τα νεότερα υβρίδια πέτυχαν μεγαλύτερη απόδοση σε πιο πυκνούς πληθυσμούς, είχαν απόδοση περίπου 10% λιγότερο στον αραιής πυκνότητας πληθυσμό των 2500 φυτών/στρέμμα από εκείνη των παλαιότερων υβριδίων, επιβεβαιώνοντας ότι τα νεότερα υβρίδια δεν υπερέχουν των παλιών σε δυναμικό απόδοσης ανά φυτό και επισήμαναν πως η βελτίωση της αντοχής στην αύξηση της πυκνότητας, επιτεύχθηκε ανά τον κόσμο, σαν αποτέλεσμα της επιλογής των καλύτερων υβριδίων σε πυκνοφυτεμένα χωράφια σε ένα ευρύ φάσμα περιοχών ελέγχου και δοκιμών. Η αδυναμία υπεροχής σε απόδοση των σύγχρονων υβριδίων σε χαμηλής πυκνότητας πληθυσμούς έχει αποδειχθεί σε έρευνες που αφορούν υβρίδια από διαφορετικές εποχές που έχουν αναφερθεί από τον Duvick και Cassman (1999), οι οποίοι σχολιάζουν: βάσει του καθορισμού του δυναμικού απόδοσης ως της απόδοσης που μπορεί να επιτευχθεί με ένα καλά προσαρμοσμένο υβρίδιο όταν αυτό αναπτύσσεται χωρίς την παρουσία οποιουδήποτε στρες, θεωρούμε πως υπάρχει μια αντικρουόμενη ένδειξη για να υποστηρίξουμε την υπόθεση πως το δυναμικό απόδοσης του καλαμποκιού έχει αυξηθεί. Οι Carlone και Russell (1987) μελέτησαν την ανταπόκριση 28 απλών υβριδίων χωρισμένα σε επτά ομάδες κάθε μια από τις οποίες αντιπροσώπευε μια διαφορετική περίοδο μέχρι το 1980, σε τρεις πληθυσμούς φυτών. Τα δεδομένα

36 Κεφάλαιο 2ο Ανασκόπηση Βιβλιογραφίας 36 έδειξαν κέρδος σε απόδοση καρπού το οποίο οφειλόταν αρχικά στην ικανότητα των νεότερων υβριδίων να εκμεταλλεύονται τον πυκνότερο πληθυσμό. Ο Cardwell (1982) υπολόγισε πως οι αυξημένες πυκνότητες φυτών καθώς και η εισαγωγή γενοτύπων καλαμποκιού που μπορούν να ανεχτούν και να επωφεληθούν από τις μεγαλύτερες πυκνότητες συνέβαλαν 21% στο κέρδος σε απόδοση των υβριδίων καλαμποκιού στην Μινεσότα από το Η υψηλή πυκνότητα φυτών αυξάνει τα εκφυλιστικά αποτελέσματα πολλών ειδών καταπονήσεωναβιοτικών και βιοτικών- και έτσι αυξάνει την ανάγκη για γενετική βελτίωση στην αντοχή στα στρες (Troyer, 1995). Πολλά πειράματα στα υβρίδια της Αμερικής που συνοψίστηκαν από τον Russell (1991), έδειξαν ότι οι ελεύθερα επικονιαζόμενες ποικιλίες και τα παλιότερα υβρίδια έδιναν τις υψηλότερες αποδόσεις τους σε μικρότερες πυκνότητες, τυπικές της εποχής τους, ενώ τα νεότερα υβρίδια παράγουν περισσότερο σε πυκνότητες πάντα μεγάλες, τυπικές των σύγχρονων χρόνων. Με άλλα λόγια, ένα υβρίδιο έδινε πάντα την υψηλότερη απόδοση, όταν αναπτυσσόταν σε πυκνότητες για τις οποίες είχε βελτιωθεί. Οι Fasoula και Tollenaar (2005) συνέκριναν τέσσερα υβρίδια δύο παλιά και δυο νεότερα (διπλά και απλά υβρίδια) σε ένα εύρος πυκνοτήτων από πολύ χαμηλή μέχρι πολύ υψηλή (0,5 φυτά/m 2 έως 24 φυτά/m 2 ). Τα δεδομένα δυο ετών σε οκτώ διαφορετικές πυκνότητες έδειξαν πως η βελτίωση της απόδοσης στις διάφορες περιόδους σχετίζεται με την βελτίωση της ομοιομορφίας της καλλιέργειας. Όταν η απόδοση της καλλιέργειας μεγιστοποιείται, ο συντελεστής παραλλακτικότητας που μετράει την ομοιομορφία μειώνεται με ανάλογό τρόπο. Η ομοιομορφία της καλλιέργειας είναι απαραίτητη για μεγιστοποίηση της απόδοσης (Tollenaar και Wu 1999, Janick 1999). Το να καταλάβει κανείς τους παράγοντες που συμβάλλουν στην ομοιομορφία της καλλιέργειας αντιπροσωπεύει το πιο κρίσιμο βήμα προς την επίτευξη της υψηλότερης απόδοσης. Οι Fasoula & Fasoula (1997, 2000) διαχώρισαν αυτούς τους παράγοντες σε επίκτητους και γενετικούς. Οι επίκτητοι παράγοντες που επηρεάζουν την ομοιομορφία της καλλιέργειας είναι: 1) η ανάγκη για πόρους και η ανόμοια κατανομή τους στο έδαφος, 2) η ανόμοια κατανομή των φυτών στο χωράφι, 3) το μη σύγχρονο φύτρωμα, αύξηση και ανάπτυξη των φυτών και 4) η αυξημένη πυκνότητα μεταξύ των φυτών. Οι γενετικοί παράγοντες που συμβάλλουν στην ανομοιομορφία

37 Κεφάλαιο 2ο Ανασκόπηση Βιβλιογραφίας 37 της καλλιέργειας είναι: 1) η χρήση γενετικά μη όμοιων (πολυγενοτυπικών) καλλιεργειών, 2) το μειωμένο παραγωγικό δυναμικό ανά φυτό, 3) η μειωμένη αντοχή στις καταπονήσεις και 4) η μειωμένη ικανότητα να εκμεταλλεύονται τις επιπλέον εισροές. Δεδομένα του Jugenheimer (1976) έδειξαν ότι η ομοιομορφία όπως μετριέται με τον συντελεστή παραλλακτικότητας (CV) του βάρους σπαδίκων ανά φυτό, σχετίζεται σημαντικά με την απόδοση (r=-0.99). Ο CV μειώνεται καθώς η απόδοση προοδευτικά αυξάνει. Το δεύτερο σημαντικό σημείο είναι ότι οι καθαρές σειρές, παρόλο που είναι γενετικά ομοιόμορφες έχουν την μικρότερη ομοιομορφία καλλιέργειας και αντοχή στην πυκνότητα καθώς και την μικρότερη απόδοση. Το υψηλό CV και η μειωμένη απόδοση της καλλιέργειας στις καθαρές σειρές δείχνει πως στο μέλλον οι προσπάθειες για βελτίωση καλαμποκιού θα πρέπει να δώσουν έμφαση στην παραγωγικότητα των καθαρών σειρών. Στην εργασία της Fasoula και Tollenaar (2005) συγκρίθηκαν το παλιό υβρίδιο (διπλό) με το νέο υβρίδιο (απλό) σε οκτώ περιβάλλοντα και προέκυψε ότι το νέο είναι πιο ανθεκτικό στις μεγάλες πυκνότητες όχι επειδή επιλέχθηκε σε υψηλή πυκνότητα αλλά επειδή είναι υβρίδιο μονογενοτυπικό απλής διασταύρωσης. Αντίθετα, το παλιότερο υβρίδιο είναι πολυγενοτυπικό διπλής διασταύρωσης και υπόκειται σε γενετικό ανταγωνισμό, γι αυτό και έχει χαμηλότερη απόδοση σε υψηλότερες πυκνότητες. Στην περίπτωση των απλών υβριδίων, μια αύξηση στην πυκνότητα των φυτών, αυξάνει την απόδοση και την ομοιομορφία της καλλιέργειας επειδή αυτά τα υβρίδια δεν υφίστανται γενετικό ανταγωνισμό. Αυτά τα δεδομένα συμφωνούν και με τα δεδομένα του Russell (1986) ο οποίος έδειξε ότι καθώς η πυκνότητα φυτών αυξήθηκε από 3 σε 6 φυτά/m 2 η απόδοση των απλών υβριδίων αυξήθηκε, ενώ η απόδοση των διπλών υβριδίων μειώθηκε σημαντικά. Στο καλαμπόκι η αντοχή στην πυκνότητα δεν επιλέχθηκε άμεσα αλλά ήταν το έμμεσο αποτέλεσμα της 1) αντικατάστασης πολυγενοτυπικών με μονογενοτυπικά υβρίδια και 2) της έντονης επιλογής των απλών υβριδίων σε διάφορες θέσεις για σταθερότητα συμπεριφοράς. Αυτό δείχνει τον ουσιαστικό ρόλο της γενετικής ομοιομορφίας και της γενετικής σταθερότητας στην βελτίωση της απόδοσης σε κάθε περίοδο. Σε δεδομένα της ίδιας εργασίας, η απόδοση των υβριδίων τεσσάρων διαφορετικών περιόδων εκφρασμένη επί τοις εκατό της καλύτερης, έδειξε ότι η πυκνότητα των φυτών δεν επηρέασε την κατάταξη των υβριδίων. Το γεγονός ότι η

38 Κεφάλαιο 2ο Ανασκόπηση Βιβλιογραφίας 38 πυκνότητα καθαυτή δεν επηρεάζει την κατάταξη των καλύτερων της εποχής τους υβριδίων είναι σημαντικό γιατί υποδηλώνει ότι η εκτίμηση και επιλογή μπορεί να εφαρμοστεί σε διαφορετικά επίπεδα πυκνότητας. Και ακολουθεί ένα κρίσιμο ερώτημα βελτίωσης: είναι η επιλογή εξίσου αποτελεσματική σε διαφορετικά επίπεδα πυκνότητας φυτών; Η απάντηση είναι αρνητική, επειδή τα διαφορετικά επίπεδα πυκνότητας επηρεάζουν διαφορετικά τον ανταγωνισμό ο οποίος μειώνει και την απόδοση ανά μονάδα επιφάνειας και την ανταπόκριση στην επιλογή. Ο ανταγωνισμός, για παράδειγμα η αλληλεπίδραση φυτού από φυτό για την όμοια κατανομή των πόρων μετριέται με τον συντελεστή παραλλακτικότητας (CV) των αποδόσεων των ατομικών φυτών (Fasoula και Fasoula, 1997, 2002). Ένα μεγάλο CV υποδηλώνει αυξημένο ανταγωνισμό για παράδειγμα ανόμοια κατανομή των πόρων του περιβάλλοντος μεταξύ των φυτών και κατ επέκταση μειωμένη ομοιομορφία καλλιέργειας και μειωμένη απόδοση καλλιέργειας. Υπάρχουν σοβαρές ενδείξεις ότι ο ανταγωνισμός μεταξύ των φυτών του ίδιου γενοτύπου σε πυκνότητες εμπορικής παραγωγής, είναι πολύ σημαντικός και το κέρδος από τον ανταγωνισμό αποτυγχάνει να αντισταθμίσει τις απώλειες (Pendleton και Seif, 1962; Glenn και Daynard, 1974; Hoekstra et al., 1985; Fasoula και Fasoula, 1997). Σαν συνέπεια, η απόδοση της καλλιέργειας μειώνεται καθώς τα κέρδη απόδοσης από τα μεγαλύτερα φυτά δεν αντισταθμίζουν τις απώλειες των μικρότερων φυτών. Οι Elmeades και Daynard (1979) εκτίμησαν το CV των αποδόσεων των ατομικών φυτών ενός απλού υβριδίου στις διάφορες πυκνότητες των 20, 15, 10 και 5 φυτών/m 2 και πέτυχε τις τιμές CV 107, 61, 27 και 14% αντίστοιχα. Οι τιμές αυτές και κατ επέκταση ο ανταγωνισμός μειώνονται σχεδόν γραμμικά καθώς πηγαίνουμε από την εξαιρετικά υψηλή στην χαμηλότερη πυκνότητα φυτών. Δεδομένα των Daynard και Muldoon (1983) έδειξαν ότι αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι καθώς πηγαίνουμε από την υψηλή πυκνότητα (12 φυτών/m 2 ) σε μέτρια πυκνότητα (6 φυτών/m 2 ) ο παρονομαστής (x ) του CV αυξάνεται σε μεγαλύτερο βαθμό συγκριτικά με τον αριθμητή (s), ο οποίος κυμαίνεται χαμηλά. Αυτή η μείωση της τυπικής απόκλισης σε συνθήκες αυξημένης πυκνότητας που είναι αποτέλεσμα αρνητικής συσχέτισης μεταξύ αποδοτικής και ανταγωνιστικής ικανότητας εντοπίστηκε από τους Kyriakou και Fasoulas (1985) και μετρήθηκε από την Fasoula (1990), κάνει δύσκολη την χρήση της τυπικής απόκλισης για τον καθορισμό της αξιοπιστίας των μέσων σε υψηλές πυκνότητες φυτών.

39 Κεφάλαιο 2ο Ανασκόπηση Βιβλιογραφίας 39 Επιπλέον, σε υψηλές πυκνότητες φυτών, η μεγάλη μείωση του x (μέση απόδοση των απογόνων) συγκρινόμενη με το s (τυπική απόκλιση των απογόνων) προβλέπει την παρουσία αρνητικής ψευδο-συσχέτισης μεταξύ x και CV το οποίο περιορίζει ταυτόχρονη επιλογή για υψηλή απόδοση φυτού με βάση τη μέση απόδοση των απογόνων και για σταθερή απόδοση ατομικών φυτών με βάση του CV των απογόνων. Βρέθηκε ότι οι υψηλές πυκνότητες φυτών μπορεί να καθιστούν μια ψευδή σχέση μεταξύ της μέσης απόδοσης των απογόνων και του συντελεστή παραλλακτικότητας των απογόνων η οποία δεν υφίσταται στις πολύ χαμηλές πυκνότητες. Η ψεύτικη αυτή συσχέτιση μεταξύ των x και CV των αποδόσεων των ατομικών φυτών των απογόνων μπορεί να εξηγήσει την αναποτελεσματικότητα της επιλογής ατομικού φυτού για υψηλή και σταθερή απόδοση κάτω από συνθήκες υψηλής πυκνότητας φυτών στις πρώτες γενιές. Πιθανώς, επιλέγοντας κάτω από συνθήκες ανταγωνισμού για υψηλή απόδοση ατομικού φυτού, κανείς έχει την εντύπωση πως επιλέγει επίσης και για μικρό CV, δηλαδή για αυξημένη σταθερότητα. Αυτή η θετική ψεύτικη συσχέτιση μεταξύ των αποδόσεων των ατομικών φυτών και της σταθερότητας, η οποία καλύπτεται κάτω από υψηλά επίπεδα ανταγωνισμού, καταδικάζει τις αξιόπιστες μετρήσεις τους (Fasoula και Tollenaar, 2005). Αντίθετα με αυτά, δεδομένα των Jensen και Cavalieri (1983) και Tollenaar και Lee (2002), δείχνουν μια τάση για αρνητική σχέση μεταξύ απόδοσης καρπού και σταθερότητα απόδοσης στα υβρίδια καλαμποκιού. Ωστόσο, η αρνητική σχέση μεταξύ απόδοσης και σταθερότητας είναι τόσο ασαφής που αυτά τα δύο δεν είναι αποκλειστικά. Για αυτό λοιπόν, για να συνδυάσουμε υψηλή και σταθερή απόδοση, η εκτίμηση των απογόνων θα πρέπει να διεξάγεται σε αποστάσεις φυτών που ελαχιστοποιούν το CV των ατομικών αποδόσεων των φυτών και περιορίζουν την ψεύτικη σχέση μεταξύ απόδοσης ατομικών φυτών και σταθερότητας. Η δεύτερη ανεπιθύμητη επίπτωση των μεγάλων πυκνοτήτων στην ανταπόκριση στην επιλογή είναι η μεγάλη μείωση των διαφορών των αποδόσεων μεταξύ των υβριδίων και κατ επέκταση η μείωση του διαφορικού επιλογής και της αποτελεσματικότητας. Αποτελέσματα των Fasoula και Tollenaar (2005) έδειξαν ότι οι αποδόσεις ανά φυτό στα νεότερα και στα παλιότερα υβρίδια μειώνεται καθώς αυξάνεται η πυκνότητα σποράς. Οι διαφορές των αποδόσεων ανά φυτό είναι μικρές στις μεγάλες πυκνότητες και αυξάνουν σημαντικά στις μικρές πυκνότητες. Προφανώς, η επιλογή γίνεται πιο αποτελεσματική στις πολύ χαμηλές πυκνότητες.

40 Κεφάλαιο 2ο Ανασκόπηση Βιβλιογραφίας 40 Ανεξέλεγκτη περιβαλλοντική και εδαφική παραλλακτικότητα μπορεί εύκολα να μετατρέψει μικρές διαφορές σε μη σημαντικές αλλά αυτό είναι απίθανο να συμβεί με τις μεγάλες διαφορές στις αποδόσεις των ατομικών φυτών που απαντώνται σε εξαιρετικά χαμηλές πυκνότητες. Αυτά τα δεδομένα επιβεβαιώνουν μαρτυρίες από άλλα πειράματα επιλογής στο καλαμπόκι που δείχνουν σημαντική βελτίωση της ανταπόκρισης σε πολύ χαμηλές πυκνότητες συγκριτικά με μεγάλες πυκνότητες. Όταν οι Hallauer και Sears (1969) εφάρμοσαν την δικτυωτή μέθοδο μαζικής επιλογής του Gardner σε πυκνότητα 6,25 φυτών/m 2 σε ελεύθερα επικονιαζόμενες ποικιλίες καλαμποκιού (Krug και Iowa Ideal) δεν πέτυχαν σημαντική βελτίωση στην απόδοση. Αντίθετα ο Gardner (1961, 1973) χρησιμοποιώντας την ίδια μεθοδολογία και επιλέγοντας σε χαμηλή πυκνότητα των 1,78 φυτών/m 2 στην ποικιλία Hays Golden πέτυχε ένα μέσο κέρδος 3% ανά κύκλο για 16 κύκλους επιλογής. Ο Lonnquist (1966), επιλέγοντας για πολυδυμία στην πυκνότητα των 1,78 φυτών/m 2 στην ποικιλία Hays Golden πέτυχε ένα κέρδος στην απόδοση της τάξης του 6,28% για τα πρώτα πέντε χρόνια επιλογής. Οι De Leon και Coors (2002) επέλεξαν για πολυδυμία στον πληθυσμό Golden Glow και κατάφεραν πέντε φορές υψηλότερη ανταπόκριση στην επιλογή ανά κύκλο για τον αριθμό σπαδίκων ανά φυτό σε πυκνότητα 1,5 φυτών/m 2 συγκριτικά με εκείνη των 7,3 φυτών/m 2. Οι Onenanyoli και Fasoulas (1989) εφάρμοσαν τα κυψελωτά σχέδια επιλογής στην εξαιρετικά χαμηλή πυκνότητα των 0,74 φυτών/m 2 στην F2 γενιά του υβριδίου καλαμποκιού Pioneer 3871 και πέτυχαν μέσο ετήσιο κέρδος στην επιλογή 13,2% για τα πρώτα τρία χρόνια. Το τρίτο ανεπιθύμητο αποτέλεσμα της πυκνότητας στην αποτελεσματικότητα επιλογής αφορά την δραστική μείωση της απόδοσης ανά φυτό. Στην ίδια εργασία (Fasoula και Tollenaar, 2005) καθώς η πυκνότητα αυξάνεται από 0,5 έως 24 φυτά/m 2 (οκτώ διαφορετικές πυκνότητες) η απόδοση ανά φυτό μειώνεται από 390 σε 29 γραμμάρια στο νεότερο απλό υβρίδιο και από 178 σε 18 στο παλιότερο διπλό υβρίδιο. Η απόδοση ανά φυτό σε υψηλές πυκνότητες μειώνεται τόσο σημαντικά που περιορίζει απογονικό έλεγχο σε πολλές τοποθεσίες σε τυπικές δοκιμές στις πρώτες γενιές επιλογής. Αντίθετα, η απόδοση ανά φυτό σε χαμηλή πυκνότητα μεγιστοποιείται και επιτρέπει απογονικό έλεγχο σε πολλές επαναλήψεις και σε πολλά περιβάλλοντα στην περιοχή που προορίζεται να προσαρμοστεί ξεκινώντας από την F2 κιόλας γενιά.

41 Κεφάλαιο 2ο Ανασκόπηση Βιβλιογραφίας 41 Πολυδυμία Ένας άλλος τρόπος για να αυξηθεί η παραγωγικότητα των καθαρών σειρών και κατ επέκταση των υβριδίων, είναι η βελτίωση της πολυδυμίας. Οι Tokatlidis et al. (2001) έδειξαν ότι βελτιώνοντας την πολυδυμία και την παραγωγικότητα των καθαρών σειρών, μετατρέπουμε σταδιακά τα density-dependent υβρίδια καλαμποκιού σε density-independent. Δώδεκα πολύδυμες και υψηλοαποδοτικές καθαρές σειρές επιλέχθηκαν για την δημιουργία έξι υβριδίων που ήταν στην ουσία με αλλαγμένη δομή καθώς προήλθαν όλα από το υβρίδιο PR Αυτά τα υβρίδια ήταν λιγότερο εξαρτώμενα από την πυκνότητα από το αρχικό υβρίδιο PR-3183 επειδή είχαν μεγαλύτερη παραγωγικότητα στην χαμηλή πυκνότητα ενώ είχαν όμοια συμπεριφορά στην ευνοϊκότερη πυκνότητα για την καλλιέργεια (Tokatlidis et al., 2001). Σε μια άλλη ερεύνα οι Tokatlidis et al. (2005) παρείχαν δεδομένα πως η υψηλότερη απόδοση ανά φυτό και η βελτιωμένη πολυδυμία των υβριδίων που επιλέχθηκαν σε χαμηλή πυκνότητα, αυξάνουν το εύρος της βέλτιστης πυκνότητας φυτών και καθιστούν τα υβρίδια καλαμποκιού λιγότερο εξαρτώμενα από την πυκνότητα. Αυτό επιβεβαιώνει και την πρόταση του Duvick (1997) για βελτίωση του δυναμικού απόδοσης ανά φυτό των υβριδίων καλαμποκιού επιλέγοντας σε συνθήκες χαμηλής πυκνότητας. Οι Prior και Russell (1975) βρήκαν πως τα πολύδυμα υβρίδια είχαν μεγαλύτερο εύρος βέλτιστης πυκνότητας για την απόδοση ενώ ένα μονοστέλεχος υβρίδιο που παράγει έναν μόνο σπάδικα είχε πιο στενό εύρος βέλτιστης πυκνότητας. Επιπλέον, επισήμαναν ότι τα πολύδυμα υβρίδια ανταποκρίνονται καλύτερα στην υψηλή πυκνότητα από τα μονοστέλεχα υβρίδια και/ή σε συνθήκες περιβαλλοντικών καταπονήσεων εξαιτίας της μεγαλύτερης αντοχής στην ακαρπία. Η πολυδυμία βρέθηκε να συνδέεται με μεγαλύτερες αποδόσεις και από τους Moll και Hanson (1984) και τους Singh et al. (1986). Η πολυδυμία η οποία συνδέεται με την απόδοση καρπού (Russell, 1984; Duvick, 1997) αυξάνεται επίσης κάτω από χαμηλή πυκνότητα. Για παράδειγμα, οι De Leon και Coors (2002) βρήκαν πως η ανταπόκριση στην επιλογή στον πληθυσμό καλαμποκιού Golden Glow για σπάδικες ανά φυτό ήταν 0,14 σπάδικες ανά κύκλο για την πολύ χαμηλή πυκνότητα των 1,5 φυτών/m 2 και μόνο 0,03 σπάδικες ανά κύκλο για την υψηλή πυκνότητα των 7,3 φυτών/m 2. Οι Russell και Machado (1978) συνέστησαν τα πλεονεκτήματα των πολύδυμων σειρών για την αύξηση των αποδόσεων των

42 Κεφάλαιο 2ο Ανασκόπηση Βιβλιογραφίας 42 υβριδίων και επισήμαναν πως οι πολύδυμες σειρές μπορούσαν είναι περισσότερο ικανές να παράγουν σπάδικες σε περιβάλλοντα με αντιξοότητες ενώ οι σειρές που παράγουν ένα σπάδικα αυξάνουν το φαινόμενο της ακαρπίας. Έρευνα έδειξε ότι η ομοιόσταση των απλών υβριδίων σε επίπεδο ατομικού φυτού για αντοχή στις υψηλές πυκνότητες μπορεί να αυξηθεί επιλέγοντας για πολυδυμία. Σύμφωνα με τον Tollenaar et al., (1992) το πιο σημαντικό πλεονέκτημα της πολυδυμίας μπορεί να μην προέρχεται από την παραγωγή περισσότερων σπαδίκων καθ αυτού αλλά μάλλον από την αποφυγή της ακαρπίας κάτω από συνθήκες έντονου ανταγωνισμού. Οι Maita και Coors (1996) και οι De Leon και Coors (2002) παρείχαν δεδομένα για τον πληθυσμό Golden Glow του καλαμποκιού όπου έδειχναν ότι η αυξημένη πολυδυμία προσδίδει μεγαλύτερο πλεονέκτημα κάτω από έντονο ανταγωνισμό. Τα αποτελέσματα αυτής της έρευνας μαζί με άλλες έρευνες ανά τον κόσμο με συγκρίσεις μεταξύ των καλύτερων και ευρέως καλλιεργούμενων υβριδίων (Russell, 1974, 1984; Castleberry et al., 1984; Duvick, 1984; Carlone και Russell, 1987; Derieux et al., 1987; Tollenaar et al., 1994, 2000), δείχνουν ότι υπάρχει ανάγκη για συνεχή βελτίωση των υβριδίων καλαμποκιού σε 1) αντοχή στις καταπονήσεις το οποίο είναι σύμφωνο με βελτίωση της αλληλεπίδρασης γενοτύπου-περιβάλλοντος, σταθερότητα απόδοσης και ομοιομορφία καλλιέργειας, 2) ανταπόκριση στα ευνοϊκά περιβάλλοντα και 3) το γενετικό δυναμικό απόδοσης καθαυτό το οποίο θα οδηγήσει σε υβρίδια καλαμποκιού που παράγουν ικανοποιητικά σε ένα εύρος πυκνοτήτων, συμπεριλαμβανομένου και των χαμηλών πυκνοτήτων φυτών. Τα παραπάνω χαρακτηριστικά ανταποκρίνονται στα τρία γενετικά συστατικά του παραγωγικού δυναμικού τα οποία μπορούν να βελτιωθούν αποτελεσματικά επιλέγοντας ταυτόχρονα στην περιοχή προσαρμογής σε χαμηλές πυκνότητες με βάση τις αντίστοιχες παραμέτρους (Fasoula και Fasoula, 2000).

43 43 ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΜΕΘΟΔΟΙ Στο κεφάλαιο αυτό αναφέρεται το φυτικό υλικό που χρησιμοποιήθηκε και ο τρόπος του πειραματισμού στο πείραμα αγρού για την εκτίμηση των τριών συστατικών του παραγωγικού δυναμικού: παραγωγικότητα, σταθερότητα συμπεριφοράς και προσαρμοστικότητα. ΦΥΤΙΚΟ ΥΛΙΚΟ Η επιλογή των εμπορικών, απλών υβριδίων καλαμποκιού έγινε κατόπιν έρευνας αγοράς στην περιοχή της Κεντρικής Μακεδονίας. Το πειραματικό υλικό αποτέλεσαν τα εξής 7 εμπορικά υβρίδια: DKC 6818 (FAO 700, DeKalb), Dracma (FAO 700, Syngenta), NK Factor (FAO 700, Syngenta), Mitic (FAO 650, Syngenta), Tietar (FAO 600, DeKalb), Simeto (FAO 600, DeKalb) και Maverik (FAO 550, Syngenta) τα οποία ήταν μια ευγενική προσφορά των εταιρειών DeKalb και Syngenta. Τα εμπορικά υβρίδια που χρησιμοποιήθηκαν στο πείραμά μας, συγκεντρώνουν τα εξής χαρακτηριστικά : 1. Dracma (Syngenta Seeds A.G.) με δείκτη FAO 700, βιολογικό κύκλο ημέρες και συνιστώμενη πυκνότητα φυτά/στρέμμα. Έχει άριστη φυτρωτική ικανότητα. Φυτό μεσαίου ύψους με όρθιο φύλλωμα και γερό στέλεχος, stay green, ανθεκτικό στις δυσμενείς επιπτώσεις των υψηλών θερμοκρασιών. Ρόκες ομοιόμορφες και τοποθετημένες χαμηλά, με εξαιρετικό δέσιμο πάνω στο καλάμι. Μεγάλη αντοχή των φυτών με μειωμένη εξατμισοδιαπνοή κατά το διάστημα που μεσολαβεί μεταξύ των ποτισμάτων. Βαθύ τριγωνικό σπυρί με υψηλό βάρος, ιδανικό για παραγωγή ζωοτροφής. Υβρίδιο σταθερό και εξαιρετικά αποδοτικό. 2. NK Factor (Syngenta Seeds A.G.) με δείκτη FAO 700, βιολογικό κύκλο 127 ημερών και συνιστώμενος πληθυσμός φυτών φυτά/στρέμμα. Υβρίδιο μεσοπρώιμο, με φυτό ψηλό και έκπτυξη ρόκας χαμηλά στο καλάμι.

44 Κεφάλαιο 3ο Υλικά και Μέθοδοι 44 Στέλεχος με έντονο πράσινο χρώμα και πλούσιο, ορθόφυλλο φύλλωμα. Άριστη φυτρωτική ικανότητα ακόμα και κάτω από αντίξοες καιρικές συνθήκες. Το σπυρί είναι πολύ βαθύ και έχει υψηλό ειδικό βάρος. Αν και ανήκει στην κατηγορία των 700 FAO αποβάλλει γρήγορα την υγρασία του. 3. Mitic (Syngenta Seeds A.G.) με δείκτη FAO 650, βιολογικό κύκλο 125 ημερών και συνιστώμενη πυκνότητα φυτά/στρέμμα. Κατάλληλο για πρώιμες και για όψιμες σπορές. Άριστη προσαρμογή σε όλους τους τύπους εδαφοκλιματικών συνθηκών, αξιοποιεί άριστα τα αμμουδερά και τα πιο μέτρια χωράφια, εξαιρετικό φύτρωμα, ομοιομορφία άνθισης, ταυτόχρονη ωρίμανση ταξιανθίας και φόβης με φυτά στο ίδιο ύψος. Πολύ υψηλό δυναμικό παραγωγής και συγκομιδή σε πολύ χαμηλά επίπεδα υγρασίας, κατάλληλο και για αποθήκευση ξερού σπόρου. Ρόκα μεγάλης διαμέτρου με λεπτό κότσαλο και σπόρια βαριά και μεγάλα, υψηλού ειδικού βάρους. 4. Tietar (DeKalb) με δείκτη FAO 600, βιολογικό κύκλο 118 ημερών και συνιστώμενη πυκνότητα 7500 φυτά/στρέμμα. Σχηματίζει φυτό κοντό με χοντρό στέλεχος και όρθια φύλλα έντονου πράσινου χρώματος. Έχει ρόκα ομοιόμορφη σταθερού μεγέθους με τέλειο γέμισμα και καρπό υψηλής ποιότητας και ειδικού βάρους. Άριστη ικανότητα γονιμοποίησης, σταθερά μεγάλες αποδόσεις σε διαφορετικές συνθήκες. Υψηλό δυναμικό παραγωγής, αντοχή στη ζέστη, την ξηρασία, άριστη ποιότητα καρπού και αντοχή στο πλάγιασμα. 5. Simeto (DeKalb) με δείκτη FAO 600, βιολογικό κύκλο 116 ημερών και συνιστώμενη πυκνότητα 7500 φυτά/στρέμμα. Πρόκειται για φυτό μέτριο έως υψηλό με πλούσιο φύλλωμα. Χοντρή ρόκα με μέσο ύψος με οδοντωτά σπειριά και σειρές. Προσαρμοστικότητα σε διάφορες πυκνότητες σποράς, καλό για πρώιμες σπορές. Ζωηρό φυτό με

45 Κεφάλαιο 3ο Υλικά και Μέθοδοι 45 ευρεία γεωγραφική προσαρμοστικότητα. Εξαιρετικά υψηλό δυναμικό παραγωγής και εναλλακτική χρήση ως καρπό και ως ενσίρωμα. 6. Maverik (Syngenta Seeds A.G.) με δείκτη FAO 550, βιολογικό κύκλο 115 ημερών και συνιστώμενη πυκνότητα φυτά/στρέμμα. Έχει εξαιρετική φυτρωτική ικανότητα και γρήγορη πρώτη ανάπτυξη. Πλούσιο ανοιχτό πράσινο φύλλωμα και ορθόφυλλη διάταξη. Ενδείκνυται και για παραγωγή ενσιρώματος υψηλής απόδοσης. Ανθεκτικό στον κόκκινο τετράνυχο. Ρόκα μακρόστενη με λεπτό κότσαλο τοποθετημένη χαμηλά στο καλάμι. Βαρύ, υαλώδες σπυρί, βαθύ και τριγωνικό, εξαιρετικά υψηλό ειδικό βάρος υψηλό δυναμικό παραγωγής με χαμηλή υγρασία στην συγκομιδή. 7. DKC 6818 (DeKalb) με δείκτη FAO 700, βιολογικό κύκλο ημερών και συνιστώμενη πυκνότητα 7500 φυτά/στρέμμα. Πρόκειται για φυτό μέτριο έως υψηλό με σπυρί οδοντωτό, έντονου χρώματος. Παρουσιάζει υψηλή παραγωγικότητα σε συνθήκες καλλιέργειας, ακόμη και σε μη ευνοϊκά περιβάλλοντα. ΕΔΑΦΙΚΕΣ ΑΝΑΛΥΣΕΙΣ Ένα μήνα πριν τη σπορά λήφθηκαν εδαφικά δείγματα από 28 θέσεις στο χωράφι σε βάθος 0-30 εκατοστών και εκατοστών. Έγινε η προετοιμασία των δειγμάτων (κοσκίνισμα με κόσκινο 2mm και ζύγισμα) για τις αναλύσεις. Αυτό που κυρίως ενδιέφερε, ήταν να βρεθεί σε ποιο επίπεδο βρισκόταν η γονιμότητα του εδάφους, τι υπολείμματα δηλαδή υπήρχαν από λίπανση των προηγούμενων ετών. Οι αναλύσεις έγιναν για τα στοιχεία άζωτο (N), φώσφορο (P) και κάλιο (K), τα τρία πιο βασικά θρεπτικά στοιχεία για την ανάπτυξη του καλαμποκιού. Βρέθηκε πως το έδαφος του χωραφιού -στο οποίο είχε προηγηθεί καλλιέργεια καλαμποκιού- ήταν εξαντλημένο από τα συστατικά αυτά (Παράρτημα 1).

46 Κεφάλαιο 3ο Υλικά και Μέθοδοι 46 Προσδιορισμός του αζώτου Το διαθέσιμο άζωτο (Ν) εκτιμήθηκε με τον προσδιορισμό του υπολειμματικού Ν-ΝΟ 3 με την μέθοδο 1 Ν KCl (Mulcaney, 1996). Πιο αναλυτικά, 10 g εδάφους, ανακινήθηκαν σε παλινδρομικό ανακινητήρα για 1 ώρα με 100mL KCl 1N. Ακολούθησε διήθηση και προσδιορισμός του Ν-ΝΟ3 με μέτρηση της απορρόφησης στα nm. Στα 210 nm απορροφούν τα νιτρικά και η διαλυτή οργανική ουσία ενώ στα 270 nm μόνο τα νιτρικά. Η απορρόφηση μετρήθηκε με φασματοφωτόμετρο Perkin Elmer Lambda 5. Προσδιορισμός του φωσφόρου Ο διαθέσιμος P εκτιμήθηκε με τη μέθοδο 0,5Ν NaHCO 3 (Kuo, 1996). 5 g εδάφους ανακινήθηκαν με 100 ml 0,5N NaHCO 3 ph:8,5 για 30 λεπτά. Ακολούθησε διήθηση και προσδιορισμός του φωσφόρου με την μέθοδο του ασκορβικού οξέος. Η απορρόφηση του φωσφομολυβδαινικού συμπλόκου προσδιορίστηκε με φασματοφωτόμετρο Perkin Elmer Lambda 5. Προσδιορισμός του καλίου Το διαθέσιμο Κ, προσδιορίστηκε με την μέθοδο του οξεικού αμμωνίου ph:7 (Helmke and Sparks, 1996). 5 g εδάφους ανακινήθηκαν με 50mL οξεϊκού NH 4 για 30 λεπτά. Ακολούθησε διήθηση και προσδιορισμός του Κ με φλογοφωτόμετρο. ΠΡΟΤΕΙΝΟΜΕΝΗ ΛΙΠΑΝΣΗ Με βάση τα αποτελέσματα των εδαφικών αναλύσεων (Παράρτημα 1), τη μηχανική σύσταση του εδάφους, τη μέση αναμενόμενη απόδοση του χωραφιού και αποτελέσματα σχετικών ερευνών θρέψης του καλαμποκιού, προέκυψε η εξής βασική λίπανση: 35 Kg / στρέμμα λιπάσματος Kg / στρέμμα νιτρική αμμωνία 40 Kg / στρέμμα θειικό κάλιο (K 2 SO 4 )

47 Κεφάλαιο 3ο Υλικά και Μέθοδοι 47 Αναλυτικότερα, πρόκειται για τα εξής λιπάσματα: κοκκώδες ΝΡ λίπασμα με παρεμποδιστή Νιτροποίησης του Αζώτου ENTEC, Το 25% του ολικού αζώτου υπήρχε με μορφή αμμωνιακού αζώτου (NH 4 -N) κατά 14% και με τη μορφή νιτρικού αζώτου (NO 3 -N) σε ποσοστό 11%. Το 15% πεντοξειδίου του φωσφόρου (P 2 O 5 ) βρισκόταν κατά 11% σε υδατοδιαλυτή μορφή και το υπόλοιπο διαλυτό σε ουδέτερο κιτρικό αμμώνιο. Επίσης το συγκεκριμένο λίπασμα περιείχε 1,6% ολικό θείο (S), εκ του οποίου το 1,3% υδατοδιαλυτό. Τέλος, το ίδιο λίπασμα περιείχε και 4% οξείδιο του ασβεστίου (CaO). Το λίπασμα αυτό είναι της εταιρείας COMPO Ελλάς Α. Ε. η κοκκώδης νιτρική αμμωνία 33,5-0-0, περιέχει το 50% του αζώτου σε αμμωνιακή μορφή (NH 4 -N) και το υπόλοιπο 50% σε νιτρική μορφή (NO 3 -N) και είναι ένα προϊόν της ΣΟΥΛΦΟΥΡ ΕΛΛΑΣ. Τέλος, το θειικό κάλιο (Potassium Sulfate) βρισκόταν με τη μορφή K 2 O κατά 50% και θείο με τη μορφή SO 3 κατά 46,5%, 100% υδατοδιαλυτό, προϊόν της εταιρείας ΖΙΚΟ Α. Ε. Η επιφανειακή λίπανση για να προκύψει το άριστο επίπεδο αζώτου στο έδαφος ήταν 10 Kg στο στρέμμα με τη μορφή νιτρικής αμμωνίας. Η ποσότητα αυτή προστέθηκε για το πείραμα της αραιής σποράς, μόνο γύρω από 25 από τα 28 σημεία της δειγματοληψίας, δηλαδή στα 25 φυτά και στα 6 γύρω τους φυτά με τα οποία σχηματίζουν μια πλήρη R7 επανάληψη. Για να υπολογιστεί το βάρος του λιπάσματος που θα έπεφτε ανά φυτό σε καθένα από τα 25*7=175 φυτά, υπολογίσαμε το εμβαδόν της επιφάνειας του εξαγώνου γύρω από το φυτό. Με βάση τον τύπο : E = d 2 3/2 =>E = 1,5 2 3/2=1,95m 2 κι έτσι προστέθηκαν γύρω από καθένα από τα 175 φυτά, 20 g νιτρικής αμμωνίας ως επιφανειακή λίπανση (Fasoulas A.C και V.A Fasoula., 1995).

48 Κεφάλαιο 3ο Υλικά και Μέθοδοι 48 Στο πείραμα της πυκνής σποράς (7142 φυτά/στρέμμα), που καταλάμβανε επιφάνεια 125,44 m 2 παρατηρήθηκε η συμπεριφορά των υβριδίων σε συνθήκες ανταγωνισμού επιλέχθηκε να προστεθεί όλη η λίπανση, βασική και επιφανειακή. Έτσι προστέθηκαν ομοιόμορφα 1,25 Kg αζώτου με τη μορφή νιτρικής αμμωνίας που αντιστοιχούσαν στην ποσότητα λιπάσματος που κάλυπτε τις ανάγκες λίπανσης της καλλιέργειας στη δεδομένη επιφάνεια. ΛΙΠΑΝΣΗ ΚΑΙ ΕΝΣΩΜΑΤΩΣΗ ΕΝΤΟΜΟΚΤΟΝΟΥ Μια εβδομάδα πριν την σπορά, έγινε η βασική λίπανση του χωραφιού (συνολικής έκτασης και των δυο πειραματικών τεμαχίων = 1872,64 m 2 ) καθώς επίσης και η προσθήκη και κατόπιν ενσωμάτωση με δισκοσβάρνα του εντομοκτόνου Χλωρπυριφός (Chlorpyriphos) 5% κοκκώδες. Πρόκειται για οργανοφωσφορικό εντομοκτόνο εδάφους, επαφής, στομάχου και αναπνοής που εφαρμόζεται πριν ή κατά τη διάρκεια της σποράς για καταπολέμηση εντόμων του εδάφους. ΠΕΙΡΑΜΑ ΕΚΤΙΜΗΣΗΣ ΤΟΥ ΠΑΡΑΓΩΓΙΚΟΥ ΔΥΝΑΜΙΚΟΥ Το πείραμα εγκαταστάθηκε στην αγροτική περιοχή Ελεούσας του Νομού Θεσσαλονίκης κατά τη διάρκεια της καλλιεργητικής περιόδου του Η σπορά έγινε στις 22 Απριλίου 2005 όταν η θερμοκρασία είχε σταθεροποιηθεί πάνω από τους 10 o C που θεωρείται η κατώτερη απαραίτητη για το φύτρωμα του καλαμποκιού. Το πειραματικό σχέδιο που χρησιμοποιήθηκε για τις συγκρίσεις των υβριδίων ήταν η κυψελωτή διάταξη R7 (Fasoula 1977, Fasoulas και Fasoula 1995) με 28 γραμμές των 32 φυτών η καθεμία, δηλαδή ο συνολικός αριθμός των φυτών ήταν 896 και ο αριθμός επαναλήψεων για το κάθε υβρίδιο ήταν 128. Το πειραματικό αυτό σχέδιο, εφαρμόστηκε σε δύο διαφορετικές πυκνότητες. Στην πρώτη, την αραιή σπορά, τα φυτά απείχαν 1,5 m μεταξύ τους επάνω στην γραμμή και 1,3 m οι γραμμές μεταξύ τους. Έτσι η συνολική έκταση του πρώτου πειράματος ήταν 1747,2 m 2 με 512

49 Κεφάλαιο 3ο Υλικά και Μέθοδοι 49 φυτά/στρέμμα. Στην πυκνή σπορά που προσεγγίζει τις συνθήκες γεωργού, τα φυτά απείχαν μεταξύ τους 0,4 m επάνω στην γραμμή και 0,35 m οι γραμμές μεταξύ τους. Η συνολική έκταση του δεύτερου πειράματος ήταν 125,44 m 2 με πυκνότητα σποράς 7142 φυτά/στρέμμα. 32 φυτά στη γραμμή 28 γραμμές Κατά τη σπορά, δόθηκε σε κάθε υβρίδιο ένας κωδικός αριθμός σύμφωνα με το πειραματικό σχέδιο και τον δείκτη FAO και βάσει αυτού θα τα αναφέρουμε από εδώ και στο εξής. Το πειραματικό σχέδιο με την κυψελωτή διάταξη R-7, ξεκινά με το υβρίδιο με κωδικό 7 και παρακάτω αναφέρουμε με τη σειρά τους κωδικούς. 7. DKC Dracma 2. NK Factor 3. Mitic 4. Tietar 5. Simeto 6. Maverik Οι σπόροι των επτά υβριδίων καλαμποκιού τοποθετήθηκαν με συγκεκριμένη σειρά στην σποροθήκη των επτά θέσεων και κατόπιν έγινε η σπορά με ένα φυτευτήρι, ρίχνοντας από τρεις σπόρους σε κάθε λάκκο σε βάθος 2-3 cm. Δύο μέρες αργότερα, έγινε ψεκασμός στα περιθώρια του χωραφιού με Roundup για την καταπολέμηση των ζιζανίων. Ακολούθησε ζεστός καιρός και μια εβδομάδα αργότερα, τα πρώτα φυτά άρχισαν να εμφανίζονται στο χωράφι. Οι απώλειες που είχαμε κατά το φύτρωμα ήταν ελάχιστες. Στο πειραματικό τεμάχιο της αραιής σποράς, δεν φύτρωσε κανένας από τους τρεις σπόρους σε 36 από τις 896 θέσεις (ποσοστό φυτρώματος 96%) ενώ στην πυκνή σπορά οι απώλειες ήταν ακόμη

50 Κεφάλαιο 3ο Υλικά και Μέθοδοι 50 μικρότερες με 17 μόνο θέσεις από τις 896 να μην έχουν φυτό (ποσοστό φυτρώματος 98%). Δυο εβδομάδες μετά τη σπορά, ακολούθησε βροχή που ευνόησε ιδιαίτερα την ανάπτυξη των υβριδίων. Αφού τα μικρά φυτάρια είχαν εγκατασταθεί καλά, ακολούθησε το αραίωμα και παρέμεινε ένα φυτό ανά θέση. Όπως προαναφέρθηκε, η λίπανση χωρίστηκε σε βασική και επιφανειακή. Η βασική προστέθηκε πριν την σπορά με ενσωμάτωση και στα δυο πειραματικά τεμάχια. 40 ημέρες περίπου μετά την σπορά προστέθηκε η επιφανειακή λίπανση γύρω από τις 25 επτάδες φυτών στην αραιή σπορά. Σε καθεμιά από την ομάδα των επτά φυτών έχουμε το χαρακτηριστικό ότι εμφανίζονται από μια φορά και τα επτά υβρίδια. Σε απόσταση 20 cm περιφερειακά του κάθε φυτού, προστέθηκαν 20 g νιτρικής αμμωνίας και ενσωματώθηκε με μια τσουγκράνα. Παράλληλα, προστέθηκε ομοιόμορφα σε όλο το πειραματικό τεμάχιο της μεγάλης πυκνότητας η επιφανειακή λίπανση. Σε όλη τη διάρκεια της ανάπτυξης των φυτών, έγιναν οι απαραίτητες καλλιεργητικές φροντίδες που απέβλεπαν στην μεγιστοποίηση της απόδοσης. Για την καταπολέμηση των ζιζανίων έγινε στην αραιή σπορά ψεκασμός με Roundup 2 φορές και άλλες 4 φορές τσάπισμα. Στην πυκνή σπορά δεν έγινε παρά μόνο δύο φορές τσάπισμα, καθώς οι μικρές αποστάσεις μεταξύ των υβριδίων καλαμποκιού δεν επέτρεπε την ανάπτυξη πολλών ζιζανίων. Η άρδευση του χωραφιού γινόταν με κατάκλυση. Τα ποτίσματα ξεκίνησαν στα τέλη Ιουνίου (24/06/2005) και στην συνέχεια επαναλαμβανόταν κάθε 15 ημέρες περίπου. Συνολικά έγιναν 5 ποτίσματα. Στα τέλη του Σεπτέμβρη με αρχές Οκτώβρη, έγινε η συγκομιδή των σπαδίκων των φυτών. Οι σπάδικες από κάθε φυτό κόβονταν με το χέρι και τοποθετούνταν σε ένα διχτάκι με τον κωδικό του κάθε φυτού που αποτελούνταν από τον αριθμό της γραμμής, τον αριθμό του φυτού επάνω στην γραμμή και τον κωδικό του κάθε υβριδίου.