ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ ΕΙΔΙΚΕΥΣΗ ΓΕΝΕΤΙΚΗΣ ΒΕΛΤΙΩΣΗΣ ΦΥΤΩΝ, ΑΓΡΟΚΟΜΙΑΣ ΚΑΙ ΖΙΖΑΝΙΟΛΟΓΙΑΣ

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ ΕΙΔΙΚΕΥΣΗ ΓΕΝΕΤΙΚΗΣ ΒΕΛΤΙΩΣΗΣ ΦΥΤΩΝ, ΑΓΡΟΚΟΜΙΑΣ ΚΑΙ ΖΙΖΑΝΙΟΛΟΓΙΑΣ ΑΓΡΟΝΟΜΙΚΗ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΣΕΙΡΩΝ ΜΑΛΑΚΟΥ ΣΙΤΑΡΙΟΥ (Triticum aestivum (L.) em Thell) ΠΟΥ ΠΡΟΗΛΘΑΝ ΑΠΟ ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΗ ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΑ ΓΕΓΗΣΙΑΝ ΠΤΥΧ. ΓΕΩΠΟΝΙΑΣ Α.Π.Θ. ΕΠΙΒΛΕΠΟΥΣΑ: Ε. ΓΟΥΛΗ-ΒΑΒΔΙΝΟΥΔΗ ΑΝΑΠΛ. ΚΑΘΗΓΗΤΡΙΑ Α.Π.Θ. ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 2008

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ ΕΙΔΙΚΕΥΣΗ ΓΕΝΕΤΙΚΗΣ ΒΕΛΤΙΩΣΗΣ ΦΥΤΩΝ, ΑΓΡΟΚΟΜΙΑΣ ΚΑΙ ΖΙΖΑΝΙΟΛΟΓΙΑΣ ΑΓΡΟΝΟΜΙΚΗ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΣΕΙΡΩΝ ΜΑΛΑΚΟΥ ΣΙΤΑΡΙΟΥ (Triticum aestivum (L.) em Thell) ΠΟΥ ΠΡΟΗΛΘΑΝ ΑΠΟ ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΗ ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΑ ΓΕΓΗΣΙΑΝ ΠΤΥΧ. ΓΕΩΠΟΝΙΑΣ Α.Π.Θ. ΕΠΙΒΛΕΠΟΥΣΑ: Ε. ΓΟΥΛΗ-ΒΑΒΔΙΝΟΥΔΗ ΑΝΑΠΛ. ΚΑΘΗΓΗΤΡΙΑ Α.Π.Θ. ΕΞΕΤΑΣΤΙΚΗ ΕΠΙΤΡΟΠΗ: Ε. ΓΟΥΛΗ-ΒΑΒΔΙΝΟΥΔΗ ΑΝΑΠΛ. ΚΑΘΗΓΗΤΡΙΑ Α.Π.Θ. Δ. ΡΟΥΠΑΚΙΑΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ Α.Π.Θ. Μ. ΚΟΥΤΣΙΚΑ-ΣΩΤΗΡΙΟΥ ΚΑΘΗΓΗΤΡΙΑ Α.Π.Θ. ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 2008 2

Ευχαριστίες Εκφράζω τις ειλικρινείς ευχαριστίες μου στην Επιβλέπουσα Αναπληρώτρια Καθηγήτρια κ. Ευδοκία Γουλή-Βαβδινούδη για την συνεχή και αμέριστη υποστήριξή της καθ όλη τη διάρκεια των εργασιών του πειράματος και της συγγραφής της διατριβής. Εκφράζω, επίσης, ευχαριστίες στα μέλη της εξεταστική επιτροπής καθηγητές κ. Μεταξία Κούτσικα-Σωτηρίου και κ. Δημήτριο Ρουπακιά για την κριτική ανάγνωση της διατριβής και τις ουσιαστικές υποδείξεις τους. Ακόμη, ευχαριστώ ιδιαιτέρως το φυτοκόμο κ. Βασίλειο Φαμπρίκη για τη βοήθειά του στις διάφορες καλλιεργητικές φροντίδες του πειράματος στον αγρό, το Ινστιτούτο Σιτηρών και συγκεκριμένα τον κ. Ντάνο για τη παραχώρηση του αγρού στην Νέα Ζωή και τον κ. Κωνσταντίνο Μπλαδενόπουλο για την πολύτιμη βοήθειά του στην ανάλυση των αποτελεσμάτων του πειράματος. Τέλος, ευχαριστώ τους γονείς μου Φώτη και Βασιλική για τη στήριξή τους σε όλα τα χρόνια των σπουδών μου. 3

Περιεχόμενα Υπόμνημα... 7 1. Εισαγωγή....8 2. Ανασκόπηση.....11 2.1 Η καλλιέργεια του σιταριού... 11 2.1.1. Ιστορικά στοιχεία....11 2.1.2. Βοτανική ταξινόμηση και εξέλιξη...11 2.1.3. Εξάπλωση και οικονομική σημασία της καλλιέργειας... 12 2.1.4. Τρόπος κληρονόμησης αγρονομικών και ποιοτικών χαρακτηριστικών...18 2.2. Μέθοδοι βελτίωσης 21 2.2.1. Μέθοδος της καθαρής σειρά (Pure line method)....22 2.2.2. Μέθοδος της μαζικής επιλογής (Mass selection method)......22 2.2.3. Μέθοδος του μικτού πληθυσμού (Bulk method)....24 2.2.4. Μέθοδος της γενεαλογική επιλογής (Pedigree method).24 2.2.5. Μέθοδος καταγωγής από μεμονωμένο σπόρο (Single seed descent method)...26 2.2.6. Μέθοδος της κυψελωτής γενεαλογικής επιλογής (Honeycomb pedigree selection) 26 2.2.7. Συγκριτικά αποτελέσματα των διαφόρων μεθόδων 28 2.3. Μέθοδοι παραγωγής διαπλοειδών φυτών...29 2.3.1. Παραγωγή απλοειδών φυτών με παρθενογένεση ή απογαμία 30 2.3.2. Παραγωγή απλοειδών φυτών με καλλιέργεια ωοθηκών.31 2.3.3. Παραγωγή απλοειδών φυτών με καλλιέργεια ανθήρων και μικροσπορίων 32 4

2.3.3.1. Παράγοντες που επηρεάζουν την παραγωγή απλοειδών φυτών πριν από την ανθηροκαλλιέργεια.....32 2.3.3.2. Παράγοντες που επηρεάζουν την παραγωγή απλοειδών φυτών κατά την in vitro καλλιέργεια ανθήρων.35 2.3.3.3. Η επίδραση του γενότυπου στην αντίδραση στην ανθηροκαλλιέργεια 36 2.3.4. Παραγωγή απλοειδών φυτών με τις μεθόδους χρωμοσωμικής απάλειψης..38 2.3.4.1. Οι in vivo παράγοντες που επηρεάζουν την παραγωγή απλοειδών φυτών με τη μέθοδο του καλαμποκιού...40 2.3.4.2. Οι in vitro παράγοντες που επηρεάζουν την παραγωγή απλοειδών φυτών με τη μέθοδο του καλαμποκιού...42 2.3.5. Σύγκριση των μεθόδων παραγωγής απλοειδών φυτών...43 2.4. Χρησιμότητα των διαπλοειδών φυτών στη βελτίωση......44 2.4.1. Διάρκεια βελτιωτική διαδικασίας 44 2.4.2. Γενεά εκκίνησης..45 2.4.3. Σύγκριση διαπλοειδών σειρών από in vitro μεθόδους με σειρές που προήλθαν από κλασικές μεθόδους βελτίωσης....46 3. Υλικά και μέθοδοι....51 3.1 Γενικά..51 3.2. Χαρακτηριστικά των ποικιλιών 57 3.3 Στατιστική επεξεργασία των αποτελεσμάτων....59 4. Αποτελέσματα.....60 4.1 Ανάλυση παραλλακτικότητας.60 4.2 Σύγκριση της κατάταξης των υλικών στις δύο περιοχές.62 4.3 Βλαστική περίοδος..63 4.4 Αριθμός φυτών πριν το αδέλφωμα..67 5

4.5 Αριθμός φυτών μετά το αδέλφωμα. 71 4.6 Ποσοστό αδελφώματος...73 4.7 Αριθμός γόνιμων αδελφιών. 77 4.8 Ύψος...80 4.9 Μήκος στάχυ...85 4.10 Αριθμός σταχυδίων / στάχυ...89 4.11 Αριθμός κόκκων / στάχυ...93 4.12 Αριθμός κόκκων / σταχύδιο..97 4.13 Απόδοση..100 4.14 Βάρος 1000 κόκκων....104 4.15 Εκατολιτρικό βάρος 108 4.16 Πρωτεΐνη.114 5. Συζήτηση....119 5.1 Συγκριτική αξιολόγηση διαπλοειδών σειρών... 119 6. Συμπεράσματα...127 Περίληψη....129 Summary 131 Βιβλιογραφία.. 133 6

Υπόμνημα DH: Διαπλοειδή (Doubled Haploids) AC: Ανθηροκαλλιέργεια (Anther Culture) MP: Μέθοδος του καλαμποκιού (Maize Pollination) PS: Γενεαλογική επιλογή (Pedigree Selection) SSD: Single Seed Descent (Μέθοδος καταγωγής από μεμονωμένους σπόρους) ΜxΧ: Μύκονος x Χίος SCxΑ: Siete Cerros x Αχελώος ΠxKVZ: Πηνειός x KVZ ΠxΑ: Πηνειός x Αχελώος ΑxKVZ: Αχελώος x KVZ ΑxΒ: Αχελώος x Βεργίνα 7

1. Εισαγωγή Το σιτάρι ήταν το πρώτο φυτό που καλλιεργήθηκε από τον άνθρωπο. Καθόσον η καλλιέργεια του άρχισε από τους προϊστορικούς χρόνους, δεν μπορεί να προσδιοριστεί με βεβαιότητα η καταγωγή του και η περιοχή στην οποία καλλιεργήθηκε για πρώτη φορά. Αποτελεί το πιο διαδεδομένο καλλιεργούμενο σιτηρό στον κόσμο και καλύπτει περίπου το 75% της παγκόσμιας παραγωγής των χειμερινών σιτηρών. Σε όρια εξάπλωσης υστερεί μόνο έναντι του κριθαριού, που καλλιεργείται σε κάπως μεγαλύτερα υψόμετρα. Από τα σιτηρά προσλαμβάνουμε το σύνολο σχεδόν των φυτικών πρωτεϊνών και σε αυτά βασίζεται κατά κύριο λόγο η παραγωγή ζωικών προϊόντων, πρωτεϊνών κυρίως, που συμπληρώνουν το διαιτολόγιό μας. Το 35% - 40% της καλλιεργήσιμης έκτασης του πλανήτη καλύπτεται κάθε χρόνο με σιτηρά, τα οποία συνεισφέρουν περισσότερο από το 20 % στο παγκόσμιο ακαθάριστο προϊόν (Γκόγκας, 2005). Έχουν δημιουργηθεί πολλές ποικιλίες σιταριού σε όλο τον κόσμο. Διαφέρουν μεταξύ τους ως προς το ύψος, τη μορφολογία του στάχεος, την ύπαρξη ή μη αγάνων, την ικανότητα αδελφώματος και σκληραγώγησης στις χαμηλές θερμοκρασίες, την πρωιμότητα άνθησης και ωρίμανσης, την αντοχή στο πλάγιασμα, την ποιότητα των σπόρων και κυρίως την απόδοση. Η αύξηση της απόδοσης μπορεί να επιτευχθεί είτε με την δημιουργία υβριδίων είτε νέων ποικιλιών (καθαρές σειρές) (Παπακώστα, 1996). Πολλοί βελτιωτές στράφηκαν στη δημιουργία υβριδίων σιταριού, όπως και στο καλαμπόκι, θεωρώντας ότι μπορεί να προέλθει αύξηση των αποδόσεων από 20 έως 30 %. Η παραγωγή υβριδίων στο σιτάρι είναι πολύ πιο δύσκολη σε σχέση με το καλαμπόκι, γιατί το σιτάρι έχει τέλεια, μικρά άνθη που δύσκολα τα χειρίζεται ο βελτιωτής. Το πρώτο βήμα για την παραγωγή υβριδίων σε εμπορική κλίμακα είναι η δημιουργία ανδρόστειρων καθαρών σειρών, με γονίδιο επαναφοράς της γονιμότητας, ώστε οι απόγονοι να παράγουν γύρη απαραίτητη για την επικονίαση. Η διάδοση των υβριδίων είναι ακόμα περιορισμένη. Η δυσκολία έγκειται στην εύρεση του κατάλληλου γονίδιου επαναφοράς της γονιμότητας και της μεγάλης ποσότητας σπόρου που απαιτείται για τη σπορά ενός στρέμματος για εμπορική παραγωγή. Επίσης δεν έχει επιτευχθεί η αναμενόμενη αύξηση στην απόδοση. Στις περισσότερες 8

περιπτώσεις το κόστος παραγωγής του σπόρου δεν αντισταθμίζεται από την αύξηση των αποδόσεων. Λόγω των προαναφερθέντων προβλημάτων πολλοί ερευνητές πιστεύουν ότι η αύξηση των αποδόσεων θα προέλθει από τη δημιουργία νέων ποικιλιών. Η δημιουργία νέων ποικιλιών είναι μια διαδικασία που απαιτεί τουλάχιστον πέντε κύκλους επιλογής και δυο γενεές αξιολόγησης σε συγκριτικά πειράματα. Η μακρόχρονη αυτή βελτιωτική διαδικασία θα μπορούσε να επιταχυνθεί κατά τρία τουλάχιστον χρόνια με την εφαρμογή κατάλληλων βιοτεχνολογικών προσεγγίσεων. Η παραγωγή απλοειδών φυτών από υβρίδια, ακολουθούμενη από χρωμοσωμικό διπλασιασμό, παρέχει στους βελτιωτές του σιταριού ένα μέσο επίσπευσης της διαδικασίας ανάπτυξης βελτιωμένων σειρών. Τα πλεονεκτήματα της χρησιμότητας των διαπλοειδών φυτών σιταριού έχουν κατανοηθεί από την αρχή της ανακάλυψης της μεθόδου (Gaines και Aase, 1926). Παρ όλα αυτά, η τεχνική παραγωγής απλοειδών στο σιτάρι ξεκίνησε τη δεκαετία του 1970 με την ανθηροκαλλιέργεια (Chu κ.α., 1973, Ouyang κ.α., 1973, Picard και De Buyser, 1973, Wang κ.α., 1973). Από τότε, άλλες τεχνικές έχουν αναπτυχθεί με σκοπό την παραγωγή απλοειδών φυτών σιταριού : η τεχνική του Hordeum bulbosum χρησιμοποιήθηκε για ορισμένους γενοτύπους (Barclay, 1975) και η μέθοδος της διασταύρωσης σιταριού με καλαμπόκι είχε επιτυχία σε μεγάλη κλίμακα γενοτύπων μαλακού (Laurie και Bennett, 1988) και σκληρού σιταριού (O Donoughue και Bennet, 1994α, Savaskan κ.α., 1997, Cherkaoui κ.α., 2000). Με τη μέθοδο αυτή εξαλείφεται το πρόβλημα της περιορισμένης ανδρογενετικής ικανότητας ορισμένων γενοτύπων (Kisana κ.α., 1993). Περιορισμένος αριθμός απλοειδών μπορούν επίσης να παραχθούν χρησιμοποιώντας ακτινοβολημένη γύρη (Natarajan και Swaminathan, 1958, Snape κ.α., 1983) και καλλιέργεια ωοθηκών (Zhu και Wu, 1979, Yan κ.α., 1979). Από το 1973, έχουν γίνει πολλές μελέτες για την βελτίωση των συνθηκών της in vitro καλλιέργειας με αποτέλεσμα η συχνότητα πρόκλησης εμβρύων σιταριού από ανθήρες να αυξηθεί από 0,5 με 3,4% (Chu κ.α., 1973, Ouyang κ.α., 1973, Picard και De Buyser, 1973) σε 20-50% (Henry και De Buyser, 1990). Για να χρησιμοποιηθούν στη βελτιωτική διαδικασία οι διαπλοειδείς (DH) σειρές που δημιουργούνται με την τεχνική της ανθηροκαλλιέργειας (AC) και της μεθόδου του καλαμποκιού (MP) θα πρέπει να προσφέρουν την ίδια ή καλύτερη συμπεριφορά με τις σειρές που προέρχονται από τις κλασικές μεθόδους βελτίωσης (Mitchell κ.α., 1992). Επιπλέον, θα πρέπει οι απόγονοί 9

τους να διακρίνονται για την ομοιογένεια και τη σταθερότητα συμπεριφοράς τους (Hu και Kasha, 1997). Από τη συγκριτική αξιολόγηση των DH σειρών με σειρές που προήλθαν από κλασικές μεθόδους βελτίωσης, όπως η μέθοδος της γενεαλογικής επιλογής (PS) και η μέθοδος καταγωγής από μεμονωμένους σπόρους (SSD), προκύπτει ότι μπορούν να παραχθούν καθαρές σειρές από τις in vitro μεθόδους οι οποίες είναι ισοδύναμες με αυτές που προκύπτουν από τις κλασικές μεθόδους (Γουλή κ.α., 2002, 2004, Ma κ.α., 1999, Inagaki κ.α., 1998, Guzy-Wrobelska, 2003). Σκοπός του πειράματος ήταν : η συγκριτική αξιολόγηση διαπλοειδών (DH) σειρών από ανθηροκαλλιέργεια (AC), τη μέθοδο του καλαμποκιού (MP) και F 8 σειρών που προήλθαν από κυψελωτή γενεαλογική επιλογή (PS), απουσία ανταγωνισμού, σε έξι διασταυρώσεις μαλακού σιταριού. 10

2. Ανασκόπηση 2.1 Η καλλιέργεια του σιταριού 2.1.1. Ιστορικά στοιχεία Οι ιστορίες της καλλιέργειας του σιταριού και του ανθρώπινου πολιτισμού εξελίσσονται παράλληλα εδώ και 10.000 χρόνια τουλάχιστον, από τότε δηλαδή που ο άνθρωπος επιχείρησε για πρώτη φορά με επιτυχία να παράξει τρόφιμα. Στην πορεία της εξημέρωσής του το σιτάρι έχασε την ικανότητα της διασποράς των σπόρων του (εύθραυστη ράχη) και του λήθαργου, με αποτέλεσμα η καλλιέργεια και η διατήρηση των ποικιλιών που έχουν δημιουργηθεί να εξαρτάται αποκλειστικά από τον άνθρωπο. Όμως ο άνθρωπος βελτίωσε το φυτό αυτό σε τέτοιο βαθμό ώστε να είναι σήμερα το περισσότερο διαδεδομένο στον πλανήτη (Γκόγκας, 2005). Η παραγωγή και η χρησιμοποίηση του σιταριού είναι στενά συνδεδεμένα με την ανάπτυξη της γεωργίας και του πολιτισμού. Μερικές αρχαιολογικές αποδείξεις προτείνουν ότι η χρησιμοποίηση του σιταριού ξεκίνησε το 15.000 π.χ. (Harlan, 1981). Με την εξημέρωση του σιταριού, η παραγωγή τροφής αυξήθηκε σε ικανοποιητικές ποσότητες έτσι ώστε να είναι δυνατή η εγκατάσταση κοινοτήτων, η ανάπτυξη θρησκευτικών και πολιτισμικών εθίμων καθώς και η αύξηση του πληθυσμού. Το σιτάρι αποτελεί μεγάλη πηγή ενέργειας, πρωτεΐνης και φυτικών ινών στην ανθρώπινη διατροφή. Το πρώτο άζυμο ψωμί πιστεύεται ότι φτιάχτηκε στην Νεολιθική Εποχή και από τα πρώτα Αιγυπτιακά χρόνια το σιτάρι έχει επεξεργαστεί μέσω της ζύμωσης σε ψωμί διαφόρων τύπων (Gooding και Davis, 1997). 2.1.2. Βοτανική ταξινόμηση και εξέλιξη Το σιτάρι ανήκει στο γένος Triticum. Η κατάταξη των ειδών του γένους γίνεται με βάση τις ομάδες χρωμοσωμάτων που περιέχουν. Το γένος Triticum έχει τρεις κύριες ομάδες χρωμοσωμάτων τις A, B, και D. Ανάλογα με τον αριθμό των ομάδων διακρίνουμε τα είδη σε διπλοειδή AA (2n=14), τετραπλοειδή AABB (2n=28) και εξαπλοειδή AABBDD (2n=42). Αναφέρεται, επίσης, και μία τέταρτη ομάδα χρωμοσωμάτων η G, η οποία μοιάζει αρκετά με 11

την B και προσδιορίστηκε στο είδος Triticum timopheevi, με γένωμα AAGG. Το είδος αυτό χρησιμοποιήθηκε σαν πηγή κυτοπλασματικής αρρενοστειρότητας και παρουσιάζει ανθεκτικότητα σε ασθένειες όπως σκωριάσεις, δαυλίτη, ωϊδιο κ.ά. (Stoskopf, 1999, Παπακώστα, 1996). Οι άγριοι πρόγονοι του σιταριού είχαν στάχυα με εύθραυστη ράχη, ώστε οι σπόροι να διασκορπίζονται μετά την ωρίμανση και με αυτό τον τρόπο να εξασφαλίζεται η διαιώνιση του είδους. Με την καλλιέργεια, ευνοήθηκαν οι πλέον παραγωγικοί ετήσιοι τύποι με σχετικά άθραυστη ράχη, γυμνούς και μεγάλους σπόρους και με μεγάλη ικανότητα αδελφώματος. Από τα είδη του Triticum, μόνο τρία έχουν εμπορική σημασία. Αυτά είναι : το T. aestivum (εξαπλοειδές), το T. durum (τετραπλοειδές) και το T. compactum (εξαπλοειδές). Το πιο διαδεδομένο παγκοσμίως είναι το T. aestivum, ακολουθεί με μεγάλη διαφορά το T. durum, ενώ το T. compactum καλλιεργείται ελάχιστα. Ορισμένα άλλα είδη, καλλιεργούνται σε πολύ μικρές εκτάσεις, κυρίως όμως, για ζωοτροφή. Στην Ελλάδα καλλιεργούνται το T. aestivum ή μαλακό σιτάρι που χρησιμοποιείται για την παρασκευή ψωμιού και το T. durum ή σκληρό σιτάρι που χρησιμοποιείται στην μακαρονοποιία (Παπακώστα, 1996). 2.1.3. Εξάπλωση και οικονομική σημασία της καλλιέργειας Η εξάπλωση του σιταριού εντοπίζεται συνήθως μεταξύ 30 και 60 ο Β.Π. και 27 και 40 ο Ν.Π. και από παραθαλάσσιες περιοχές μέχρι υψόμετρο 3000 μέτρα. Στις τροπικές περιοχές καλλιεργείται από υψόμετρο 2000 έως 3000 μέτρα. Είναι φθινοπωρινή καλλιέργεια, αλλά σε περιοχές με δριμύ χειμώνα καλλιεργείται σαν εαρινή. Η συγκομιδή στην Εύκρατη ζώνη γίνεται τους μήνες Απρίλιο μέχρι Σεπτέμβριο. Στο νότιο ημισφαίριο, όπου καλλιεργείται σημαντικά μικρότερη έκταση, η συγκομιδή γίνεται από τον Οκτώβριο, μέχρι και τον Ιανουάριο. Αποτελεί την κυριότερη πηγή υδατανθράκων για τις περισσότερες χώρες και είναι εξαιρετική τροφή, παρ όλο που ο κόκκος του έχει μικρή περιεκτικότητα σε ουσιώδη αμινοξέα, όπως λυσίνη. Το σιτάρι, C 3 φυτό, ευνοείται από σχετικά χαμηλές θερμοκρασίες. Η ελάχιστη θερμοκρασία φυτρώματος και ανάπτυξης των φυτών είναι 3 ο έως 4 ο C, η άριστη 25 ο C και η μέγιστη 32 ο έως 35 ο C. Θερμοκρασίες ημέρας πάνω από 30 ο C ευνοούν τη γρήγορη ανάπτυξη των φυτών με μικρή διαφοροποίηση, η οποία δεν ευνοεί τις υψηλές αποδόσεις λόγω περιορισμένης φωτοσύνθεσης. Σχετικά χαμηλές θερμοκρασίες κατά τη διάρκεια ανάπτυξης του στάχεος είχαν 12

ως αποτέλεσμα την αύξηση του ύψους των φυτών, τη δημιουργία φύλλου σημαία με φαρδύτερο έλασμα και την αύξηση του αριθμού των ανθέων ανά στάχυ (Warrington κ.α., 1977). Οι θερμοκρασίες στο στάδιο γεμίσματος του κόκκου καθορίζουν τον αριθμό των κόκκων που θα συγκομιστούν καθώς και το βάρος του κόκκου. Υψηλές θερμοκρασίες και αποξηραντικοί άνεμοι συντελούν στη δημιουργία συρρικνωμένων κόκκων. Η αντοχή στις χαμηλές θερμοκρασίες εξαρτάται κυρίως από την ποικιλία και την σκληραγώγηση των φυτών που θα έχουν προηγηθεί. Σκληραγωγημένα φυτά ανθεκτικών ποικιλιών μπορούν να αντέξουν θερμοκρασίες ατμόσφαιρας μέχρι -30 ο C, και αν είναι σκεπασμένα με χιόνι μέχρι και -40 ο C, γιατί κάτω από το χιόνι η θερμοκρασία διατηρείται υψηλότερη (Aase και Siddoway, 1979). Οι ανοιξιάτικες ποικιλίες παρουσιάζουν μικρότερη αντοχή στις χαμηλές θερμοκρασίες σε σχέση με τις φθινοπωρινές. Το μαλακό σιτάρι έχει μεγαλύτερη αντοχή από το σκληρό. Γενικά, θερμοκρασίες χαμηλότερες από -15 ο C είναι επικίνδυνες για τις περισσότερες ποικιλίες. Στο σιτάρι υπάρχει στενή συσχέτιση ανάμεσα στην πρωιμότητα και στην αντοχή στο κρύο. Όσο πρωιμότερες είναι οι ποικιλίες τόσο πιο ευαίσθητες είναι στο κρύο. Οι καλλιεργούμενες ποικιλίες στην Ελλάδα είναι ευαίσθητες ή έχουν ενδιάμεση αντοχή στο κρύο, γιατί ενδιαφέρει η πρωιμότητα, με την οποία αποφεύγεται η ξηρασία και οι υψηλές θερμοκρασίες κατά την περίοδο ωρίμανσης (Φασούλας και Σενλόγλου, 1966). Το σιτάρι παρόλο ότι κατατάσσεται μεταξύ των πολύ ανθεκτικών στην ξηρασία φυτών, έχει την ικανότητα προσαρμογής σε συνθήκες ανεπαρκούς υγρασίας. Στις περιοχές όπου καλλιεργείται το σιτάρι, η ετήσια βροχόπτωση κυμαίνεται από 250 έως 1750 mm, αλλά περίπου τα τρία τέταρτα της καλλιεργούμενης παγκοσμίως έκτασης, μεταξύ 375 και 875 mm. Για την μέγιστη απόδοση χρειάζονται από 250 έως 1000 mm, αλλά σημασία εξίσου σπουδαία με την ποσότητα έχει και η κατανομή της βροχόπτωσης. Το σιτάρι έχει τις μεγαλύτερες ανάγκες σε νερό το διάστημα μεταξύ καλαμώματος και άνθησης. Σε ένα συνεπώς ιδανικό κλίμα για το σιτάρι θα πρέπει να υπάρχουν αρκετές βροχοπτώσεις. Στην Ελλάδα όμως, οι περισσότερες βροχοπτώσεις πέφτουν το φθινόπωρο και το χειμώνα, με αποτέλεσμα να εξαρτάται κατά μεγάλο μέρος από την πιθανότητα βροχής κατά τα τελευταία στάδια ανάπτυξης των φυτών. Επίσης και οι πολλές βροχοπτώσεις κατά την περίοδο της ωρίμανσης δεν είναι επιθυμητές, γιατί ευνοούν την ανάπτυξη ασθενειών και προσβολές από έντομα. Το πλάγιασμα των φυτών, το φύτρωμα των σπόρων 13

στο στάχυ, μειώνουν την περιεκτικότητα των κόκκων σε πρωτεΐνη και υποβαθμίζουν την αρτοποιητική αξία του αλεύρου. Παρόλο που το σιτάρι μπορεί να καλλιεργηθεί σε ποικιλία εδαφών, τις υψηλότερες αποδόσεις δίνει σε γόνιμα, βαθειά, καλώς στραγγιζόμενα ιλυοπηλώδη ή αργιλλοπηλώδη εδάφη. Τα πολύ ελαφρά ή τα αργιλλώδη εδάφη δεν συνιστώνται. Ακατάλληλα επίσης είναι και τα όξινα εδάφη γιατί το σιτάρι είναι ευαίσθητο στην οξύτητα, τις υψηλότερες αποδόσεις δίνει σε εδάφη με ph από 7,0 έως 8,5. Το σιτάρι στην Ελλάδα πρέπει να σπέρνεται το φθινόπωρο. Με την ανοιξιάτικη σπορά οι αποδόσεις μειώνονται σημαντικά. Για τις πιο ορεινές περιοχές κατάλληλος μήνας θεωρείται ο Οκτώβριος, ενώ για τις υπόλοιπες ο Νοέμβριος. Για τον υπολογισμό της απαιτούμενης ποσότητας σπόρου για τη σπορά πρέπει να λαμβάνονται υπ όψιν η γονιμότητα του εδάφους, η εποχή σποράς, οι θερμοκρασίες κάθε περιοχής κατά την διάρκεια του χειμώνα, η προετοιμασία του εδάφους και η ποικιλία. Οι καινούργιες ποικιλίες που είναι κοντόσωμες και έτσι δεν πλαγιάζουν εύκολα, δίνουν τις υψηλότερες αποδόσεις σε μεγάλες πυκνότητες. Μεγαλύτερη ποσότητα σπόρου συνιστάται σε ορεινές περιοχές, όπου πολλά φυτά καταστρέφονται από τους παγετούς του χειμώνα, σε εδάφη στα οποία έγινε καλή προετοιμασία και σε περίπτωση καθυστέρησης της σποράς. Στα γόνιμα εδάφη συνιστάται πυκνή σπορά κοντόσωμων ποικιλιών που δεν πλαγιάζουν, για υψηλές αποδόσεις. Στη διεθνή βιβλιογραφία συνιστώνται ποσότητες σπόρου από 6 έως 15 kg/στρ. Στην Ελλάδα συνιστώνται από 15 έως 18 kg σπόρου/στρ. σε περιοχές με ήπιο χειμώνα και 20 kg σπόρου/στρ. σε ορεινές περιοχές (Παπακώστα, 1996). Τα χειμερινά σιτηρά καλλιεργούνται κάθε χρόνο παγκοσμίως σε έκταση μεγαλύτερη από 2.900 εκατομμύρια στρέμματα (πίνακας 1), σε πάνω από 120 χώρες. Το σιτάρι και το κριθάρι κυριαρχούν τόσο στο ύψος της παραγωγής όσο και στη καλλιεργούμενη έκταση. 14

Πίνακας 1. Παγκόσμια παραγωγή των σιτηρών τη περίοδο 2003-2004 (Πηγή FAOSTAT) (Γεωργία-Κτηνοτροφία 10, 2005) Καλλιέργεια Παραγωγή (χιλ. τόνοι) Έκταση (εκ. στρ.) Μέση Απόδοση (χλγ./στρ.) Σιτάρι 627.131 2.158 291 Κριθάρι 153.624 573 268 Βρώμη 25.900 117 222 Σίκαλη 17.820 71 252 Τριτικάλε 13.784 34 411 Σύνολο 838.259 2.953 - Διάγραμμα 1. Ποσοστό συμμετοχής κάθε είδους στη παγκόσμια παραγωγή χειμερινών σιτηρών την καλλιεργητική περίοδο 2003-2004 (Γεωργία-Κτηνοτροφία 10, 2005) Συγκεκριμένα για το σιτάρι, την περίοδο 2003-2004 καλλιεργήθηκαν συνολικά 2.158 εκατομμύρια στρέμματα και η παραγωγή ξεπέρασε τους 627.131.000 τόνους, καλύπτοντας το 75% της παγκόσμιας παραγωγής των χειμερινών σιτηρών (διάγραμμα 1). Το μεγαλύτερο μέρος της παραγωγής σιταριού προήλθε κυρίως από Ασιατικά και Ευρωπαϊκά κράτη. Η Κίνα αποδείχθηκε η πλέον παραγωγική χώρα με 91.330.000 τόνους και ακολούθησαν η Ινδία με 72.060.000 και οι Η.Π.Α. με 58.738.000 τόνους. Τα περισσότερα κράτη της Ευρωπαϊκής Ένωσης, μολονότι καλλιέργησαν περιορισμένες εκτάσεις, παρουσίασαν τις υψηλότερες στρεμματικές αποδόσεις που έφτασαν τα 817 κιλά ανά στρέμμα στη Γερμανία και 758 κιλά ανά στρέμμα στη Γαλλία. Στον πίνακα 2 παρουσιάζεται αναλυτικά η παγκόσμια παραγωγής σιταριού την καλλιεργητική περίοδο 2003-2004. 15

Πίνακας 2. Παγκόσμια παραγωγή του σιταριού την περίοδο 2003-2004 (Πηγή FAOSTAT) (Γεωργία-Κτηνοτροφία 10, 2005) Παραγωγή (χιλ. τόνοι) Έκταση (εκ. στρ.) Μέση Απόδοση (χλγ./στρ.) Κατά Ήπειρο Ασία 255.118 964 265 Ευρώπη 218.539 573 382 Ε.Ε. (25) 136.840 234 585 Β.&Κ. 87.111 307 284 Αμερική Ν. Αμερική 24.017 97 247 Αφρική 21.682 97 224 Ωκεανία 20.663 120 172 Κυριότερες χώρες παραγωγής Κίνα 91.330 217 420 Ινδία 72.060 266 271 Η.Π.Α. 58.738 202 290 Ρωσία 45.413 229 198 Γαλλία 39.705 52 758 Καναδάς 25.860 99 262 Γερμανία 25.427 31 817 Τουρκία 21.000 94 223 Αυστραλία 20.376 120 170 Πακιστάν 19.767 82 242 Χώρες Ευρωπαϊκής Ένωσης (25) Γαλλία 39.705 52 758 Γερμανία 25.427 31 817 Ην. Βασίλειο 15.706 20 789 Πολωνία 9.450 24 390 Ιταλία 8.629 23,5 367 Ισπανία 7.108 21,5 330 Ελλάδα 1.800 8,5 211 Η εξέλιξη της καλλιέργειας των χειμερινών σιτηρών στην Ελλάδα τη περίοδο 1961-2005 (σύμφωνα με στοιχεία του Υπουργείου Αγροτικής Ανάπτυξης και Τροφίμων) χαρακτηρίζεται από τη ραγδαία πτώση των καλλιεργούμενων εκτάσεων με μαλακό σιτάρι, η οποία ακολουθήθηκε από 16

αντίστοιχα πτώση του ύψους παραγωγής (διαγράμματα 2 και 3). Αντιθέτως, η μέση στρεμματική απόδοση του μαλακού σιταριού, καθώς και των υπολοίπων χειμερινών σιτηρών, παρουσίασε ανοδική τάση. Την ίδια χρονική περίοδο, σημειώθηκε σημαντική αύξηση των καλλιεργούμενων εκτάσεων και της παραγωγής του σκληρού σιταριού, ενώ παρόμοια τάση είχε και η σίκαλη. Σε αντίθεση η έκταση που κατέλαβε το κριθάρι και η βρώμη και η συνολική παραγωγή των δύο σιτηρών ακολούθησε πτωτική πορεία. Διάγραμμα 2. Εξέλιξη της έκτασης καλλιέργειας του μαλακού σιταριού στην Ελλάδα την περίοδο 1961-2005 (Γεωργία-Κτηνοτροφία 10, 2005) Διάγραμμα 3. Εξέλιξη της στρεμματικής απόδοσης του μαλακού σιταριού στην Ελλάδα την περίοδο 1961-2005 (Γεωργία-Κτηνοτροφία 10, 2005) 17

Τις καλλιεργητικές περιόδους 2003-2004 και 2004-2005, με βάση τα στοιχεία του Υπουργείου Αγροτικής Ανάπτυξης και Τροφίμων (πιν. 3), καλλιεργήθηκαν κατά μέσο όρο 941.500 στρέμματα με μαλακό σιτάρι και 7.480.000 στρέμματα με σκληρό σιτάρι παρήχθησαν αντιστοίχως 272.000 τόνοι μαλακού και 1.495.500 τόνοι σκληρού σιταριού. Στο μαλακό σιτάρι, παρά το χαμηλό ύψος παραγωγής, η μέση στρεμματική απόδοση έφτασε τα 290 κιλά ανά στρέμμα και ξεπέρασε την αντίστοιχη απόδοση του σκληρού, η οποία κυμάνθηκε στα 259 κιλά ανά στρέμμα. Το μεγαλύτερο ποσοστό παραγωγής του μαλακού σιταριού προήλθε από τους νομούς Κοζάνης, Γρεβενών, Θεσσαλονίκης και Κιλκίς και του σκληρού από τους νομούς Έβρου, Χαλκιδικής, Θεσσαλονίκης, Κιλκίς, Λαρίσης και Μαγνησίας. Πίνακας 3. Παραγωγή των σιτηρών στην Ελλάδα τις καλλιεργητικές περιόδους 2003-2004 και 2004-2005 (Γεωργία-Κτηνοτροφία 10, 2005) Παραγωγή (χιλ. τόνοι) Έκταση (χιλ. στρ.) Μέση απόδοση (χλγ./στρ.) Καλλιέργεια 2003-2004 2004-2005 2003-2004 2004-2005 2003-2004 2004-2005 Μαλακό σιτάρι 274 270 883 1.000 310 270 Σκληρό σιτάρι 1.500 1.491 7.505 7.455 200 200 Κριθάρι 238 204 898 850 265 240 Βρώμη 90 77 426 285 212 200 Σίκαλη 16,5 17 95 101 173 170 Σύνολο 2.118,5 2.059 9.807 9.791 2.1.4. Τρόπος κληρονόμησης αγρονομικών και ποιοτικών χαρακτηριστικών Τα χαρακτηριστικά της ανάπτυξης του σιταριού επηρεάζονται πολύ από το στάδιο ανάπτυξης σε σχέση με την εποχή. Η διάρκεια της ημέρας και η θερμοκρασία είναι ιδιαιτέρως σημαντικοί παράγοντες. Μία ποικιλία σιταριού που σπέρνεται σε κάποια χρονική στιγμή στη διάρκεια του έτους θα έχει σημαντικά διαφορετική ανάπτυξη με το αν σπαρεί σε διαφορετική ημερομηνία. Έχουν γίνει μελέτες για την κληρονόμηση της εποχής του ξεσταχυάσματος και της εποχής ωρίμανσης και τα αποτελέσματα έδειξαν την πολυπλοκότητα 18

αυτών των χαρακτηριστικών. Το ξεστάχυασμα και η ωρίμανση, επίσης, εξαρτώνται από την ημερομηνία σποράς. Επειδή οι ποικιλίες διαφέρουν στην αντίδρασή τους στη διάρκεια της ημέρας και στο γεωγραφικό πλάτος της περιοχής σποράς, παρατηρούνται επιδράσεις στα αποτελέσματα. Τελικά, οι ποικιλίες μπορεί να ανταποκριθούν διαφορετικά στις σχέσεις θερμοκρασιών ημέρας-νύχτας. Ο Ayad (1952) αναφέρει ότι υπεύθυνα για την ημερομηνία ξεσταχυάσματος είναι δύο γονίδια, ενώ για τη πρωιμότητα oι Crumpacker και Allard (1962) αναφέρουν ότι είναι υπεύθυνα δύο μερικώς κυρίαρχα γονίδια και ένα μερικώς κυρίαρχο γονίδιο για οψίμηση. Με την εμφάνιση των ημινάνων ποικιλιών σιταριού, το ενδιαφέρον για το ύψος του φυτού έχει αυξηθεί. Έτσι, τα πλεονεκτήματα των ημινάνων ποικιλιών έχουν προκαλέσει μια αύξηση στις μελέτες για την κληρονομικότητα του ύψους. Όλα τα χρωμοσώματα, εκτός από το 5D, είναι γνωστό ότι επηρεάζουν το ύψος του σιταριού. Λόγω των πολλαπλών επιδράσεων από τόσα πολλά χρωμοσώματα, τα δεδομένα για το ύψος έχουν διερμηνευθεί με πολλούς τρόπους από τους ερευνητές. Μερικοί ερευνητές δεν μπόρεσαν να εξηγήσουν τις διασπάσεις που έλαβαν ή να διατηρήσουν διάφορα επίπεδα ύψους (Vilmorin, 1913). Άλλοι βρήκαν επίπεδα για το ύψος που διέφεραν κατά ένα γονίδιο (Churchward, 1930), δύο, τρία και τέσσερα γονίδια (Harrington κ.α., 1946). Πολυγονιδιακή διάσπαση έχει αναφερθεί και από άλλες μελέτες (Ahluwalia κ.α., 1962, Pao κ.α., 1944). Η απόδοση είναι η συνολική έκφραση των περισσότερων μορφολογικών και φυσιολογικών χαρακτηριστικών ενός φυτού μετά από αλληλεπίδραση με το περιβάλλον στο οποίο αναπτύσσεται. Πολυγονιδιακή κληρονόμηση έχει βρεθεί από όλους όσους ασχολήθηκαν με την μελέτη του χαρακτηριστικού αυτού (Kuspira, 1958). Όλα τα χρωμοσώματα εκτός από τα 1A, 2B, 2D, 4D και 7A έχουν αναφερθεί ότι σχετίζονται με την απόδοση. Ωστόσο, λόγω των πολλών χαρακτηριστικών του φυτού που μπορεί να επηρεάσουν την απόδοση, όπως η ευρωστία, η γονιμότητα, η ανάπτυξη της ρίζας, το μέγεθος των φύλλων, το μήκος του στάχυ κ.α., δεν θα ήταν υπερβολικό να υποτεθεί ότι όλα τα χρωμοσώματα ασκούν κάποιου είδους επίδραση στην απόδοση. Τα χαρακτηριστικά του κόκκου όπως το χρώμα και η δομή του είναι τα κύρια κριτήρια που χρησιμοποιούνται στην κατάταξη του σιταριού στις διάφορες εμπορικές κατηγορίες και τις περιοχές της παραγωγής του. Τέτοια κριτήρια έχουν επίσης χρησιμοποιηθεί στη βοτανική ταξινόμηση. Λόγω του 19

ότι τα χαρακτηριστικά του σπόρου είναι μεγάλου εμπορικού και βοτανικού ενδιαφέροντος έχουν μελετηθεί εκτενώς. Οι κόκκοι του σιταριού μπορεί να είναι μοβ, μπλε, κόκκινοι ή άσπροι. Το κοκκινωπό χρώμα προκαλείται από χρωστικές ουσίες που βρίσκονται στο περίβλημα του σπόρου. Τα σκουρότερα χρώματα οφείλονται στην χρωστική ουσία ανθοκυανίνη η οποία βρίσκεται στο περικάρπιο. Ο Nilsson-Ehle (1909) διασταύρωσε μία κόκκινη με μία άσπρη ποικιλία και πήρε F 1 σπόρο κόκκινου απαλού χρώματος. Όλες οι αποχρώσεις των κόκκινων και άσπρων σπόρων παρατηρήθηκαν στην F 2 γενεά. Οι απόγονοι των F 2 φυτών διασπάστηκαν σε αναλογίες 3:1, 15:1 και 63:1, και υπέθεσε ότι υπάρχουν τρία γονίδια (R 1, R 2 και R 3 ) υπεύθυνα για το κόκκινο χρώμα. Τα γονίδια, ανεξάρτητα κληρονομούμενα, αναφέρθηκε ότι είχαν αθροιστική δράση, όπου μία αύξηση στον αριθμό των γονιδίων εξασφάλιζε ένα βαθύτερο κόκκινο χρώμα. Οι αναλογίες για το χρώμα των σπόρων που αναφέρθηκαν από άλλους ερευνητές ποικίλαν από μονογονιδιακά μέχρι διγονιδιακά και τριγονιδιακά, όπως αναμενόταν από την προηγούμενη εργασία του Nilsson-Ehle. Ο Sears (1944) βρήκε ότι το χρωμόσωμα 3D σχετίζεται με το χρώμα του σπόρου και μία άλλη εργασία (R. J. Metzger, μη δημοσιευμένη) δείχνει ότι τα άλλα γονίδια για το χρώμα του σπόρου φέρονται στα ομοιόλογα χρωμοσώματα 3Α και 3Β. Το μοβ χρώμα του περικαρπίου μερικών τετραπλοειδών σιταριών κληρονομείται ως ένα μονοπαραγοντικό κυρίαρχο, το οποίο είναι ευαίσθητο στο φως, επομένως όταν τα στάχυα καλύπτονται για να εμποδίσουν το φως, το χρώμα δεν εκδηλώνεται. Αντιμετωπίζεται δυσκολία στη διατήρηση της έντασης του χρώματος όταν το γονίδιο μεταφέρεται στο εξαπλοειδές σιτάρι (Copp, 1965). Ένα ή περισσότερα γονίδια που προσδίδουν το μπλε χρώμα στο περικάρπιο έχουν προέλθει από το Agropyron elongatum και έχουν μελετηθεί στο σιτάρι. Το γονίδιο (ή τα γονίδια) είναι μερικώς κυρίαρχο και έχει ευδιάκριτη επίδραση ανάλογα με τη δόση. Οι Gfeller και Srejda (1960) έχουν συμπεράνει ότι ο λήθαργος του σπόρου μετά τη συγκομιδή είναι πολυγονιδιακά ελεγχόμενο χαρακτηριστικό. Μία εκτίμηση της κληρονομικότητας της τάξης του 73% για το λήθαργο των σπόρων έχει αναφερθεί από τους ίδιους ερευνητές, οι οποίοι πρότειναν ότι ο βαθμός του λήθαργου ελέγχεται από πολλαπλά γονίδια τα οποία ελέγχουν το χρώμα του σπόρου. Έτσι, θα αναμενόταν αύξηση της διάρκειας λήθαργου με την αύξηση της δόσης των παραγόντων που προσδίδουν το κόκκινο χρώμα. Το μήκος του στάχυ επηρεάζεται σχεδόν από όλα τα χρωμοσώματα εκτός από τα 1B, 5A και 6D. Ανωμαλίες ενός χρωμοσώματος τείνουν να 20

μικρύνουν τον στάχυ (Ayad κ.α., 1952). Έχει βρεθεί ότι ο αριθμός σταχυδίων ανά στάχυ ελέγχεται από ένα ζευγάρι γονιδίων (Harrington κ.α., 1946). Η κληρονόμηση του αριθμού των κόκκων ανά σταχύδιο μελετήθηκε σε δύο διασταυρώσεις (Harrington κ.α., 1946), όπου μελετήθηκε ο καλύτερος στάχυς από κάθε φυτό. Βρέθηκαν δύο γονίδια υπεύθυνα για τις διαφορές στις ποικιλίες που μελετήθηκαν. Οι ίδιοι ερευνητές αναφέρουν τριγονιδιακό και πολυγονιδιακό έλεγχο του βάρους του κόκκου. Μία αναφορά (Boyce, 1948) έδειξε μονογονιδιακή κληρονόμηση σε μία διασταύρωση και δύο ή τρία γονίδια σε άλλες διασταυρώσεις. Μια πιο πρόσφατη αναφορά δείχνει ότι το βάρος του κόκκου ελέγχεται από σχετικά λίγα γονίδια, πιθανόν μέχρι τέσσερα, και η κληρονομικότητα εκτιμάται ότι κυμαίνεται από 0,370 έως 0,693 (Sharma και Knott, 1964). Τα χρωμοσώματα 1Β, 3D, 4A, 5B, 6A, 6B και 6D βρέθηκε ότι σχετίζονται με το βάρος των κόκκων. Η επίδραση του περιβάλλοντος στη ποιότητα του σπόρου έχει μεγάλες επιδράσεις. Από τα ποιοτικά γνωρίσματα, η περισσότερη προσοχή έχει δοθεί στη ποσότητα της πρωτεΐνης που περιέχεται στους σπόρους. Ενώ το περιβάλλον είναι το κλειδί για την περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη, υπάρχουν αποδείξεις ότι αυτό το χαρακτηριστικό είναι κληρονομούμενο. Ο Clark (1926) βρήκε ότι η περιεχόμενη ακατέργαστη πρωτεΐνη διασπάται όμοια με τα άλλα ποσοτικά χαρακτηριστικά, αν και δεν μπόρεσε να δώσει μια γενετική υπόθεση. Οι Haunold κ.α. (1962) αναφέρουν ότι η κληρονόμηση της πρωτεΐνης ελέγχεται από πολλαπλά γονίδια. 2.2. Μέθοδοι βελτίωσης Το σιτάρι είναι ένα αυτογονιμοποιούμενο είδος και όλες οι μέθοδοι βελτίωσης αποβλέπουν στην δημιουργία ποικιλιών, οι οποίες είναι καθαρές σειρές. Η ετεροζυγωτία στα αυτογονιμοποιούμενα είδη, μειώνεται στο μισό σε κάθε γενεά αυτογονιμοποίησης, ώστε στην F 5 με F 6 γενεά πρακτικά υπάρχει ομόζυγο υλικό. Έτσι, μερικοί βελτιωτές θεωρούν νέες ποικιλίες, σειρές της F 5 με F 6 γενεάς, ενώ άλλοι της F 10 και της F 12 και μερικοί, ακόμη πιο προχωρημένες γενεές. 21

2.2.1. Μέθοδος της καθαρής σειρά (Pure line method) Η μέθοδος αυτή είναι μια μορφή γενεαλογικής επιλογής που χρησιμοποιείται στα αυτογονιμοποιούμενα φυτά για τη δημιουργία ποικιλιών - καθαρών σειρών οι οποίες είναι ποικιλίες πλήρως ομοζύγωτες και κληρονομούν σταθερά. Η μέθοδος αυτή χρησιμοποιείται μόνο στις περιπτώσεις όπου ο πληθυσμός στον οποίο θα γίνει επιλογή είναι ένας φυσικός πληθυσμός ενός αυτογονιμοποιούμενου είδους που παρουσιάζει γενετική παραλλακτικότητα μεταξύ των ατόμων του. Σε ένα φυσικό πληθυσμό αυτογονιμοποιούμενων ατόμων όλες οι τυχόν διαφορές μεταξύ των ατόμων βρίσκονται σε ομοζύγωτη κατάσταση (ύστερα από τις τόσες αυτογονιμοποιήσεις όλα αυτά τα χρόνια), κατά συνέπεια όσα άτομα επιλεγούν δεν πρόκειται να έχουν γενετικές διασπάσεις στους απογόνους τους. Επομένως, το όλο πρόβλημα μετατοπίζεται στη σωστή αξιολόγηση των γενοτύπων και επιλογή καλών γενοτύπων από τον αρχικό πληθυσμό. Σύμφωνα λοιπόν με τη μέθοδο αυτή γίνεται μια φορά επιλογή στον πληθυσμό και στη συνέχεια για ένα ή περισσότερα χρόνια γίνεται αξιολόγηση των απογόνων των φυτών αυτών μόνο και μόνο για να διασφαλιστεί η προηγούμενη επιλογή (απορρίπτονται δηλαδή ή κρατιούνται ολόκληρες γραμμές απογόνων σύμφωνα με τη μέση συμπεριφορά της γραμμής) χωρίς να γίνεται επιλογή φυτών μέσα σε μια γραμμή (Τσαυτάρης, 1995). 2.2.2. Μέθοδος της μαζικής επιλογής (Mass selection method) Δρα σε παραλλακτικότητα, που ήδη υπάρχει σε αβελτίωτους πληθυσμούς, ή ξένες ποικιλίες. Η μέθοδος αυτή, στηρίζει την επιτυχία της στην επιτυχία της επιλογής των καλύτερων γενοτύπων με μόνο κριτήριο το φαινότυπο του φυτού. Οι σπόροι των επιλεγέντων φυτών, αναμιγνύονται για να αποτελέσουν την επόμενη γενεά. Η επιλογή συνεχίζεται για μερικά χρόνια (τρία με έξι χρόνια) και τελικά ο σπόρος των καλύτερων φυτών αναμιγνύεται και ο πληθυσμός που προκύπτει υποβάλλεται σε συγκριτικά πειράματα. Αν ο πληθυσμός αυτός είναι πραγματικά καλύτερος από τον αρχικό, τότε ο σπόρος αναπολλαπλασιάζεται και δίνεται στους παραγωγούς. Έχει τα εξής στάδια : α) Επιλογή μεμονωμένων φυτών με τον καλύτερο φαινότυπο, ως προς τα γνωρίσματα που ενδιαφέρουν το βελτιωτή. Ανάμιξη των σπορών των επιλεγέντων φυτών. 22

β) Σπορά του μίγματος των επιλεγέντων και συνέχιση της οπτικής επιλογής για 3-6 έτη. γ) Ο σπόρος των καλύτερων φυτών αναμιγνύεται και ο πληθυσμός σπέρνεται σε συγκριτικά πειράματα απόδοσης, μαζί με τις πιο διαδεδομένες ποικιλίες. δ) Παραγωγή σπόρου για διάδοση. (Ε. Γουλή Βαβδινούδη, 1984) Οι ποικιλίες που δημιουργούνται με τη μέθοδο αυτή, είναι προσμίξεις πολλών γενοτύπων. Η μαζική επιλογή έχει ορισμένα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα. Τα πλεονεκτήματά της είναι, όπως αναφέρει ο Lonnquist (1964) : 1) Απαιτεί λίγη εξάσκηση, λίγα εργατικά και λίγη έκταση. 2) Επειδή εφαρμόζεται επιλογή σε κάθε γενεά, μια μικρή πρόοδος ανά γενεά μπορεί ενδεχομένως να καταλήξει σε πολύ μεγαλύτερο κέρδος, από ότι θα περίμενε κανείς, χρησιμοποιώντας μεθόδους που απαιτούν περισσότερες από μια γενεά ανά κύκλο. 3) Ο βελτιωτής μπορεί να χειριστεί μεγάλο αριθμό πληθυσμού. Το βασικό μειονέκτημά της είναι ότι, επειδή τα φυτά επιλέγονται με βάση το φαινότυπο, δεν γνωρίζει ο βελτιωτής, ως ποιο σημείο ο φαινότυπος αντικατοπτρίζει το γενότυπο, για τον οποίο βασικά ενδιαφέρεται. Αυτό βέβαια ισχύει περισσότερο για τα ποσοτικά γνωρίσματα, όπως η απόδοση, τα οποία επηρεάζονται πολύ από το περιβάλλον, σε αντίθεση με τα ποιοτικά, που επηρεάζονται λίγο. Δηλαδή, όταν η μαζική επιλογή εφαρμόζεται στη βελτίωση ποσοτικών γνωρισμάτων με μικρό συντελεστή κληρονομικότητας, η επιτυχία της είναι επισφαλής, ενώ όταν πρόκειται για ποιοτικά γνωρίσματα, είναι δυνατόν να δώσει ικανοποιητικά αποτελέσματα (Πανέτσος 1979). Ένα άλλο μειονέκτημα της μαζικής επιλογής, είναι η γενετική ετερογένεια του πληθυσμού που προκύπτει. Αυτό δείχνει, ότι η μαζική επιλογή δεν μπορεί να φτάσει πολύ γρήγορα στον τελικό σκοπό της επιλογής, δηλαδή την εξάλειψη της γενετικής παραλλακτικότητας, για γνωρίσματα που ενδιαφέρεται ο βελτιωτής (Lonnquist 1964). 23

2.2.3. Μέθοδος του μικτού πληθυσμού ή ομαδικής αναπαραραγωγής (Bulk method) Η μέθοδος του μικτού πληθυσμού είναι μια διαδικασία για την βελτίωση ενός διασπώμενου πληθυσμού μέχρι να επιτευχθεί το επιθυμητό επίπεδο ομοζυγωτίας. Τα φυτά της F 2 γενεάς αφήνονται να αναπαραχθούν κάτω από συνθήκες φυσικής επιλογής χωρίς να επέμβει ο βελτιωτής για να δώσουν την F 3 γενεά και το ίδιο γίνεται ως και την F 4 ή και F 5 γενεά, οπότε το υλικό σταθεροποιείται κάπως γενετικά σε ομοζύγωτη κατάσταση και τότε επεμβαίνει ο βελτιωτής για να κάνει μαζική επιλογή. Στην ουσία δεν πρόκειται για κάποια διαδικασία τεχνητής επιλογής ως και την F 4 -F 5 οπότε στη συνέχεια εφαρμόζεται κανονικά μαζική επιλογή. Ο πρώτος που εφάρμοσε την μέθοδο ήταν ο Nilsson- Ehle στην Σουηδία για την βελτίωση του χειμερινού σιταριού. Τα πλεονεκτήματα της μεθόδου είναι : 1) Η μέθοδος αυτή είναι ένας εύκολος τρόπος να διατηρηθούν οι πληθυσμοί κατά την διάρκεια της βελτίωσης. 2) Η φυσική επιλογή λαμβάνει χώρα, η οποία μπορεί να αυξήσει την συχνότητα των επιθυμητών γενοτύπων σε σύγκριση με έναν αβελτίωτο πληθυσμό. 3) Μπορεί να χρησιμοποιηθεί με την μέθοδο της μαζικής επιλογής για την βελτίωση αυτογονιμοποιούμενων φυτών. Τα μειονεκτήματα της μεθόδου είναι : 1) Τα φυτά από μία γενεά μπορεί να μην αντιπροσωπεύονται όλα από απογόνους στην επόμενη γενεά. 2) Οι γενοτυπικές συχνότητες και η γενετική παραλλακτικότητα του πληθυσμού δεν μπορούν να καθοριστούν εύκολα. 3) Δεν μπορεί να εφαρμοστεί σε θερμοκήπια αν η επίδοση των γενοτύπων δεν είναι αντιπροσωπευτική της περιοχής στην οποία οι γενότυποι κανονικά καλλιεργούνται. 4) Η φυσική επιλογή μπορεί να ευνοήσει ανεπιθύμητους παρά επιθυμητούς γενοτύπους (Fehr, 1987). 2.2.4. Μέθοδος της γενεαλογική επιλογής (Pedigree method) Είναι μέθοδος επιλογής των καλύτερων γενοτύπων με βάση τόσο το φαινότυπο του ατομικού φυτού, όσο και τη συμπεριφορά των απογόνων του. 24

Η γενεαλογική μέθοδος επιλογής χαρακτηρίζεται από το ότι διατηρούνται γενεαλογικά στοιχεία κάθε επιλεγομένου φυτού, ώστε σε οποιοδήποτε στάδιο επιλογής, γνωρίζει ο βελτιωτής τους πρόγονους του κάθε φυτού. Στην απλούστερη της και τυπική μορφή μιας γενεαλογικής επιλογής αρχίζοντας από ένα διασπώμενο γενετικό υλικό (π.χ. F 2 ) οι σπόροι σπέρνονται σε όσο το δυνατόν μεγαλύτερες αποστάσεις για να τους δοθεί η ευκαιρία αφενός να αναπτυχθούν ικανοποιητικά, αφετέρου να παράγουν πολλούς σπόρους. Μεταξύ των φυτών αυτών επιλέγονται τα φυτά εκείνα που ο βελτιωτής νομίζει ότι έχουν τα γνωρίσματα που τον ενδιαφέρουν π.χ. πρώιμο ξεστάχυασμα, αντοχή σε ασθένειες, αποδοτικότητα κλπ. Τον επόμενο χρόνο σπέρνονται οι απόγονοι από το σπόρο όμως κάθε επιλεγέντος φυτού χωριστά πράγμα που σημαίνει πως για να γίνει αυτό χρειάσθηκε να μην ανακατευτεί ο σπόρος από τα επιλεγέντα φυτά. Στη γενεαλογική επιλογή : α. Η αξία του κάθε γενοτύπου που αρχικά εκτιμάται με βάση το φαινότυπο, εκτιμάται παραπέρα με το αν έχει ή όχι την ικανότητα να μεταβιβάζει τα επιθυμητά γνωρίσματα στους απογόνους του. β. Μετά από κάθε φαινοτυπική επιλογή, οι σπόροι δεν αναμιγνύονται αλλά σπέρνονται σε χωριστές γραμμές. γ. Γνωρίζει ο βελτιωτής από ποιο άτομο του διασπώμενου πληθυσμού προήλθε κάθε επιλεγόμενο φυτό. Βέβαια για να γίνει αυτό πρέπει ο βελτιωτής να κρατά στα βιβλία πλήρη γενεαλογικά δένδρα για κάθε φυτό που έχει στο χωράφι του και αυτό ίσως είναι η μεγαλύτερη δυσκολία στην εφαρμογή της, παρά την απάλυνση του προβλήματος, που μπορεί τώρα να επιφέρει η χρησιμοποίηση των ηλεκτρονικών υπολογιστών (Stoskopf, 1999). Το μειονέκτημα της μεθόδου είναι ότι η επιλογή των ατομικών φυτών εξαρτάται από την πείρα και την επιδεξιότητα του βελτιωτή. Ο βελτιωτής επιλέγει τα φυτά που αυτός νομίζει ότι έχουν στο άριστο τα επιθυμητά γνωρίσματα για τα οποία ενδιαφέρεται. Η γενεαλογική μέθοδος θα ήταν καλύτερη αν η επιλογή για απόδοση στις διασπώμενες γενεές βασιζόταν σε αντικειμενικά κριτήρια. Επειδή υπεισέρχεται ο υποκειμενικός παράγοντας, πολλοί ερευνητές καταλήγουν στο ότι η μέθοδος δεν είναι αποτελεσματική (Γουλή-Βαβδινούδη, διδακτορική διατριβή 1984). 25

2.2.5. Μέθοδος καταγωγής από μεμονωμένο σπόρο (Single seed descent method) Στις πρώτες γενεές (από F 2 -F 5 ) που δεν εξασκείται τεχνητή επιλογή, κρατιέται ένας σπόρος από κάθε φυτό της F 2 της F 3 κ.ο.κ. έτσι ώστε κάθε φυτό μιας γενεάς να αντιπροσωπεύεται στον πληθυσμό των φυτών της επόμενης γενεάς. Ίσως η μέθοδος αυτή θα ήταν σκοπιμότερο να αναφέρεται σαν μέθοδος συντήρησης μέρους της παραλλακτικότητας του πληθυσμού ως και την F 4 -F 5 και όχι σαν μέθοδος επιλογής, γιατί στην ουσία στο διάστημα αυτό δεν εξασκούμε τεχνητή επιλογή. Βέβαια με τη χρησιμοποίηση θερμοκηπίων όπου ο βελτιωτής μπορεί να πάρει περισσότερες από μία γενεές το χρόνο, μπορεί να φτάσει στο στάδιο δοκιμών απόδοσης σε 2-3 χρόνια συντομεύοντας έτσι κατά πολύ τη διάρκεια των βελτιωτικών προγραμμάτων που θα ακολουθούν τη μέθοδο καταγωγής από μεμονωμένους κόκκους (Fehr, 1987). 2.2.6. Μέθοδος της κυψελωτής γενεαλογικής επιλογής (Honeycomb pedigree selection) Σύμφωνα με τον Fasoulas (1973 και 1993), τα επιθυμητά σχέδια επιλογής είναι αυτά που κατανέμουν τους γενοτύπους κάτω από συγκρίσιμες συνθήκες ανάπτυξης με αποτελεσματική δειγματοληψία για παραλλακτικότητα του περιβάλλοντος. Έτσι, ανέπτυξε τα κυψελωτά σχέδια επιλογής, τα οποία ονομάστηκαν έτσι λόγω της εξαγωνικής διάταξης των πειραματικών τεμαχίων στο χωράφι. Τα τεμάχια που προσαρμόζονται καλύτερα στα κυψελωτά σχέδια είναι τα hill-plots, που κυμαίνονται από ένα φυτό μέχρι πολλαπλά φυτά σε ένα τεμάχιο. Οι κινητές επαναλήψεις είναι μια σπουδαία ιδιότητα των κυψελωτών σχεδίων. Κάθε εξάγωνο αντιπροσωπεύει την περιοχή του κάθε πειραματικού τεμαχίου, η οποία ισούται με d 2 3/ 2 αν το d είναι η απόσταση σε μονάδες μήκους που διαχωρίζει δύο διπλανά τεμάχια. Ο αριθμός στο κέντρο κάθε εξαγώνου αντιπροσωπεύει τον αριθμό του γενοτύπου στον οποίο ανήκει το τεμάχιο, όπως επίσης και την θέση του φυτού ή των φυτών στο τεμάχιο. Κάθε οριζόντια γραμμή ξεκινάει με ένα διαφορετικό αριθμό. Προφανώς, κάθε φορά που ένα άτομο κινείται στο χωράφι από το ένα τεμάχιο στο άλλο, πάντα βρίσκεται στο κέντρο μιας κυκλικής και συμπληρωμένης επανάληψης. 26

Ουσιαστικά, ο συνολικός αριθμός των κινητών επαναλήψεων ισούται με τον αριθμό των τεμαχίων στο χωράφι (με εξαίρεση τα πειραματικά τεμάχια των περιθωρίων). Επιπλέον, το κυκλικό σχήμα των επαναλήψεων επιτυγχάνει καλύτερο τοπικό έλεγχο επειδή οι γενότυποι τοποθετούνται κοντά ο ένας στον άλλο. Ακόμη, το πιο σημαντικό αποτέλεσμα που ακολουθεί τον σχηματισμό των κινητών επαναλήψεων είναι ότι τα τεμάχια του ίδιου γενοτύπου τοποθετούνται στις γωνίες ισόπλευρων τριγώνων. Ο αριθμός των γενοτύπων R που σχηματίζουν το χαρακτηριστικό σχέδιο του πλέγματος των ισόπλευρων τριγώνων δίνεται από τον τύπο : R= X 2 +XY+Y 2, όπου X και Y είναι ακέραιοι αριθμοί από το μηδέν μέχρι το άπειρο και ισχύει X+Y 2. Με την κατανομή ισαπέχοντων τεμαχίων στις γωνίες των τριγώνων, τα κυψελωτά σχέδια έχουν κάποιες επιπρόσθετες ιδιότητες : 1) εξασφαλίζουν ότι κάθε πειραματικό τεμάχιο περιβάλλεται από τεμάχια που υπάρχουν στην περιφέρεια ομόκεντρων κύκλων, 2) προσθέτουν 15,5% περισσότερα τεμάχια ανά μονάδα επιφάνειας σε σχέση με τα τετράγωνα σχέδια και 3) σχηματίζουν γραμμές σε τρεις διαφορετικές κατευθύνσεις. Άλλες ιδιότητες των κυψελωτών σχεδίων είναι οι εξής : 1) η εύκολη εγκατάσταση τους στο χωράφι, 2) η δυνατότητα εγκατάστασης των πειραμάτων σε διάφορες τοποθεσίες έτσι ώστε να αξιοποιηθεί αποτελεσματικά η αλληλεπίδραση γενοτύπου και περιβάλλοντος και 3) η δυνατότητα εφαρμογής μεγάλων πιέσεων επιλογής (0,5-1%), οι οποίες αυξάνουν την πρόοδο με την επιλογή φέρνοντας σε ομόζυγη κατάσταση τα ευνοϊκά αθροιστικά γονίδια. Σύμφωνα με την αρχή λειτουργίας των σχεδίων (Fasoulas, 1993) ένα φυτό που βρίσκεται στο κέντρο ενός κύκλου από άλλα φυτά, επιλέγεται μόνο όταν ξεπερνάει σε απόδοση όλα τα υπόλοιπα φυτά του κύκλου ενώ η απόδοσή του μπορεί να εκφραστεί ως ποσοστό του μέσου όρου των αποδόσεων όλων των φυτών του κύκλου. Το κέντρο του κύκλου μετακινείται από φυτό σε φυτό έτσι ώστε όλα τα φυτά να αξιολογηθούν με τα ίδια κριτήρια. Η παραπάνω διαδικασία εξασφαλίζει πέντε βασικά πλεονεκτήματα: 1) Το άθροισμα των αποστάσεων που χωρίζει το φυτό που βρίσκεται στο κέντρο του κύκλου από τα άλλα φυτά του κύκλου είναι η μικρότερη σε σύγκριση με οποιαδήποτε άλλη διάταξη 2) Τα επιλεγόμενα φυτά είναι πάντα τα ίδια ανεξάρτητα από το άτομο που διενεργεί την επιλογή με τους κινητούς δακτυλίους 3) Τα φυτά επιλέγονται σε όλα τα επίπεδα γονιμότητας του εδάφους 27

4) Οι ίσες αποστάσεις μεταξύ των φυτών διασφαλίζουν σταθερά κριτήρια επιλογής 5) Η ένταση επιλογής επιτρέπει την καλύτερη ισορροπία μεταξύ του αντιπροσωπευτικού δείγματος και του ελέγχου της ετερογένειας του εδάφους. Τα κυψελωτά σχέδια διακρίνονται σε μη επαναλαμβανόμενα και επαναλαμβανόμενα. Και τα δύο έχουν τις ίδιες χαρακτηριστικές ιδιότητες των κυψελωτών, οι οποίες είναι ο σχηματισμός των κινητών επαναλήψεων και το σχέδιο του πλέγματος των ισόπλευρων τριγώνων. Η μόνη διαφορά είναι ότι στα μη επαναλαμβανόμενα σχέδια το χαρακτηριστικό σχέδιο των ισόπλευρων τριγώνων σχηματίζεται καθώς το ολόκληρο σετ των γενοτύπων R επαναλαμβάνεται σε κάθε σειρά. Επίσης, τα μη επαναλαμβανόμενα σχέδια είναι κατάλληλα για την εκτίμηση της κληρονομικότητας ατομικών φυτών από τον φαινότυπο και συνεπώς είναι κατάλληλα για την εφαρμογή της μαζικής επιλογής σε πληθυσμούς, F 2 γενεές και οικογένειες. Τα επαναλαμβανόμενα σχέδια είναι κατάλληλα για απογονικό έλεγχο, ο οποίος εξυπηρετεί τρεις σκοπούς : 1) την κατάταξη υλικού ανάλογα με την απόδοση, 2) την εκτίμηση της συνδυαστικής ικανότητας με στόχο τον εντοπισμό υποσχόμενου γενετικού υλικού που θα χρησιμοποιηθεί για το βελτιωτικό πρόγραμμα και 3) την εκτίμηση της κληρονομικότητας για απόδοση μέσω της γενεαλογικής επιλογής (Fasoulas και Fasoula, 1995). 2.2.7. Συγκριτικά αποτελέσματα των διαφόρων μεθόδων Οι βελτιωτές αναζητούν συνεχώς περισσότερο αποτελεσματικές μεθόδους επιλογής. Έχουν προταθεί πολυάριθμες μέθοδοι επιλογής, όμως οι έγκυρες συγκρίσεις που έχουν γίνει μεταξύ των μεθόδων είναι πολύ λίγες (Ε. Γουλή-Βαβδινούδη 1984). Οι Boema και Cooper (1975) χρησιμοποίησαν τέσσερις διαφορετικές F 2, για να εκτιμηθεί η αποτελεσματικότητα τριών διαφορετικών μεθόδων επιλογής : μια τροποποιημένη γενεαλογική μέθοδος, την γενεαλογική και την μέθοδο καταγωγής από ένα σπόρο. Οι αποδόσεις των σειρών που προέκυψαν από κάθε μέθοδο και δοκιμάστηκαν στην F 8 γενεά, δεν έδειξαν διαφορές μεταξύ των μεθόδων. Κατέληξαν ότι η μέθοδος καταγωγής από ένα σπόρο ήταν η πιο ικανοποιητική για τους ακόλουθους λόγους : α) επειδή απαιτεί λιγότερη προσπάθεια για επιλογή, 28

β) επιτρέπει μια γρήγορη πρόοδο στις πρώτες γενεές διασπώμενου πληθυσμού και γ) δεν χρησιμοποιεί δαπανηρές δοκιμές απόδοσης, παρά μόνο σε προχωρημένες γενεές, όταν ο έλεγχος απόδοσης είναι πιο αποτελεσματικός. Οι Knott και Kumar (1975) σύγκριναν την μέθοδο καταγωγής από μεμονωμένο σπόρο και την γενεαλογική επιλογή σε δύο διασταυρώσεις ανοιξιάτικου σιταριού. Βρήκαν ότι οι αποδόσεις των F 5 σειρών ήταν εξίσου καλές και στις δύο μεθόδους. Ο Van Der Kley (1955) αντιμετώπισε δυσκολίες, όταν εφάρμοσε τόσο τη γενεαλογική όσο και τη μαζική επιλογή και αναφέρει ότι επιλογή στις πρώτες γενεές περιορίζεται σε λίγα γνωρίσματα, των οποίων η κληρονόμηση ελέγχεται από απλά υποτελή γονίδια. Οι Ntanos και Roupakias (2001) σύγκριναν την κυψελωτή γενεαλογική επιλογή και την τροποποιημένη γενεαλογική επιλογή φόβη-και-γραμμή σε δύο πληθυσμούς ρυζιού. Βρήκαν ότι η μέση υπεροχή της κυψελωτής γενεαλογικής επιλογής υπέρ της φόβη-καιγραμμή επιλογής ήταν 6 και 5% για την απόδοση σε σπόρο, 18 και 9 % για τους υαλώδεις σπόρους, 1% (και στους δύο πληθυσμούς) για το μήκος των σπόρων και 3 και 2% για την αναλογία μήκους σπόρου/ πλάτος, αντίστοιχα. Οι Batzios και Roupakias (2001) μελέτησαν την κυψελωτή γενεαλογική με την συμβατική γενεαλογική επιλογή σε δύο πληθυσμούς βαμβακιού (ένα από ενδοειδική διασταύρωση και ένα από διειδική διασταύρωση), όπως επίσης, και την καταγωγή από μεμονωμένους σπόρους. Και στους δύο πληθυσμούς βρήκαν ότι οι σειρές από την κυψελωτή γενεαλογική επιλογή ήταν υπέρτερες από τις σειρές από την συμβατική γενεαλογική επιλογή για απόδοση σε σπόρο, μήκος ίνας και βάρος κάψας. Όμως, όσον αφορά τις σειρές από τον ενδοειδικό πληθυσμό, βρήκαν ότι οι σειρές από την συμβατική μέθοδο ήταν σημαντικά πιο πρώιμες από τις σειρές των άλλων δύο μεθόδων. Από τις συγκρίσεις των διαφόρων μεθόδων επιλογής που έγιναν, για να εκτιμηθεί η αποτελεσματικότητα τους στη βελτίωση ποσοτικών χαρακτήρων όπως η απόδοση, δεν βρέθηκαν διαφορές μεταξύ τους που να δικαιολογούν την προτίμηση των ερευνητών σε μια ορισμένη μέθοδο. 2.3. Μέθοδοι παραγωγής διαπλοειδών φυτών Η δημιουργία νέων ποικιλιών είναι μια μακρόχρονη διαδικασία που απαιτεί πέντε τουλάχιστον κύκλους επιλογής και δυο γενεές αξιολόγησης σε 29

συγκριτικά πειράματα. Η μακρόχρονη αυτή βελτιωτική διαδικασία θα μπορούσε να επιταχυνθεί κατά τρία τουλάχιστον χρόνια με την εφαρμογή κατάλληλων βιοτεχνολογικών προσεγγίσεων. Μια τέτοια προσέγγιση είναι η καλλιέργεια ανθήρων που παρουσιάζει ιδιαίτερο ενδιαφέρον για τους βελτιωτές γιατί οδηγεί, έπειτα από χρωμοσωμικό διπλασιασμό, στην παραγωγή ομόζυγων σειρών, μειώνοντας στο μισό το χρόνο που απαιτείται (De Buyser κ.α. 1987). Η παραγωγή απλοειδών φυτών σιταριού μέσω της καλλιέργειας ανθήρων αναφέρθηκε για πρώτη φορά από τρεις διαφορετικές επιστημονικές ομάδες : Ouyang κ.α. (1973), Picard και De Buyser (1973), Chu κ.α. (1973). Από τότε έχουν γίνει πολλές προσπάθειες βελτίωσης της μεθόδου ανθηροκαλλιέργειας ενώ ταυτόχρονα έχουν αναπτυχθεί και άλλες τεχνικές παραγωγής απλοειδών φυτών σιταριού, όπως η τεχνική bulbosum (Barclay, 1975) και οι διασταυρώσεις σιταριού με καλαμπόκι (Laurie και Bennett 1986, 1988, Zhang κ.α. 1996). Επιπλέον μικρός αριθμός απλοειδών μπορεί να παραχθεί χρησιμοποιώντας ακτινοβολημένη γύρη καθώς και αγονιμοποίητες ωοθήκες. Γενικά, οι διαπλοειδείς σειρές που δημιουργούνται από ανθηροκαλλιέργεια αλλά και από την μέθοδο του καλαμποκιού για να χρησιμοποιηθούν στη βελτιωτική διαδικασία θα πρέπει να προσφέρουν τους ίδιους ή περισσότερους ανασυνδιασμούς με τις σειρές που προέρχονται από τις κλασικές μεθόδους βελτίωσης (Ε. Γουλή Βαβδινούδη κ.α. 2002). Η παραγωγή απλοειδών φυτών μπορεί να γίνει σε διάφορα στάδια του βιολογικού τους κύκλου. Με την χρησιμοποίηση εργαστηριακών μεθόδων και με βάση το στάδιο του βιολογικού κύκλου των φυτών διακρίνουμε τρεις κατηγορίες συστημάτων : α) παρθενογένεση και απογαμία, β) μεθόδους καλλιέργειας (ωοθηκών, ανθήρων ή μικροσπορίων) και γ) χρωμοσωμική απάλειψη (Gupta, 1995). 2.3.1. Παραγωγή απλοειδών φυτών με παρθενογένεση ή απογαμία Η παρθενογένεση είναι η ανάπτυξη εμβρύων χωρίς την συμμετοχή του αρσενικού γαμέτη, όταν το έμβρυο αναπτύσσεται από κύτταρα του ωαρίου, ενώ αντίστοιχα, η απογαμία είναι η ανάπτυξη εμβρύων από άλλα κύτταρα της ωοθήκης. Η παραγωγή των απλοειδών είναι ένα φαινόμενο που παρατηρείται αυθόρμητα στη φύση σε πολλά είδη αγγειόσπερμων και η συχνότητα σχηματισμού τους είναι εξαιρετικά χαμηλή στα περισσότερα είδη, αν και στο 30

καλαμπόκι, με την χρήση δεικτών, βρέθηκε ότι η συχνότητα κυμαίνεται από 1,56 έως 4,07% (Gupta, 1995). Σύμφωνα με τον Gupta (1995), οι πρώτες ανθρώπινες παρεμβάσεις για την παραγωγή απλοειδών αφορούσαν κυρίως στη μεταχείριση των γυρεοκόκκων, αλλά επίσης και την μεταχείριση ωοθηκών με ακτινοβολία ή με θερμικά σοκ. Η τεχνική της μεταχείρισης των γυρεοκόκκων με ακτινοβολία (ακτίνες Χ ή με υπεριώδη ακτινοβολία) αποσκοπούσε στην νέκρωση του γενετικού υλικού και όχι των πρωτεϊνών που βοηθούν το ωάριο να σχηματίσει απλοειδές έμβρυο. Κάποια από τα είδη στα οποία εφαρμόστηκε η μέθοδος αυτή ήταν είδη του γένους Triticum και Nicotiana, αλλά λόγω του ότι η μέθοδος βασίζεται αποκλειστικά και μόνο στην τύχη, οι ερευνητές προσανατολίστηκαν σε άλλες μεθόδους (Chase, 1949). Ο ίδιος ερευνητής μελέτησε το καλαμπόκι και το Triticum monococum και βρήκε ότι η καθυστέρηση στην επικονίαση προάγει την παρθενογενετική ανάπτυξη του ωαρίου σε απλοειδές έμβρυο. Ο Gupta (1995) βρήκε ότι η επιτυχία της μεθόδου εξαρτάται από την ζωτικότητα των ωοθηκών και του στίγματος. 2.3.2. Παραγωγή απλοειδών φυτών με καλλιέργεια ωοθηκών Με την καλλιέργεια ωοθηκών μπορούν να σχηματιστούν απλοειδή φυτά και αυτό έχει ήδη εφαρμοστεί σε ορισμένα γυμνόσπερμα (όπως των γενών Ephedra και Zamia) αλλά και σε ορισμένα κακτοειδή. Όσον αφορά τα αγγειόσπερμα, οι πρώτες προσπάθειες απέτυχαν, όμως, σήμερα εφαρμόζεται σε κάποιες σημαντικές καλλιέργειες όπως είναι το σιτάρι, το κριθάρι και ο καπνός. Περαιτέρω έρευνα είναι απαραίτητη για να κατανοηθούν ορισμένοι παράγοντες όπως : 1) η ακολουθία των διαδικασιών που οδηγούν στην ανάπτυξη απλοειδούς φυτού από το θηλυκό γαμετόφυτο 2) οι in vitro παράγοντες που ελέγχουν την ανάπτυξη του προεμβρύου σε οργανωμένα φυτά 3) οι διαφορές στην in vitro ανάπτυξη των ωοθηκών (καλλιέργεια ωοθηκών) και ανθήρων (καλλιέργεια ανθήρων) (Gupta, 1995). 31