انتشار مقالات کشاورزی و علوم وابسته

دانشگاه جامع علمي كاربردي

موسسه آموزش‌هاي علمي كاربردي كشاورزي-  مجتمع آموزش عالي جهاد كشاورزي استان گيلان

پــــروژه :

دوره كارشناسي زراعت برنج

عنــوان :

تولید برنج هیبرید

استاد راهنما : مهندس اسماعيل پوركاظم

              ارائه دهنده: محمود صیادی فتمه سري

                                                              پاييز 1387

فهرست                                                                                                         صفحه

مقدمه ................................................................................................................  2

تاریخچه برنج هیبرید .........................................................................................  3

مشخصات گیاهشناسی .......................................................................................  3

هتروزیس در برنج .............................................................................................  4

روشهای نرعقیمی در برنج .................................................................................  5

بذرپاشی لاین های والدینی در خزانه.................................................................. 10

زمانهای مختلف بذر پاشی برای تولید بذر........................................................... 11

مزرعه تولید بذر نرعقیم سیتوپلاسمی و بذر هیبرید برنج....................................... 12

نشاءکاری........................................................................................................... 13

مدیریت مزارع تولید بذر..................................................................................... 16

حذف بوته های خارج از تیپ............................................................................. 17

چیدن برگ های پرچم....................................................................................... 20

کاربرد اسید جیبرلیک........................................................................................ 21

گرده افشانی تکمیلی.......................................................................................... 25

برداشت بذور هیبرید........................................................................................... 28

خرمنکوبی.......................................................................................................... 29

منابع................................................................................................................... 31

مقدمه:

برنج يكي از مهمترين منابع غذايي مردم در سطح جهان مي باشد ودر سطحي بالغ بر 146 ميليون هكتار كشت مي گردد وميزان توليد آن نيز بالغ بر 520 ميليون تن در هكتار مي باشد.دو سوم كالري روزانه مردم در مناطق آسيا ويك سوم كالري مورد نياز مردم در آمريكاي لاتين وآفريقا از طريق مصرف برنج تامين مي شود(3). پس از شناخت ژن هاي پا كوتاهي و وقوع انقلاب سبز، عملكرد برنج در حدود 4/2 درصد در سال افزايش يافته است(6). يكي از مهمترين پيشرفت هاي انجام شده در زمينه اصلاح گياهان زراعي، توليد گياهان هيبريد مي باشد كه براي اولين بار حدود سال 1930 در مورد ذرت انجام پذيرفت.اين امر اصلاح گران را تشويق نمود تا بدنبال پديده هتروزيس در ساير محصولات باشند(4).

     سورگوم، ارزن، پنبه، آفتابگردان، گوجه فرنگي، بادمجان، فلفل، پياز،چغندر قند وبرنج از محصولاتي هستند كه در آنها ازخاصیت هيبريد بطور گسترده اي استفاده مي شود(7). اصلاح برنج هيبريد واستفاده از پديده هتروزيس يكي از راه هاي دستيابي به افزايش توليد برنج، متناسب با نرخ رشد جمعيت مي باشد. اگرچه پديده هتروزيس در برنج از سال 1926 شناسايي شده است، اما استفاده تجاري از آن زماني آغاز شد كه دانشمندان چيني مدعي شدند كه ارقام برنج هيبريد داراي 20 الي 30 درصد افزايش توليد نسبت به ارقام پا كوتاه هستند(2).لازم به ذكر است كه چنين عملكردي در شرايط عادي واعمال مديريت زراعي يكسان بدست آمد.

     سطح زير كشت برنج هيبريد در سال 1991 در چين به 17 ميليون هكتار رسيد واين ميزان مساحت یعنی، 55 درصد سطح زير كشت برنج و66 درصد توليد كل برنج در چين باعث گرديد كه موسسه
بين المللي تحقيقات برنج وساير  مراكز تحقيقاتي برنج در اوايل دهه 1980 فعاليت خود را در زمينه اصلاح واستفاده از تكنولوژي توليد برنج هيبريد آغاز كند(6)    

تاريخچه برنج هيبريد:

      سابقه شناسايي هتروزيس به گياهان دگربارور بر ميگردد و گزارشات در اوايل 1700 ميلادي به صورت بهبود بنيه و نمود حاصل از تلاقي براي تعدادي از گونه ها موجود ميباشد . همچنين مندل(1865)و داروين(1877) نيز در ازمايشات خود ، برتري دورگ را در بسياري از هيبريد ها يافتند . زمينه اصلي براي گسترش تجارتي پديده هتروزيس در سال 1910 در گياه ذرت مهيا گرديد . اين گياه از نخستين محصولاتي بود كه توليد بذر هيبريد در ان مورد توجه قرار گرفت (7) .پديده هتروزيس در برنج از سال 1926 شناسايي شد. اما استفاده تجاري از آن زماني آغاز شد كه دانشمندان چيني مدعي شدند كه ارقام برنج هيبريد داراي 20 الي 30  درصد افزايش توليدنسبت به ارقام پا كوتاه هستند(3). در ايران اولين گام تحقيقات برنج هيبريد در سال 1366 در ايستگاه تحقيقات برنج رشت در گيلان و آمل در مازندران با وارد نمودن دو لاين نر عقيم به نامهاي V20A و W32A توسط صالحي وهمكاران وسري دوم لاين هاي جديد نر عقيم به نام هاي IR58025A وIR28298A نيز توسط درستي ونعمت زاده از ايري(IRRI) در خواست وبه ايران وارد ودر مراكز تحقيقاتي برنج رشت وآمل مورد ارزيابي قرار گرفت(2). در سال 1375 پرو‍ژه ملي برنج هيبريد با تلاش فراوان بصورت مشترك به تصويب دانشكده علوم كشاورزي ساري و موسسه تحقيقات برنج كشور وسازمان تحقيقات، آموزش وترويج كشاورزي رسيد(6).

مشخصات گياه شناسي برنج:

     برنج گياهي است مخصوص مناطق پر آب وگرم از رده تك لپه اي ها متعلق به قبيله لگومي فلوره وتيره گرامينه(poaceae) و زير تيره اوري زوئيده وجنس اوريزا مي باشد. جنس اوريزا داراي 25 گونه مختلف است گياه برنج از كاشت تا برداشت به 80 تا 270 روز زمان نياز دارد برنج گياهي است معمولا روز كوتاه ويكساله ولي بعضي از انواع چند ساله آن نیز موجود مي باشند. برنج داراي ساقه اي راست وتوخالي است كه ارتفاع آن بين 200-50 سانتي متر ، تعداد برگ بين 10 تا 20عدد و. قطر ساقه برنج بين 6 تا 12 ميلي متر متغير است. هر بوته برنج معمولا 4 تا 5 پنجه توليد مي‌كند واصولا توليد پنجه در برنج خيلي زياد مي باشد. برگ برنج شامل پهنك و غلاف بلندي است.زبانك يا ليگول برنج غشايي وبلند بوده ودر موقع رسيدن شكاف بر مي دارد اين زبانك غشايي سه گوش بوده و داراي طولي در حدود 15-10 ميلي متر است.

     گل آذين در برنج به صورت پانيكول بوده ودر انتها واقع شده است. از محل هر گره محور اصلي خوشه يك يا چند انشعاب اوليه بوجود مي آيد. كه بعدا از همين انشعابات اوليه، چندين انشعابات ثانويه توليد مي شود كه بعد از هر يك از اين انشعابات ثانوي يك يا چند خوشه چه يا تك گل بوجود مي‌آيد. گل شامل مادگي، پرچم ها ولوديكول ها مي باشد. مادگي شامل كلاله ها، خامه وتخمدان مي‌باشد. كلاله پري شكل از دو شاخه تشكيل يافته است. تعداد پرچم در برنج برخلاف اکثر غلات 6 عدد مي باشد. ميوه برنج گندمه بوده، بدين معني كه پوسته هاي ميوه وپوسته دانه با هم رشد مي نمايد. دانه برنج داراي رنگ هاي مختلفي از قبيل زرد، سفيد، قرمز وسياه است.وزن هزار دانه برنج در حدود
40-20 گرم است(1).

هتروزيس در برنج:

     تاكنون تنها دو روش موثر براي افزايش پتانسيل عملكرد محصولات از طريق اصلاح شناخته شده است كه يكي از آنها بهبود مورفولوژيكي گياه وديگري استفاده از هتروزيس مي باشد. اصلاح صفات مورفولوژيكي، به تنهايي پتانسيل بسيار محدودي دارد و اگر هم منحصرا از هتروزيس استفاده گردد نتايج نامطلوبي خواهد داشت. هر روش اصلاحي ديگر مانند اصلاح ملكولي نيز بايد به همراه صفات مورفولوژيكي مناسب وهتروزيس قوي باشد(7). هتروزيس را بيشتر مترادف با رشد عالي هيبريد مي‌دانند يعني برتري هيبريد هاي F1 نسبت به والدين آنها. تظاهر هتروزيس فقط در نسل اول (F1) صورت مي گيرد. بنابراين كشاورزان هر سال بايد اقدام به خريد بذر هاي هيبريد كنند(3).

هتروزيس ممكن است مثبت يا منفي باشد که در اصلاح نباتات اهميت زيادي دارد.واهميت آن به هدف اصلاحي بهنژادگر بستگي دارد. به عنوان نمونه هتروزيس مثبت براي عملكرد مفيد است در حالي كه هتروزيس منفي براي زمان رسيدن گياه ويا ارتفاع بوته اهميت دارد(5).

طبق برخي گزارشات عملكرد بالاتر در برنج هاي هيبريد بدليل هتروزيس در تعداد پانيكول و تعداد گلچه ها بود. هر چند محققان متعددي از جمله پي لايي،ويرماني وهمكاران نشان دادند كه هتروزيس در عملكرد، اصولا بدليل گلچه هاي بيشتر در پانيكول وتا حدودي بدليل وزن هزار دانه بالاتر بود وتعداد پانيكول داراي هتروزيس منفي يا غير معني دار بود(8).

روش هاي نر عقيمي در برنج:

     بكار گيري پديده نرعقيمي در توليد بذرهاي هيبريد تجارتي در برنج امري ضروري است. اگرچه روش هاي مختلف نر عقيمي در برنج شناسايي شده اند، از ميان آنها نرعقيمي سيتوپلاسمي در توسعه وتكامل فن آوري توليد بذر هيبريد نقش بيشتري دارد.به تازگي نر عقيمي ناشي از تاثير عوامل محيطي نيز در برنج شناسايي شده وتلاش قابل توجهي در اين زمينه در دست انجام است.

در مواقع خاص نيز از مواد شيميايي (گامت كش ها) در توليد نر عقيمي در برنج استفاده مي شود.

روش هاي نر عقيمي ژنتيكي وغير ژنتيكي شناخته شده براي توليد بذر هيبريد عبارتند از:

الف) نر عقيمي ژنتيكي- سيتوپلاسمي

ب) نر عقيمي ژنتيكي حساس به محيط

ج) نر عقيمي القايي يا ايجاد شده از طريق مواد شيميايي

  الف) نر عقيمي ژنتيكي- سيتوپلاسمي:

     چنين نر عقيمي، با اثر متقابل بين هسته وسيتوپلاسم بوجود مي آيد. علت اصلي آن هم وجود عامل در سيتوپلاسم است.عدم وجود عامل ايجاد كننده نر عقيمي چه در هسته، چه در سيتوپلاسم، لاين‌بارور را ايجاد مي كند.وجود برخي از ژنهاي اعاده كننده در هسته، نتايج هيبريد حاصل از تلاقي يك لاين نر عقيم سيتوپلاسمي با لاين اعاده كننده را بارور مي كند(5).

در روش نر عقيمي سيتوپلاسمي،جهت توليد برنج هيبريد از سه لاين ذيل استفاده مي شود.

1) لاين نرعقيم (A لاين):

     به نوع خاصي از لاين اصلاح شده گفته مي شود كه بساك هاي آن غير طبيعي و فاقد دانه گرده باشند ويااينكه دانه هاي گرده آن عقيم است ولي مادگي طبيعي ونرمال دارد.بنابر اين خود قادر به تشكيل بذر نمي باشد ولي اگر دانه گرده نرمال به آن برسد،توليد بذر مي كند(7).

     خوشه هاي لاين نر عقيم ممكن است بطور كامل از غلاف برگ پرچم خارج شوند ويا قسمتي از آن در غلاف برگ پرچم باقي بماند.كيسه هاي بساك آن ممكن است به رنگ زرد روشن يا سفيد چروكيده باشد ودوره گلدهي آن بيش از هفت روز نمي باشد(6).

     يك لاين نر عقيم سيتوپلاسمي خوب بايد داراي خصوصيات زير باشد:

-        نر عقيمي پايداردر محيطي كه بكار گرفته مي شود

-        سازگاري با محيطي كه در آن بذر توليد مي شود

-        قابليت خوب دگر گشني براي توليد بذر بيشتر

-        قابليت پذيرش باروري نسبت به لاين هاي مختلف يا لاين هاي اعاده كننده باروري (R )

-        قابليت تركيب پذيري خوب

-        كيفيت فيزيكوشيميايي(پخت وخوراك مطلوب) (5).

2) لاين نگهدارنده( Bلاين):

     لاين دهنده گرده مي باشد كه براي گرده افشاني لاين نرعقيم بكار مي رودو توليد بذر مي كند كه گياه حاصل از آن نرعقيم مي باشد.وجود اين لاين جهت حفظ وتكثير لاين نرعقيم ضروري است(7).

3) لاين باز گرداننده باروري( Rلاين):

اين لاين نيز دهنده گرده مي باشد و در صورت تلاقي با لاين نر عقيم توليد بذر بارور مي‌نمايد كه مي تواند در سطوح تجارتي در اختيار زارع قرار گيرد(7).

خصوصيات مطلوب لاين اعاده كننده باروري بشرح ذيل مي باشد:

-        خوشه هاي آن طويل وداراي حد اقل 125 گلچه ويا بيشتر باشد.

-        خوشه ها از برگ پرچم كاملا خارج گردند.

-        براي خروج كامل بساك ها از گلچه، ميله پرچم بايد بلند باشد.

-        بساك ها بايد بزرگ، بسته وداراي دانه گرده زيادي باشند.

-        بساك ها بايد بيشتر دانه هاي گرده را پس از خروج از گلچه آزاد نمايند (6).

ب) نر عقيمي ژنتيكي حساس به محيط يا روش دو لايني[1](EGMS)

     نر عقيمي ژنتيكي، زماني حساس به محيط است كه لاين مورد نظر در يك شرايط خاص محيطي قادر به توليد دانه گرده زنده وبارور نباشد.

انواع نر عقيمي ژنتيكي حساس به محيط:

1) نر عقيمي حساس به طول روز[2](PGMS) :

     اين نوع نر عقيمي ژنتيكي، حساس به طول روز است وبراي بروز عقيمي، به طول روز خاصي نيازمند است.براي نمونه بيشتر لاين هاي نر عقيم حساس به طول روز در شرايط روز بلند(بيش از 75/13ساعت روز) نر عقيم ودر شرايط روز كوتاه(كمتر از 75/13ساعت روز) بارور هستند.

2) نر عقيمي ژنتيكي حساس به درجه حرارت(TGMS)[3] :

     اين نوع نر عقيمي ژنتيكي،به درجه حرارت حساس است وبراي بروز عقيمي به درجه حرارت خاص نياز دارد. براي نمونه بيشتر لاين هاي نرعقيم حساس به درجه حرارت در دامنه هاي بيش از 30 درجه سانتيگراد قرار مي گيرند ودر دماي كمتر از 30 درجه سانتيگراد بارور مي شوند. نقطه بحراني بارور وعقيمي از يك ژنوتيپ به ژنوتيپ ديگر متفاوت است.

     درجه حرارت بحراني باروري در لاين هاي TGMSمتفاوت است.حداقل درجه حرارت بحراني مي تواند از 15 الي 25 روز قبل از خوشه دهي و5 الي 15 روز بعد از شروع تشكيل خوشه باشد(5).

استفاده از لاين هاي EGMS براي توليد بذر هيبريد:

     در سيستم توليد بذر هيبريدبه روش EGMS(روش دو لاين) لاين نگهدارنده وجود نداردو بوته نرعقيم با تغيير شرايط محيطي قابليت توليد بذر رادارا مي باشد بدين ترتيب كه در شرايط طول روز بلند ودرجه حرارت بالا كاملا عقيم بوده ودر طول روز كوتاه ودرجه حرارت پايين، نيمه بارور مي‌باشد. بنابراين اين لاين مي تواند در دوره عقيمي خود به عنوان لاين نر عقيم در توليد بذور هيبريد و در دوره باروري خود جهت تكثير استفاده گردد.

  از زمان شناسايي اين سيستم در كشور چين تاكنون بيش از 20 رقم برنج هيبريد دو لايني توليد ومعرفي شده است كه قابليت عملكرد بالا ومقاومت وكيفيت مطلوبي دارند.

مزاياي روش دو لايني براي توليد بذر هيبريد :

-        مراحل توليد بذر ساده مي باشد چرا كه به لاين نگهدارنده نيازي نمي باشد

 شانس توليد هيبريد هاي دلخواه تا حد زيادي افزايش مي يابد بدليل اينكه در انتخاب والدين، براي توليد هيبريد هاي جديد، آزادي عمل بيشتر است.

مطالعات نشان دادكه در روش دو لايني بيش از 97 درصد واريته هاي همان زير گونه مي توانند نقش باز گرداننده باروري يا والد پدري را ايفا كنند.در حالي كه تنها كمتر از 5 در صد واريته ها مي توانند به عنوان باز گرداننده باروري لاين هاي نر عقيم در سيستم سه لاين بكار روند.

بدليل وراثت هسته اي در عقيمي لاين هاي (TGMS) هيچ اثر منفي ناشي از سيتوپلاسم عقيم وسيتوپلاسم غالب موجود در لاين CMS[4] وجود ندارد.

     ظاهرا توليد برنج هاي هيبريد با عملكرد بيشتر،زودرس تر، كيفيت دانه بهتر ومقاومت بيشتر به آفات به وسيله روش دو لايني آسانتر از روش سه لايني مي باشد وبطور معمول برنج هاي هيبريد دو لايني در مقايسه با برنج هاي هيبريد سه لايني افزايش عملكردي حدود 5 تا 10 درصد دارند(7).

معايب روش دو لايني:

     توليد برنج به روش دو لايني احتمال عدم خلوص بذردر درجه حرارت هاي پايين تردر مرحله حساس به درجه حرارت در لاين هاي TGMSوجود دارد.بنابر اين مهمترين عامل در خلوص بذور، توليد لاين هاي TGMS با درجه حرارت هاي مناسب مي باشد كه معمولا براي مناطق معتدله 23 درجه سانتيگراد وبراي مناطق نيمه گرمسيري 24 درجه سانتيگراد مي باشد(7).

 ج) نر عقيمي ناشي از عوامل شيميايي :

     نر عقيمي ناشي از عوامل شيميايي، روش غير ژنتيكي توليد لاين هاي نر عقيم(Aلاين) است.برخي از مواد شيميايي مانع تشكيل گامت هاي زنده بارور مي شوند. اين مواد شيميايي را اصطلاحا گامت كش((Gameticide مي گويند. اين روش در اصل براي گياهاني كه داراي مكانيسمي با گل هاي دوجنسي هستندوتوليد لاين هاي نر عقيمي سيتوپلاسمي يا ژنتيكي در آنها مشكل است، بكار مي‌رود.

     در اين روش براي توليد بذر هاي هيبريد ، پايه مادري را تحت تاثير مواد شيميايي يا گامت كش قرار مي دهند در نتيجه فقط دانه هاي گرده آنها از بين مي رود وهيچ آسيبي به مادگي گل نمي رسد. براي توليد بذر هيبريد دو والد مورد نظر را به صورت رديف هاي متناوب كاشته، فقط رديف هاي مادري را در معرض گامت كش قرار مي دهند. بذر حاصل از رديف هاي مادري،دانه گرده لازم را از رديف هاي پايه پدري مي گيرد(5).

سيستم تك لايني توليد برنج هيبريد :

     از اواخر دهه 1980 استفاده از روش آپوميكسي در برنج در كشور چين آغاز گرديد وهدف،توليد هيبريدي است كه در نسل هاي آن تفرق ايجاد نگردد.بدين معني كه هتروزيس در آن تثبيت گردد.توليد برنج آپوميكت (apomict ) كه هنوز در مرحله آزمايشي مي باشد، ممكن است نيازمند روش هاي فن آوري زيستي در كنار روش هاي اصلاحي سنتي باشدو شايد تا موفقيت، راه طولاني در پيش باشد.

بذر پا شي لاين هاي والديني در خزانه:

      براي توليد نشاء كافي يك هكتار برنج هيبريد، نيازمند 15 كيلوگرم بذرA لاين و5 كيلو گرم بذر R مي باشيم(6).

     بطور كلي در سيستم سه لايني توليد برنج هيبريد، دو نوع خزانه براي كشت والدين وجود دارد. يكي از خزانه ها، خزانه حفظ وتكثير لاين نرعقيم مي باشد كه در آن لاين هاي نر عقيم ونگهدارنده نر عقيمي بطور متناوب كشت مي گردند.خزانه بعدي، خزانه توليد بذر هيبريد مي‌باشدكه لاين نرعقيم ولاين اعاده كننده باروري در آن كشت ميگردد(7).

موفقيت در تكثير لاينA يا توليد بذر هيبريد،بستگي به همزماني گلدهي لاين هاي والديني دارد. هدف از همزمان نمودن گلدهي آنست كه گل هاي لاين A ولاين B براي توليد بذر نر عقيم ويا گل هاي لاين A ولاينR براي توليد بذر هيبريد بطور همزمان باز شده وآماده پخش دانه هاي گرده سالم ويا دريافت دانه هاي گرده باشند.

هم زمان نمودن گلدهي لاين هاي والديني به دو طريق صورت مي گيرد:

-تنظيم تاريخ بذر پاشي در خزانه بر اساس طول دوره رويشي وشروع مرحله زايشي لاين هاي والديني.

- تنظيم تاريخ گلدهي با اعمال مديريت مزرعه اي (6).

زمان هاي مختلف بذر پا شي براي توليد بذر نر عقيم سيتوپلاسمي :

     لاينA يك بار ولاين  B دو بار بذر پاشي مي شود. آغاز توالي بذر پاشي از روز نخست با بذر پاشي لاين A آغاز مي گردد وبذر پاشي دور اول لاين B سه روز پس از بذر پاشي لاين Aمي باشد وبذر پاشي دور دوم لاين Bسه روز بعد از بذر پاشي دور اول لاين Bصورت مي گيرد.

زمان هاي مختلف بذر پاشي براي توليد بذر هيبريد :

     براي توليد بذر هيبريد معمولا لاين R  را در سه تاريخ متفاوت بذر پاشي مي نمايند. بذر پاشي معمولا با فاصله سه روز در ميان صورت مي گيرد. لاين A را فقط يك بار بذر پاشي مي نمايند وبذر پاشي لاين Aبا نوبت دوم بذر پاشي لاين Rهمزمان مي باشد وبايد توجه داشت كه اين موضوع بستگي كامل به دوره رويشي لاينA ولاين R  دارد وبا دانستن اين دوره بايد تاريخ بذر پاشي را تنظيم نمود.

مثال 1- پايه مادري (A لاين) داراي 10 روز دوره زراعي بيشتر از پايه پدري (R لاين) است.

شروع توالي بذر پاشي از روز نخست با بذر پاشي لاين A مي باشد. مثلا اول ارديبهشت

شروع اولين بذر پاشي لاين R 7 روز پس از بذر پاشي لاين A مي باشد، 8 ارديبهشت.

بذر پاشي دور دوم لاين Rسه روز پس از بذر پاشي دور اول لاينR ميباشد، 11 ارديبهشت.
(یعنی 10روز پس از A )

بذر پاشي دور سوم لاينR  سه روز پس از بذر پاشي دور دوم لاين Rمي باشد،
14 ارديبهشت(5).(یعنی 13 روز پس از A)

[1]- Environment Genetic Male Sterlity

[2] -Photoperiod Genetic Male Sterlity

[3] -Temperature Genetic Male sterlity

[4] -Cytopelasmic Male Sterlity