Pěstování pokusných rostlin

Transkript

1 zimní semestr 2010/2011 Pěstování pokusných rostlin Přednáška 4. Zdroj biologického materiálu a jeho vlastnosti

2 Zdroj biologického materiálu A. genové banky B. botanické zahrady C. šlechtitelské, semenářské firmy D. vlastní sběr v terénu E. výsledek vlastní výzkumné činnosti (např. Ferda, ZE-CMV)

3 Způsob ochrany fytogenofondu: A. ex situ (položky v genofondových kolekcích) Botanické zahrady a arboreta především planě rostoucí druhy především pěstované druhy in situ Chráněné krajinné celky a regiony Parky Přírodní rezervace a chráněná naleziště Chráněné stromy Genetické banky On farm

4 IPGRI International Plant Genetic Resources Institute (Rome, Italy) nyní BIOVERSITY INTERNATIONAL člen CGIAR poslání: podpora uchování a využití genových zdrojů rostlin struktura: rada Řím (Itálie) regionální skupiny: Americas Asia, Pacific, Oceania Europe Sub-Sahara Africa West Asia and North Africa tématické skupiny: Genetic Diversity Germplasm Maintenance and Use Documentation, Information and Training 1974 IBPGR A. projekty networks: např. ECP/GR working groups: 1. cereals: Avena, Barley, Wheat 2. forages: Forages 3. fruits: Malus Pyrus, Prunus, Vitis 4. oil and protein crops: grain legumes 5. sugar, starch, fibre crops: Beta, fibre crops (flax, hemp), potato 6. vegetables, MAP: Allium, Brassica, Cucurbits, Leafy Vegetables, Medicinal and Aromatic Plants Solanaceae, Umbelifer crops informace: ročenky, publikace, databáze kolekcí, výukový materiál Vavilov-Frankel Fellowship

5 Národní program konzervace genofondu rostlin v České republice A Národní program konzervace genofondu rostlin využitelných v zemědělství v České republice Ministerstvo zemědělství ČR Výzkumný ústav rostlinné výroby v Praze Ruzyni role národního koordinátora, pracopviště Olomouc, Karlštejn účast 10 státních i soukromých institucí: Kroměříž, Šumperk, Zubří, Opava, Holovousy, Lednice na Moravě, Troubsko, Havlíčkův Brod, Žatec, Průhonice EVIGEZ evidence cca položek všech běžně pěstovaných zemědělských plodin každá instituce (smlouvy s MZe ČR prostřednictvím VÚRV): sběr, introdukce, regenerace, popis, uložení, poskytování vzorků Zákon 148/2003 Sb. o konzervaci a využívání genetických zdrojů rostlin a mikroorganismů významných pro výživu a zemědělství databáze, EVIGEZ

6 Národní program konzervace A. pěstovaných rostlin ČR obdobně program konzervace mikroorganismů, které mají hospodářský význam program konzervace lesních dřevin program konzervace hospodářských zvířat

7 Charakter biologického (zúženo na rostlinného) materiálu z genových bank: A. vzorek se nazývá položka (accession) 1. co se uchovává: obvykle pěstované druhy rostlin někdy také planě rostoucí příbuzné druhy (primární, sekundární, vyjímečně terciární genový pool, ale v poslední době čím dál tím častěji) staré krajové odrůdy, odrůdy, které již nejsou komerčně pěstované NIKOLIV: současné odrůdy, hybridní odrůdy, GMO 2. zdroj materiálu: materiál pochází od jiných institucí, od tradičních pěstitelů i z vlastní expediční činnosti doma i v zahraničí (přísná a přesná mezinárodní pravidla)

8 A. DATA o položkách 1. pasportní 2. popisná 3. technická (protokoly a standardy pro regeneraci, uchovávání)

9 Práce s položkami genových A. zdrojů 1. uložení vzorku: semenné vzorky (chlad, mráz, vysušení, hermetické uzavření) druhy množené vegetativně polní kolekce (s duplicitními výsadbami), kultury in-vitro, kryoprezervace trvalé (dlouhodobé) výsadby

10 A. 2. operace s rostlinným materiálem: udržení vitality osiva, resp. vhodné části rostlinného vzorku (vhodné skladování, pravidelná kontrola stavu, regenerace) popis morfologických, biologických, biochemických resp. hospodářských vlastností položky, stanovení karyologických vlastností, studium proteinových markerů, analýza DNA

11 A. Genové banky v České republice Zákon 148/2003 Sb. o konzervaci a využívání genetických zdrojů rostlin a mikroorganismů významných pro výživu a zemědělství... požadavek - oficiální dopis dané instituci biologický materiál pro vědecké, výzkumné a výukové účely na vysokých školách (nikoliv soukromým osobám, nikoliv ke komerčním účelům) bezplatně obvykle jsou stanovena určitá pravidla pro poskytování vzorků žadatelům (počet vzorků, jejich velikost) forma přílohy k zákonu (tvrdé závazky také ze strany poskytovatele materiálu) stanoveny určité podmínky pro nakládání se vzorky (Material Transfer Agreement) např. zákaz poskytování materiálu třetí osobě, zákaz jeho zařazení do vlastní kolekce, zákaz zveřejňování výsledků výzkumu bez souhlasu donora)

12 Charakter biologického materiálu z genových bank: s biologickým materiálem jsou poskytována pasportní data (název, místo původu materiálu, rok získání do kolekce...) standardy regenerace odpovídají květní biologii (prevence nežádoucího křížení atd.), dlouhodobé uložení respektuje požadavky druhu při regeneraci je prioritní snaha zachovat genetickou variabilitu daného vzorku (v rámci jedné položky reprezentující např. krajovou odrůdu cizosprašného druhu se mohou vyskytovat různé typy) riziko nesprávného taxonomického zařazení (příklad wild Lactuca spp.) Tyto okolnosti je potřeba mít na zřeteli při použití tohoto typu materiálu, který je velmi cenný

13 Cucurbita pepo zpracování klasifikátoru (souboru popisných znaků) pro pěstované druhy rodu Cucurbita a jeho příprava pro publikaci : regenerace a morfologický popis souboru 48 genotypů C. pepo v polních podmínkách (genofondová kolekce Agricultural Research Organization, Newe Ya ar Research Center, Ramat Yishay, Israel) 53 popisných znaků cíl: - morfologická variabilita mezi genotypy - vyrovnanost v rámci genotypů - verifikace morfotypu (klasifikace morfotypu je založena na hodnocení tvaru plodů; tvar plodu souvisí s místem a způsobem vzniku, resp. diverzifikace morfotypu; místo a způsob vývoje morfotypů do jisté míry souvisejí s jejich reakcí k DM, PM ) další etapa: - stanovení obsahu jaderné DNA (flowcytometrie) - hodnocení reakce k padlí tykvovitých a plísni okurkové

14 Výsledky příklady morfologické heterogenity položek C. pepo ve stadiu botanické zralosti plodů: Lebeda A., Křístková E., Paris H.S., Zadrobílková I., Variation in phenotypic traits within and among Cucurbita pepo genotypes. Abstracts, The 4th International Cucurbitaceae Symposium, Changsha, Hunan, China, September 20-24, 2009, p. 85. Lebeda A., Křístková E., Paris H.S. Variation in morphologic traits within and among Cucurbita pepo genotypes, Acta Horticulturae (in press) P-PU-SSU P-PU-TAT T-SN-SBU P-CO-VNI Morfotypy C. pepo (Paris, 1986) P-VM-546 tato morfologická heterogenita může predikovat heterogenitu fenotypvého projevu interakce s DM, PM

15 Studies of morphological variation between and among lettuce (Lactuca sativa) accession from the Czech national gerrmplasm collection Morphological variation within and between lettuce accessions of cv. 'Atrakce' in the Czech national germplasm collection 09H H H H H H /99 09H H H /93 09H H H H H Křístková E., Lebeda A., Superatová L., Morphological variation within and between lettuce accessions of cv. 'Atrakce' in the Czech national germplasm collection. pp In: Prohens J., Badenes M.L. (eds.) Modern Variety Breeding for Present and Future Needs, Proceesdings of the 18th EUCARPIA General Congress, 9 12 September 2008, Valencia, Spain. Lebeda A.. Křístková E., Doležalová I., Petrželová I., Melichařiková Z Germplasm collections of old lettuce cultivars and landraces for modern breeding. ISHS LIsboa, Abstracts, vol. II, p. 560.

16 Verification of taxonomic status of wild Lactuca spp. accessions 16 plants per accession; Regeneration in an insect-free glasshouse under controlled conditions following international standards for genetic resources (Hintum and Boukema 1999);

17 Morphological assessment flower, inflorescence stem 1 stem leaves rosette leaves achenes descriptor list 16 plants per accession continuously at different developmental stages visually, photodocumentation, scanning evaluation: qualitative, semiquantitative, quantitative

18 Germplasm collections taxonomic status of Lactuca accessions Taxonomic status of a set of 95 Lactuca spp. accessions representing 12 species received from six main world gene banks (Czech Republic, Germany, the Netherlands, the UK, the USA) ) taxonomic status declared by passport data confirmed for 35 accs. 2) taxonomic status of 15 accs. of L. serriola completed by determination of a lower taxonomic unit (f. serriola, f. integrifolia) 3) taxonomic status of 31 accs. re-determined 4) 14 acc. represented by mixtures of L. serriola forms, different Lactuca species or Lactuca interspecific hybrids

19 examples Lactuca livida re-determined as Lactuca dregeana PI LET L. dentata: redetermined on original seeds as Sonchus oleraceus RICP09H PI L. virosa: L. virosa + L. serriola-like seeds

20 B. B. Botanické zahrady v České republice Zákon o botanických zahradách zatím neexistuje, dokonce ani pojem Botanická zahrada nemá zakotvenu žádnou právní ochranu obvykle prostřednictvím Indexu seminum biologický materiál pro vědecké, výzkumné a výukové účely na vysokých školách (nikoliv soukromým osobám, nikoliv ke komerčním účelům), žadatel se obvykle zavazuje dodržovat mezinárodní úmluvy (např.cbd) bezplatně obvykle jsou stanovena určitá pravidla pro poskytování vzorků žadatelům (počet vzorků, jejich velikost) obvykle stanovena podle konkrétních možností a úvahy dané bot. zahrady podmínky pro nakládání se vzorky nejsou stanoveny

21 Charakter biologického materiálu z B. botanických zahrad: vzorek se obvykle nazývá vzorek obvykle planě rostoucí druhy rostlin, také pěstované druhy rostlin materiál pochází od jiných institucí i z vlastní expediční činnosti (dosavadní určité živelnosti by měla v budoucnu zamezit přesná mezinárodní pravidla) např. IPEN International Plant Exchange Number Poznámka: 2005 vznik Unie botanických zahrad České republiky, proces prohlubování spolupráce s BGCI (Botanical Gardens Conservation International)

22 B. IPEN číslo se skládá ze 4 prvků: AA 0 ACRO AA = země původu rostlinného materiálu (ISO alpha 2), pokud XX původ neznámý 0 = žádné omezení pro transfer; 1 = existuje nějaké omezení ACRO = akronym BZ která uvádí rostlinný materiál do IPEN = přírůstkové (či jiné) číslo rostlinného materiálu v dané zahradě

23 Charakter biologického materiálu z B. botanických zahrad: s biologickým materiálem jsou poskytována obvykle jen základní pasportní data (název, místo původu materiálu, rok získání do kolekce...) bot. zahrady obvykle nemají technické vybavení na regeneraci odpovídající květní biologii (není možná prevence nežádoucího křížení atd.), poskytované vzorky nemusí odpovídat deklarovanému taxonu dlouhodobé uložení respektující požadavky druhu je zajištěno jen v některých špičkových institucích riziko nesprávného taxonomického zařazení je pravděpodobně menší než v genových bankách Tyto okolnosti je potřeba mít na zřeteli při použití tohoto typu materiálu, který je velmi cenný

24 D. Vlastní sběr D. obvykle planě rostoucí druhy nutno respektovat platné zákony doma (sběr chráněných rostlin, sběr v chráněných oblastech) nutno respektovat platné zákony v cizině svrchované právo každé země na vlastní přírodní bohatství nutno použít vhodnou techniku sběru (termín odběru, zpracování vzorku, terénní záznamy, velikost vzorku z lokality, atd.)

25 Příklad sběrových expedic - realizace jednoho z úkolů mezinárodního projektu EU GENE-MINE Účastníci projektu sbírali vzorky lociky kompasové (Lactuca serriola L.) ve svých zemích podle přesně stanovených instrukcí Czech Republic (PU, RICP) 16 samples (maximum 16 x 16 seed pockets, for more details see paragraph 4) Germany (IPK) 16 samples (max. 16 x 16 seed pockets) The Netherlands (PRI) 8 samples (max. 8 x 16 seed pockets) United Kingdom (HRI) 10 samples (max. 10 x 16 seed pockets) D.

26 Instrukce o Lactuca serriola L., o patogenech

27 Sběrový protokol GENE-MINE WP-E4, task E-4.2 Name of collecting organization Name of collector(s)1. Seed sample Sample number: Collecting date: Type of material: seed Botanical name: Lactuca serriola f. Number of plants sampled:population size: No. of plants.. covering.. m2 2. Collecting site geographical information Country: Province: District: Location (site): Latitude: Longitude: Altitude: Exposure: 3. EnvironmentLandform: Soil texture: Habitat:Dominant plant species: 4. Population collected Phenology: Morphological variation:diseases: 5. Additional remarkscollecting protocol

28 1. Field studies in Europe: Expedition ways and collection sites of L. serriola populations in Czech Republic, Germany, Netherlands and United Kingdom Lebeda A., Doležalová I., Křístková E., Dehmer K.J., Astley D. van de Wiel C.C.M., van Treuren R., Acquisition and ecological characterization of Lactuca serriola L. germplasm collected in the Czech Republic, Germany, the Netherlands and United Kingdom. Genetic Resources and Crop Evolution, 54:

29

30 Study of geographic distribution, ecobiodiversity, collecting of seed samples Impacts of field studies and collecting trips: 1. new information on Lactuca spp. ecobiology, eco-geography, morphologic variability in original habitats 2. seed samples collected are exploited in further research new original data about biodiversity 3. great potential for further plant breeding 4. recently Lactuca collection includes samples Doležalová I., Lebeda A., Vondráková D., Current status of the Lactuca working collection of Palacký University in Olomouc, Czech Republic. In: Maggioni L., Lebeda A., Boukema I., Lipman E. (Eds.): Report of a Working Group on Leafy Vegetables. First Meeting, October 2005, Olomouc, Czech Republic. Bioversity International, Rome, Italy, 2008, pp

31 společně s rostlinným (semenným) materiálem jsou v terénu sbírány vzorky vybraných patogenů kompletace jejich sbírek, udržování, testování modelové objekty, s nimiž se pracuje na Katedře botaniky PřF UP v Olomouci: 1. tykvovité rostliny (Cucurbitaceae) x padlí tykvovitých, plíseň okurková 2. Lactuca spp. x padlí čekankové, plíseň salátová

32 Nabídka bakalářských diplomových prací Studium morfologické variability planě rostoucích druhů rodu Lactuca: L. aculeata, L. saligna Práce jsou začleněny do široce koncipovaného studia variability rostlin a jejich patogenů, kterým se na Katedře botaniky PřF UP v Olomouci zabývá tým pana prof. A. Lebedy

33 Verfication of taxonomic status of newly collected samples (performed during their regeneration) 1. L. saligna? no. 77/07 Shobak, JO 2. L. saligna no Avi el, IL results implemented to adequate scientific papers 3. L. aculeata, no

34 C. C. Šlechtitelské, semenářské firmy požadavek - dopis dané instituci, nákup biologický materiál bez omezení za peníze u seriózních firem materiál odpovídá deklarovanému druhu i odrůdě předmětem komerčního využití (prodeje) nejsou nejvyšší šlechtitelské stupně (E elita, SE superelita), takže jsou možné i odchylky od deklarované odrůdy současné odrůdy hybridní, syntetické odrůdy při určitých pokusech (testech) budou poskytovat heterogenní reakci

35 Šlechtění rostlin: tvůrčí proces směřující k zlepšování genetického základu rostlin tak, aby se zvýšila jejich hospodářská hodnota Odrůda: skupina organismů, které v rámci určitého rostlinného druhu tvoří vyhraněnou skupinu v mezích dané biologické proměnlivosti Odrůda (mezinárodní definice): záměrně pěstovaný porost vyznačující a odlišující se od jiné odrůdy závažnými morfologickými, fyziologickými, cytologickými, chemickými, hospodářskými nebo jinými znaky a vlastnostmi, které jsou pro něj typické a které se při (pohlavním) rozmnožování zachovávají. C.

36 C. Uznávání osiva a sadby v českých zemích od r zkoušení odrůd na řadě míst (např. Botanická stanice Tábor - zal. 1866) a zveřejňování výsledků od r v Čechách, na Moravě Státní výzkumné ústavy zemědělské - Praha, Brno, Bratislava, Košice (zkoušení odrůd) zákon Ministerstva zemědělství B. ČSR o přiznání původnosti odrůdy zařazení zkoušení do ÚKZÚZ = Ústřední kontrolní a zkušební ústav zemědělský Odbor odrůdového zkušebnictví - Listiny povolených odrůd - Seznam odrůd zapsaných ve Státní odrůdové knize České republiky

37 Současný stav povolování a registrace nových odrůd C. Zákon 82/1996 Sb. O odrůdách, osivu a sadbě pěstovaných rostlin (novela ze dne ), vyhláška MZe 191/1996 Sb. Ústřední kontrolní a zkušební ústav zemědělský (ÚKZÚZ) se sídlem v Brně instituce, která má zodpovědnost a povinnost dohlížet na dodržování zákonných norem a předpisů

38 registrace nové odrůdy zapsání do Státní odrůdové knihy odrůdové zkoušky (3 roky) pak je odrůda právně chráněna pravidla Distinctness, Uniformity, Stability pro snadnější orientaci pěstitele MZe seznam doporučených odrůd ÚKZÚZ Přehledy odrůd pěstovaných skupin rostlin význam domácích odrůd udržovací šlechtění C.

39 Semenářská kontrola před rokem 1989: OSEVA polní plodiny, SEMPRA zahraní plodiny po roce 1989: Českomoravská šlechtitelská a semenářská unie (ČMŠSU) současná legislativa nevyžaduje povinnou kontrolu a uznávání osiva a sadby všech druhů pěstovaných rostlin, nýbrž jen hospodářsky významných druhů uvedených v příloze zákona rozmnožovací materiál: základní vyráběn udržovatelem odrůdy: E SE1, SE2, SE3 (podléhá uznávání) certifikovaný C1 C2 (podléhá uznávání) standardní S (zeleniny, léč. rostliny v druhovém seznamu) nepodléhá uznávání, pouze kontrole pravosti, čistoty, zdravot. stavu (ÚKZÚZ), za veškeré vlastnosti odpovídá výrobce obchodní O (hospodářsky méně významné druhy, nebo na výjimku MZe v případě kritického nedostatku certifik. osiva), nemusí splňovat požadavek odrůdové čistoty a pravosti; tento materiál nese pouze označení druhu, nikoliv odrůdy směsi (druhové a odrůdové) C.

40 C. Uznávací řízení - ÚKZÚZ žádost (žadatel) přehlídka porostu (ÚKZÚZ) rozhodnutí o uznání porostu (ÚKZÚZ) žádost o uznání osiva (žadatel) odběr úředního vzorku (ÚKZÚZ) zaslání odebraného vzorku (žadatel) provedení předepsaných zkoušek (ÚKZÚZ) vystavení rozhodnutí (ÚKZÚZ)

41 Doporučená literatura: Guarino L., Ramantha Rao V., Reid R.: Collecting plant genetic diversity, Technical Guidelines, CAB International, ISBN