Ameliorarea porumbului

AMELIORAREA PORUMBULUI

Extinderea culturii porumbului pe suprafete mari este motivata de unele avantaje ale acesteia. Principalul avantaj este acela ca productiile obtinute sunt mult mai ridicate decat la celelalte cereale. Un alt avantaj este acela ca hibrizii de porumb existenti in cultura au o plasticitate ecologica larga, valorificand foarte bine fertilizarea. Nu trebuie uitat faptul ca porumbul suporta si monocultura, iar tehnologiile moderne permit o mecanizare totala a culturii.

Importanta culturii reiese si din posibilitatile multiple de valorificare a boabelor. Principala utilizare a boabelor de porumb este in furajarea animalelor, dar procentul relativ de proteina si lipsa a doi aminoacizi esentiali (lizina si triptofanul) din proteina de porumb, impun completarea ratiilor cu furaje care sa aduca un aport proteic mai sustinut. In furajare, porumbul mai este folosit si ca masa verde sau siloz.

La nivel mondial, 15 % din productia de boabe este destinata industrializarii. Produsele industriale obtinute isi gasesc utilizare in alimentatia umana sau sunt folosite in diferite domenii. Astfel, pe langa produsele alimentare, din porumb se mai obtin: alcool, ulei, glucoza, dextroza, unele substante folosite in industria vopselelor si a celuloidului. In tara noastra, porumbul isi gaseste aceleasi utilizari.

1. Originea si sistematica.

Originea americana a porumbului, care astazi este universal recunoscuta, a fost contestata de catre unii cercetatori.

Astfel, unii autori au sustinut originea asiatica a porumbului pornind de la unele confuzii de traducere, confundandu-se denumirile meiului din scrierile foarte vechi cu denumirea Zea data de catre Linne.

O alta ipoteza sustine ca porumbul este originar din Africa si a patruns in Europa prin intermediul turcilor. Eroarea se datoreaza descoperirii in mormintele egiptene a unor seminte de sorg, care s-a crezut ca sunt de porumb.

Scrierile demonstreaza ca in America, in momentul descoperirii acesteia, porumbul era cultivat pe scara larga, aplicandu-se o tehnologie de cultura destul de avansata. Originea americana a porumbului este sustinuta de o bogatie de forme adaptate pentru diverse scopuri precum si o pronuntata plasticitate ecologica ce poate fi gasita pe acest continent in cazul porumbului.

Problemele care inca nu sunt elucidate deplin, sunt cele de localizare precisa pe continentul American a originii porumbului.

HARSHBERGER (1901) considera ca centrul de origine al porumbului platourile inalte ale Mexicului, unde luarea in cultura a acestei plante a avut loc la inceputul erei crestine, de unde s-a raspandit spre sud (in jurul anilor 700) si spre nord (prin anii 1000). (CRISTEA, 1977)

Alti autori considera ca porumbul a fost luat in cultura concomitent in mai multe centre, iar descoperirile arheologice atesta ca in America de Sud si America Centrala, porumbul a fost cultivat cu 4000-6000 de ani i.Ch. Asemenea dovezi se gasesc si in Mexic, unde au fost descoperiti cei mai vechi stiuleti primitivi de porumb.

Facandu-se un studiu de ansamblu al teoriilor legate de originea porumbului, s-a concluzionat ca principalul centru de origine este situat in Mexic, fiind urmat de centrele secundare situate in Peru si Guatemala (MURESAN si colab., 1973)

Dezvoltarea filogeniei porumbului este o problema controversata deoarece nu se cunoaste nici o forma salbatica vie a acestei plante. O forma salbatica cu stiulete asemanator celui de porumb nici nu ar putea exista deoarece raspandirea singura a semintei, fara ajutorul omului, este imposibila.

In privinta evolutiei porumbului exista mai multe teorii care aduc argumente, dar impotriva carora exista si numeroase obiectii.

Derivarea din porumbul tunicat. Aceasta ipoteza a fost emisa in anul 1929 de catre Saint-Hilaire si a pornit de la un tip special de porumb adus din Brazilia care a fost denumit Zea mays var.tunicata. Ideea a fost sustinuta de faptul ca in America de Sud si Centrala au fost cunoscute, din cele mai vechi timpuri forme de porumb cu bobul imbracat.

Pentru aceasta presupunere au fost unele pareri impotriva. Un principal argument este acela ca porumbul tunicat homozigot nu produce polen, dar por exista si abateri. Un alt argument impotriva este acela ca in Peru si Bolivia, zone unde porumbul este cultivat din timpuri preistorice, nu se cunoaste vreo forma tunicata. Aceasta constatare este minora ca importanta deoarece au fost descoperiti stiuletii tunicati din timpuri stravechi. (CRISTEA, 1977)

Derivarea din Euchlaena prin mutatii. Asemanarea dintre porumb si Euchlaena mexicana (teosinte) a facut sa se creada ca porumbul a evoluat din aceasta specie. Unii cercetatori aduc argumente impotriva acestei presupuse filogenii. Deosebirile morfologice si genetice dintre cele doua specii fiind numeroase si complexe, evolutia din Euchlaena prin mutatii este foarte putin probabila. In caz ca ar fi avut loc, ar fi fost implicate mecanisme genetice azi necunoscute. Combaterea acestei ipoteze este sustinuta de descoperirile arheologice ale unor forme ancestrale de porumb total diferite de tipul Euchlaena.

Derivarea din Euchlaena prin hibridare. Aceasta presupunere are la baza hibridarea speciei Euchlaena cu o specie inrudita necunoscuta, in urma careia ar fi aparut varietatea Zea canina. Aceasta ipoteza a fost lansata in anul 1901 de catre Harschberger si a fost completata de Collins (1919) si Penzig (1922). Dupa parerile acestora, E.perenis s-ar fi incrucisat cu o specie de sorg rezultand Zea antiqua, forma fosila descoperita in Peru. Zea antiqua, Prin retroincrucisare cu E.perenis ar fi dat nastere la E.mexicana (forma salbatica cunoscuta), care rpin retroincrucisare cu Zea antiqua a dus la aparitia speciei Zea mays var.everta. Aceasta ipoteza are putini sustinatori, fiind prea complicata.

Derivarea din Tripsacum prin hibridare. Aceasta ipoteza a fost lansata in anul 1910 de catre Goebel care sustine ca s-a pornit de la hibridul dintre T.dactyloides si un porumb tunicat primitiv, ceea ce a rezultat fiind E.mexicana, care s-a retoincrucisat cu ambele forme parentale, in final aparand porumbul sub forma cunoscuta.

Aceasta ipoteza este combatuta prin faptul ca porumbul tunicat este androsteril, iar Magelsdorf si Reevs, in anul 1945 presupun ca forma straveche de porumb tunicat era androfertila. In favoarea acestei ipoteze exista afirmatii din experimentele efectuate care arata ca este posibila o hibridare naturala intre Zea mays si Tripsacum.(De Welt si Harlan, 1972)

Din cele prezentate, filogenia pe aceasta cale poate fi posibila.

Derivarea dintr-un stramos comun. Aceasta ipoteza sustine ca porumbul modern ar fi evoluat prin evolutie divergenta, existand un stramos comun pentru genurile Tripsacum, Euchlaena si Zea. Weatherwax sustine ca stramosul celor trei genuri a fost o planta asemanatoare speciei actuale Tripsacum. Transformarile ce au dus la aparitia porumbului actual s-ar fi datorat factorilor naturali, dar si interventiei omului. Aparitia acestei forme ar fi avut loc in Mexic de unde s-a raspandit si in alte areale.

In favoarea acestei ipoteze vin descoperirile arheologice care au adus la lumina polen apartinator celor trei genuri, cu o vechime de peste 80.000 ani.

Ipoteza tripartita. Aceasta este ultima ipoteza lansata, avand la baza elementele celorlalte teorii. Aceasta ipoteza sustine ca porumbul cultivat provine din Z.mays everta, o forma salbatica ce a disparut, dar care a fost si cultivata in America de Sud.

A doua sustinere este aceea ca Euchlaena provine prin hibridare intre Z.mays si Tripsacum, aceasta avand loc dupa introducerea in cultura a porumbului in America Centrala.

Cea de a treia idee este ca formele moderne de porumb sunt rezultatul introgresiunii porumbului cu Euchlaena si Tripsacum. Aceste ipoteze au fost emise in anii '60 si par cele mai plauzibile fiind sustinute de descoperiri arheologice si de unele demonstratii experimentale. Cu toate acestea, teoriile lansate de Reeves si Mangelsdorf in 1959 atrag foarte multe obiectii.

Evolutia porumbului in conditii de cultura. Intre formele actuale de porumb si fosilele descoperite sunt deosebiri foarte mari. Marturiile arheologice arata ca stiuletii porumbului salbatic erau bisexuati, semintele fiind situate la partea inferioara, imbracate partial de glume. Raspandirea lor a fost posibila datorita unor bractee mari, dehiscente, cat si datorita fragilitatii rahisului. De la aceasta forma, la cea actuala au fost necesare modificari foarte mari. Punctul de plecare a fost o mutatie a genei Tu, care ajunsa in stare recesiva (tu) a eliberat bobul din glume. Invelisul desprins de pe bob a protejat intregul stiulete. Transformarile ulterioare s-au produs cu ajutorul omului, printr-o selectie artificiala, rezultand stiuleti mult mai mari, cu boabe mai mari si mai multe, grupate compact pe stiulete. Aceste transformari au avut loc inainte de hibridarile cu Tripsacum.

Dupa hibridarile cu acest gen au aparut modificari care au dus la aparitia unei variabilitati foarte mari, dintre care cele mai importante au fost sporirea rezistentei la boli si la factorii de mediu nefavorabili, acestea permitand extinderea porumbului si in alte zone.

In privinta sistematicii, se cunoaste ca specia Zea mays face apret din familia Gramineae , tribul Maydeae, care cuprinde cele trei genuri prezentate. Genul Zea are o singura specie, cu mai multe subspecii, grupe sau convarietati. Deosebirile dintre acestea sunt foarte mici, la nivelul unei singure gene, de aceea nu sunt considerate specii diferite.

2. Genetica porumbului.

Cercetarile de genetica la porumb sunt numeroase, aceasta planta avand unele avantaje pentru studiile de acest tip. Numarul cromozomilor este redus, fiind o specie diploida cu 2n=20 cromozomi. Datorita separarii sexelor in inflorescente diferite, hibridarile se efectueaza usor. Pe de alta parte, numarul mutatiilor naturale este foarte mare.

Variabilitatea numarului de cromozomi in cadrul genului Zea este inexistenta, dar ea apare in cadrul genurilor inrudite. In cadrul genului Euchlena apar forme diploide (2n=20) sau tetraploide (2n=40). Aceeasi situatie se poate intalni si in cadrul genului Tripsacum, gen in care se pot gasi forme diploide (2n=36) sau tepraploide (2n=72).

Daca prezenta poliploizilor naturali la porumb nu este semnalata, s-au intalnit insa monoploizi sau forme aneuploide, care au fost utilizati in intocmirea hartilor cromozomiale si la stabilirea grupelor de linkage.

In cazul porumbului, determinismul caracterelor este bine stabilit pentru principalele caractere.

Talia plantelor este un caracter determinat poligenic, fiind implicate 10 gene recesive. Cele mai importante dintre acestea sunt genele care contribuie la micsorarea taliei. Aceste gene se pot grupa in trei categorii. prima categorie este cea a agentilor care produc hibrizii aberanti, plante foarte scunde, cu habitus compact, aproape sterili. O a doua grupa este cea a genelor 'brevis' care produc plante pitice, la care organele sunt micsorate proportional, deci acestea prezinta stiuleti mici, fara importanta pentru cultura. Cea de a treia grupa de gene, sunt genele 'dwarf', gene care scurteaza internodiile de sub stiulete, reducandu-se astfel doar talia, fara a fi afectata marimea stiuletilor, deci capacitatea de productie. Aceste gene sunt care se utilizeaza in ameliorare pentru imbunatatirea rezistentei la cadere.

Capacitatea de productie este un caracter determinat poligenic, numarul genelor implicate, ca si al caracterelor componente, fiind foarte mare, iar interactiunile dintre ele de diferite tipuri. Se comporta ca si caractere dominante: stiuletele mare, numarul mare de randuri pe stiulete, rahisul de culoare rosie, bobul de culoare galbena si de tip dentat. S-a constat interactiune de tip aditiv intre gene pentru caracterele: lungimea si diametrul stiuletelui, greutatea stiuletelui si durata de vegetatie.

Calitatea este o insusire foarte complexa la porumb. In functie de destinatia boabelor, continutul biochimic al acestora poate fi influentat de diferite gene:

- genele 'sh' (shrunken) sporesc continutul de zahar in endosperm, ducand la formarea boabelor zbarcite;

- genele 'fl' (floury) cresc continutul in aminoacizii esentiali lizina si triptofan producand endospermul de tip fainos;

- genele 'o' (opaque) au aceeasi influenta ca si cele 'fl' ducand la aparitia endospermului semifainos;

- genele ''su' (sugary) duc la cresterea continutului in polizaharide de 8 pana la 10 ori, si in monozaharide de 2 ori, avand ca efect aparitia endospermului zbarcit si translucid;

- genele 'wx' (waxy) produc un endosperm ceros, bogat in amilopectina;

- genele 'ae' (amylose extender) duc la cresterea continutului in amiloza.

Rezistentele la boli si daunatori sunt caractere pentru care numarul genelor implicate este foarte mare. In special pentru rezistenta la boli este cunoscut atat determinismul monogenic cat si cel poligenic.

Pentru rezistenta la taciunele comun (Ustilago zeae) este cunoscuta gena fundamentala P_p si genele secundare S_n, U_n, S₄ si W₄.

Rezistenta la atacul de Fusarium sp. Exista un complex de gene cu efecte de aditivitate, epistazie si dominanta.

Un numar mare de gene sunt cunoscute si pentru rezistenta la helmintosporioza (Helminthosporium turcicum), cele mai cunoscute fiind bm_o, P, b, Su₁, Wx, si Ht. Dintre acestea doar gene Ht asigura rezsitenta de tip monogenic.

Atacul de rugina (Puccinia sorghi) poate fi controlata de genele rp_a, rp_d si rp_c.

Androsterilitatea este o insusire importanta in producerea semintei hibride la porumb. Din diferite surse au fost descoperite 20 de gene recesive ('ms') alaturi de 3 tipuri de plasmagene (T,S,M) care contribuie la determinarea androsterilitatii de tip nucleo-citoplasmatic. Pentru a utiliza acest tip de androsterilitate este necesara crearea formelor paterne posesoare a genelor restauratoare de fertilitate ('Rf'). Aceste gene sunt in numar de 3: Rf₁ si Rf₂ pentru sursa T, si Rf₃ pentru sursa S. Folosind acest complex de forme parentale este posibila obtinerea semintelor hibride la un pret de cost mai mic, eliminandu-se lucrarea manuala de castrat.

3. Germoplasma.

Germoplasma la porumb este foarte bogata. Polenizarea alogama a facut posibila aparitia unei variabilitati foarte pronuntate.

Cultivarea in America, din cele mai vechi timpuri, dar si extinderea foarte rapida in cultura in Europa, a dus la aparitia unui numar mare de populatii locale. Aceste forme sunt foarte valoroase pentru procesul de ameliorare avand un grad mare de adaptabilitate fiind posesoarele unor complexe de gene de rezistenta la atacul bolilor, dar care imprima si o buna capacitate combinativa, element esential in crearea de hibrizi. O buna parte din aceste populatii locale sunt stocate in Banca de gene ( porumbul de tip: Hanganesc, Cincantin, Ariesan, Suceava, Dobrogea, Banatean), dar ele mai pot fi intalnite sporadic in zonele unde agricultura este mai putin dezvoltata.

Tot in categoria formelor vechi, cu valoare asemanatoare populatiilor locale, sunt soiurile create la inceputurile ameliorarii stiintifice ( ICAR 54, Phister, Romanesc de Studina, Portocaliu de Targu Frumos, Galben timpuriu). Aceste soiuri sunt pastrate si in cadrul laboratoarelor de ameliorare sau la Banca de gene.

Forme asemanatoare sunt gasite si in colectiile din strainatate. Aceste soiuri si populatii locale straine sunt folosite adesea ca surse de imbunatatire a rezistentelor la boli sau a altor insusiri.

Ca surse de material initial se utilizeaza si hibrizii romanesti sau straini cultivati sau scosi din cultura, cat si liniile consangvinizate forme parentale. Acestea sunt forme mai usor de imbunatatit, progresul obisnuit fiind mai rapid.

O categorie aparte de material initial o constituie sursele speciale de gene. Acestea sunt linii consangvinizate care poseda gene speciale pentru imbunatatirea calitatii, pentru reducerea taliei sau pentru androsterilitate. Din aceste surse genele respective se transfera la liniile consangvinizate forme parentale aflate in curs de ameliorare.

4. Obiective de ameliorare.

In stabilirea obiectivelor de ameliorare trebuie avut in vedere faptul ca la porumb se cultiva numai hibrizi. Avantajul cultivarii hibrizilor este acela ca prezinta o capacitate de productie mult mai mare si mai stabila decat a soiurilor. Pentru acest tip de cultivar se impun urmatoarele obiective.

Ameliorarea capacitatii de productie. Capacitatea de productie la porumb este un caracter foarte complex. principalele componente ale productiei la unitatea de suprafata sunt: numarul plantelor la hectar si productia pe o planta.

Numarul plantelor la unitatea de suprafata este dependent de unele caracteristici morfologice si fiziologice: habitusul plantei, ritmul de crestere, capacitatea de asimilatie si pretentiile fata de lumina.

O desime mai mare se poate realiza prin crearea unor forme cu crestere rapida in primele faze de vegetatie, cu o suprafata de asimilatie sporita si cu o capacitate de utilizare eficienta a luminii. Pentru a realiza aceste deziderate plantele trebuie sa prezinte frunze late si pozitionate la un unghi cat mai ascutit fata de verticala pentru a valorifica cu eficienta sporita lumina. Pe langa acestea, talia plantelor trebuie redusa, in acest sens fiind utilizate genele de scurtare a internodiilor situate sub insertia primului stiulete. Prin aceasta se realizeaza si o imbunatatire a rezistentei la cadere. In asemenea conditii pot fi realizate desimi de 120.000 plante la hectar numai daca pretentiile fata de lumina si umiditate sunt reduse, cele fata de substantele nutritive din sol fiind satisfacute prin sistemul de fertilizare. (ANGLADE si colab., 1992)

Productivitatea plantei este realizata pe baza mai multor componente morfologice, cele mai importante fiind: numarul stiuletilor pe planta, greutatea stiuletilor, randamentul de boabe si masa a 1000 boabe.

Numarul stiuletilor pe planta este un caracter cu variabilitate destul de buna. Atat in cadrul speciei, cat si in cadrul genurilor inrudite exista forme cu mai multe inflorescente femele. Din acest punct de vedere, exista doua posibilitati in ameliorare. Exista surse pentru crearea de hibrizi prolifici, cu mai mult de 2 stiuleti pe planta. Dezavantajul acestora este faptul ca nu suporta umbrirea, deci densitatile care se pot aplica sunt reduse. Faza critica pentru umbrire este in perioada infloritului, in acest moment plantele fiind si foarte inalte.

O alta directie, si cea mai favorabila, este crearea hibrizilor semiprolifici, cu 2 stiuleti pe planta. Acestia pot realiza un stiulete normal chiar in conditii de mediu nefavorabile, suportand si desimi destul de ridicate. Surse pentru crearea unor astfel de hibrizi se gasesc in materiale americane: soiul Florida 300 sau liniile R 71 si B 60. Pot fi utilizate in acest sens si forme din genul Euchlena.

In privinta productiei pe stiulete se urmareste crearea de forme la care numarul boabelor pe stiulete sa fie de 800-1000, cu o masa a 1000 boabe de 400-500 g si un randament minim de 80%.

In selectionarea unor forme productive trebuie avute in vedere corelatiile care sunt stabilite intre productie si unele caractere morfologice. Aceste corelatii sunt diferite la liniile consangvinizate fata de hibrizi.

La liniile consangvinizate, cele mai importante corelatii pentru selectie, sunt cele dintre talia plantelor si randamentul de boabe sau cele dintre numarul stiuletilor pe planta si dimensiunile stiuletilor.

In cazul hibrizilor, in selectie se folosesc alte corelatii, respectiv cele dintre capacitatea de productie si inflorirea tarzie, talia plantelor, numarul internodiilor de sub stiulete, numarul stiuletilor pe planta, dimensiunile stiuletilor si randamentul de boabe.

Ameliorarea calitatii. In ameliorarea calitatii porumbului se urmaresc doua aspecte: cresterea procentului de proteina in boabe si imbunatatirea calitatii proteinei. Pentru destinatiile speciale ale boabelor de porumb sunt luate in considerare alte aspecte.

Procentul de proteina din bobul de porumb, de regula are valori de 9-11%. In ameliorarea se urmareste depasirea pragului maxim, dar si imbunatatirea calitativa a proteinei, deoarece este deficitara in anumiti aminoacizi esentiali (lizina si triptofan). procentul de proteina din bob este determinat poligenic, fiind cunoscut faptul ca un procent scazut este dominant asupra procentului ridicat. Pentru a creste procentul de proteina din bob se recomanda, ca in hibridari, forma cu continutul cel mai mare in proteina sa fie utilizata ca forma mama, deoarece 2/3 din endosperm provine de la genitorul matern.

Fractia proteica cea mia importanta din proteina porumbului este zeina, care reprezinta aproximativ 55%. Aceasta fractie este deficitara in cei doi aminoacizi esentiali lizina si triptofanul. Pe langa zeina, in proteina porumbului se mai gasesc: glutelina in proportie de 40%, globulina in proportie de 2% si 3% albumine. In aceste trei fractii proteice se gaseste lizina si triptofanul. Calea de imbunatatire a continutului in lizina si triptofan este cea de scadere a participare a zeinei. Aceasta se realizeaza destul de dificil datorita corelatiei pozitive dintre procentul de proteina din bob si procentul de participare a zeinei.

Pentru a reduce procentul de participare a zeinei se pot utiliza genele 'o' si 'fl'. Astfel, gena 'o' reduce participarea zeinei la 25,4%, crescand procentul de lizina de la 1,6% la 3,7% , iar gena 'fl' reduce participarea zeinei la 28,7 crescand procentul de lizina la 3,4%. Aceste gene au fost introduse in unii hibrizi, mentinand inalt si nivelul productiilor. (POLLACSEK, 1970)

Calitatea boabelor de porumb poate fi testata cel mai bine prin experimentari pe animale, raspunsul acestora la furajarea cu porumb fiind cel mai bun criteriu de selectie deoarece s-a constatat ca exista diferente in privinta preferintelor fata de unii hibrizi, chiar daca din punct de vedere biochimic acestia sunt apropiati. (GIELEN si colab., 1988)

O utilizare speciala a boabelor de porumb este cea din industria alimentara, pentru extragerea uleiului. Grasimile se gasesc intr-o concentratie mai mare in embrionul boabelor. Pentru a creste randamentul extragerii uleiului, in selectie se vor retine formele cu embrion mare. Cresterea marimii embrionului se realizeaza destul de greu, deoarece este un caracter determinat poligenic, determinismul fiind destul de putin cunoscut.

Boabele de porumb sunt frecvent utilizate in industrializare pentru extragerea amidonului. Amidonul de porumb are doua componente principale: amilopectina (75%) si amiloza (25%). Cele doua componente au intrebuintari diferite, astfel ca, in functie de scopul industrializarii, exista gene cu ajutorul carora se pot crea forme bogate in una sau in cealalta dintre componente.

Amilopectina se utilizeaza in industria colorantilor si a adezivilor. Pentru a creste participarea amilopectinei pana la 100% din totalul amidonului se pot utiliza genele 'wx'. (WHISTLER si colab., 1984)

Cealalta componenta, amiloza, este folosita in industrial maselor plastice, a celuloidului, a celofanului. Prin utilizarea genelor 'ae', amiloza poate reprezenta pana la 80% din totalul de amidon. (BOYER si PREISS, 1978)

Pe langa aceste utilizari intalnite pe scara mai larga, in privinta calitatii la porumb, pot aparea obiective speciale, care impun crearea unor hibrizi deosebiti. Astfel se poate urmari obtinerea unor hibrizi cu boabe bogate in zahar la porumbul zaharat, hibrizi a caror boabe sa aiba capacitatea de a-si mari volumul la prelucrarea termica in cazul porumbului pentru floricele sau hibrizi cu un continut ridicat de acid nicotinic in boabe, in cazul in care se urmareste utilizarea acestora in tratarea unor boli de nutritie. (PAN si NELSON, 1984)

Ameliorarea duratei de vegetatie. Acest obiectiv este prezent la majoritatea speciilor. Desi este cunoscut faptul ca capacitatea mare de productie la porumb este corelata cu o durata de vegetatie lunga, crearea de hibrizi precoce ramane un obiectiv de ameliorare datorita unor avantaje pe care le aduc. Conditia crearii unor astfel de hibrizi estre aceea de a combina o buna capacitate de productie cu o perioada scurta de vegetatie. Formele cu perioada de vegetatie de 90-120 zile permit extinderea porumbului si in zonele colinare, iar in zonele de ses, se ocoleste perioada de seceta din vara, care duce la o slaba legare a florilor si la aparitia fenomenului de sistavire. Asemenea hibrizi constituie si bune premergatoare pentru culturile de toamna, eliberand terenul mai devreme.

Pentru a rupe corelatie dintre productivitate si tardivitate, in ameliorare se va aplica o alegerea foarte riguroasa a genitorilor, dar si o selectie speciala pentru parcurgerea intr-un ritm foarte rapid a fazelor de vegetatie premergatoare infloritului. Acesti hibrizi trebuie sa prezinte un numar mai mare de frunze, la nivelul formelor tardive, crescandu-se aceste caracter de la 8-10 frunze cat prezinta formele precoce, la aproape de 20-24 frunze, cat prezinta formele tardive. Asemenea tipuri morfo-fiziologice se pot crea prin efectuarea de incrucisari intre linii foarte productive din convarietatea dentiformis cu linii foarte precoce din convarietatea indurata.

O alta cale de a grabi maturizarea este obtinerea unor hibrizi capabili sa germineze la temperaturi mai scazute, astfel devansandu-se data semanatului. Surse pentru realizarea acestui deziderat pot fi gasite printre populatiilor locale vechi.

Ameliorarea rezistentei la temperaturi excesive. Temperaturile scazute afecteaza cultura porumbului in primele faze de vegetatie. Din acest punct de vedere, in ameliorare, se vor crea forme capabile sa germineze la temperaturi mai scazute, la nivelul a 5-10⁰C sau chiar sub 5⁰C. Aceasta caracteristica permite semanatul mult mai de timpuriu, astfel ca plantele beneficiaza in perioada infloritului si ulterior, de o clima mai favorabila. De asemenea, se permite lungirea perioadei de vegetatie in favoarea cresterii capacitatii de productie. Pentru realizarea acestui obiectiv se recomanda efectuarea de hibridari intre forme indurata din zonele nordice cu forme dentiformis din zonele sudice.

Actiunea temperaturilor scazute in primele faze de vegetatie este foarte daunatoare asupra sistemului radicular, aceste fiind inhibat din crestere. Actiunea daunatoare a temperaturilor scazute se manifesta si asupra boabelor in curs de germinatie sau a plantulelor rasarite, inhiband sau diminuand activitatea metabolica.

Rezistenta la temperaturile ridicate este un obiectiv necesar hibrizilor destinati cultivarii in partea de sud si sud-est a tarii. In perioadele cu temperaturi ridicate, in aceste zone se semnaleaza si seceta, acest tip se rezistenta fiind corelata cu rezistenta la seceta.

Ameliorarea rezistentei la seceta. Rezistenta la seceta este un obiectiv special. Seceta si arsita au influenta nefasta in perioada infloritului si a umplerii boabelor. Aceste conditii duc la distrugerea viabilitatii polenului si a receptivitatii stigmatelor. Evitarea acestei situatii se poate realiza prin cultivarea hibrizilor timpurii, dar acestia au o slaba capacitate de productie.

Pentru a imbunatati rezistenta la seceta si arsita, cei mai buni genitori sunt gasiti printre formele indurate cu o buna precocitate, sau preluand gene de la genurile inrudite Euchlena si Tripsacum. De la aceste forme se preiau gene care imprima modificari ale ritmului de crestere, accelerand cresterea in primele faze de vegetatie, dar si o mai buna dezvoltare a sistemului radicular. (MURESAN si CRACIUN, 1971)

Testarea foarte rapida a materialului pentru acest caracter se poate realiza cu succes prin testul germinarii in solutie de zaharoza.

Ameliorarea rezistentei la boli. Rezistenta la boli a porumbului este un obiectiv foarte important datorita numarului mare de agenti patogeni care apar la aceasta planta. Unii dintre acestia pot avea provoca atacuri foarte puternice, pagubele produse fiind foarte importante. De asemenea, o serie de boli se instaleaza pe stiuleti sai boabe, provocand deprecierea materialului semincer.

Unele boli, cum sunt: Fusarium sp., Pythium sp. si Giberella sp., prezinta pericol foarte mare dupa semanat, pe solurile reci si cu exces de umiditate. Pentru acesti agenti patogeni nu se cunosc surse de gene pentru rezistenta. Prevenirea si combaterea lor se poate face numai prin masurile agrotehnice si aplicarea tratamentelor la samanta.

Alte boli foarte raspandite sunt taciunii, boli provocate de Ustilago maydis si Sorosporium holci-sorghi. Nici pentru acestea nu se cunosc surse de rezistenta totala din cauza numarului mare de rase fiziologice ale agentilor patogeni. Prin mutatii au fost create cateva gene de rezistenta specifice unor rase. Ca surse de toleranta la aceste boli se pot utiliza populatiile locale si unele soiuri vechi din Rusia.

Rezistenta la rugina, boala provocata de Puccinia sorghi este posibil a fi rezolvata prin transferarea genei Pp₁d, gena care imprima rezistenta totala.

Pagube foarte importante se datoreaza atacului de Helminthosporium turcicum. Pentru acest agent patogen se cunosc doar surse de toleranta. Ce mai valorosi genitori se pot gasi in germoplasma provenita din Gruzia, sau in cadrul genurilor inrudite Euchlena si Tripsacum.

Ameliorarea rezistentei la daunatori. Daunatorii care produc pagubele cele mai mari la porumb sunt sfredelitorul porumbului si molia.

Sfredelitorul porumbului produce pagube importante datorita faptului ca ataca toate organele plantei: frunza, tulpina stiuleti. Atacul la frunze poate fi combatut pe cale genetica prin utilizarea genelor W₂₂ si W₂₂R care duc la aparitia in frunze a unor toxine. Aceste substante nu se regasesc si in panusi si stiulete, astfel ca acestea sunt atacate. Foarte pagubitor este si atacul la tulpina deoarece provoaca frangerea plantelor, ingreunand lucrarile de recoltat. (GUTHIRE si colab., 1986)

Molia ataca in stadiul de larva. Ouale sunt depuse pe stigmatele stiuletelui, iar larvele patrund pe sub panusi la stiulete. Prevenirea atacului se poate realiza prin crearea unor forme cu stiuleti bine acoperiti de panusi.

Ameliorarea aptitudinilor pentru recoltarea mecanizata. mecanizarea lucrarii de recoltat la porumb este un obiectiv fara de care nu se concepe o tehnologie moderna. Efectuarea unei astfel de lucrari in bune conditii este impiedicata de existenta plantelor cazute sau frante, a celor cu sistem radicular slab ancorat in sol care la recoltare se pot smulge sau a celor cu stiuleti cu panusi stranse, rahis foarte gros si tenace. Avand in vederea acest complex de caracteristici, ameliorarea aptitudinilor pentru recoltare mecanizata este un obiectiv ce prezinta mai multe componente.

Un principal component este rezistenta la cadere si frangere. Caderea se datoreaza unei slabe inradacinari. Din acest punct de vedere se cauta crearea hibrizilor cu sistem radicular profund, aceste aducand si avantajul unei valorificari mai bune a rezervelor de apa si substante nutritive din sol.

Frangerea poate avea doua cauze. Una este atacul de sfredelitorul porumbului, iar cealalta, o slaba dezvoltare a tesuturilor mecanice din tulpina. Testarea celei de a doua cauze se poate realiza in laborator prin metode speciale, ca urmare selectionarea unor genotipuri rezistente la frangere este posibila.

Un element care influenteaza atat caderea cat si frangerea este inaltimea plantelor, formele cu talie inalta fiind sensibile. Reducerea taliei se poate realiza prin utilizarea genelor de obtinere a hibrizilor brahitici, cu internodiile de sub stiulete scurte. (HEBERT, 1990)

Un alt aspect al usurarii recoltatului mecanizat se refera la morfologia stiuletilor. Pentru a obtine o buna calitate a acestei lucrari, stiuletii trebuie sa fie inserati uniform pe tulpini, inaltimea de insertie fiind mai joasa, pedunculul sa fie mai redus pentru o desprindere usoara a stiuletilor, iar imbracarea in panusi sa fie lejera pentru o depanusare rapida si completa.

Ca obiective speciale in ameliorarea porumbului pot fi amintite crearea unor hibrizi pentru cultivarea in conditii de irigare si a unor genotipuri rezistente la erbicide.

Hibrizii destinati cultivari in zonele irigate trebuie sa prezinte insusiri aparte. Astfel, trebuie sa suporte desimi foarte mari la unitatea de suprafata. Pentru aceasta trebuie sa fie rezistenti la cadere, putin pretentiosi fata de lumina, foarte rezistenti la atacul bolilor si sa fie capabili sa valorifice doze mari de ingrasaminte.

Rezistenta la un spectru cat mai larg de erbicide este impusa de gama larga de buruieni intalnita in culturile de porumb. Combaterea buruienilor prin erbicidare este un element de modernizare a tehnologiei, excluderea prasilelor manuale si reducerea celor mecanice contribuind la cresterea eficientei economice a culturii.

5. Metode de ameliorare.

In decursul ameliorarii porumbului s-aui conturat doua grupe mari de metode. Metodele bazate pe selectie au fot aplicate in perioade de obtinere si cultivare a soiurilor. In perioada actuala, cand in cultura s-au impus hibrizii, metoda de baza este consangvinizarea si heterozisul.

Selectia este o metoda aplicata din timpuri necunoscute, perpetuarea porumbului de la un la altul, fiind strict dependenta de activitatea umana. Primele variante de selectie au fost cele ale selectiei in masa, prin care valoarea medie a unor caractere a fost deplasata in anumite directii, in functie de scopul urmarit. Prin acest tip de selectie au fost imbunatatite caracterele legate de talia plantelor, perioada de vegetatie sau forma si culoare a boabelor. Selectia in masa a avut o eficacitate mai mica asupra capacitatii de productie sau a calitatii.

La sfarsitul secolului al XIX-lea a inceput sa fie aplicata selectie individuala, varianta cea mia eficace fiind cea a rezervei de samanta. Prin aceasta metoda s-a imbunatatit foarte mult calitatea boabelor, dar nivelul productiv a ramas destul de scazut din cauza restrangerii fondului de gene din populatie.

Hibridarea a fost o metoda utilizata pentru combinarea unor caractere valoroase provenite de la diferiti genitori. Fata de selectie, variabilitatea creata prin hibridare produce noi combinatii de caractere. Populatiile hibride se vor prelucra prin selectie, asemanator populatiilor cu variabilitate naturala. Foarte frecvent se aplica selectia genealogica si selectia recurenta, metode care valorifica mult mai bine variabilitatea. Ca genitori, in utilizarea hibridarii se folosesc soiurile si populatiile locale. Cultivarea hibrizilor intre soiuri nu este recomandata, sporul de productie fiind redus.

In conditiile de utilizare a consangvinizarii, hibridarea este tot mai putin folosita pentru crearea de variabilitate.

Mutageneza este o metoda utilizata pentru provocarea de mutatii cromozomiale, cele genice fiind greu de obtinut deoarece, mutatii de acest tip au aparut in numar foarte mare pe cale naturala. Dintre agentii mutageni, eficacitatea cea mai buna se obtine prin iradiere in timpul meiozei.

Caracterele afectate de mutatii sunt: rezistentele la diferite boli, compozitia chimica a boabelor, fertilitatea polenului sau inaltimea plantelor.

Poliploidia este o metoda care a fost incercata in ameliorarea porumbului, dar rezultatele nu sunt promitatoare. Formele tetraploide prezinta tulpini mai viguroase, deci mai rezistente la cadere si stiuleti si boabe mai mari. Desi aceste modificari sunt favorabile ameliorarii unor caractere, ele ingreuneaza recoltatul.

Un avantaj al formelor tetraploide este acela ca depresiunea de consangvinizare este mult diminuata. Aceasta ar deschide o perspectiva utilizarii liniilor consangvinizate tetraploide. Desi depresiunea de consangvinizare este mai redusa, aceste linii prezinta o un anumit grad de sterilitate, ca toate formele poliploide si instabilitate pronuntata, tinzand sa revina la starea diploida.

In cazul eliminarii acestor deficiente, liniile consangvinizate tetraploide se pot utiliza in crearea de hibrizi, la acestia obtinandu-se un efect heterozis somatic puternic.

Monoploidia este o metoda intermediara de ameliorare in crearea liniilor consangvinizate. Monoploizii de porumb prezinta o structura fragila si viabilitate redusa. Obtinerea lor se poate realiza prin socuri termice sau prin afectarea polenizarii. A doua cale este mai utilizata practicandu-se intarzierea polenizarii sau polenizarea cu polen iradiat sau de al specii incompatibile.

Selectia formelor haploide se poate usura prin utilizarea unor gene marcatoare. Sistemul cel mai utilizat (metoda PEM) este cel de folosire a genelor pentru colorare antocianica a endospermului sau a embrionilor, gena respectiva trebuind a fi prezenta in genotipruile de la care se va prelua polenul, formele supuse haploidizarii trebuind sa fie varietati cu bob galben. Astfel, in urma tratarii cu polen iradiat, babele rezultate din flori nepolenizate vor fi de culoare galbena si se vor retine, iar cele cu coloratie antocianica se vor elimina.

Metodele moderne de obtinere a monoploizilor sunt cele ale biotehnologiilor, dintre care androgeneza este o metoda perfectata, dand si rezultatele cele mai bune. Folosirea androgenezei "in vitro" se loveste de recalcitranta unor genotipuri la regenerare, din acest motiv, inainte de aplicarea acestei metode, este necesar un studiu al germoplasmei cu care se lucreaza. (PETELINO si JONES., 1986).

O alta metoda utilizabila este ginogeneza, metoda fata de care nu semnaleaza dificultati datorate genotipurilor, dar nu exista siguranta obtinerii numai a unor forme haploide.

Haploizii, indiferent de metoda prin care au fost obtinuti, nu se folosesc direct in ameliorare. Ei sunt forme intermediare in obtinerea de linii homozigote. Dupa crearea haploidului se realizeaza dublarea numarului de cromozomi prin tratare cu colchicina, astfel rezultand o linie perfect homozigota intr-un interval de timp mult mai scurt, comparativ cu obtinerea liniilor consangvinizate.

Consangvinizarea si heterozisul constituie metoda de baza in obtinerea de hibrizi. Primele incercari de obtinere si cultivare a semintei hibride la porumb au fost facute la inceputul secolului al XX-lea. Eficacitatea hibrizilor si usurinta cu care se obtin cantitati mari de samanta hibrida a facut ca, intr-un interval de timp foarte scurt, soiurile sa fie inlocuite de hibrizi. O alta cauza a extinderii hibrizilor intre linii consangvinizate, este aceea ca porumbul este o planta toleranta la consangvinizare.

Autopolenizarile sau incrucisarile de tip SIB timp de 5-7 generatii, duc la obtinerea unor linii consangvninizate cu un grad multumitor de homozigotie si cu o vitalitate satisfacatoare. Selectia liniilor consangvinizate se realizeaza dupa capacitatea combinativa, de aceasta insusire depinzand efectul heterozis reflectat in capacitatea de productie a hibrizilor.

La porumb exista in cultura hibrizi simpli, trliniari si dubli. In ultimul timp s-au si soiurile sintetice, obtinute prin incrucisare intre mai multe linii consangvinizate acestea prezentand avantajul ca samanta hibrida F₁ nu mai trebuie obtinuta anual. Aceste cultivare sunt inferioare productiv fata de hibrizi, dar prezinta o mai buna adaptabilitate, ceea ce face ca productiile realizate sa fie mai stabile de la un an la altul.

Androsterilitatea este un fenomen genetic utilizat in ameliorarea porumbului in scopul eliminarii castratului in loturile de hibridare. Tipul de androsterilitate folosit este cel nucleo-citoplasmatic. Sursele de androsterilitate cunoscute si genele implicate in realizarea acestei insusiri sunt prezentate in partea referitoare la genetica porumbului.

Obtinerea liniilor consangvinizate androsterile si a celor restauratoare de fertilitate se realizeaza destul de usor, prin transferarea cu ajutorul back-cross-ului, a genelor specifice de la formele donatoare. Mentinerea acestor gene in decursul inmultirii liniilor se realizeaza fara probleme, daca se respecta instructiunile producerii de samanta.

Usurinta castratului manual la porumb a facut ca in producerea semintei hibride, pentru numar mare de hibrizi cultivati, metoda de lucru in loturile de hibridare sa ramana cea clasica.