ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH 2007 z. 522: 15-21 MARKERY STS NA GENETYCZNEJ MAPIE ŁUBINU WĄSKOLISTNEGO (Lupinus angustifolius L.) 1 Karolina Leśniewska, Magdalena Chudy, Magdalena Gawłowska, Wojciech Święcicki, Bogdan Wolko Instytut Genetyki Roślin Polskiej Akademii Nauk w Poznaniu Wstęp Badania prowadzone w ramach Zintegrowanego Projektu 6. Programu Ramowego Unii Europejskiej GRAIN LEGUMES pt. New strategies to improve grain legumes for food and feed, mają na celu poszerzenie wiedzy z zakresu struktury i organizacji genomów roślin strączkowych oraz wprowadzanie nowych technologii i modyfikacji do hodowli roślin strączkowych. Wyniki prac powinny przyczynić się do wzrostu wykorzystania roślin strączkowych zarówno w rolnictwie, jak i w Ŝywieniu ludzi i zwierząt. Zespoły badawcze w ramach pakietu 5.4 Crop and comparative genomics prowadzą porównawcze mapowanie genomów wybranych siedmiu gatunków roślin strączkowych w oparciu o sekwencyjnie zdefiniowane markery (STS). Startery do ich generowania zaprojektowano na podstawie baz danych sekwencyjnych dla gatunku modelowego Medicago truncatula oraz dla Pisum sativum. Obiektem badawczym dla polskiego zespołu jest łubin wąskolistny (Lupinus angustifolius L.), posiadający waŝne cechy uŝytkowe i biologiczne. Celem badań była lokalizacja markerów STS na opublikowanej wcześniej mapie genomu łubinu wąskolistnego [BOERSMA i in. 2005]. Opublikowana mapa genetyczna MFLP (microsatellite - anchored fragment length polymorphism), pomimo istniejących juŝ map genetycznych dla rodzaju Lupinus [WOLKO, WEEDEN 1993; KRUSZKA, WOLKO 1999, BRIEN i in. 1999, NELSON i in. 2006], moŝe dostarczyć cennych informacji dotyczących struktury genomu łubinu wąskolistnego. Dzięki współpracy z australijską grupą badawczą, mapa genetyczna wzbogacana kolejnymi markerami STS, generowanymi w ramach wspomnianego projektu, moŝe być wykorzystana do porównania genomu łubinu z genomami pozostałych, badanych gatunków roślin strączkowych. Uzyskane wyniki powinny pomóc wyjaśnić niektóre problemy związane z pokrewieństwem i filogenezą badanych gatunków. Materiały i metody 1 Badania sfinansowano ze środków Zintegrowanego Projektu 6. Programu Ramowego Unii Europejskiej GRAIN LEGUMES New strategies to improve grain legumes for food and feed nr FP6-2002-FOOD-1-506223.
16 K. Leśniewska i inni Populację mapującą łubinu wąskolistnego (Lupinus angustifolius L.) 83A/476 (linia hodowlana) x P27255 (typ dziki), składającą się z 89 linii wsobnych rekombinantów pokolenia F 8, otrzymano w ramach współpracy z australijską grupą badawczą z Departamentu Rolnictwa Zachodniej Australii w Perth. Sekwencje starterów zostały zaprojektowane i dostarczone przez partnera węgierskiego projektu Grain Legumes (58, IGABC). Poszczególne etapy badań obejmowały: 1) Izolację genomowego DNA łubinu wąskolistnego (DNeasy Plant Mini Kit, Qiagen), 2) Optymalizację warunków PCR (touchdown, gradient temperaturowy) przy uŝyciu linii rodzicielskich populacji mapującej 83A/476 X P27255, 3) Testowanie polimorfizmu markerów DNA, w optymalnych warunkach reakcji PCR, 4) Analizę segregacji polimorficznych markerów w grupie 89 roślin pokolenia F 8 populacji mapującej 83A/476 X P27255, 5) Lokalizację polimorficznych markerów STS w grupach sprzęŝeń na mapie genetycznej łubinu wąskolistnego przy wykorzystaniu programów komputerowych (MapManager v. QTXb20, MapChart), 6) Sekwencjonowanie polimorficznych fragmentów (AbiPrism3130XL Genetic Analyzer, Applied Biosystems), 7) Analizę sekwencyjną (bazy danych sekewncyjnych: TIGR Databases, NCBI Databases). Wyniki i dyskusja W ramach współpracy z węgierskim zespołem badawczym dotychczas otrzymano 257 par starterów (20-nukleotydowe sekwencje starterów). W wyniku testowania całej puli starterów uzyskano w zdecydowanej większości produkty monomorficzne. We wstępnej optymalizacji warunków PCR w liniach rodzicielskich populacji mapującej 83A/476 X P27255 uzyskano 61 polimorficznych produktów. W przypadku 32 par starterów warunki PCR były mało powtarzalne, co uniemoŝliwiało ocenę segregacji alleli. Pozostałe produkty polimorficzne (29) poddano analizie na całej populacji mapującej. Dwadzieścia cztery markery spośród nich wykazały prawidłową segregację alleli 1 : 1, natomiast w przypadku 5 markerów nastąpiły odchylenia od poprawnej segregacji. Markery STS wykazywały polimorfizm długości (19) lub polimorfizm typu jest prąŝek brak prąŝka (10). Większość wygenerowanych markerów (22) została zlokalizowana na mapie genetycznej Lupinus angustifolius, skonstruowanej w oparciu o markery MFLP [BOERSMA i in. 2005] (tab. 1). Mapa ta zawierała 454 loci zgrupowane w 21 głównych grup sprzęŝeń. Średnia odległość między markerami wynosiła 3,4 cm, przy całkowitej długości mapy genetycznej 1543 cm. PrzewaŜająca liczba markerów została zlokalizowana w grupie sprzęŝeń 1 i w grupie sprzęŝeń 5. Na uwagę zasługuje marker STS psat_est_00175 zlokalizowany w grupie sprzęŝeń 2, sprzęŝony z markerem MFLP AntjM2 markerem odporności na antraknozę (tab. 1).
MARKERY STS NA GENETYCZNEJ MAPIE ŁUBINU... 17 Markery STS zlokalizowane na genetycznej mapie L. angustifolius STS markers mapped on the L. angustifolius genetic linkage map Tabela 1; Table 1 Nazwa markera Marker name mtmt_gen_00447 mtmt_gen_258 mtmt_gen_116 mtmt_gen_00087 psat_est_00175 Pis_GEN_12_2_600 mtmt_gen_00105 mtmt_gen_00237 Pis_PR_106_1 mtmt_gen_275 mtmt_gen_00080 Pis_GEN_12_2_500 Pis_GEN_6_3_1 mtmt_gen_00092 mtmt_gen_00103 psat_est_00178 Pis_GEN_12_2_1000 Pis_GEN_15_1_700 mtmt_gen_00079 mtmt_gen_0001 Pis_GEN_20_1_1 psat_est_00169 Grupa sprzęŝeń Linkage group 1 1 1 1 2 3 3 4 4 5 5 5 5 6 6 9 11 14 17 18 19 21 Wzbogacenie opublikowanej mapy genetycznej Lupinus angustifolius markerami STS zwiększyło jej długość do 1953 cm. Wykonano sekwencjonowanie 14 produktów PCR w celu potwierdzenia homologii sekwencji amplifikowanych w łubinie wąskolistnym z sekwencjami z rośliny modelowej Medicago truncatula (tab. 2). W przypadku 3 sekwencji potwierdzono istnienie homologii sekwencji łubinowej w sekwencyjnych bazach danych Medicago oraz Pisum (tab. 2). Tabela 2; Table 2 Analiza zsekwencjonowanych polimorficznych produktów PCR Polymorphic PCR products subjected to the sequencing approach Nazwa startera Primer name Wielkość produktu PCR (pz) PCR product lenght E - wartość oczekiwana E - value
18 K. Leśniewska i inni (bp) mtmt_gen_00116_02_1_137 700 brak homologii; no similarity* mtmt_gen_00116_02_1_138 650 brak homologii; no similarity* mtmt_gen_00087_02_1_137 900 E = 0,008* mtmt_gen_00105_01_1_137 900 brak homologi; no similarity* mtmt_gen_00105_01_1_138 1000 brak homologii; no similarity* mtmt_gen_00092_01_1_138l 1100 brak homologii; no similarity* mtmt_gen_00092_01_1_138r 1100 brak homologii; no similarity* mtmt_gen_00103_01_1_137 385 E = 9e-16* psat_est_00178_01_1_137 900 brak homologii; no similarity^ psat_est_00178_01_1_138 900 brak homologii; no similarity^ mtmt_gen_00079_01_1_138 900 brak homologii; no similarity* psat_est_00169_03_3_137 400 brak homologii; no similarity^ psat_est_00169_03_3_138 400 brak homologii; no similarity^ psat_est_00190_01_1_137l 1000 brak homologii; no similarity^ psat_est_00190_01_1_137r 1000 brak homologii; no similarity^ psat_est_00190_01_1_138l 900 E = 7e-05^ psat_est_00190_01_1_138r 900 E = 6e-20^ Pis_GEN_58_3-4_1_137 1200 brak homologii; no similarity^ mtmt_gen_00115_01_1_138 650 brak homologii; no similarity* mtmt_gen_00113_01_1_137 950 brak homologii; no similarity* mtca_est_00209_04_1 137 700 brak homologii; no similarity* psat_est_00183_01_1 138 850 brak homologii; no similarity^ * homologia potwierdzona w bazie danych M. truncatula; homology confirmed in the databases of M. truncatula ^ homologia potwierdzona w bazie danych P. sativum; homology confirmed in the databases of P. sativum 137 linia rodzicielska hodowlana 83A/476; parental line domesticated 83A/476 138 linia rodzicielska - typ dziki P27255; parental line - wild type P27255 L starter wiodący; forward primer R starter odwrotny; reverse primer E < 10-5 obecność homologii; homology present Prawdopodobnie przyczyną braku wykrycia homologii są trudności w odczytaniu sekwencji matrycy wynikające z niskiej wydajności PCR. Trudności związane z optymalizacją i powtarzalnością warunków PCR wynikają z niepełnej komplementarności starterów zaprojektowanych w oparciu
MARKERY STS NA GENETYCZNEJ MAPIE ŁUBINU... 19 o bazę danych sekwencyjnych Medicago truncatula. Jest tym bardziej prawdopodobne ze względu na dystans filogenetyczny pomiędzy łubinem wąskolistnym, a gatunkiem modelowym Medicago truncatula. Wnioski 1. Ze względu na duŝą liczbę monomorficznych produktów, uzyskanych podczas testowania par starterów zaprojektowanych na podstawie sekwencji M. truncatula, wydaje się konieczne zastosowanie dodatkowych technik molekularnych (np. Cel I, dcaps), mogących przyczynić się do wykrycia istniejącego polimorfizmu w liniach rodzicielskich. 2. Na obecnym etapie badań porównanie syntenii genomów L. angustifolius, M. truncatula i P. sativum jest utrudnione ze względu na niewielką liczbę referencyjnych markerów zlokalizowanych na genetycznej mapie łubinu wąskolistnego. Literatura BOERSMA J.G., PALLOTTA M., LI C., BUIRCHELL B.J., SIVASITHAMPARAM K., YANG H. 2005. Construction of a genetic linkage map using MFLP and identification of molecular markers linked to domestication genes in narrow-leafed lupin (Lupinus angustifolius L.). Cell Molecular Biological Letters, Wrocław, Poland; 10(2): 331-44. BRIEN S.J., COWLING W.A., POTTER R.H., O BRIEN P.A., JONES R.A.C., JONES M.G.K. 1999. A molecular marker for early maturity (Ku) and marker assisted breeding of Lupinus angustifolius. Proceedings of the 9 th International Lupin Conference, Klink/Müritz, Germany, 20-24 VI 1999: 115 117. KRUSZKA K., WOLKO B. 1999. Linkage maps of morphological and molecular markers in Lupin. Proceedings of the 9 th International Lupin Conference, Klink/Müritz, Germany, 20-24 VI 1999: 100-105. NELSON M.N., PHAN H.T.T., ELLWOOD S.R., MOOLHUIJZEN P.M., HANE J., WILLIAMS A., O LONE C.E., FOSU-NYARKO J., SCOBIE M., CAKIR M., JONES M.G.K., BELLGARD M., KSIĄśKIEWICZ M., WOLKO B., BARKER S.J., OLIVER R.P., COWLING W.A. 2006. The first gene-based map of Lupinus angustifolius L. - location of domestication genes and conserved synteny with Medicago truncatula. Theor. Appl. Genet. 113: 225 238. WOLKO B., WEEDEN N.F. 1993. Linkage map of isozyme and RAPD markers for the Lupinus angustifolius L. Proceedings of the 7 th International Lupin Conference: Advances in Lupin Research, Evora, Portuagal, 18-23 IV 1993: 42-49. Słowa kluczowe: markery STS, mapa genetyczna, łubin wąskolistny Streszczenie Prace przeprowadzane w ramach Zintegrowanego Projektu 6. Programu Ramowego Unii Europejskiej pt. New strategies to improve grain legumes for
20 K. Leśniewska i inni food and feed (GRAIN LEGUMES), w polskiej grupie badawczej (zespoł badawczy 5.4 Crop and comparative genomics ) dotyczą mapowania genetycznego genomu łubinu wąskolistnego Lupinus angustifolius w oparciu o sekwencyjnie zdefiniowane markery STS. W przedstawianych wynikach badań wykorzystano populację mapującą łubinu wąskolistnego L. angustifolius L., składającą się z 89 linii wsobnych rekombinantów pokolenia F 8 kombinacji krzyŝówkowej linii hodowlanej 83A/476 i typu dzikiego P27255. Pary starterów generujące markery STS zostały zaprojektowane w oparciu o bazę danych sekwencyjnych dla rośliny modelowej Medicago truncatula oraz dla Pisum sativum. Na genetycznej mapie genomu łubinu wąskolistnego, utworzonej w oparciu o markery MFLP, dotychczas zlokalizowano 22 markery STS: 21 w jedenastu głównych grupach sprzęŝeń i 1 w jednej pobocznej grupie sprzęŝeń (LG21). Podjęto równieŝ prace nad sekwencjonowaniem markerów polimorficznych (14). Wzbogacanie opublikowanej mapy genetycznej kolejnymi markerami STS zwiększyło jej długość do 1953 cm. Generowanie polimorficznych, sekwencyjnie zdefiniowanych markerów STS oraz tworzenie genetycznych map dla wybranych gatunków roślin strączkowych moŝe dostarczyć informacji o ich filogenezie. STS MARKERS ON THE GENETIC LINKAGE MAP OF Lupinus angustifolius L. Karolina Leśniewska, Magdalena Chudy, Magdalena Gawłowska, Wojciech Święcicki, Bogdan Wolko Institute of Plant Genetics Polish Academy of Sciences, Poznań Key words: STS markers, genetic linkage map, Lupinus angustifolius Summary The research conducted within the framework of Grain Legumes Integrated Project of the 6-th Framework Programme New strategies to improve grain legumes for food and feed in Polish research group (Work Package 5.4: Crop and comparative genomics ) concerns genetic mapping of genome narrowleafed lupin (Lupinus angustifolius L.) by using Sequence Tagged Sites markers (STS). A mapping population of 89 F 8 derived recombinant inbred lines (RILs), used in presented results of study, was established from a cross between a domesticated breeding line 83A/476 and a wild type P27255 in narrow-leafed lupin (L. angustifolius L.) The primer pairs generating STS markers were designed using model M. truncatula and P. sativum genomic sequence databases. Until now, 22 STS markers were mapped on the constructed linkage map 21 markers in main linkage groups and one in additional linkage group (LG21). Also sequencing of polymorphic PCR products (14) were performed. Saturation of published lupin map with a set of new STS markers extended the total map length to 1953 cm.
MARKERY STS NA GENETYCZNEJ MAPIE ŁUBINU... 21 Generating polymorphic STS markers and constructing genetic linkage map of legume genomes may provide us with some valuable information for further studies on phylogenetic relationships among legume genomes. Mgr inŝ. Karolina Leśniewska Instytut Genetyki Roślin PAN ul. Strzeszyńska 34 60-479 POZNAŃ e-mail: kles@igr.poznan.pl
ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH 2007 z. 522: 23-37 POSTĘP BIOLOGICZNY W ŁUBINIE (Lupinus sp.) - RYS HISTORYCZNY I STAN AKTUALNY Janusz Prusiński Zakład Produkcji Nasiennej, Katedra Szczegółowej Uprawy Roślin, Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy w Bydgoszczy im. J. i J. Śniadeckich Wstęp Postęp biologiczny obejmuje udoskonalenie organizmów roślinnych i zwierzęcych oraz zwiększanie liczby gatunków roślin i zwierząt uŝytecznych dla człowieka, co pozwala uzyskać większą wydajność z punktu widzenia wykorzystania sił przyrody i przemysłowych środków do produkcji oraz sprostać coraz to większym wymaganiom człowieka [RUNOWSKI 1997]. W rolnictwie funkcjonuje kilka pojęć stosowanych zamiennie do określenia postępu, jaki wnoszą nowe odmiany najczęściej uŝywanymi pojęciami są postęp genetyczny, hodowlany, odmianowy i biologiczny. Postęp wnoszony przez odmiany stanowi część postępu biologicznego, rozumianego jako doskonalenie cech organizmów Ŝywych. Postęp hodowlany natomiast stanowi wszelkie udoskonalenia związane z pracami hodowlanymi. MoŜe on dotyczyć rozwoju zarówno określonych technik hodowli, jak i efektów prac hodowlanych, tj. odmian roślin [RUNOWSKI 1997] lub w węŝszym zakresie udoskonalenie związane z wprowadzeniem nowych odmian roślin uprawnych. W tym ostatnim ujęciu postęp hodowlany jest toŝsamy z pojęciem postępu odmianowego. KRZYMUSKI i in. [1997] stwierdzają z kolei, Ŝe postęp hodowlany odnosi się tylko do osiągnięć hodowlanych i kończy na etapie oceny odmian, a zatem oznacza potencjalny postęp biologiczny. Postęp odmianowy z kolei, wg tych samych autorów, obejmuje równieŝ praktyczny wpływ nowych odmian na efekty produkcyjne. W terminologii z zakresu postępu wyróŝnia się zatem postęp potencjalny, a więc ten, który w naszym kraju oceniany jest na podstawie doświadczeń prowadzonych przez COBORU oraz postęp rzeczywisty, oparty na wynikach produkcyjnych pochodzących najczęściej z urzędów statystycznych. W odróŝnieniu do innych sposobów intensyfikacji produkcji roślinnej, postęp biologiczny ma charakter ekologiczny, a odmiany nie wywierają Ŝadnej presji na środowisko, porównywalnej ze stosowaniem przemysłowych środków produkcji. Jak podaje NALBORCZYK [1997], obserwowany w latach 1951-1970 wzrost plonów roślin uprawnych wynikał w 18% z postępu wnoszonego przez nowe odmiany. JednakŜe w latach 1971-1995 udział postępu biologicznego w podnoszeniu produkcyjności roślin wyniósł juŝ 52%. W hodowli roślin strączkowych postęp biologiczny wynika z zastosowania m.in.: krzyŝowania międzyodmianowego, spontanicznych mutacji, mutacji indukowanych poprzez moczenie nasion w roztworach N-nitrozoN-metylomocz-
24 J. Prusiński niku (NMU) lub N-nitrozoN-etylomoczniku (NEU), bądź przez traktowanie nasion szybkimi neutronami oraz selekcji [ŚWIĘCICKI 1984]. NiezaleŜnie jednak od stosowanych metod hodowli, wytworzenie odmiany o większej wartości gospodarczej od dotychczas uprawianych stanowi główny i końcowy cel hodowli twórczej. Zdaniem ARSENIUKA i OLEKSIAKA [2002] odmiany są najtańszym sposobem zwiększania i rozwoju produkcji rolnej. Ich nasiona, w miarę wyczerpywania się rezerw tkwiących w agrotechnice, wpływają na postęp ilościowy, czyli na wzrost plonów. Postęp hodowlany w roślinach strączkowych moŝna rozpatrywać w aspekcie poprawienia wskaźników jakości plonu zwiększenia zawartości białka, polepszenia jego składu aminokwasowego, zmniejszenia zawartości lub eliminacji substancji antyŝywieniowych itp., poprawienia strukturalnych elementów plonu, skrócenia okresu wegetacji, ograniczenia podatności roślin na wyleganie oraz roślin i nasion na choroby i szkodniki. Finalnym celem, do którego zmierza hodowla roślin strączkowych, jest zwiększenie plonów nasion, a w szczególności plonów białka [ŚWIĘCICKI 1993]. Do szczególnych osiągnięć hodowlanych ostatnich 36 lat w łubinie naleŝy wymiana odmian podatnych na fuzaryjne więdnięcie na odporne w początku lat 70. ubiegłego wieku, a następnie stworzenie form termoneutralnych w łubinie wąskolistnym (pierwsze odmiany Mirela i Emir zarejestrowane w 1981 roku) i Ŝółtym (Juno, 1989) oraz form samokończących. Te ostatnie uzyskano niemal równocześnie w łubinie Ŝółtym w wyniku backcrosses ukraińskiej odmiany śytomirski z najlepszymi polskim odmianami ze SH Wiatrowo, a w łubinie wąskolistnym na drodze mutagenezy odmiany Turkus. Pierwsze samokończące odmiany łubinu Ŝółtego Manru zarejestrowano w 1990 roku, łubinu wąskolistnego Bar w 1991 roku, a łubinu białego Katon w 1999 roku. Aktywność rejestracyjna odmian Jednym z mierników postępu hodowlanego jest liczba nowo wprowadzonych odmian, charakteryzujących się lepszymi cechami niŝ pozostające aktualnie w doborze [OLEKSIAK 1992]. RóŜnice między liczbą odmian przyjmowanych do rejestru i wycofywanych określa się teŝ jako ruch rejestrowy lub ruch odmianowy [KRZYMUSKI i in. 1997]. Wskaźnik aktywności rejestracyjnej obliczono jako średnią roczną liczbę wpisywanych nowych odmian łubinów w latach 1970-2005 ze wzoru: W ar = Σ L no /n, gdzie: L no liczba nowo wpisywanych odmian, n liczba lat. Łatwo zauwaŝyć, Ŝe największą aktywność rejestracyjną w latach 1970-2005 stwierdzono w łubinie Ŝółtym (31 wpisanych odmian), a najmniejszą w łubinie białym (9) tab. 1. Podobne proporcje dotyczą liczby krajowych odmian łubinów wpisanych na listę OECD [MARTYNIAK 1999]. Dla określenia szybkości wymiany odmian wykorzystano średni wiek odmiany W o im wyŝsza jego wartość, tym wolniejsza była wymiana odmian w danym gatunku. W o obliczono dla odmian zarejestrowanych w danym roku wg wzoru: W o = Σ W ir /N r, gdzie: W ir wiek odmiany i w roku r, N r liczba odmian w roku r. Dla około 50% odmian łubinu Ŝółtego, 61% wąskolistnego i 44% białego średnia długość cyklu Ŝycia nie przekraczała 10 lat (tab. 2). W analizowanym wieloleciu najdłuŝej w rejestrze pozostawały odmiany łubinu Ŝółtego (11,5 roku), a najkrócej łubinu wąskolistnego (9,4 roku). W porównaniu do 1970 roku obecnie wiek odmiany uległ skróceniu u łubinu wąskolistnego (z 9,6 do 8 lat) i wydłuŝeniu u białego (z 8 do 11 lat). NajdłuŜej w krajowym rejestrze odmian
POSTĘP BIOLOGICZNY W ŁUBINIE (Lupinus sp.)... 25 pozostawały Popularny 35 lat (rys. 1), Obornicki i Mirela 25 lat (rys. 2) oraz Wat 28 lat (rys. 3). Rys. 1. Długość Ŝycia odmian łubinu Ŝółtego w rejestrze (+ odmiany w rejestrze w 2005 roku) Fig. 1. Life cycle of yellow lupin cultivars registered (+ cultivars in the register in 2005)
26 J. Prusiński Rys. 2. Fig. 2. Długość Ŝycia odmian łubinu wąskolistnego w rejestrze (+ odmiany w rejestrze w 2005 roku) Life cycle of narrow-leafed lupin cultivars registered (+ cultivars in the register in 2005) Aktywność rejestracyjna odmian łubinu w latach 1970-2005 Register activity of lupin cultivars within 1970-2005 years Tabela 1; Table 1 Wyszczególnienie Specification Liczba wpisanych odmian ogółem Total number of cultivars registered W ar Aktywnośc rejestracyjna Register activity Ŝółty yellow Łubin Lupin wąskolistny narrow-leafed biały white 31 21 9 0,86 0,58 0,25
POSTĘP BIOLOGICZNY W ŁUBINIE (Lupinus sp.)... 27 Rys. 3. Długość Ŝycia odmian łubinu białego w rejestrze (+ odmiany w rejestrze w 2005 roku) Fig. 3. Life cycle of white lupin cultivars registered (+ cultivars in the register in 2005) Tabela 2; Table 2 Liczba odmian łubinu w krajowym rejestrze w zaleŝności od długości cyklu ich Ŝycia w latach 1970-2005 Number of lupin cultivars in national register depending on the cultivar life cycle within 1970-2005 Długość cyklu Ŝycia odmiany Cultivar life cycle (years) Liczba odmian łubinu w rejestrze w latach 1970-2005; Number of lupin cultivars in the register within 1970-2005 Ŝółty yellow wąskolistny narrow-leafed biały white W tym liczba odmian łubinu w 2005 roku; Including lupin cultivars present in the register in 2005 Ŝółty yellow wąskolistny narrow-leafed 0 0 0 1 0 0 0 1 5 7 8 2 3 6 1 6 10 11 6 1 2 1 1 11 15 8 4 4 0 1 0 16 20 8 4 0 2 1 0 21 25 1 1 0 0 1 0 26 30 0 0 1 0 0 1 31 35 1 0 0 0 0 0 biały white
28 J. Prusiński Cechy ilościowe Struktura postępu biologicznego i jego ocena Na etapie doświadczeń ilościowy postęp biologiczny oblicza się najczęściej porównując plony odmian: wszystkich, nowych lub najlepszych do wzorca [KRZYMUSKI i in. 1997]. Bezwzględne (w jednostkach rzeczywistych) i relatywne (w %) róŝnice między tymi odmianami uśrednia się lub uogólnia trendami, czyli równaniami regresji względem lat. Wykazanie róŝnic między odmianami wymaga jednak dostatecznie duŝej liczby doświadczeń zarówno w odniesieniu do lat badań, jak równieŝ ich lokalizacji. Najogólniej metody oceny odmian moŝna podzielić na bezpośrednie i pośrednie. W metodach bezpośrednich porównuje się wyniki długoletnich doświadczeń w róŝnych regionach kraju, w pośrednich natomiast porównuje się cechy gospodarcze nowych odmian do odmiany kontrolnej. Rys. 4. Postęp w plonowaniu łubinu Ŝółtego i wąskolistnego w latach 1970-1972 (1) do 2003-2005 (12), a łubinu białego do 1994-1996 (9) Fig. 4. Progress in yellow and narrow-leafed lupin seed yielding within 1970-1972 (1) to 2003-2005 (12) and white lupin up to 1994-1996 (9) Potencjalny postęp ilościowy obliczony na podstawie plonów wzorca w doświadczeniach COBORU [1969-2005] na przestrzeni analizowanego 36-lecia (od 1970 do 2005 roku) wynosił rocznie ponad 18 kg w łubinie Ŝółtym do prawie 45 kg ha -1 w łubinie wąskolistnym, przy wysokich współczynnikach regresji (rys. 4). Dopasowanie krzywej regresji dla plonów nasion łubinu białego było nieistotne i znacznie słabsze, a wyliczony przybliŝony postęp moŝna oszacować na niespełna 25 kg nasion na ha rocznie.
POSTĘP BIOLOGICZNY W ŁUBINIE (Lupinus sp.)... 29 Rys. 5. Fig. 5. Plonowanie odmian łubinu Ŝółtego w stosunku do wzorca Yellow lupin cultivars yielding in relation to the check Rys. 6. Fig. 6. Plonowanie odmian łubinu wąskolistnego w stosunku do wzorca Narrow-leafed lupin cultivars yielding in relation to the check
30 J. Prusiński Odmiany łubinu Ŝółtego charakteryzuje największy, a łubinu białego najmniejszy rozstęp plonowania, być moŝe z powodu ograniczonej liczby miejscowości, w których doświadczenia nad tym ostatnim gatunkiem są prowadzone przez COBORU. Od momentu wprowadzenia ograniczeń liczby odmian, a zwłaszcza miejsc, w których prowadzone są doświadczenia rejestrowe COBORU, praktyczne znaczenie uzyskanych wyników i porównanie wszystkich odmian pod względem waŝniejszych cech gospodarczych jest utrudnione. Wśród odmian łubinu Ŝółtego pod względem plenności dominują w kolejności Mister i Kroton (rys. 5), a u łubinu wąskolistnego Graf, Karo i Cezar (rys. 6). Z doświadczenia wykonanego w 2004 roku [COBORU 2004] wynika, Ŝe w łubinie białym najwyŝej plonuje Butan. Cechy jakościowe Zdaniem WICKIEGO [1997] nowo wyhodowane odmiany niekoniecznie muszą się wyróŝniać od dotychczasowych wyłącznie wyŝszą plennością, lecz mogą przewyŝszać je pod względem cech jakościowych, stąd teŝ obok plonu nasion, postęp jakościowy w łubinach dotyczy przede wszystkim wartości Ŝywieniowej (zawartość białka), antyŝywieniowej (zawartość alkaloidów, oligocukrów i Mn) nasion, a takŝe cech warunkujących szybkie i równomierne dojrzewanie jak długość okresu wegetacji, wysokość roślin, odporność na wyleganie oraz udział roślin zielonych przed zbiorem, skłonność do pękania strąków i osypywania nasion. Rys. 7. Fig. 7. Zmiany w długości okresu wegetacji łubinu Ŝółtego i wąskolistnego w latach 1970-1972 (1) do 2003-2005 (12), a łubinu białego do 1994-1996 (9) Changes in the length of yellow and narrow-leafed lupin vegetation period from 1970-1972 (1) to 2003-2005 (12) and white lupin up to 1994-1996 (9)
POSTĘP BIOLOGICZNY W ŁUBINIE (Lupinus sp.)... 31 r.n.; n.s. Rys. 8. Fig. 8. róŝnice nieistotne; differences not significant Zmiany w zawartości alkaloidów w nasionach łubinu Ŝółtego i wąskolistnego w latach 1970-1972 (1) do 2003-2005 (12), a łubinu białego do 1994-1996 (9) Changes in the alkaloids content in yellow and narrow-leafed lupin seeds from 1970-1972 (1) to 2003-2005 (12) and white lupin up to 1994-1996 (9) r.n.; n.s. Rys. 9. Fig. 9. róŝnice nieistotne; differences not significant Zmiany w masie 1000 nasion łubinu Ŝółtego i wąskolistnego w latach 1970-1972 (1) do 2003-2005 (12), a łubinu białego do 1994-1996 (9) Changes in the 1000 seed weight of yellow and narrow-leafed lupin from 1970-1972 (1) to 2003-2005 (12) and white lupin up to 1994-1996 (9)
32 J. Prusiński r.n.; n.s. róŝnice nieistotne; differences not significant Rys. 10. Zmiany w wysokości roślin łubinu Ŝółtego i wąskolistnego w latach 1970-1972 (1) do 2003-2005 (12), a łubinu białego do 1994-1996 (9) Rys. 10. Changes in the plant height of yellow and narrow-leafed lupin from 1970-1972 (1) to 2003-2005 (12) and white lupin up to 1994-1996 (9) Rys. 11. Fig. 11. Zmiany w zawartości białka w nasionach łubinu Ŝółtego i wąskolistnego w latach 1970-1972 (1) do 2003-2005 (12), a łubinu białego do 1994-1996 (9) Changes in the protein content in yellow and narrow-leafed lupin seeds from 1970-1972 (1) to 2003-2005 (12) and white lupin up to 1994-1996 (9)
POSTĘP BIOLOGICZNY W ŁUBINIE (Lupinus sp.)... 33 Na przestrzeni analizowanego 36-lecia stwierdzono skrócenie okresu wegetacji u wszystkich badanych gatunków łubinu (rys. 7) oraz nieistotne zmiany w zawartości alkaloidów (podawanych przez COBORU od 1982 roku), (rys. 8), w masie 1000 nasion (rys. 9) i w wysokości roślin (rys. 10). Do najsłodszych odmian łubinu Ŝółtego naleŝą Mister i Dukat, wąskolistnego Graf i Baron, a białego Wat. Niepokojące są istotne tendencje do zmniejszania zawartości białka w nasionach łubinu Ŝółtego i nieistotne u pozostałych dwóch gatunków (rys. 11). Nie przedstawiono kierunku zmian w takich cechach jak udział roślin zielonych przed zbiorem czy skłonność do pękania strąków i osypywania nasion ze względu na zbyt krótki okres, w którym COBORU prowadzi te obserwacje. Produkcja nasienna łubinu W efekcie malejącej chłonności rynku od szeregu lat zmniejsza się powierzchnia plantacji nasiennych i sprzedaŝ kwalifikowanego materiału siewnego niemal wszystkich grup roślin uprawnych. ARSENIUK i OLEKSIAK [2002] uwaŝają, Ŝe przyczyną tendencji spadkowych w produkcji nasiennej nie jest niewydolne nasiennictwo, ale słabnący popyt na rynku. PODLASKI [2004] z kolei twierdzi, Ŝe wprowadzenie w Polsce gospodarki rynkowej spowodowało załamanie się produkcji nasiennej, w szczególności najwaŝniejszych roślin uprawnych - zbóŝ i ziemniaka. Nasiennictwo roślin uprawnych w krajach wysoko rozwiniętych przerodziło się w system organizacyjny nazywany przemysłem nasiennym, który obejmuje firmy hodowlano-nasienne zaangaŝowane w hodowlę i produkcję nasienną, firmy nasienne zajmujące się wyłącznie reprodukcją, wyspecjalizowane firmy nasienne oraz przedsiębiorstwa zaangaŝowane bezpośrednio w hurtowy i detaliczny handel nasionami. Jeszcze na początku transformacji ustrojowej plantacje nasienne roślin strączkowych zajmowały w Polsce 105 tys. ha przy 385 tys. ha upraw towarowych wskaźnik kwalifikacji wynosił więc ponad 27%, a kwalifikaty wielu gatunków stanowiły powaŝną pozycję w handlu zagranicznym. W latach 2002-2004 dramatycznemu zmniejszeniu powierzchni plantacji nasiennych do nieco ponad 4,4 tys. ha [PIORiN 1990-2005] towarzyszył teŝ spadek zasiewów towarowych do około 112 tys. ha [GUS 2002-2005] i wskaźnika kwalifikacji do 3,92%. Średnia powierzchnia kwalifikowanych plantacji nasiennych łubinów w Polsce wynosi w ostatnich latach 625 ha (5,5% upraw towarowych) i jest największa w przypadku łubinu wąskolistnego (1230 ha rocznie) i minimalna (< 20 ha) u białego [PIORiN 1990-2005]. W latach 2002-2004 kwalifikowano średniorocznie około 575 t nasion siewnych wobec zapotrzebowania rzędu 2,28 tys. t, tj. na średnio ponad 11 tys. ha łubinów uprawianych na nasiona i zielonkę (bez mieszanek, których zapotrzebowanie na materiał siewny bardzo trudno oszacować). Oznacza to, Ŝe średnioroczna produkcja kwalifikowanego materiału siewnego łubinów wynosiła około 50 kg ha -1. Jest to zdecydowanie lepsza sytuacja niŝ np. w zboŝach, gdzie w ostatnich latach produkuje się kilkanaście kg kwalifikatów na ha [PRUSIŃSKI, KOZDEMBA 2005]. Tymczasem powszechnie wiadomo, Ŝe stosowanie do siewu nasion coraz niŝszych stopni kwalifikacji powoduje spadek i pogorszenie wysokości i jakości plonu. Najczęstszą przyczyną degeneracji i degradacji materiału siewnego jest przekrzyŝowanie (u łubinu Ŝółtego i częściowo białego) i/lub mechaniczne
34 J. Prusiński zanieczyszczenia nasion siewnych (u łubinu wąskolistnego) oraz ich poraŝenie przez choroby i szkodniki, co powoduje spadek plenności lub innych cech decydujących o wartości gospodarczej odmiany. Wykorzystanie postępu biologicznego w praktyce rolniczej Wykorzystanie postępu hodowlanego w produkcji jest moŝliwe przy uŝyciu wartościowego materiału siewnego nowych odmian wprowadzających postęp biologiczny oraz zastosowaniu dla nich właściwej agrotechniki. Z reguły nie moŝna rozdzielić łącznego oddziaływania właściwości materiału siewnego i wartości plonotwórczej odmiany [OLEKSIAK 1992]. Stąd teŝ efekt plonotwórczy zakupu nasion, to wynik współdziałania lepszych parametrów jakościowych materiału siewnego i wyŝszej wartości odmiany. O ile właściwości nasion, takie jak zdolność kiełkowania czy wigor, zaleŝą głównie od warunków zbioru, przechowywania i właściwego przygotowania i wpływają na plon w konkretnym roku, to poprawa wartości plonotwórczej odmian oddziałuje takŝe w latach następnych. Z dostępnych danych [GUS 2002-2005] wynika, Ŝe średni plon nasion łubinu słodkiego w latach 2002-2004 wynosił 1,45 t ha -1, tj. 48,5% potencjalnych plonów tego rodzaju (bez łubinu białego). Rozpiętość pomiędzy plonem potencjalnym a uzyskiwanym w praktyce rolniczej zaleŝy w znacznym stopniu od poziomu kultury rolnej i wiedzy producentów oraz kosztów nośników postępu biologicznego, jakim jest materiał siewny nowo rejestrowanych odmian. W duŝej części wynika to takŝe z mało intensywnych technologii uprawy wszystkich roślin strączkowych, a zwłaszcza mało wymagających łubinów. Często rolnicy teŝ pokładają wiarę w większy i pewniejszy potencjał plonotwórczy odmian starszych, lepiej dostosowanych do ekstensywnych warunków produkcji niŝ bardziej intensywnych, nowych odmian. Zdaniem NALBORCZYKA [1997] i OLEKSIAKA [1992] znaczenie potencjału genetycznego nowych odmian rośnie wraz z intensyfikacją produkcji i wzrostem poziomu technologicznego rolnictwa. NaleŜy wierzyć, Ŝe wprowadzane programy rolno-środowiskowe czy dopłaty do produkcji nasion tzw. słodkiego łubinu będą sprzyjały nie tylko pracom hodowlanym, ale takŝe podniesieniu technologii ich uprawy, zmierzającej do zwiększenia wykorzystania potencjału produkcyjnego odmian. Podsumowanie Charakterystyczną cechą potencjalnego postępu biologicznego jest to, Ŝe jego efekty w produkcji (postęp rzeczywisty) pojawiają się ze znacznym opóźnieniem, co wynika z powolnego upowszechnienia się odmian w produkcji [OLEKSIAK 1992]. W reprodukcji nasiennej często dominują odmiany wpisane do rejestru wiele lat temu, np. Parys i Juno (rok rejestracji odpowiednio 1988 i 1989) w łubinie Ŝółtym, Sonet (1999) w wąskolistnym i Butan (2000) w białym. W analizowanym 36-leciu najwięcej wyhodowano odmian łubinu Ŝółtego one teŝ najdłuŝej pozostawały w krajowym rejestrze. W stosunku do postępu biologicznego w zboŝach, rezultaty hodowli nowych odmian łubinów są raczej skromne największe w łubinie wąskolistnym, a najmniejsze w Ŝółtym. Co ciekawe, w doświadczeniach porejestrowych [COBORU 2004-2006] plony nasion zarówno łubinu Ŝółtego, jak i wąskolistnego są wyŝsze niŝ w doświadczeniach rejestrowych, z tym, Ŝe w obu przypadkach łubin wąskolistny plonuje o ponad 50% wyŝej od łubinu Ŝółtego.
POSTĘP BIOLOGICZNY W ŁUBINIE (Lupinus sp.)... 35 Z przedstawionych przez ŚWIĘCICKIEGO [1993] głównych kierunków hodowli łubinów nie udało się uzyskać odmian samokończących dorównujących plennością odmianom tradycyjnym. Przy dość powszechnym przekonaniu rolników o pewnej wraŝliwości nasion i siewek łubinów na niską temperaturę i konieczności wysiewu na wiosnę najpierw zbóŝ, cechą termoneutralności powinny charakteryzować się wszystkie nowo wpisywane odmiany. Wydaje się, Ŝe po wyłączeniu z uprawy gleb marginalnych, niezbędnym warunkiem zapotrzebowania na materiał siewny i dalszych prac hodowlanych nad łubinem Ŝółtym będzie zdecydowana poprawa jego plenności, przynajmniej na ustabilizowanym poziomie 25 i więcej dt ha -1. Niskie i zmienne w latach plony nasion są podstawową przyczyną słabych wyników ekonomicznych uprawy łubinu Ŝółtego [KRASOWICZ 1997]. W łubinie wąskolistnym niewątpliwym osiągnięciem ostatnich lat jest pojawienie się w rejestrze odmian o niewielkiej skłonności do pękania strąków i osypywania nasion, co przy pewnym charakterystycznym przebiegu pogody stanowiło przyczynę bardzo duŝych strat nasion w tym gatunku i zniechęcały wielu rolników do jego uprawy. W łubinie białym w dalszym ciągu gruba wodnista ściana strąka stanowi o długim jego dojrzewaniu i niepotrzebnej stracie asymilatów. Nie ma Ŝadnych praktycznych wyników hodowli form zimujących łubinów, które np. we Francji czy niektórych południowych stanach USA są przedmiotem zainteresowania rolników i hodowców. Mimo podjętych prac hodowlanych [SAWICKA-SIENKIEWICZ 1997] trudno określić perspektywy introdukcji łubinu andyjskiego w Polsce. Literatura ARSENIUK E., OLEKSIAK T. 2002. Postęp w hodowli roślin uprawnych. Pam. Puł. 130: 509-521. COBORU 1969-2005. Syntezy wyników doświadczeń odmianowych (rejestrowych od 2001). Rośliny strączkowe. Słupia Wielka. COBORU 2004. Wstępne wyniki plonowania odmian w doświadczeniach rejestrowych. Rośliny strączkowe. Słupia Wielka. COBORU 2004-2006. Wyniki porejestrowych doświadczeń odmianowych. Rośliny strączkowe. Słupia Wielka. 2004 - nr 30: 37 ss., 2005 - nr 40: 41 ss., 2006 - nr 48: 45 ss. GUS 2002-2005. Rocznik statystyczny. Główny Urząd Statystyczny. Warszawa KRASOWICZ S. 1997. Ekonomiczna ocena uprawy łubinów na nasiona. Mat. konf. Łubin we współczesnym rolnictwie. ART, Olsztyn-Kortowo, 25-27 VI 1997: 166-177. KRZYMUSKI J., OLEKSIAK T., KRZECZKOWSKA A. 1997. Methods of biological progress estimation. Adv. in Biometrical Genetics. Proc. 10 th Meeting of the EUCARPIA. Biometrics in Plant Breeding. Poznań, 14-16 V 1997. Krajewski i Z. Kaczmarek (red.): 185-189. MARTYNIAK J. 1999. Powojenne osiągnięcia polskiej hodowli roślin strączkowych. Hod. Ros. i Nas. 3: 22-29. NALBORCZYK E. 1997. Postęp biologiczny a rozwój rolnictwa w końcu XX w i początkach XXI stulecia. Agricola 33, supl. SGGW, Warszawa: 1-5. OLEKSIAK T. 1992. Postęp w hodowli roślin i jego wykorzystanie w produkcji. Biuletyn IHAR 181/182: 61-72. PIORiN 1990-2005. <www.piorin.gov.pl>.
36 J. Prusiński PODLASKI S. 2004. Polityka nasienna a rozwój przemysłu nasiennego. Hod. Ros. i Nas. 2: 2-8. PRUSIŃSKI J., KOZDEMBA K. 2005. Postęp biologiczny w hodowli i uprawie zbóŝ w Polsce po 1990 roku. Zagad. Doradztwa Rol. 4: 39-52. RUNOWSKI H. 1997. Postęp biologiczny w rolnictwie. Wyd. SGGW, Warszawa: 330 ss. SAWICKA-SIENKIEWICZ E. 1997. Hodowla łubinów w Polsce i na świecie. Mat. konf. Łubin we współczesnym rolnictwie. ART, Olsztyn-Kortowo, 25-27 VI 1997: 37-57. ŚWIĘCICKI W. 1984. Breeding methods for forage and grain lupins. Proc. 3rd Inter. Lupin Conf., La Rochelle, 4-8 VI 1984: 192-205. ŚWIĘCICKI W. 1993. Wybrane zagadnienia genetyki i hodowli łubinu. Mat. konf. Łubin w gospodarce i Ŝyciu człowieka. Poznań, 29 XI 1993: 23-39. WICKI L. 1997. Wyznaczniki postępu biologicznego w produkcji roślinnej, w: Postęp biologiczny w rolnictwie. Red. H. Runowski. Wyd. SGGW, Warszawa: 63-81. Słowa kluczowe: łubin, postęp biologiczny Streszczenie W analizowanym 36-leciu najwięcej wyhodowano odmian łubinu Ŝółtego one teŝ najdłuŝej pozostawały w krajowym rejestrze. Średnioroczny przyrost plonu nasion w tym czasie był największy w łubinie wąskolistnym 45 kg, a najniŝszy w Ŝółtym 18 kg na ha. Nie udało się wyhodować odmian samokończących dorównujących plennością odmianom tradycyjnym. Po wyłączeniu z uprawy gleb marginalnych, niezbędnym warunkiem dalszej hodowli łubinu Ŝółtego będzie zdecydowana poprawa jego plenności do poziomu co najmniej 25 dt ha -1. W łubinie wąskolistnym niewątpliwym osiągnięciem ostatnich lat jest pojawienie się w rejestrze odmian o niewielkiej skłonności do pękania strąków i osypywania nasion. W łubinie białym w dalszym ciągu gruba wodnista ściana strąka stanowi o długim jego dojrzewaniu. Średnia powierzchnia kwalifikowanych plantacji nasiennych łubinów w Polsce wynosi w ostatnich latach 625 ha (5,5% upraw towarowych) i jest największa w przypadku łubinu wąskolistnego (1230 ha rocznie) i minimalna (< 20 ha) u białego. Średnioroczna produkcja kwalifikowanego materiału siewnego łubinów wynosiła około 50 kg ha -1, a wykorzystanie w praktyce potencjału odmianowego wynosi około 48,5%. BIOLOGICAL PROGRESS IN LUPIN (Lupinus sp.) - PRESENT STATE AND HISTORICAL BACKGROUND Janusz Prusiński Seed Production Section, Department of Particular Plant Cultivation, University of Technology and Life Sciences, Bydgoszcz Key words: lupin, biological progress Summary
POSTĘP BIOLOGICZNY W ŁUBINIE (Lupinus sp.)... 37 Over last 36 years the highest number of yellow lupin cultivars were registered; they were also present in the state register for the longest time. The average seed yield increase over these years amounted as much as 45 kg for narrow-leafed lupin and 18 kg per ha and year for the yellow lupin. The selfcompleting lupin cultivars still do not yield as much as the traditional ones. After exclusion of marginal soils from arable land it is necessary to breed the yellow lupin cultivars yielding 25 dt ha -1 or more. In narrow-leafed lupin breeding cultivars with small tendency to pod shattering and seed loosing constituted a trait of a great importance. As far as white lupin is concerned still thick pod wall prolongs the vegetation and maturation period. Average seed plantation area in Poland amounts to 625 ha (5.5% of forage plantations) and is the highest in case of narrow-leafed lupin (about 1230 ha per year) and lowest in case of white lupin (less than 20 ha). An average production of qualified lupin sowing material was about 50 kg ha -1 and biological potential of all species is used in practice in 48.5%, only. Prof. dr hab. inŝ. Janusz Prusiński Zakład Produkcji Nasiennej Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy im. J. i J. Śniadeckich ul. Kordeckiego 20 85-225 BYDGOSZCZ e-mail: prusin@utp.edu.pl
ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH 2007 z. 522: 39-54 ZMIENNOŚĆ WYBRANYCH CECH U MUTANTÓW ODMIANY EMIR ŁUBINU WĄSKOLISTNEGO (Lupinus angustifolius L.) Ewa Sawicka-Sienkiewicz, Renata Galek, Dariusz Zalewski Katedra Hodowli Roślin i Nasiennictwa, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu Wstęp Rośliny strączkowe odgrywały duŝo większą rolę w rolnictwie dawniej niŝ obecnie, z wyjątkiem krajów Azji i Afryki, gdzie ciągle mają znaczenie w gospodarce. Nasiona roślin strączkowych są bogatsze w białko niŝ nasiona zbóŝ, a w krajach o słabiej rozwiniętej hodowli zwierząt ich rola jest niezastąpiona. Rośliny motylkowate wiąŝąc azot atmosferyczny uŝyźniają glebę, dlatego w róŝnych rejonach świata często wykorzystywane są jako rośliny pastewne. Do najstarszych uprawianych w dawnych czasach roślin na Bliskim Wschodzie i w krajach śródziemnomorskich, później w całej Europie naleŝą: soczewica, ciecierzyca i bób. W Polsce łączna powierzchnia upraw roślin strączkowych na nasiona w roku 2005 wyniosła 118 tys. ha i była największa w ostatnich 5 latach. Rośliny najczęściej uprawie to bobik, groch siewny, łubin wąskolistny i łubin Ŝółty oraz wyka. Wyraźnie wzrasta powierzchnia uprawy łubinu o niskiej zawartości alkaloidów na nasiona (28903 ha w porównaniu do roku 2004-11621 ha) [DOLATA, WIATR 2006]. Lupinus angustifolius - łubin wąskolistny jest rozpowszechniony jako roślina uprawna w wielu miejscach na świecie. Począwszy od lat 80. łubin wąskolistny odgrywa największą rolę w Australii (uprawia się go ponad 1 000 000 ha rocznie), gdzie jest uprawiany głównie jako roślina rotacyjna ze zboŝami, oraz pastewna w Ŝywieniu owiec, świń i drobiu. Wprowadzona do odmian i utrzymywana niska zawartość alkaloidów pozwoliła na rozwinięcie w Australii eksportu na szeroką skalę [GLADSTONES 1998; CLEMENTS i in. 2005]. Hodowla łubinu wąskolistnego rozpoczęła się od momentu znalezienia w Niemczech niskoalkaloidowych, spontanicznych mutantów, które wykorzystano w rodzimej hodowli łubinów, potem w Polsce i Rosji. Dalszy postęp hodowlany osiągnięto dzięki intensywnym pracom prowadzonym od lat 50. we współpracy międzynarodowej [ŚWIĘCICKI, ŚWIĘCICKI 1995; COWLING i in. 1998; GLADSTONES 1998]. Następnym etapem cyklu hodowlanego jest wprowadzanie odporności na antraknozę wywoływaną grzybem Colletotrichum gloesporioides lub C. acutatum, dla którego NIRENBERG i in. [2002] zaproponowali nazwę C. lupini. Jednym z patogenów zagraŝających łubinowi wąskolistnemu jest grzyb Fusarium sp. powodujący więdnięcie fuzaryjne. Rasy patogenów róŝnią się
40 E. Sawicka-Sienkiewicz, R. Galek, D. Zalewski między sobą. Hodowla na specyficzne patogeny jest prowadzona w wielu krajach - Niemczech, Polsce, Ukrainie, Białorusi i Rosji. Okazało się, Ŝe wyhodowanie odpornych form nie zabezpiecza przed patogenem w innych częściach świata, co świadczy o występowaniu specyficznych ras grzyba, i tak np. odporna australijska odmiana Tanijl była takŝe odporna na Białorusi, ale wraŝliwa na lokalne rasy występujące w Polsce [CLEMENTS i in. 2005]. Do stale poprawianych cech na drodze hodowlanej naleŝy równieŝ termoneutralność (tolerancja na opóźniony siew), zdeterminowany typ wzrostu (tzw. formy samokończące, epigonalne - jednopędowe) oraz niepękanie strąków i nieosypywanie nasion [ŚWIĘCICKI, ŚWIĘCICKI 1995; COWLING i in. 1998; CLEMENTS i in. 2005]. Indukowanie mutacji jako jedna z metod hodowli odgrywa znaczącą rolę w poszerzaniu zmienności genetycznej u łubinów, a szczególnie u łubinu wąskolistnego dla uzyskania odmian o duŝej wartości gospodarczej [MICKE, ŚWIĘCICKI 1988]. W Polsce w krajowym rejestrze odmian roku 2006 znajdowało się 11 odmian zróŝnicowanych pod względem cech morfologicznych oraz uŝytkowych [DOLATA, WIATR 2006]. Wysokoplenna, o niskiej zawartości alkaloidów odmiana Emir, przez wiele lat zajmowała czołową pozycję w plonie nasion (25 dt ha -1 ). Wadą jej była skłonność do pękania strąków i osypywania nasion [NIJAKI i in. 1999; WIATR, MUCHA 1999]. Celem pracy była ocena mutantów odmiany Emir otrzymanych w wyniku traktowania nasion azydkiem sodu w 2000 roku [KALIŃSKA 2005]. Materiały i metody badań W kolejnych latach wybierano zmienione rośliny, które następnie rozmna- Ŝano. Po uzyskaniu odpowiedniej ilości nasion wybranych genotypów (pokolenia M 5 i M 6 ), rozpoczęto ich charakterystykę pod względem faz rozwojowych i cech morfologicznych. Materiałem było 19 wcześniej wyselekcjonowanych mutantów pokoleń M 5 i M 6 otrzymanych w wyniku traktowania nasion odmiany Emir azydkiem sodu (AS) [KALIŃSKA 2005]. Doświadczenie załoŝono metodą losowanych bloków w latach 2004 i 2005. Nasiona wysiewano na poletka po 63 sztuki w 3 powtórzeniach, w rozstawie 10 20 cm. Pola doświadczalne Rolniczego Zakładu Doświadczalnego Pawłowice - Swojec, naleŝącego do Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu, znajdują się na glebie piaszczystej wytworzonej z piasku słabo podścielonego gliną (klasa bonitacyjna IVb). W okresie wegetacji oceniono sześć faz fenologicznych, które określono u 70% roślin na poletku (liczba dni od wysiewu do momentu osiągnięcia danej rozwojowej fazy): wschody, trzecia para liści, pąkowanie, pełnia kwitnienia oraz zawiązywanie strąków na pędzie głównym i na pędach bocznych. Oceniono równieŝ osiem cech morfologicznych, na podstawie pomiarów wykonanych na 10 roślinach z kaŝdego powtórzenia podczas okresu wegetacji. Określono wysokość pędu głównego (cm), wysokość całej rośliny (cm), liczbę bocznych rozgałęzień I rzędu, długość kwiatostanu pędu głównego (cm), liczbę kwiatków w kwiatostanie pędu głównego, liczbę zawiązanych strąków na pędzie głównym, długość kwiatostanu pędu bocznego (cm), liczbę kwiatków w kwiatostanie pędu bocznego, liczbę zawiązanych strąków na pędzie bocznym. Wyniki opracowano statystycznie, zgodnie z przyjętą metodyką dla doświadczeń układu losowanych bloków. Do obliczeń wykorzystano pakiet Statisti-
ZMIENNOŚĆ WYBRANYCH CECH U MUTANTÓW ODMIANY EMIR... 41 ka-7. W przypadku stwierdzenia istotnych róŝnic pomiędzy średnimi u mutantów pod względem analizowanych cech, przeprowadzono test Duncana w celu pogrupowania średnich oraz utworzono grupy jednorodne. Dla określenia zaleŝności między badanymi cechami obliczono współczynniki korelacji. Wyniki i dyskusja Na postawie analizy zmienności stwierdzono istotne zróŝnicowanie wśród 19 wyselekcjonowanych mutantów odmiany Emir. Mutanty istotnie róŝniły się pod względem faz fenologicznych oraz cech morfologicznych, z wyjątkiem liczby bocznych rozgałęzień I rzędu (tab. 1). Ponadto dla większości analizowanych cech stwierdzono istotny wpływ lat na ekspresję danej cechy, z wyjątkiem 3 pary liści, wysokości całej rośliny, liczby kwiatków na pędzie głównym i bocznym. Oznacza to, Ŝe otrzymane średnie dla tych cech w poszczególnych latach badania dawały podobne wartości. Natomiast wpływ warunków meteorologicznych dla większości analizowanych faz fenologicznych był istotny w kolejnych latach badań (tab. 1). W roku 2005 wystąpiły wyraźnie mniejsze opady (w porównaniu do roku 2004 i wielolecia) w okresie wczesnowiosennym, przy równocześnie wyŝszych temperaturach w końcu marca i kwietniu (tab. 2). Taki przebieg warunków pogody mógł być przyczyną przyspieszenia wegetacji w całym sezonie wegetacyjnym 2005 roku, na co wskazują wyniki otrzymane dla większości cech morfologicznych u mutantów, w kolejnych latach badań. Istotnie róŝniły się wschody roślin u badanych mutantów w latach (tab. 3). Czerwiec w roku 2005 charakteryzował się takŝe niŝszymi opadami w porównaniu do wielolecia, co mogło wpłynąć na przyspieszenie wegetacji roślin i wcześniejsze osiąganie kolejnych faz fenologicznych (pąkowanie i pełnię kwitnienia oraz wcześniejsze zawiązywanie strąków na pędzie głównym i bocznych rozgałęzieniach, a takŝe na mniejszą liczbę wytworzonych bocznych rozgałęzień). Otrzymane wyniki wskazują, Ŝe rośliny łubinu wąskolistnego wyraźnie reagują na okresowo występującą suszę. Pomimo odmiennej reakcji w kolejnych latach badania, róŝnice pomiędzy poszczególnymi mutantami pod względem analizowanych cech utrzymują się niezaleŝnie od przebiegu pogody (tab. 1, 3). Pod względem wysokości pędu głównego mutanty podzielono na cztery grupy jednorodne zachodzące za siebie. Mutant 1323 charakteryzował się najniŝszymi roślinami w porównaniu do odmiany Emir (K = kontrola). NajwyŜszymi roślinami odznaczył się mutant 1529 (tab. 1, fot. 1), który utworzył samodzielną grupę jednorodną, a pozostałe mutanty utworzyły 4 grupy zachodzące na siebie, osiągając wysokość roślin od 55-61 cm. Dodatkowo stwierdzono, Ŝe mutant ten charakteryzuje się jaśniejszym zabarwieniem liści, co jest widoczne na fot. 1 i 2. Mutant ten wyraźnie wyróŝniał się wysokością roślin i barwą liści od początku prowadzonej selekcji [KALIŃSKA 2005]. Wybrane mutanty istotnie róŝniły się pod względem długości kwiatostanu, wyróŝniono trzy grupy jednorodne zachodzące na siebie. Mutant 1323 charakteryzował się najkrótszym kwiatostanem (11 cm), ale teŝ najmniejszą liczbą kwiatów w kwiatostanie pędu głównego i pędów bocznych (fot. 2). Mutant 1323 wyraźnie
42 E. Sawicka-Sienkiewicz, R. Galek, D. Zalewski Fot. 1. NajwyŜszy mutant 1529 Photo 1. Highest mutant 1529 Fot 3 Fot. 2. Photo 2. Z prawej strony mutant 1529, z lewej odmiana Emir (kontrola) On the right side mutant 1529, on the left Emir cultivar (control)
ZMIENNOŚĆ WYBRANYCH CECH U MUTANTÓW ODMIANY EMIR... 43 wcześniej zawiązywał strąki niŝ rośliny kontroli. Mutant ten zasługuje na uwagę, poniewaŝ pomimo krótszego kwiatostanu posiada lepsze ułoŝenie strąków (do samego szczytu kwiatostanu), co widać na fotografiach (2 i 3). Zjawisko ronienia zapylonych kwiatów jest powszechne wśród odmian łubinu wąskolistnego. Podejmowano próby zwiększenia wydajności zawiązywania strąków poprzez stosowanie cytokininy przed i podczas kwitnienia [ATKINS, SMITH 2004]. Przy zbyt długich kwiatostanach obserwowano często opadanie kwiatów ze środkowej i szczytowej części kwiatostanu u łubinu wąskolistnego na skutek mniejszej ilości pyłku na znamionach słupków i słabszego kiełkowania łagiewek pyłkowych, przez co mniejsza ich liczba docierała do zaląŝni [GALEK i in. 2004]. Być moŝe niektóre genotypy tworzące krótsze kwiatostany okaŝą się bardziej wydajne pod względem zawiązywania strąków i nasion. W ten sposób moŝe uda się przezwycięŝyć niekorzystną zaleŝność występującą u wszystkich gatunków uprawnych łubinu, gdzie szczytowa część kwiatostanu jest wyłączona z udziału w reprodukcji, co wyraźnie widać na zamieszczonej fotografii u rośliny odmiany Emir (fot. 3). Podobną cechą na tle innych mutantów i roślin kontroli (odmiany Emir) wyróŝniły się mutanty 1391 i 1194 (tab. 1). Mutant o nr 1194 o krótszych kwiatostanach charakteryzował się takŝe zmienionym kolorem i rysunkiem okrywy nasiennej. Podobnie mutant nr 1077 pod względem zabarwienia nasion i rysunku okrywy nasiennej róŝnił się od odmiany wyjściowej, którą była odmiana Emir (fot. 4). W tabeli 3 przedstawiono wyniki otrzymane dla mutantów badanych w kolejnych latach. W roku 2004 w porównaniu do roku 2005 mutanty wytworzyły średnio wyŝszy pęd główny, charakteryzowały się wyŝszą liczbą bocznych rozgałęzień, posiadały dłuŝsze kwiatostany i lepiej zawiązywały strąki na pędzie głównym i pędach bocznych. Pod względem faz fenologicznych stwierdzono takŝe występowanie róŝnic w kolejnych latach badania. Rośliny wcześniej wschodziły w roku 2005 i wcześniej, czyli mniej dni potrzebowały do wejścia w fazę pąkowania oraz pełnię kwitnienia, a takŝe potrzebowały mniej dni do zawiązywania strąków na pędach głównych i bocznych. W tabeli 2 przedstawiono przebieg temperatur oraz rozkład opadów w obu okresach wegetacji (2004 i 2005) na tle wielolecia. W tabeli 4 przedstawiono zaleŝności pomiędzy poszczególnymi morfologicznymi i fenologicznymi cechami ocenianymi w latach 2004-2005 u mutantów odmiany Emir. Stwierdzono dodatnią zaleŝność między wschodami roślin a pozostałymi cechami fenologicznymi (3 pary liści, pąkowanie, pełnia kwitnienia i zawiązywanie strąków na pędzie głównym i pędach bocznych). Dodatnia zaleŝność występuje pomiędzy fazą pąkowania a pełnią kwitnienia oraz zawiązywania strąków na głównym i bocznym pędzie. Osiągnięcie fazy pełni kwitnienia było negatywnie zaleŝne od wysokości całej rośliny, co oznacza, Ŝe późniejsze kwitnienie występuje u wyŝszych roślin. Cecha liczba bocznych rozgałęzień I rzędu wykazywała negatywną zaleŝność z wysokością pędu głównego (r = -0,56) i wysokością całej rośliny (tab. 4). Dodatnie zaleŝności pomiędzy cechami stwierdzono dla cech związanych z długością kwiatostanu, liczbą kwiatków, liczbą zawiązanych strąków (tab. 4). Indukowanie mutacji pozwoliło na otrzymanie mutantów o zmienionych cechach morfologicznych, które utrzymują się w kolejnych pokoleniach generatywnych. Mutanty te moŝna wykorzystać do prac genetycznych i hodowlanych [KALIŃSKA 2005].