Επιλογή και αξιολόγηση για απόδοση, πρωϊμότητα και χαρακτηριστικά ποιότητας μεταξύ και εντός έξι διασταυρώσεων βαμβακιού (Gossypium hirsutum L.)

Abstract

Σκοπός της εργασίας ήταν να διερευνηθεί η δυνατότητα αξιοποίησης συγκεκριμένου γενετικού υλικού βαμβακιού στο σχεδιασμό και την υλοποίηση προγράμματος βελτίωσης των χαρακτηριστικών ανάπτυξης, της απόδοσης και των συστατικών της, της πρωιμότητας και των χαρακτηριστικών ποιότητας της ίνας. Το γενετικό υλικό που χρησιμοποιήθηκε ήταν επτά εμπορικές ποικιλίες, πέντε από τις οποίες καλλιεργούνται στην Ελλάδα και δύο στην Ινδία. Τα πειράματα πραγματοποιήθηκαν σε πέντε καλλιεργητικές περιόδους. Το 2003 έγιναν διασταυρώσεις μεταξύ των ποικιλιών με κοινό γονέα μια από τις ποικιλίες, και την επόμενη (2004), έγιναν αναδιασταυρώσεις των υβριδίων με τους γονείς. Η αξιολόγηση των γενεών P1, P2, F1, F2, BC1(P1) και BC1(P2), για κάθε μια από τις έξι διασταυρώσεις, έγινε κατά την καλλιεργητική περίοδο 2005, όπου μελετήθηκε η δράση των γονιδίων (αθροιστική, κυριαρχική, επιστατική). Η πειραματική διάταξη για την αξιολόγηση των γενεών, για κάθε μία από τις έξι διασταυρώσεις, ήταν τυχαιοποιημένες πλήρεις ομάδες (Randomized Complete Block -RCB- Design) με τρεις επαναλήψεις. Το 2007, έγινε αξιολόγηση των γενεών P1, P2, F2, F3, BC1(P1)S και BC1(P2)S για κάθε μια από τις έξι διασταυρώσεις, με την ίδια πειραματική διάταξη και με τέσσερις επαναλήψεις. Παράλληλα, στην F2 γενεά για κάθε μία από τις έξι διασταυρώσεις, έγινε αμφίπλευρη επιλογή κατά την καλλιεργητική περίοδο 2005 για απόδοση, πρωιμότητα και χαρακτηριστικά ποιότητας ίνας. Συγκεκριμένα, αξιολογήθηκαν 100 ατομικά φυτά σε πειραματική διάταξη στρωματοποιημένης μαζικής επιλογής (grid mass selection) και χρησιμοποιήθηκαν 10 υποτεμάχια (grids) με 10 φυτά το καθένα. Οι επιλεγμένοι F3 και F4 πληθυσμοί, αξιολογήθηκαν τις επόμενες καλλιεργητικές περιόδους 2006 και 2007, αντίστοιχα. Η πειραματική διάταξη που εφαρμόστηκε ήταν τυχαιοποιημένες πλήρεις ομάδες (RCB) με τέσσερις επαναλήψεις. Σύμφωνα με τα δεδομένα που προέκυψαν, για τις περισσότερες από τις διασταυρώσεις, η ανάλυση των γενετικών επιδράσεων έδειξε ότι ένα απλό, αθροιστικό - κυριαρχικό πρότυπο δεν μπορούσε να εξηγήσει το μεγαλύτερο μέρος της γενετικής παραλλακτικότητας για τα περισσότερα από τα χαρακτηριστικά που μελετήθηκαν. Το πρότυπο των έξι παραμέτρων έδειξε ότι υπήρξαν και επιστατικές δράσεις, υποδηλώνοντας ότι ο τρόπος κληρονομικότητας είναι πολύπλοκος, καθώς πολλαπλά αλληλλόμορφα αλληλεπιδρούν έχοντας ποικίλες επιπτώσεις στα χαρακτηριστικά που μελετήθηκαν. ο Ο συντελεστής κληρονομικότητας Η2 για την απόδοση κυμάνθηκε από 0.24 έως 0.49, ενώ η διαθέσιμη γενετική παραλλακτικότητα σε τιμές Θϋν κυμάνθηκε από 22.2 έως 30.7%. Για την αναλογία της ίνας (%), καθώς και για ο τα χαρακτηριστικά ποιότητας της ινας, ο συντελεστής κληρονομικότητας Η2 κυμάνθηκε σε μέτρια έως υψηλά επίπεδα (0.37 - 0.82), γεγονός που υπονοεί ότι, καταρχάς η επιλογή θα μπορούσε να ήταν αποτελεσματική. Όμως, η διαθέσιμη γενετική παραλλακτικότητα (Θϋν), που ήταν πρακτικά ανεπαρκής, περιορίζει τις δυνατότητες βελτίωσης αυτών των χαρακτηριστικών. Τα δεδομένα της αμφίπλευρης μαζικής επιλογής επέτρεψαν ουσιαστική διαφοροποίηση μεταξύ υψηλοαποδοτικών και χαμηλοαποδοτικών φυτών, με την πρώτη κατηγορία να έχει περίπου τετραπλάσια απόδοση σε σχέση με τη δεύτερη. Αυτό μπορεί να είναι μια ένδειξη ύπαρξης ενδογενούς γενετικής παραλλακτικότητας και, κατά συνέπεια, πιθανολογεί δυνατότητα αποτελεσματικής επιλογής. Ο συντελεστής κληρονομικότητας ήταν ικανοποιητικά υψηλός, με τιμές από 0.38 έως 0.60. Σχετικά με την πρωιμότητα, τα δεδομένα έδειξαν ύπαρξη γενετικής παραλλακτικότητας και τιμές του συντελεστή κληρονομικότητας από 0.54 έως 0.83, κάτι που υπονοεί δυνατότητα αποτελεσματικής επιλογής. Τα δεδομένα αμφίπλευρης επιλογής επέτρεψαν, επίσης, τη διαφοροποίηση των πρώιμων από τα όψιμα φυτά, από 14 έως 19 ημέρες. Αυτό ήταν μια ένδειξη για δυνατότητα επιλογής ως προς την πρωιμότητα. Από την συνδυασμένη επιλογή για απόδοση και πρωιμότητα βρέθηκε ότι ο συνδυασμός πρωιμότητας και απόδοσης μπορεί να είναι εφικτός, ενώ ο συνδυασμός απόδοση και οψιμότητα δε φαίνεται να είναι συμβατός στο συγκεκριμένο γενετικό υλικό και κάτω από τις συγκεκριμένες συνθήκες. Τέλος, για τα χαρακτηριστικά ποιότητας της ίνας, στην αμφίπλευρη μαζική επιλογή, η γενετική παραλλακτικότητα μεταξύ των Ρ2 φυτών ήταν μεγαλύτερη από εκείνη μεταξύ των φυτών των γονέων, για όλα τα χαρακτηριστικά ποιότητας και για όλες σχεδόν τις διασταυρώσεις. Στην αμφίπλευρη επιλογή, σχετικά με την απόδοση, διατηρήθηκε η διαφοροποίηση των υψηλών (HY) και χαμηλών (LY) για τρεις από τις έξι διασταυρώσεις, τόσο κατά την καλλιεργητική περίοδο 2006 γονότυποι), όσο και το 2007 γονότυποι). Παρόλα αυτά, μόνο μία από τις τρεις διασταυρώσεις διατήρησε αυτή τη διαφοροποίηση και τα δύο έτη. Γονότυποι που συνδύαζαν απόδοση και πρωιμότητα (ΥΗΕ και YLE) διαφοροποιήθηκαν σε δύο διασταυρώσεις το 2006, και σε τέσσερις το 2007. Ως προς την πρωιμότητα, η διαφοροποίηση των πρώιμων και όψιμων γονότυπων ήταν ουσιαστική για τις έξι διασταυρώσεις και τις δύο καλλιεργητικές περιόδους. Επίσης, διαφοροποίηση ως προς την πρωιμότητα παρατηρήθηκε και μεταξύ ΗΥ και LY γονότυπων στις ίδιες πέντε από τις έξι διασταυρώσεις και τα δύο έτη αξιολόγησης, με τους υψηλοαποδοτικούς γονότυπους να είναι οψιμότεροι από τους χαμηλοαποδοτικούς, όπως αναμενόταν. Η συμπεριφορά των γονότυπων που συνδύαζαν απόδοση και πρωιμότητα (YHE) και εκείνων που συνδύαζαν απόδοση και οψιμότητα (YLE) διαφοροποιήθηκε σε πέντε (2006) και έξι (2007) διασταυρώσεις, με τους ΥΗΕ να είναι πιο πρώιμοι από τους YLE. Για τα χαρακτηριστικά ποιότητας της ίνας, οι γονότυποι βαμβακιού με τα καλύτερα (HQ) και οι αντίστοιχοι με τα κατώτερα (LQ) διαφοροποιήθηκαν ως προς το μήκος της ίνας σε πέντε και σε τρεις από τις έξι διασταυρώσεις το 2006 και 2007, αντίστοιχα. Ως προς την ομοιομορφία, υπήρξε διαφοροποίηση σε πέντε (2006) και σε δύο (2007) διασταυρώσεις, ενώ ως προς την αντοχή και το micronaire, σε τέσσερις διασταυρώσεις και τα δύο έτη αξιολόγησης. Τέλος, σύμφωνα με την αξία χρήσης, οι HQ είχαν καλύτερη βαθμολογία από τους LQ σε πέντε (2006) και σε τέσσερις (2007) διασταυρώσεις.

The purpose of the present study was to examine the potential use of specific genetic material in planning and implementing a breeding program for plant development traits, yield and its components, earliness and fiber quality traits of upland cotton. The genetic material used consisted of seven commercial varieties; five cultivated in Greece and two in India. The experiments were conducted during five cultivation periods. In year 2003, crosses were performed using as a common parent one of the varieties cultivated in Greece. During year 2004, the F1 hybrids were backcrossed to their parental progenitors. The analysis of generations P1, P2, F1, F2, BC1(P1) and BC1(P2), for each one of the six crosses, took place during the 2005 cultivation period, when the gene action (additive, dominant, and epistatic) was studied. The experimental design used for the generation analysis for all six crosses was the Randomized Complete Blocks (RCB) with three replications. In year 2007, generations P1, P2, F2, F3, BC1(P1)S and BC1(P2)S were analysed for all crosses, using the same experimental design but with four replications. Meanwhile, during year 2005, bilateral selection in the F2 generation was performed for yield, earliness and fiber quality traits. One hundred individual plants, using a grid mass selection scheme, were analyzed (10 grids and 10 plants per grid). The selected F3 and F4 populations were analyzed during the subsequent (2006 and 2007) cultivation periods, respectively. The experimental design used was the randomized complete blocks (RCB) with four replications. According to the data analysis, in most crosses a simple additive-dominant model was not efficient to explain most of the genetic variance, for the majority of the traits studied. The six-parameter model showed that there were also epistatic effects implying that the heredity mode is complicated due to interaction among multiple alleles with an impact on various traits. The broad sense heritability coefficient (H2) for yield ranged from 0.24 to 0.49 while the available genetic variance in GCV values ranged from 22.2 to 30.7%, and can be effectively used in breeding programs. For lint percent, as well as for fiber quality traits, the H2 ranged from moderate to high levels, implying that the initial selection could be effective. However, the available genetic variance (GCV) for the current crosses was low, implying that there is limited improvement for these traits. The bilateral mass selection data revealed substantial differentiation among high- and low-yielding plants, with the first ones out-yielding four times the latter. This could be an indication of the existence of genetic variance and its potential use for effective selection. The heredity coefficient was satisfactorily high, ranging from 0.38 to 0.60. As far as earliness is concerned, data showed values of the heredity coefficient ranging from 0.54 to 0.83, implying potential for effective selection. The bilateral selection revealed differentiation between early and late plants from 14 to 19 days, indicating the ability to use this material for earliness selection. Selection for earliness and yield appears to be possible while selecting for yield and late maturity seems to be impossible with this specific genetic material and under these specific circumstances. Finally, variance among F2 plants, for fiber quality traits, in the bilateral mass selection, was larger than among the parents for almost all crosses. In the bilateral selection for yield, the differentiation between high (HY) and low (LY) was maintained for three out of the six crosses in 2006 (F3 genotypes) and in 2007 (F4 genotypes). However, only one of the three crosses maintained this differentiation for both years. Genotypes combining yield and earliness (YHE and YLE) were differentiated in two crosses in 2006 and four in 2007. As for maturity, the differentiation between early and late genotypes was substantial among the six crosses during both cultivation periods. Differentiation regarding earliness was also noticed between HY and LY genotypes in the same five out of six crosses during both years of analysis, with the high-yielding genotypes being later than the low-yielding ones, as expected. Differentiation among YHE and YLE genotypes was observed in five crosses in year 2006 and in six crosses in year 2007, with the YHE genotypes being earlier than the YLE ones. In terms of fiber quality, genotypes with the best fiber quality traits (HQ) and the lowest fiber quality traits (LQ) were differentiated in terms of fiber-length in five and in three out of the six crosses in years 2006 and 2007, respectively. Uniformity differences were observed in five crosses in 2006 and two in 2007 while differences in fiber strength and micronaire were observed in four crosses for both years of analysis.