Ameliorarea orzului

AMELIORAREA ORZULUI

Orzul, ocupa locul patru pe lista cerealelor cultivate in lume, reprezentand aproximativ 11% din productia totala de cereale. Aceasta se explica si prin arealul larg de cultivare, extins de la 170⁰ latitudine nordica pana in oazele Saharei, prezentand atat forme de toamna cat si forme de primavara. Datorita avantajelor acestei culturi, suprafetele cultivare au crescut in ultimul timp pe plan mondial.

Marimea suprafetelor cultivate se datoreaza si modurilor diferite de utilizare a boabelor de orz.

Una dintre principalele utilizari ale boabelor de orz este in furajarea animalelor. Din totalul productiei, doua treimi are aceasta destinatie. Comparativ cu porumbul, valoarea boabelor de orz este asemanatoare, insa cheltuielile pentru obtinerea productiei sunt mai mici, productia fiind obtinuta mai de timpuriu.

O alta destinatie a boabelor de orz este industrializarea. In acest scop sunt dirijate aproximativ o treime din cantitatile obtinute. In urma industrializarii principalul produs obtinut este berea, dar orzul poate fi utilizat si in obtinerea spirtului, a glucozei sau a dextrinei.

1. Originea si sistematica.

Orzul este una din cela mai vechi plante de cultura. Luarea in cultura s-a produs in Orientul Apropiat, dupa luarea in cultura a graului.

Centru primar de diversificare este situat in Orientul Apropiat, dar exista si cateva centre secundare in Etipoia, Asia Centrala si Asia de Est.

Evolutia orzului s-a produs pe baza unor mutatii succesive care au afectat doua caractere importante: tenacitatea rahisului si fertilitatea spiculetelor. Forma ancestrala este Hordeum spontaneum, o specie cu doua randuri si rahis fragil, din care, printr-o prima mutatie a aparut H.agriocrithon, o specie cu 6 randuri si rahis fragil. Din aceasta specie cu sase randuri, prin alte mutatii a aparut specia H.distichon, forma cu doua randuri si rahis tenace. prin incrucisari ale acesteia cu alte forme a aparut H.vulgare, forma cu sase randuri si rahis tenace.

O alta teorie, cea a centrelor difuze, presupune ca orzul a evoluat in mai multe centre. Conform acestei teorii, stramosul orzului este necunoscut, existand o singura specie cultivata, H.vulgare cu mai multe subspecii. Cele actuale ar proveni din specia H.vulgare ssp.spontaneum.

Specia de orz cultivata face parte din familia Gramineae, genul Hordeum, care cuprinde 27 specii, singura cultivata fiind H.vulgare cu 4 convarietati: distichum, hexastichum, intermedium, deficiens.

Conform clasificarii lui Rajhaty (DRAGHICI si colab.,1975) speciile genului Hordeum se impart in 4 grupe, dupa gradul de ploidie.

Tabelul 1.3.

Clasificarea speciilor genului Horedum, (dupa RAJHATY)

Genetica orzului.

Specia cultivata este o forma diploida cu 2n= 14 cromozomi, dar exista si specii tetraploide si hexaploide, avand numarul de baza de cromozomi x=7.

Cercetarile de genetica la orz sunt multiple, fiind usurate de starea diploida, de numarul mic de cromozomi si de faptul ca este o planta autogama.

Fragilitatea rahisului este un caracter dominant fiind determinat de genele Bt, Bt2 si Bt3 plasate pe cromozomii 5 si 3.

Densitatea spicului este un caracter in determinismul sau fiind implicate genele recesive l 1-7, gena la, lc, ld. Pentru aceasta caracteristica adesea apar transgresiuni.

Lungimea spicului este data de numarul si lungimea internodiilor. Numarul mare de internodii din spic este determinat de doua gene dominante Rin si Rin2. Lungimea internodiilor este determinat de trei gene cu efect aditiv. Cele doua componente, lungimea si numarul internodiilor sunt corelate negativ.

Prezenta aristelor este determinata de gene cu dominanta incompleta sau dominanta totala. Exista insa si unele gene dominante care determina lipsa aristelor. Si lungimea aristelor este determinata fiind implicare genele Lk 4 si Lk 5 controlate de gena Lr 1. Rugozitatea aristelor este controlata de genele dominante R 2 si R 3. La unele forme aristele sunt caduce, acest caracter fiind controlat de genele recesive da si da 2. (DRAGHICI si colab., 1975)

Aderenta plevei de bob este un alt caracter controlat genetic de diferite gene recesive. pentru pleava neaderenta intervine gena n, iar pentru bob semiimbracat genele smn si sbn.

Inaltimea plantei este un caracter cu mari implicatii in realizarea rezistentei la cadere. Talia inalta este determinata de genele dominante Lk, L si Uz. Pentru talia pitica pot fi utilizate unele gene recesive sau gena dominanta D.

Capacitatea de productie este un caracter poligenic cu ereditate slaba. In determinismul acestuia sunt implicare genele ce determina numarul fratilor fertili, numarul boabelor din spic si masa boabelor din spic. pentru determinismul acestora sunt implicate gene cu actiune dominanta sau cu efect epistatic. MMB este un alt element component al capacitatii de productie, influentat de trei gene cu efect cumulativ.

Calitatea este de asemenea un caracter poligenic. Morfologia bobului este determinata de 3 gene ce controleaza atat lungimea bobului cat si marimea lui.

Continutul de proteina ridicat se comporta dominant si este asociat cu numarul de randuri. Acest element, cat si calitatea lui (procent de lizina), pot fi crescute de mutantele notch 1 si notch 2. Poate fi implicata si gena lys. POTLOG si colab., 1980)

Pentru orzul de bere intereseaza continutul de extract si puterea diastatica, pentru care intervin gene dominante. Acestea sunt corelate cu asprimea aristelor la formele cu doua randuri.

Tipul de crestere este controlat de mai multe gene dominante sau recesive, astfel ca exista forme de toamna, de primavara sau umblatoare. Formele de primavara sunt de tipul sh Sh 2 Sh 3, iar cele de toamna prezinta genele Sh sh 2 sh 3. Prin combinarea acestor gene rezulta formele umblatoare cu diferite grade de sensibilitate la iernare.

Rezistenta la ger este determinata de gene amplasate pe cromozomii 2 si 5. La hibrizi poate aparea heterozis negativ pentru acest caracter, dar si numeroase transgresiuni in generatiile segregante.

Rezistenta la cadere este controlata de 5 gene implicate in formarea unor paie rezistente la frangere cu numar mai mare de fascicule libero-lemnoase si o inradacinare puternica.

Pentru rezistenta la boli exista surse de determinism monogenic, dar si poligenic. (QUALSET si colab., 1990; BOYD si colab., 1987; STEFFERSON si WEBSTER, 1987; PARLEVLIET, 1975) Principalele gene implicate in realizarea rezistentelor la boli sunt:

- pentru fainare (Erysiphe graminis) sunt cunoscute genele Ml, gardul infectiei depinzand de relatiile dintre determinismul gazdei si a parazitului;

- pentru rugina (Puccinia hordei) se cunsoc genele Pa 1-9;

- pentru taciunele zburator (Ustilago nuda) exista 7 gene dominante (Un 1-7) si 1 recesiva (un),

- pentru taciunele imbracat (Ustilago hordei) sunt cunoscute mai multe gene dominante Uh;

- pentru sfasierea frunzelor (Helminthosporium gramineum) sunt semnalate mai multe gene, nedefinite;

- pentru patarea radiculara (Helminthosporium teres) sunt cunoscute trei gene dominante sau partial dominante Pt;

- pentru arsura frunzelor (Rhyuncosporium secalis) se cunoscu genele Rh;

- pentru virusul dungarii galbene (Virothrix hordei) este implicat grupul de gene Sm.

Determinismul genetic al rezistentei la daunatori este mai putin cunoscut. Sunt cunoscute doar cateva gene de rezistenta, in cazul paduchelui verde gena Grg, iar pentru nematozi genele Ha sau ha.

Precocitatea este un caracter controlat de doua gene a si B. Cele mai precoce sunt formele AABB, fiecare gena aducand cate 15 zile precocitate.

Androsterilitatea la orz este determinate de mai multe gene, in functie de sursa in care au fost gasite. Dintre genele care influenteaza dereglari ale fertilitatii normale se pot aminti: gena sc care produce scurtarea cromozomilor, gena ds care determina desinapsia, gena ga care determina aparitia polenului nefunctional, gena mo care determina policarpia si gena ms care produce androsterilitatea tipica. Aceasta din urma gena a fost identificata intr-o combinatie hibrida complexa: (H.jubaticum x H.compressum) x (H.bulbosum x H.vulgare). De la formele salbatice a fost transmisa si o tardivitate pronuntata a formelor androsterile. (POTLOG si colab., 1989)

Germoplasma.

Germoplasma cuprinde atat forme romanesti cat si straine. Cele romanesti sunt genotipuri foarte bine adaptate conditiilor de mediu, cu o buna capacitate de productie si satisfacatoare din punct de vedere calitativ.

Intre soiurile straine se contureaza doua grupe importante. Grupa soiurilor din nordul Europei sunt caracterizate prin precocitate, pai scurt si ariste fine.

O a doua grupa este cea a soiurilor din sud (Africa si Asia). Aceste forme sunt mai tardive, cu talia inalta si ariste aspre.

Speciile salbatice sunt utilizate pentru preluarea de gene de rezistenta la boli si la factorii de mediu nefavorabili.

4. Obiective de ameliorare

Ameliorarea capacitatii de productie. Capacitatea de productie este un caracter cu complexitate foarte pronuntata, din aceasta cauza este determinat poligenic. La realizarea productivitatii participa mai multe insusiri de ordin fiziologic si morfologic.

Numarul de spice la unitatea de suprafata depinde de capacitatea de infratire si de asigurarea unor conditii de crestere si dezvoltare corespunzatoare. Fata de grau, capacitatea de infratire a orzului este mai buna, formele cu doua randuri realizand un numar mai mare de frati. In conditii normale de cultura, pentru a se realiza un bun potential productiv, trebuie sa fi dusi pana la maturitate peste 4-5 frati fertili. Forme cu o mare capacitate de infratire se pot gasi in Etiopia, Orientul Mijlociu sau Japonia.

Un alt component al productiei de boabe este numarul boabelor din spic. Formele cu 6 randuri contin un numar mai mare de boabe in spic. Limita spre care se tinde in procesul de selectie este de peste 45-60 boabe in spic.

Productia este sustinuta si de greutatea boabelor, adica de masa a 1000 boabe. Daca limita de 45 g este usor atinsa, variabilitatea atesta prezenta unor forme cu 60-70 g MMB. Forme cu boabe mari pot fi gasite in zona mediteraneana a Africii si Arabia Saudita. Boabe mici prezinta formele japoneze si cele din nordul Asiei. (JESTIN, 1992)

Cresterea concomitenta a celor trei componente este greu de a se realiza deoarece MMB este corelata negativ cu numarul boabelor din spic si capacitatea de infratire.

Ameliorarea calitatii. Boabele destinate furajarii trebuie sa aiba un continut bogat in proteina. Limitele de variabilitate sunt 8-17 %, continutul ridicat fiind corelat negativ cu capacitatea de productie. Cresterea continutului de proteina se poate realiza si prin reducerea procentului de pleve la limite sub 10%. Continutul cel mai ridicat apare la boabelor golase, dar la aceste forme capacitatea de productie este foarte redusa, fiind si foarte slab rezistente la cadere. Procentul de proteina este ridicat si la formele cu ariste netede si caduce, dar la acestea apare un procent destul de mare de sterilitate.

In realizarea bune calitati bune intereseaza si calitatea proteinei, care este data de o compozitie echilibrata in aminoacizi esentiali. Dintre acestia, lizina este deficitara in proteina de orz. Avand la baza formele din Etiopia, continutul in proteina poate creste la peste 4%, la un continut total de proteina de 17%. Un bun genitor in acest sens este soiul Hiproly, acesta prezentand genele lys care confera o calitate deosebita pentru furaj a boabelor de orz. (BANG-OLSEN si colab., 1987)

La orzul pentru bere calitatea cuprinde alte aspecte. Continutul in proteina trebuie sa fie scazut, cel mult 9-11%. In acest caz, continutul in amidon trebuie sa fie peste 58-60%. Alte aspecte ale calitatii sunt legate de capacitatea boabelor de a absorbi apa si de a germina. Astfel, paleele trebuie sa fie fine pentru a fi usurata absorbtia apei, iar germinatia sa se realizeze foarte rapid, atingandu-se o germinare de 95% in 2-3 zile. Aceste insusiri sunt dependente de continutul in b-glucan care duce la obtinerea unui malt de calitate bazat pe o activitate enzimatica echilibrata (AASTRUP si MUNCK, 1987)

Maltul trebuie sa fie bogat in enzime cu un procent de extragere de minim 80%. Calitatea mai buna a maltului depinde de glucidele acumulate in boabe la un nivel redus al azotului. (DAYLEI si colab., 1988)

Ameliorarea rezistentei al iernare. La orz rezistenta la iernare este un caracter deficitar. Desi este conditionata genetic, existand trei tipuri de orz: de toamna, de primavara si umblator. Rezistenta la conditiile din iarna nu este satisfacatoare din cauza unei slabe rezistenta la ger la nivelul radacinilor, care sunt mai sensibile decat partile aeriene. Aceasta este determinata in mare masura de modul in care s-a realizat vernalizarea. Obtinerea unor forme cu un sistem radicular mai bine dezvoltat ar fi o cale de sporire a rezistentei la iernare. In selectie se pot utiliza si unele corelatii cu caractere mai usor detectabile: precocitatea, rezistenta la cadere sau prezenta aristelor netede.

Ameliorarea rezistentei la cadere si scuturare. Rezistenta la cadere slaba se datoreaza unei structuri anatomice deficitare a tesuturilor de sustinere. Prin crearea de forme cu pai scurt si gros nu se poate rezolva in totalitate rezistenta orzului la cadere. S-a constat ca formele cu o infratire mai slaba sunt mai rezistente la cadere, la fel ca si cele cu un sistem radicular mai bine dezvoltat si cu un ritm de crestere mai rapid in primele faze de vegetatie. (SAGE, 1983)

Scuturarea poate crea probleme la supracoacere datorita ruperii rahisului spicului. Formele mai rezistente sunt cele la care rahisul este tenace. Astfel de forme se pot obtine prin mutatii sau printr-o selectie a transgresiunilor din populatii hibride.

Ameliorarea rezistentei la boli. Orzul este atacat de o mare gama de boli. Pe langa bolile foliare la care sensibilitatea soiurilor este diferita, fara a se cunoaste forme imune, probleme apar si in privinta taciunilor. Germoplasma existenta nu poate asigura rezistenta genetica necesara, din aceasta cauza tratamentul la samanta este obligatoriu. Pentru crearea de linii rezistente se pot folosi genele amintite anterior in crearea unei rezistente de tip vertical, sau pot fi create soiuri tolerante pornind de la genitori de tipul soiurilor Dorselt, Brad, Jet. Genele de rezistenta specifice sunt prezentate in capitolul de genetica.

Ameliorarea rezistentei la seceta. Orzul este cunoscut ca pretentios fata de rezervele de apa din sol. Desi exista genotipuri xeromorfe cu frunze inguste si tari, acestea nu pot fi folosite in ameliorare deoarece prezinta spice foarte mici, deci au slaba capacitate de productie. Forme productive au frunze late si sunt pretentioase fata de apa. Fata de orzul cu sase randuri, orzoaica de primavara este mult mai sensibila. Daca nu se pot face testari aparte, in selectie pot fi urmarite si unele caractere morfologice corelate cu o buna rezistenta la seceta. Pe langa forma frunzelor pot fi avute in vedere si infratirea bogata, un sistem radicular bine dezvoltat sau prezenta cerozitatii sau a perisorilor pe frunze.

Ameliorarea precocitatii. Precocitatea este un element care fereste orzul de doua mari neajunsuri: influenta secetei si a atacului de boli. Pe langa acestea formele precoce isi gasesc utilizare si in furajarea sub forma de masa verde. Foarte important este faptul ca la orz au fost create unele forme foarte productive si precoce, aceasta datorita faptului ca pentru aceasta insusire apar frecvent transgresiuni foarte valoroase.

5. Metode de ameliorare

La orz s-au aplicat toate metodele de ameliorare, incercandu-se chiar obtinerea de hibrizi destinati cultivarii in productie.

Selectia este o metoda veche, care da rezultate foarte bune pentru imbunatatirea multor caractere. Prin selectie au fost create multe soiuri, de fapt primele soiuri ameliorate. Cele poloneze, obtinute prin aceasta metoda sunt cele mai importante. In perioada actuala selectia insoteste celelalte metode de baza.

Hibridarea este cea mai larg utilizata metoda de crearea a variabilitatii. Se aplica atat hibridarea simpla cat si cea indepartata, atat hibridarea apropiata cat si cea indepartata. Hibridarea indepartata da rezultate numai intre specii din genul Hordeum cu acelasi grad de ploidie. Hibridarile cu genurile inrudite nu au dat rezultate. Ca o varianta aparte a hibridarii, frecvent se utilizeaza back-cross-ul pentru crearea de rezistenta la atacul bolilor.

Mutageneza a fost foarte utilizata in ameliorarea orzului. Rezultate foarte bune s-au obtinut prin folosirea agentilor mutageni chimici (etilmetil sulfonatul 4,2%). Pe aceasta cale au fost obtinute mutante cu spice compacte, cu boabe mari, rezistente la cadere si boli.

Poliploidia a fost o metoda incercata din cauza numarului mic de cromozomi care face pretabila aceasta metoda. Formele tetraploide prezinta boabe mai mari, dar sunt deficitare in alte caractere, ca de exemplu o slaba rezistenta la cadere. Cu toate acestea au fost lansate in productie pe plan mondial si unele soiuri tetraploide.

Haploidia este o metoda tot mai frecvent utilizata la plantele autogame in scopul reducerii perioadei de ameliorare. La orz haploizii se obtin folosind metoda 'bulbosum' metoda pusa la punct la aceasta specie, aceasta constand in polenizare cu polen de la Hordeum bulbosum, in urma careia se obtin seminte fara fecundare, cu numarul de cromozomi redus la jumatate. Plantele obtinute din aceste sunt supuse colchicinizarii spre a se obtine o forma fertila si homozigota. Obtinerea acestor dihaploizi se face pornind de la plante din generatia hibrida F₁, sau de la plante selectionate din soiuri foarte valoroase. (KASHA, 1974)

Heterozisul poate spori capacitatea de productie la hibrizi cu 21-50%, productiile fiind mai constante, semintele avand o capacitate de germinare mai buna (importanta la orzul pentru bere), fiind si mai precoce decat formele parentale. Obtinerea semintei hibride pe scara larga este posibila numai folosind fenomenul de androsterilitate.

Primul tip de androsterilitate descoperit si folosit la orz a fost cel de tip genic, gena ms16, Separarea plantelor fertile de cele androsterile s-a facut prin inlantuirea genei de fertilitate cu gena ddt care confera sensibilitate la tratamentul cu DDT. Desi rezultatele au fost promitatoare, metoda nu a fost extinsa fiind costisitoare si poluanta.

S-a incercat si utilizarea trisomilor tertiari balansati cu amplasarea genei marcatoare pe un cromozom suplimentar, aceasta gena urmand a determina manifestarea unui caracter care sa permita efectuarea unei selectii intre formele androsterile si cele fertile (de exemplu au fost incercate gene ce influenteaza coloritul frunzelor).

Mai recent a fost descoperita si androsterilitatea nucleo-citoplasmatica. Ea ar putea fi utilizate dupa rezolvarea altor probleme care o influenteaza: tardivitatea pronuntata, gasirea unor surse de restaurare a fertilitatii si marirea gradului de alogamie. Unele dintre acestea, cum este cresterea gradului de alogamie, poate fi transferata de la H.bulbosum. (CHOO si colab., 1979)