پایان نامه کارشناسی ارشد اصلاح نباتات
اصلاح نباتات
فهرست مطالب
فصل اول: مقدمه
مقدمه ------------------------------------------------------------ 2
فصل دوم: بررسی منابع
10 کلزا
2-1- خصوصیات کلی وعمومی کلزا--------------------------------------- 10
2-1-1- تاریخچه ومبدا ژنتیکی گیاه کلزا------------------------------------ 10
2-1-2- خصوصیات گیاه شناسی کلزا------------------------------------- 10
2-1-3- کشت و تولید کلزا-------------------------------------------- 11
2-1-4- برداشت کلزا------------------------------------------------ 13
2-1-5- ارقام وگونه های کلزا------------------------------------------ 14
2-1-6- مهمترین گونه های جنس براسیکا---------------------------------- 16
2-1-7- اهمیت اقتصادی وصنغتی کلزا------------------------------------- 17
2-2- اصلاح گیاه کلزا------------------------------------------------ 18
2-2-1- روشهای اصلاح کلزا------------------------------------------- 18
2-2-2- اهداف اصلاحی کلزا------------------------------------------- 19
2-3- گیاهان هاپلوئید------------------------------------------------- 20
2-3-1- مزایا و کاربردهای هاپلوئیدها-------------------------------------- 21
2-3-2- مشکلات ومحدودیت های هاپلوئیدها-------------------------------- 22
2-3-3- روشهای تولید گیاهان هاپلوئید------------------------------------- 23
2-3-3-1- تولید خود به خودی (روشهای طبیعی)----------------------------- 23
2-3-3-2- تولید القایی(روشهای آزمایشگاهی)------------------------------- 24
2-3-3-2-1- آندروژنز(نرزایی)----------------------------------------- 24
2-3-3-2-1-1- کشت بساک------------------------------------------- 25
2-3-3-2-1-2- کشت میکروسپور--------------------------------------- 25
2-3-3-2-2- ژینوژنز(کشت تخمدان وتخمک)------------------------------- 26
2-3-3-2-3- روش حذف کروموزومی------------------------------------- 27
2-4- کشت میکروسپورهای جدا گردیده کلزا--------------------------------- 28
2-5- عوامل موثر بر رویانزایی میکروسپورهای جدا گردیده کلزا--------------------- 29
2-5-1- شرایط رشد، فیزیولوژی و ژنوتیپ گیاه مادری--------------------------- 29
2-5-2- اندازه غنچه-------------------------------------------------- 32
2-5-3- مراحل تکاملی میکروسپورها--------------------------------------- 33
2-5-4- تراکم میکروسپور در محیط کشت----------------------------------- 35
2-5-5- ترکیب محیط کشت-------------------------------------------- 36
2-5-6- دما------------------------------------------------------- 40
2-6- مکانیسم رویانزایی----------------------------------------------- 43
2-6-1- مقدمه----------------------------------------------------- 43
2- 6-2- تقسیم قرینه هسته والقائ رویانزایی--------------------------------- 45
2-6-3- حوادث چرخه سلولی در طی رویانزایی میکروسپورها--------------------- 47
2-6-4- خانواده های ژنی درگیر با رویانزایی میکروسپورها در کلزا----------------- 47
2-7- عوامل موثر بر باززایی گیاه از رویانهای هاپلوئیدی کلزا---------------------- 48
2-7-1- بلوغ ،مرحله رشد ونمو رویانها------------------------------------ 48
2-7-2- اندازه رویانها--------------------------------------- --------- 49
2-7-3- محیط کشت------------------------------------------------ 50
2-7-5- BAP وژیبرلیک اسید------------------------------------------- 50
2-7-6- استفاده از کاغذ فیلتر در محیط کشت یا زراعی------------------------- 51
2-7-7- زغال فعال-------------------------------------------------- 51
2 -7-8- تیمار ABA و ابگیری رویانها------------------------------------- 51
2-8- موارد استفاده از کشت میکروسپورکلزا-------------------------------- 56
2-8-1- اصلاح نباتات و مهندسی ژنتیک----------------------------------- 56
2-8-2- موتا سیون و انتخاب ------------------------------------------ 56
2-8-3- کشت میکروسپوروتکنولوژی بذر مصنوعی--------------------------- 57
2-8-4- سیستم کشت میکروسپور در مطالعات فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی------------- 57
2-8-5- استفاده در کشت و امتزاج پروتوپلاستها----------------------------- 57
فصل سوم: مواد و روشها
3-1- مواد گیاهی-------------------------------------------------- 60
3-2- کشت بذور-------------------------------------------------- 60
3-3- شرایط اتاق رشد---------------------------------------------- 60
3-4- مراقبت های زراعی-------------------------------------------- 61
3-5- برداشت غنچه ها وتعیین مرحله مناسب میکروسپورها جهت جنین زایی--------- 61
3-6- محیط های کشت، ایزولاسیون وباززاییدر کشت میکروسپورهای کلزا----------- 62
3-6-1- محیط ایزولاسیون میکروسپورها---------------------------------- 62
3-6-2- محیط کشت میکروسپورها------------------------------------- 62
3-6-3-1- استریل کردن محیط کشت میکروسپورهای کلزا--------------------- 62
3-6-4- محیط کشت باززایی ، جنین های حاصل از کشت میکروسپورهای کلزا------- 63
3-6-5- وسایل مورد نیاز جهت کشت میکروسپورهای کلزا--------------------- 68
3-7- روش انجام آزمایش کشت میکروسپورهای کلزا------------------------- 69
3-7-1- برداشت غنچه ها-------------------------------------------- 69
3-7-2- استریل کردن غنچه ها----------------------------------------- 69
3-7-3- استخراج میکروسپورها----------------------------------------- 69
3-7-4- تعیین تراکم میکروسپورها--------------------------------------- 70
3-8- آزمایشات انجام شده-------------------------------------------- 71
3-8-1-مطالعه اثرتراکمهای مختلف میکروسپوربرروی جنین زایی میکروسپورهای کلزا---- 71
3-8-2- مطالعه باززایی گیاه در جنین هایی با اندازه های مختلف حاصل از کشت
میکروسپورهای کلزا------------------------------------------------- 72
3-8-3- مطالعه اثراستفاده از کاغذ صافی یا کاغذ فیلتردر میزان ریشه زایی ،ارتفاع گیاهچه ها
ودرصد گیاهچه های نرمال--------------------------------------------- 73
3-8-4- مطالعه اثر استفاده ازشوک سرمایی بر روی درصد تشکیل گیاهچه های طبیعی-- 74
3-8-5- تعین سطح پلوئیدی گیاهچه های باززایی شده-------------------------- 75
3-9- تجزیه و تحلیل داده ها-------------------------------------------- 78
فصل چهارم:نتایج وبحث
4-1- جنین زایی میکروسپورهای کلزا در تراکمهای مختلف میکروسپور در محیط کشت---- 82
4-2- اثراندازه های مختلف جنین برروی صفات باززایی جنین های حاصل ازکشت
میکروسپورهای کلزا-------------------------------------------------- 84
4-3- اثراستفاده ازکاغذ صافی یا کاغذ فیلتردر میزان ریشه زایی ،ارتفاع گیاهچه ها
ودرصد گیاهچه های نرمال--------------------------------------------- 90
4-4- اثر استفاده ازشوک سرمایی بر روی درصد تشکیل گیاهچه های طبیعی---------- 97
4-5- پیشنهادات--------------------------------------------------- 105
منابع مورد استفاده-------------------------------------------------- 107
گیاه کلزا مهمترین گونه زراعی جنس براسیکا (Brassica) میباشد. و ویژگیهای خاص این گیاه یعنی قابلیت کشت در نقاط مختلف ، در صد بالای روغن آن ، کیفیت مطلوب روغن ، کاربرد روغن آن در صنایع نساجی و پلاستیک و نیز استفاده از کنجاله آن در تغذیه دام سبب شده است که توسعه کشت این گیاه بعنوان نقطه امیدی جهت تامین روغن خام مورد نیاز کشور و رهائی از وابستگی بشمار رود .بطوریکه در حال حاضر کلزا نقطه ثقل طرحهای افزایش تولید دانه های روغنی محسوب میگردد. دانه‌های روغنی قسمت مهمی از تولید محصولات کشاورزی را شامل میشوند، چون علاوه بر مصارف صنعتی از لحاظ تغذیه نیز اهمیت بسزایی دارند. سطح زیر کشت دانه‌های روغنی در سال 1383 (بجز کنجد که در سیستم روغن کشی وارد نمی‌شود) 319 هزار هکتار و محصول تولید شده (دانه) حدود 400 هزار تن بوده است. مصرف روغن نباتی در سال 1383 بالغ بر 1180 هزار تن بوده‌است که 170 هزار تن از آن معادل حدود 4/14 درصد، از تولید داخل تامین شده است ( بی نام ، 1382 ). کلزا به عنوان یک گیاه روغنی با بیش از 40% روغن در دانه از گیاهان مهم جهت توسعه کشت نباتات روغنی وتولید روغن نباتی در ایران است. کلزا با نام علمی Brassica napus و نام انگلیسی Rapeseed گیاهی از تیره Brassicacea ( چلیپائیان یا شب بو ) میباشد که پس از سویا و نخل روغنی مقام سوم را در تأمین روغن نباتی جهان به خود اختصاص داده است که در حدود 7/14% کل تولید روغن نباتی جهان را تأمین می‌کند. این گیاه در برابر خشکی و سرما مقاوم بوده و به دلیل سازگاری، دامنه کشت وسیعی دارد ( دهشیری 1378 ). روشهای سنتی (کلاسیک) اصلاح نباتات از دیر باز برای تولید گیاهان زراعی برتر مورد استفاده قرار میگرفته است که مبتنی بر ایجاد تغییر در ساختار ژنتیکی گیاه کامل در جهت هدف خاصی با استفاده از تلاقیهای بین جنسی ودرون جنسی بوده است.
روشهاییکه جهت اصلاح گیاهان خود گشن بکار گرفته میشوند٬ عمدتا روشهای گزینش (Selection) و یا دورگ گیری (Hybridization) است که در مورد اول از تنوع ژنتیکی موجود در توده های طبیعی و بومی استفاده شده و واریته های اصلاح شده ای که نسبت به جامعه اولیه برتری هائی از نظر کمی و کیفی دارند بوجود می آیند. شانس موفقیت در این روش نسبتا کم است زیرا به غنای ژنتیکی توده های محلی بستگی دارد که امروزه رو به کاهش بوده و کمتر قابل دسترسی است. در مقابل روشهای مبتنی بر تلاقی به اصلاحگر این امکان را میدهد که بطور هدفدار صفات مطلوب واریته های مختلف را با یکدیگر تلفیق نماید(Poehlman and Mitton , 2003).
یک پروژه اصلاح نباتات از زمان انجام دورگ گیری تا آماده شدن واریته جهت کشت ، حدودا 10 تا 15 سال زمان صرف می شود لذا امروزه متخصصین اصلاح نباتات به دنبال روشهائی هستند که بتوان این مدت زمان را به حداقل ممکن رسانید تا در وقت و هزینه های سنگین برنامه های اصلاح نباتات صرفه جوئی شود. برای این کار سعی بر اینست که بتوان با ایجاد تغییرات ژنتیکی در سطح سلول ، زمان لازم برای تهیه ارقام پر محصول با کیفیت بالا و مقاوم به بیماری و یا تنشهای محیطی را در برنامه های به نژادی کوتاه کرد(اصلانی و همکاران ، 1381).
کلزا گیاهی خودگشن- دگرگشن میباشد ودرصد دگرگشنی آن در ارقام مختلف بین 33%-22% گزارش شده است ( شهیدی و فروزان ، 1376 ). این گیاه آلوتتراپلویید (38=x4=n 2) میباشد.روشهای سنتی اصلاح نباتات در چند دهة اخیر نقش بسیار مهمی در اصلاح عملکرد و کیفیت کلزا داشته اند که از میان این روشها می توان به روش انتخاب توده ای[1] و گزینش شجره ای[2] اشاره کرد. از معایب این روشها طولانی بودن دورة آنها می باشد. امروزه متخصصین اصلاح نباتات به دنبال روشهای دیگری هستند که بتوانند این مدت را به حداقل ممکن برسانند تا در وقت و هزینه های سنگین برنامه های اصلاح نباتات صرفه جویی شود. یکی از این روشها اصلاح از طریق سیستم دابل هاپلوئیدی[3] می باشد، که به عنوان وسیله ای برای ترکیب صفات یک تلاقی می تواند مکمل روش شجره ای باشد. اهمیت استفاده از گیاهان هاپلوئید در برنامه های اصلاح نباتات از مدتها پیش برای دانشمندان مسلم گردیده است و یکی از موضوعات مهم تحقیقاتی در این زمینه، تولید لاینهای هموزیگوس جهت تولید گیاهان هیبرید در گونه های خودناسازگار می باشد. با تولید لاینهای کاملاً هموزیگوت در این روش 5-3 سال در زمان برنامه های اصلاحی صرفه جویی می شود. سیستم دابل هاپلوئیدی در صورتی موفق است که به توان گیاهان هاپلوئید ودابل هاپلوئید تولید کرد، بدین منظور قبل از استفاده از این سیستم آزمایشاتی را در جهت بهینه سازی گیاهان می بایست انجام داد. روشهای متعددی جهت تولید گیاهان هاپلوئید و به دنبال آن گیاهان دابل هاپلوئید وجود دارد که یکی از این روشها آندروژنز[4] می باشد.
آندروژنز به دو روش انجام می شود : الف ـ کشت بساک[5] ب ـ کشت میکروسپور[6] . کشت میکروسپور اخیراً به لحاظ مزایای آن بر کشت بساک، مورد توجه قرار گرفته است. در این روش امکان تولید تعداد زیادی گیاهان هاپلوئید وجود دارد. تولید سریع لاینهای خالص از میکروسپورهای جدا شده، مهمترین ویژگی این روش در برنامه‌های اصلاحی می باشد. همچنین با توجه به فراوانی بالای تولید گیاه از کشت میکروسپور و نیز سهولت انتقال ژن ، کشت میکروسپور ، کارآمدترین و بهترین اندام هدف در انتقال ژن به شمار می آید و دانشمندان امیدوارند که در آینده ای نزدیک از این روش به عنوان یک روش متدوال در مهندسی ژنتیک استفاده نمایند. میکروسپورهای گیاهان F1 می توانند لاینهای دابل هاپلوئید بسیاری تولید کنند تا برای ترکیب مطلوبی از صفات گزینش شوند. لاینهای انتخابی، کاملاً خالص هستند و از نظر یکنواختی و پایداری برای به نژادگران مشکلات کمتری به دنبال دارند .(Mohan Jain et al., 1996) تولید رویانهای هاپلوئید و به دنبال آن تولید گیاهان دی هاپلوئید در کلزا از اهمیت ویژه ای برخوردار می باشد . در طبیعت تولید گیاهان هاپلوئید به صورت خودبهخودی، درگونههای Brassica در فراوانی بسیار پایین (حدود 4/19-05/0 در هزار گیاه ) اتفاق میافتد ( Banga and Labana , 2003 ) . اما به هر جهت بهره وری واقعی از هاپلوئیدهای ردهBrassica با کشف روشهای القاء رویان از بساکها و میکروسپورهای جدا شده در شرایط درون شیشه ای آغاز گردید . گیاهان هاپلوئید زیادی بطور رایج توسط کشت بساک یا میکروسپورهای جدا شده تولید می شوند، اگرچه تنوع قابل ملاحظه ای بین گونهها ، واریتهها و ارقام مختلف وجود دارد ، اما تکنیکهای کشت میکروسپور جدا شده و کشت بساک به طور موفقیتآمیزی برای اکثرگونهها و واریته‌های تجاری رده Brassica استفاده شده است و در سالهای اخیر پیشرفتهای چشمگیری در این زمینه بدست آمده است ، به طوریکه رویان زایی میکروسپور در B. napus یکی از کاملترین سیستمها برای تولید گیاه در شرایط درون شیشه ای[7] است((Burnett et al., 1992 .
تکنیک باززایی گیاه از رویانهای حاصل از کشت میکروسپور برای اصلاح نباتات و مهندسی ژنتیک ضروری است اما گزارش شده است که اکثر رویانها به گیاهچه تبدیل نمی‌شوند و به صورت غیر طبیعی باززایی میشوند یا اینکه رویانهای ثانوی را تشکیل میدهند. ( Takahata,1997 ) همچنین عدم باززایی یا باززایی بسیار اندک رویانهای هاپلوئید به خصوص در کشت پرچم نیز گزارش گردیده است ( Bruins and Snijder, 1995 ) . در ایران ، برای اولین مرتبه آزمایشاتی در زمینه رویان زایی و باززایی در قالب پایاننامه کارشناسیارشد در دانشکده کشاورزی دانشگاه تربیت مدرس انجام شد که موفقیت چشمگیری نیز حاصل شد. در اولین تحقیق ( باقری ، 1379 )، سه رقم بهاره ( F704, Global, Maluka ) وسه رقم پاییزه کلزا (Ceres Slmo46, Bounty, ) از لحاظ پاسخ به کشت میکروسپور مورد ارزیابی قرار گرفتند که در دو آزمایش هیچ رویانی بدست نیامد، اما در آزمایش آخر، از 36 پتریدیش کشت شده حدود 20 رویان حاصل شد و رقم Bounty در رویان زایی و باززایی گیاه، به عنوان بهترین ژنوتیپ شناخته شد. در تحقیق دیگر ( خنجی ، 1380 )، پاسخ به کشت میکروسپورهای جدا شده کلزا در یک رقم بهاره ( Global ) و دو رقم پاییزه ( Okapi و Colvert ) مورد بررسی قرار گرفت. رقم Global به عنوان بهترین رقم در بین ارقام استفاده شده از نظر پاسخ دهی به کشت میکروسپور کلزا شناخته شد و در هر پتریدیش کشت شده، حدود 22% رویان بدست آمد. در تحقیق دیگر ( عبدالهی ، 1381 )، اثر تراکم، اثر شوک حرارتی و اثر تعویض محیط کشت بر روی رویان زایی، واثر اندازه های مختلف رویان بر روی باززایی گیاه در رقم بهاره کلزا ( Global ) مطالعه شد. در این تحقیق، بالاترین میزان رویان زایی در تراکم 40000 میکروسپور در هر میلی‌لیتر محیط کشت بدست آمد. تعویض محیط کشت، میزان رویان زایی میکروسپورهای کلزا را در تراکم های مختلف میکروسپور افزایش داد و رویانهای5 میلیمتری، بهترین باززایی را نشان دادند. در تحقیق دیگر ( حبیبی ، 1382 )، اثر حجمهای مختلف محیط کشت بر روی رویان زایی و اثر شوک حرارتی و زغال فعال بر روی باززایی گیاه رقم بهاره کلزا ( PF ) مطالعه شد. در این تحقیق، بالاترین میزان رویان زایی در پتری‌دیشهایی با قطر cm 10 و حجمهای محیط کشت ml 5/12 و ml 10 بدست آمد. همچنین مقایسه میانگین اثر غلظتهای مختلف زغال فعال در محیط کشت باززایی بر روی درصد تشکیل گیاهچه‌های طبیعی نشان داد، که غلظتهای مختلف زغال فعال در سطح 5% با هم اختلاف معنی‌داری را نشان میدهند، بطوریکه میزان l-1 g 125/0 زغال فعال با تولید 40% گیاهچه کاملاً طبیعی، در گروه a قرار گرفت .
در این تحقیق سعی بر این است تا شرایط برای باززایی گیاهان حاصل از رویانهای بدست آمده از میکروسپورها بهینه سازی شود، برای این منظور اثرات مختلف شوکهای سرمائی و نیز آبگیری رویانها و اثر استفاده از کاغذ صافی مورد آزمایش و مطالعه قرار گرفت ، تیمار آبگیری رویانها با تسریع در بلوغ رویانها ( Wang et al., 2002 ) ، درصد باززایی گیاهان را افزایش می دهند. در ارتباط با مطالعه اثرشوکهای سرمائی، سرمای هوا نیز می تواند بر روی تبدیل رویان به گیاه موثر باشد.
در هنگام انجام این تحقیق سوالهائی از قبیل سوالات ذیل مطرح بودندکه پاسخ به آنها به تفصیل در قسمت مربوطه آورده شده است
1- آیا اعمال شوکهای سرمائی میتواند اثر معنی داری بردرصد باززایی گیاهان کلزای مورد مطالعه داشته باشد ؟
2- آیا استفاده از کاغذ صافی میتواند اثر معنی داری روی درصد باززایی گیاهان کلزای مورد مطالعه داشته باشد؟
3- آیا اثر تراکمهای مختلف میکروسپورها بر روی جنین زائی میکروسپورهای کلزا اثر معنی داری دارد؟
4- آیا باززائی گیاه سبز در جنین هائی با اندازه های مختلف حاصل از کشت میکروسپورهای کلزا با هم تفاوت معنی داری دارند؟
فصل دوم: بررسی منابع
کلزا:
2-1 : خصوصیات کلی و عمومی کلزا :
2-1-1 : تاریخچه و مبدأ ژنتیکی گیاه کلزا :
طبق نظر محققین خاستگاه گیاه کلزا نواحی آسیا و اروپا میباشد . زیرا زیرگونه‌های متعلق به شلغم روغنی به صورت وحشی از اروپای غربی تا چین پراکنده شده اند ، پس میتوان نتیجه گرفت که این گیاه دارای دو موطن یکی در ناحیه افغانستان و پاکستان و دیگری در ناحیه مدیترانه میباشد (دهشیری ، 1378 ). اعتقاد بر این است که B. napus باید از جنوب اروپا منشا گرفته و در اوایل قرن 18 از آنجا به آسیا وارد شده باشد
( Downey and Robbelem , 1989) .
زراعت کلزا از 3000 سال قبل در هندوستان رواج داشته و از آنجا به چین و ژاپن راه یافته است. در اروپا استخراج روغن از دانه کلزا و دانه سایر گونه های متعلق به جنس Brassica دست کم از قرن 16 رواج داشته است، این روغن ابتدا به عنوان روغن چراغ استفاده می‌شد و سپس به عنوان روغن خوراکی مرسوم گردید. تولید تجاری کلزا در سال 1942 به عنوان منبع تامین کننده روغن روان ساز در جنگ جهانی دوم آغاز گردید ، اما به دلیل قحطی و گرسنگی و کمبود منابع روغن خوراکی مقداری از آن به مصرف غذایی رسید و پس از آن با توجه به امکان استفاده خوراکی ازاین روغن ، اصلاح آن موردتوجه قرار گرفت(عزیزی و همکاران ، 1378 ) .
2-1-2 : خصوصیات گیاه شناسی کلزا :
کلزا[1] با نام انگلیسی(n 2=x 4 = 38 ( Rapeseed گیاهی از خانواده Cruciferae یا Brassicaceae (چلیپائیان یا شب بو) با نام علمی Brassica napus L. میباشد.
از نظر گیاهشناسی، کلزا گیاهی علفی با دوره رشد یکساله میباشد و دارای ریشه اصلی و بلندی است که در شرایط مناسب تا عمق 80 سانتی متری خاک و حتی بیشتر نیز نفوذ می کند. کلزا دارای یک ساقه اصلی و تقریبا مدور می باشد که پس از به گل نشستن ساقه اصلی رشد ساقه فرعی آغاز می شود و تعداد زیادی شاخه فرعی از آن منشعب می شود. گل آذین به شکل خوشة بلندی است که در آن گلها از قسمت پائین خوشه شروع به شکفتن می کنند. کلزا گیاهی خودگشن است که میزان خودگشنی آن بیش از 70 % می باشد. میوه کلزا غلاف یا خورجینی به طول 5 تا 10 سانتی متر می باشد که فاقد کرک است. کلزا یک گیاه سرما دوست و روز بلند است و بهترین رشدآن درهوای خنک و دمای20-15درجه سانتیگرادمی باشد(عزیزی و همکاران ، 1378 ).
2-1-3 : کشت و تولید کلزا :
فعالیت در زمینه کشت و زرع کلزا در ایران اولین بار توسط شرکت توسعه دانه‌های روغنی آغاز شده بطوریکه فعالیتهای ترویجی ابتدا روی رقم سوئدی اورو ( Oro ) که کلزایی از گروه یک صفر و جزء ارقام بهاره بود ، انجام شد ولی به دلیل عدم موفقیت و بالابودن استاندارد روغن ، گسترش این رقم محدود گردید ( شهیدی، و فروزان ، 1376 ).
مهمترین کشورهای تولید کننده کلزا را چین ، کانادا ، هند و سپس کشورهای اروپایی تشکیل میدهند . این گیاه رابطه نزدیکی با سایر نباتات این خانواده از جمله شلغم ، کلم ، کلم بروکلی و خردل دارد .
سطح زیر کشت دانه‌های روغنی در سال 1383 ( بجز کنجد که در سیستم روغن کشی وارد نمی‌شود ) 319 هزار هکتار و محصول تولید شده ( دانه ) حدود 400 هزار تن بوده است . مصرف روغن نباتی در سال 1381 بالغ بر 1180 هزار تن بوده‌است که 170 هزار تن از آن معادل حدود 4/14 درصد ، از تولید داخل تامین شده است.
در سال زراعی 84 – 83 متوسط عملکرد زراعت کلزا نسبت به 3 سال گذشته 5 برابر افزایش یافته است و عملکرد زراعت کلزا در این سال ( 84 – 83 ) نسبت به سال اول شروع طرح (79 -78 ) حدود 5/6 برابر افزایش یافته است که نتیجه ای بسیار مطلوب است. بالا ترین رکورد عملکرد زراعت کلزا در سال 79 – 78 با بازده بالا3700 کیلوگرم بوده است، در حالیکه در سال جاری در حدود 7296 کیلوگرم بود و بطور کلی تولید کلزا در سال زراعی84 – 83 با 63درصد افزایش نسبت به سال 81-82 به ۱۱۲ هزار تن رسیده است. سطح برداشت کلزا در سال جاری 83 –84 با 57/5درصد افزایش نسبت به سال82-83 به71400 هکتار رسید و این در حالی است که سطح برداشت در سال زراعی 82-81 حدود 48400هکتار بود ( بی نام، 1382 ) . در سال زراعی84 – 83 ، 24000 هکتار از اراضی استان مازندران به کشت کلزا اختصاص یافته بود که جمعا 37000 تن محصول نیز از این سطح برداشت شد . همچنین 2500 هکتار از اراضی شهرستان ایلام ،1500 هکتار از اراضی شهرستان آبدانان ( در 180 کیلومتری مرکز ایلام )، 490 هکتار از اراضی شهرستان زنجان ، 200 هکتار از اراضی شهرستان اردستان ( شمال اصفهان )، 156 هکتار از اراضی شهرستان رشت و30 هکتار از اراضی دشت پلنگ در شهرستان دشتی به کشت کلزا اختصاص یافته بود . در همدان ، قزوین ، کرمانشاه ، خرم آباد و چهار محال وبختیاری کشت کلزا نیز صورت گرفت. قیمت پیشنهادى خرید دولت به مبلغ سه هزار و110 ریال با اختصاص 240 ریال یارانه به ازای هر کیلوگرم کلزا، می باشد (جدول 2 – 1). هزینه کاشت هر هکتار کلزا بین یک میلیون و پانصد هزار تا دو میلیون و پانصد هزار ریال می باشد که سود حاصله در هر هکتار کلزاکاری 3 میلیون تا 5 میلیون ریال است ( بی نام، 1382 ) .رشد سالانه تولید کلزا در دهه اخیر ازسویا ، پنبه‌دانه ، آفتابگرادان و بادام زمینی بیشتر بوده است. افزایش جمعیت دنیا و بهبود استاندارد‌های زندگی موجب افزایش تولید کلزا برای مصارف روغن خوراکی خواهد شد.
جدول 2 – 1 : سطح زیر کشت ، تولید ، عملکرد در هکتار و قیمت هر کیلوگرم دانه‌های روغنی در ایران در سال 84 - 1383 ( بی نام، 1382 )
|
محصول
|
سطح زیر کشت
|
تولید
( تن )
|
عملکرد
(کیلوگرم / هکتار )
|
قیمت هر کیلوگرم
(ریال)
|
|
آفتابگردان
سویا
کلزا
گلرنگ
پنبه دانه
|
33726
78511
50278
7259
148474
|
33777
140979
68225
5415
152000
|
1001
1794
1357
746
1023
|
2880
2600
3110
2950
3800
|
2-1-4 : برداشت کلزا:
کلزا زمانی آماده برداشت می باشد که ساقه ها و غلاف ها زرد رنگ شده و دانه ها به رنگ تیره درآمده باشد و در صورت تکان خوردن ریزش کنند. دانه ها در این مرحله بایستی حدود 15 % رطوبت داشته باشند، این مدت برای کشت بهاره90-120روز وبرای کشت پاییزه180-240روز بعد از کشت است.کلزا سریع می رسد بنابراین سریع می بایست برداشت شود در غیر اینصورت دانه ها ریزش می کنند، به همین جهت در بعضی مناطق آنها را مانند کنجد قبل از زمان برداشت بریده و در محلی نگاهداری می کنند تا رطوبت دانه ها کاهش یابد وسپس آنها را کمباین می کنند.
2-1-5 : ارقام وگونه های کلزا :
از نظر طبقه بندی زراعی کلزا دارای دو تیپ بهاره و پاییزه میباشد. از نظر پراکنش جغرافیایی کلزا عموماٌ در اروپا و کانادا کشت میشود. ارقام بهاره و پاییزه کلزا به عنوان منبع روغن گیاهی کشت میشوند، ارقام پاییزه در شرایط مساعد پر محصول می‌باشند. در اروپا و چین اغلب از ارقام پاییزه استفاده میشود. در عرضهای جغرافیایی و ارتفاعات بالاتر و در نقاطی که شانس بقای گیاه در زمستان کم است از ارقام بهاره استفاده میشود ( عزیزی و همکاران، 1378 ) .
گیاهان جنس Brassica بر حسب میزان اروسیک اسید به دو گروه عمده تقسیم میشوند:
1- ارقامی که دارای مقادیر زیادی اروسیک اسید هستند ( در حدود 55 درصد یا بالاتر ) و باعلامت اختصاری [2]HEAR مشخص میشوند و مصرف خوراکی ندارند.
2- ارقامی که کمتر از 5 درصد اروسیک اسید در روغن آنها وجود دارد و در سال 1979 تحت عنوان [3] LEAR نامگذاری شده اند. رقم ارو[4] اولین رقم از این دسته میباشد و با انتقال ژنهای تولیدکننده اروسیک اسید به درون ارقام سازگار ایجاد شده است (Downey et al., 1975 ). محققین کانادایی نام کانولا[5] را برای ارقام اصلاح شده کلزا ( دارای حداکثر 2 درصد اروسیک اسید ) انتخاب نموده اند. علاوه بر اروسیک اسید ، ماده مضر دیگری نیز به نام گلوکزینولات در کلزا وجود دارد باعث طعم تند و بو گزنده کنجاله آن میشود و فیبر نیز از موادی است که باعث افت کیفیت کنجاله میگردد.
تقسیم بندی کلزا بر اساس چگونگی اصلاح آن ، با توجه به 3 ماده اروسیک اسید ، گلوکزینولات و فیبر میباشد ( شهیدی و فروزان، 1376 ). یکی از بزرگترین موفقیتهایی که در اصلاح کلزا به وقوع پیوسته است تغییر محتوی اروسیک اسید روغن از زیاد به کم و همچنین کم کردن مقدار گلوکزینولات آن میباشد.تقسیم بندی کلزا از نظر سه ماده فوق به قرار زیر میباشد ( شهیدی و فروزان، 1376 ) :
-
کلزاهای سنتی[6] : حاوی 60- 22 درصد اروسیک اسید در روغن و 205 – 100 میکرومول گلوکزینولات در هر گرم کنجاله هستند و جز ارقام HEAR محسوب می شوند.
-
ارقام یک صفر[7] ( 0 ) : در این ارقام میزان اروسیک اسید به میزان بسیار زیادی کاهش یافته است و به حدود 5 درصد رسیده است ولی میزان گلوکزینولات آنها بالا ( 205 – 100 میکرومول در هر گرم کنجاله میباشد) ، که هنوز هم تولید میشود.
-
ارقام دو صفر[8] ( 00 ) : در این ارقام علاوه بر میزان اروسیک اسید که تا حدود 2 درصد کاهش پیدا کرده است ، میزان گلوکزینولات نیز به 30- 18 میکرومول در هر گرم کنجاله رسیده است . ارقام معروف به کانولا جز این دسته محسوب میشوند که دارای 2 درصد اروسیک اسید و کمتر از 30 میکرومول گلوکزینولات در هر گرم کنجاله می‌باشند. رقم Tower اولین رقم کلزای دوصفر تولید شده می باشد ( دهشیری، 1378 ).
-
ارقام سه صفر[9] ( 000 ) : این ارقام حاوی حداقل میزان اسید اروسیک می باشند و از نظر مقدار فیبر نیز اصلاح شده اند و اصطلاحاً به آنها کاندل (4 Candle ) می گویند.
2-1-6 : مهمترین گونه‌های جنس براسیکا :
مهمترین گونه‌های دیپلوئید رده براسیکا و سردههای وابسته به آن توسط تجزیه ژنومی مشخص شده و براساس تعداد کروموزومها به شکل زیر گروهبندی شده‌اند (Mizushima, 1950) :
X = 7: B. adpressa, B. deflexa, D. erucoides
X = 8 : B. nigra, B. fruticulosa, B. mourorum, B. spinenesis
X = 9 : B. oleracea, B. rupestris, B. macrocarpa, B. montana, B. cretica, R. sativus
X = 10 : B. Campestris, B. tournefortii, B. saxatilis, B. repanda, B. barrilirei
X = 11 : B. amplexicauli, B. elongata, B. Sativa
X = 12 : B. hirta
B = Brassica, E = Eruca, D = Diplotaxis, R= Raphanus
سه گونه دیپلوئید زراعی براسیکا عبارتند از :
-
rapa L. (syn, B. Campestris) (Aژنوم, 2n = 2x = 20) شلغم روغنی
-
nigra L. (B ژنوم, 2n = 2x = 16) خردل سیاه
-
oleracea L. (C ژنوم, 2n = 2x = 18) کلم
آمفی‌دیپلوئیدی (دو برابر شدن کروموزوم F1 حاصل از تلاقی دو گونه دیپلوئید) و انیوپلوئیدی (کم یا اضافه شدن تعداد کروموزومهای یک فرد)، نقش مهمی در تمایز و تکامل گونه‌های براسیکا ایفاء کرده‌اند و سه آمفی‌دیپلوئید طبیعی زیر از سه گونه فوق منشاء گرفته‌اند:
-
napus (2n = 4x = 38, AC ژنوم) کلزا
-
carinata (2n = 4x = 34, BCژنوم) خردل حبشی
-
juncea (2n = 4x = 36, AB ژنوم) خردل هندی
2-1-7 : اهمیت اقتصادی و صنعتی کلزا :
روغن و کنجاله دو فرآورده مهم حاصل از دانه کلزا هستند . دانه کلزا حاوی حدوداً 40% روغن است ، روغن کلزا در مقام مقایسه با روغن حاصله از دانه‌های روغنی ممتاز آفتابگردان ، ذرت و سویا به دلیل حضور اسیدهای چرب اشباع نشده و فقدان کلسترول از کیفیت تغذیه‌ای بالایی برخوردار است .
در بدو امر ، روغن این گیاه برای صنعت و روشنایی منازل بکار می‌رفت ، امروزه در کشورهای مترقی روغن برخی از ارقام خاص آن به عنوان سوخت موتور‌های دیزل بکار گرفته میشود و بدلیل تحمل حرارت بالا ، در سوخت جت نیز استفاده میشود ( شهیدی و فروزان ، 1376 ).
گیاه کلزا بدلیل داشتن اهمیت غذایی ویژه در دنیای غرب مورد توجه اصلاح‌گران قرار گرفته است ، بطوریکه کشور‌هایی همچون چین ، کانادا ، هند و کشورهای اروپایی نظیر فرانسه ، آلمان و انگلستان در زمینه تولید این گیاه به پیشرفتهای قابل ملاحظه‌ای رسیده‌اند و در مجموع 4/98 درصد تولید جهانی کلزا را به خود اختصاص داده‌اند.
از روغن کلزا در تهیه صابون نیز استفاده می گردد . انواعی از گونه های کلزا که فاقد اسید اروسیک هستند برای تهیه مارگارین مصرف می شوند.
2-2 : اصلاح گیاه کلزا :
2-2-1 : روشهای اصلاح کلزا :
مهمترین روشهای اصلاحی که برای اصلاح کلزا به کار می روند عبارتند از : انتخاب توده‌ای[10]، به نژادی شجره‌ای[11] ، گزینش بالک[12] ، تلاقی برگشتی[13] ، انتخاب دوره‌ای[14] ، اصلاح واریته‌های ساختگی[15] و به کارگیری دورگها[16] . از معایب این روشها طولانی بودن دورة آنها می باشد. امروزه متخصصین اصلاح نباتات به دنبال روشهای دیگری هستند که بتوانند این مدت را به حداقل ممکن برسانند تا در وقت و هزینه های سنگین برنامه های اصلاح نباتات صرفه جویی شود. یکی از این روشها اصلاح از طریق سیستم دابل هاپلوئیدی می باشد، که به عنوان وسیله ای برای ترکیب صفات یک تلاقی می تواند مکمل روش شجره ای باشد. اهمیت استفاده از گیاهان هاپلوئید در برنامه های اصلاح نباتات از مدتها پیش برای دانشمندان مسلم گردیده است و یکی از موضوعات مهم تحقیقاتی در این زمینه، تولید لاینهای هموزیگوس جهت تولید گیاهان هیبرید در گونه های خودناسازگار می باشد. با تولید لاینهای کاملاً هموزیگوت در این روش 5-3 سال در زمان برنامه های اصلاحی صرفه جویی می شود. سیستم دابل هاپلوئیدی در صورتی موفق است که به توان گیاهان هاپلوئید و دابل هاپلوئید تولید کرد ، بدین منظور قبل از استفاده از این سیستم آزمایشاتی را در جهت بهینه سازی گیاهان می بایست انجام داد.
2-2-2 : اهداف اصلاحی کلزا :
از مهمترین اهداف اصلاحی کلزا،اصلاح برای کمیت و کیفیت روغن می باشد(Sauer and Kramer, 1983 ) . نکته‌ای که باید در مورد روغن به آن توجه کرد ، نوع مصرف روغن میباشد(عزیزی و همکاران، 1378 ). بطوریکه اگر هدف تولید روغن خوراکی باشد ارقام با اروسیک اسید پایین، مناسب می‌باشند. این ارقام ( بدون اروسیک اسید یا با اروسیک اسید پایین ) به طور طبیعی دارای 80 - 60 درصد اولئیک اسید ،30 - 10 درصد اسیدهای چرب دارای حلقه‌های غیراشباع و تنها 10 – 5 درصد اسیدهای چرب اشباع شده می‌باشند. در این زمینه با وجود دسترسی به ژنهای کلون شده رمزکننده اولئات می توان از روش آنتی سنس استفاده کرد تا میزان اسیدهای چرب اشباع نشده روغن کلزا را کم کرده یا از بین ببرد. در تولید روغنهای صنعتی ، هدف اصلاحگر ، تولید ارقام کلزا با اروسیک اسید بالا میباشد . در کلزا مقدار اروسیک اسید توسط دو مکان ژنی کنترل میشود(Kirk and Hurlestone., 2004 ). مقدار روغن تحت تاثیر عوامل محیطی ( بالاخص درجه حرارت و تنش رطوبتی ) و عوامل ژنتیکی میباشد (Grami et al., 1977 ). از اهداف اصلاحی دیگر می توان به اصلاح برای بهبود کیفیت کنجاله و مقاومت به بیماریها و آفات اشاره نمود. کاهش گلوکزینولات و افزایش پروتئین از عوامل مهم در بهبود کیفیت کنجاله کلزا هستند . چندین ژن سطح گلوکزینولات را در کلزا تعیین می‌کنند (Demarch et al., 1989 ). در کنجاله دانه های روغنی خانواده کلزا ( Brassica)25 - 20 درصد پروتئین با کیفیت تغذیه‌ای بالا وجود دارد . کنجاله کلزا از نظر اسیدهای آمینه ضروری مانند لیزین و متیونین فقیر میباشد. تلاشهایی صورت گرفته است تا ژنهای کدکننده پروتئینهای ذخیره ای غنی از متیونین را از گونه هایی نظیر بادام برزیلی و Bertholletia excelsa به کلزا منتقل نمایند ( عزیزی و همکاران، 1378 ) .
2-3 : گیاهان هاپلوئید :
در گیاهان به هنگام تولید مثل جنسی ، در اثر تقسیم میوز تعداد کروموزومها نصف می شوند و در نتیجه سلولهایی با تعداد کروموزومهای کاهش یافته به وجود می آید . اگر چنین سلولهایی بدون انجام عمل لقاح به یک گیاه تبدیل شوند، به آن گیاه هاپلوئید می گویند که سلولهای آنها حاوی n کروموزوم خواهد بود) Pierik., 2004 ) . مدتهای طولانی است که مفهوم هاپلوئید در زمینه های ژنتیک و به نژادی مورد توجه می باشد ولی بهره برداری از آنها محدود باقی مانده است . زیرا این پدیده در طبیعت با فراوانی بسیار کمی اتفاق می افتد ( باقری ، 1379 ) . اهمیت استفاده از گیاهان هاپلوئید در برنامه های اصلاح نباتات از مدتها پیش برای دانشمندان مسلم گردیده است و یکی از موضوعات مهم تحقیقاتی در این زمینه تولید لاینهای هموزیگوس جهت تولید گیاهان هیبرید در گونه های خودناسازگار می باشد ( نوری قنبلانی ، 1371 ) . هاپلوئیدها در بسیاری از تیره ها و جنس های گیاهان بازدانه و نهاندانه تشکیل می شوند ( Palmer et al., 1996 ) .در طبیعت هاپلوئیدهایی که از سلولهای جنسی مادری به دست می آیند فراوانتر از هاپلوئیدهای حاصل از سلولهای جنسی پدری می باشند ( Foroughi et al., 1990 ) .
2-3-1 : مزایا و کاربردهای هاپلوئیدها :
گیاهان هاپلوئید در اصلاح نباتات ژنتیک و مهندسی ژنتیک[17] دارای کاربرد فراوانی هستند که برخی از آنها عبارتند از :
1- در نتیجه القای هاپلوئیدی و به دنبال آن دو برابر شدن تعداد کروموزومهای هاپلوئید تولید شده، امکان رسیدن سریع به هموزیگوسیتی وجود دارد و در نتیجه تحقیقات ژنتیکی و اصلاحی را آسانتر می‌کند. در شرایط هموزیگوسیتی تفکیک ژنتیکی ساده است و آللهای مغلوب توسط آلهای غالب پوشیده نخواهند شد. برای اصلاح کننده ای که با گیاهان دو پایه و خود ناسازگار سر و کار دارد، تولید گیاه هموزیگوس بسیار مهم است. گرچه در گیاهان خودگشن از طریق خودگشنی میتوان به هموزیگوسیتی مناسبی دست یافت، ولی برای رسیدن به هموزیگوسیتی کامل به 5 تا 10 نسل خودگشنی نیاز است. در واقع یکی از مزایای هاپلوئیدی و تولید دابل هاپلوئید ، تولید لاینهای خالص میباشد که در مورد گیاهان دارای دگرگشنی، نیز امکان پذیر میباشد ( Kasha, 2003 ) .
2- درجمعیت گیاهان هاپلوئیدوجود تفرق ژنتیکی و نسبت‌های ژنتیکی ساده‌تر در گیاهان هاپلوئید و در نتیجه به جمعیت‌های کوچکی جهت مطالعات ژنتیکی ( Mohan Jain et al., 2003 ) .
3- از گیاهان هاپلوئید میتوان در مطالعات موتاسیون استفاده کرد ( Mohan Jain et al., 2003 ) .
4- بدلیل پایداری ژنتیکی رویانهای آندروژنیک[18] و مریستم‌های انتهایی هاپلوئید میتوان اقدام به نگهداری این مواد و تأسیس بانک ژرم پلاسم[19] نمود ( Mohan Jain et al., 2003; Kumar, 1995 ) .
5- از هاپلوئیدها در مطالعات سیتوژنتیک برای تولید و دستیابی به مونوسومی‌ها[20]، نالی‌سومی‌ها و آنیوپلوئید‌ها استفاده میشود ) Pierik., 2004 ) .
6- از هاپلوئیدهای مضاعف شده دربرنامه های اصلاحی به منظور شناسایی ترکیبات هیبرید برترمی توان . .(Pickering and Devaux , 1992 ) استفاده کرد
7- انتقال ژن پلی پلوئیدها[21] به یک گونه خویشاوند با استفاده از هاپلوئیدهای یک گونه پلی پلوئیدامکان پذیرست ( Kasha , 2002 ) .
8- استفاده از هاپلوئیدها در بررسی پلی مورفیسم و ایجاد نقشه های ژنتیکی بر اساس RFLPs در گونه های مختلف گیاهی ( Moha Jain et al.,2003 ).
9- برطرف شدن محدودیت تهیه لاین خالص در گیاهان دو پایه و خودناسازگار ( Kumar, 1995 ).
10- استفاده از هاپلو ئیدهای دوبل شده جهت محاسبه مقادیر نو ترکیبی بین ژنهای پیوسته . ( Pickering and Devaux , 1992 )
11- برای انجام امتزاج سوماتیکی ، کار کردن با پروتوپلاستهای هاپلوئید بسیار راحت تر از کار کردن با پروتوپلاستهای دیپلوئید است ( Kasha ., 2002 ) .
2-3-2 : مشکلات و محدودیتهای هاپلوئیدها :
در زمینه تولید گیاهان هاپلوئید در شرایط درون شیشه‌ای ، مشکلات و محدودیتهایی نیز وجود دارد که برخی از آنها عبارتند از :
1) عدم باززایی یا باززایی اندک رویانهای هاپلوئیدی ( Bruins and Snijder, 1995 ).
2) مزیت تولید هاپلوئیدهای مضاعف از کشت بساک تنها به ژنوتیپهایی که پاسخ مطلوب از خود نشان
میدهند ، محدود میشود ( Bohanic et al., 1993 ) .
3) تشکیل کالوس به صورت خودبهخودی یا القاء آن توسط مواد تنظیمکننده رشد، در محیط باززایی ، یک عامل محدود کننده دیگر در استفاده از رویانهای هاپلوئید میباشد ( باقری ، 1376 ) .
4) بوجود آمدن گیاهان آلبینو[22] حتی وقتی که فراوانی القای رویان و باززایی گیاه بالا باشد
( Zhau and Konzak, 2005) .
5) وجود تنوعات گامتوکلونال[23] و سوماکلونال در نتاج حاصل از کشت بساک تا حدودی از خاصیت تولید لاینهای یکنواخت میکاهد ( Mohan Jain et al., 2003) .
6) تشکیل رویانهای ثانوی بر روی رویانهای هاپلوئید.
2-3-3 : روشهای تولید گیاهان هاپلوئید :
2-3-3-1: تولید خود به خودی[24] :
از روشهای تولید خود به خودی گیاهان هاپلوئید می توان به موارد زیر اشاره کرد :
Mohan Jain et al., 2003) )
1- پارتنوژنز[25] ( تولید رویان از یک تخمک بدون دخالت گامت نر )
2- آپوگامی[26] ( تکامل رویان حاصل از یک سلول گامتو فیت )
3- سمی گامی[27] ( تقسیم مستقل هسته سلول تخم و سلول زایشی دانه گرده که منجر به تولید یک گیاه هاپلوئید شمیر می شود )
4- پسودوگامی[28] ( نمو رویان بعد از گرده افشانی و بدون دخالت گامت نر)
در سمی گامی باروری کامل نیست وبینSyngamy(اتحاد گامتهای نر وماده)وپسودگامی قرار می گیرد. هسته گامت نر معمولاً وارد هسته تخم میشود و سپس شروع به تقسیم همزمان می‌کند .رویان نمو یافته ، اغلب تب
