تهجين النبات

الاصطفاء النباتي sélection végétale مجموعة طرائق تستند إلى معالجة النباتات المزروعة معالجات وراثية لتكوين أصناف أو ضروب variétés تستجيب للمتطلبات الكمية والنوعية للإنتاج الزراعي وإكثارها.

وقد اختلطت أصول الاصطفاء النباتي بأصول الزراعة، إذ كان الإنسان على الدوام ينتقي أفراد التكاثر انتقاء عفوياً وتجريبياً، وظل الانتقاء يجري على هذا النحو حتى منتصف القرن الثامن عشر، حين ظهرت بدايات أعمال المهجِّنين الأوائل مثل ت. آ. نايت T.A.Knight في إنكلترة (1759)، وكولرويتر Kolreuter في ألمانية (1760).

وابتداءً من منتصف القرن التاسع عشر تبدت الطرائق الأولى العلمية والمنطقية في الاصطفاء، وتحددت فكرة الزراعة النقية والاصطفاء النَسَبي sélection généalogique. وجميع الأعمال التي سبقت إعادة كشف قوانين مندل (عام 1900) كانت خصبة وجيدة النتائج، وخاصة في نطاق النباتات الذاتية الإلقاح autogames التي كان التعامل فيها أكثر سهولة. ولكن أعمال التهجين تطورت بعد عام 1900 تطوراً عظيماً، وساعدتها الكشوف الحديثة في علم الوراثة، كما ساعدها تعزيز المبادلات الدولية في المادة النباتية. ورويداً رويداً أخذت تتجلى الأغراض الجوهرية من تحسين النباتات المزروعة، وهي أغراض يمكن تلخيصها فيما يلي: ـ إنتاج ضروب تبقى ثابتة الصفات في الأجيال المتعاقبة (فكرة الثبات الوراثي وتشابه اللواقح). ـ الوصول إلى أعظم مردود ممكن ضمن شروط الوسط الزراعي (التربة والمناخ). ـ الحصول على ضروب جيدة التكيف مع الوسط المحلي (مقاومة للتغيرات المناخية والأوبئة). ـ المحافظة على الصفات الغذائية والتقنية أو تحسينها. وبالاختصار يقوم الاصطفاء على اختيار ضرب نباتي «نموذجي» يجمع كل المورثات المعروفة القادرة على أن تضمن له تجاوباً كاملاً مع شروط وسط معين. ويشتمل الاصطفاء النباتي على نمطين متكاملين من النشاطات هما اصطفاء التحسين الذي يتيح تكوين أصناف أو ضروب جديدة، واصطفاء المحافظة المخصص لأن ينتج باستمرار بذوراً ونباتات مؤكدة النوعية الوراثية.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 اصطفاء التحسين

ظل الاصطفاء الذي يقوم به الإنسان، مكملاً الاصطفاء الطبيعي، معتمداً على الخبرة العملية ردحاً من الزمن. ولم يصبح تحسين النباتات علماً إلا في بدء القرن العشرين، مع تطبيق القوانين الأساسية لعلم الوراثة، ويرجع التقدم الذي حصل في العقود الأخيرة من هذا القرن إلى تعاون المؤسسات العلمية المتعددة التخصصات التي ساعدت في تحسين المعرفة في مجال التعضي النباتي وفي مجال أداء الوظائف النباتية المختلفة.

فقد أتاح علم الوراثة وعلم الخلية معرفة أسباب تكوين الصفات الوراثية وطرائق انتقالها في الأفراد والجماعات. ولقد توصل هذان العلمان إلى إيجاد تقنيات تتعلق بتبديل المادة الوراثية وبتكوين الطفرات.

ترسيم اصطفاء النسب المحسن

أما الفيزيولوجية النباتية فتسعى إلى فهم الوظائف البيولوجية في النبات وتنظيمها. في حين تتيح البيولوجية النباتية التعمق في دراسة البيولوجية العادية للأنواع النباتية. ويأتي الاصطفاء ليساعد في البحث عن نظم بيولوجية تكاثرية جديدة كالتعقيم الذكري في أنواع هي عادة ثنائية الجنس مما يسهل عملية التهجين وإدخال التكاثر الجنسي في أنواع خضرية التكاثر مما يتيح الإفادة من قابلية تغيرها الوراثي ومزاوجة الأقارب rep.consanguine المؤقتة في أنواع هجينية، مما يتيح تجانس المحتوى الوراثي في أخلاف هذه الأنواع (أنسالها clones). كما تساعد الكيمياء الحيوية والفيزياء الحيوية في انتقاء أفراد التكاثر بما تنطويان عليه من تحريات كمية ونوعية سريعة ودقيقة. ويمكن علم الأمراض النباتي، يمكّن من معرفة بيولوجية الطفيليات وعلاقتها بالنباتات، ويتيح المكافحة البيولوجية ويحسن قدرات مقاومة النباتات. كما يمكن علم الإحصاء والمعلوماتية من إجراء القياس الحيوي التحليلي analyse biometrique للتغيرات الحاصلة بين الأفراد واستثمار المعطيات استثماراً سريعاً. ويعد اصطفاء التحسين من المشاريع المتجددة من دون انقطاع للأسباب التالية:

• تحري العوامل الجديدة للإنتاجية تحرياً دائماً ومستمراً.
• تعديل أهداف التحسين باستمرار كي تنسجم مع متطلبات المنتج والمستهلك.
• تقهقر المادة الوراثية الموجودة تقهقراً بيولوجياً ممثلاً بظهور تغيرات وراثية وعروق طفيلية جديدة.
• زوال الأصناف أو الضروب زوالاً سريعاً بسبب التنافس بين المصطفين في نطاقات جغرافية تتزايد في مساحتها.

وتتلخص أغراض اصطفاء التحسين بالبحث عن أفضل الضروب المتلائمة مع شروط الوسط الخارجي من طرائق استعمال التربة، ومكننة العمليات الزراعية، وتحسين مقاومة الضروب المختارة للتقلبات الجوية، ومن أغراض الاصطفاء أيضاً اختيار أفضل الضروب المتلائمة مع شروط الوسط الداخلي من مقاومة تكاثر الطفيليات، ومقاومة المبيدات التي تسسببها الكثافة الزراعية، وتبدل البنية الريفية، وتغير الطرائق الزراعية. ومن أغراض الاصطفاء أخيراً اختيار الضروب المناسبة للشروط الاقتصادية الممثلة بمتطلبات التسويق وعادات المستهلك وحاجاته وأدواته.

 مبادئ اصطفاء التحسين

هجين القمح

يعتمد نجاح اصطفاء التحسين على قابلية التغير الكامنة في النوع النباتي من النواحي الوراثية والزراعية، وعلى الاستجابة للاصطفاء الطبيعي أو الصنعي، وعلى صيانة المخزون الوراثي المعرض للنقص، وهذا ما تتعهده وتديره منظمات دولية تؤلف «البنوك الوراثية» التي يعتمد عليها في مجالات اصطفاء التحسين باختيار أفراد محددة مأخوذة من مجموعة غير متجانسة من الناحية الوراثية، أما الفوارق الناجمة عن شروط الوسط فليس لها من قيمة في هذا المضمار.

ويتم البحث عن التغيرات الوراثية المفيدة في عملية اصطفاء التحسين بدراسة أنسال الأفراد المصطفاة، وهذا ما يعرف باصطفاء النسب. وتبوح الأنواع بقابلية التغير الكامنة فيها كلما زادت سعة التهجين بين أفرادها أو مجموعاتها المختارة على أساس تكامل صفاتها. وتتحكم طريقة تكاثر النوع النباتي في عملية تثبيت التغير الوراثي المنشود بعد التهجين.

التهجين بين الأنواع: يعمد إلى الاصطفاء النباتي بالتهجين بين أفراد أنواع تلقائية برية وأفراد أنواع مزروعة كلما غابت المورثات المرغوب فيها في النوع الزراعي المطلوب تحسينه. ولكن تحقيق التوازن الوراثي بين أنواع مختلفة كثيراً ما يؤدي إلى تكوين هجن عقيمة إذا قدر للهجن الاستمرار في الحياة، ومرد ذلك إلى اختلاف في الأنواع الهجينة. وإذا ما كان الهجين قادراً على التكاثر الجنسي فيجب تخليصه من الصفات البرية أو التلقائية غير المرغوب فيها. وقد مكّن التقدم في نطاق علم الوراثة الخلوي من إدخال صبغيات في أفراد الضروب المحسنة أو إدخال قطع من صبغيات حاملة للصفات المنشودة.

وقد يؤدي التهجين بين الأنواع إلى تكوين أنواع جديدة متعددة الأصول كالقمح ـ الشيلم الناتج من تهجين القمح triticum والشيلم secale، والكولزة colza المقاوم للبرد والقليل التركيز بالحمض اللينوليني.

الطفرات mutations: يستند تدجين الأنواع النباتية وتحسينها اللاحق استناداً أساسياً إلى استثمار الإنسان طفراتٍ وراثيةً طبيعيةً أو مُسبَّبَةً. وتبقى هذه الطفرات الوسيلة الأخيرة لتكوين قابلية تغير تبدو غير كافية في النوع الواحد. ويمكن أن تكون الطفرة تغيراً في المورثات (طفرة نقطية)، أو في قطع من الصبغيات (طفرة قِطْعية)، أو في المجموع المورثي génome. تحدث الطفرت النقطية بعدة طرائق صنعية أكثرها شيوعاً استعمال الأشعة فوق البنفسجية وأشعة x وأشعة y والنترونات والبروتونات والنظائر المشعة وأشباه القلويات والبيروكسيدات. ويؤدي استعمال مولدات الطفرات النقطية إلى إصابة النبات المعالج ببعض الأضرار ولكن استخدام هذه الطرائق قد مكّن من استنباط ضروب من الرز قصيرة القِشة طويلة الحبة، كما حوّل لون بعض الثمار والأزهار إلى ألوان مرغوب فيها من الناحية التسويقية.

أما طفرات المجموع المورثي فهي كثيرة في الطبيعة في الأنواع المزروعة كالبطاطا وعدد كبير من النباتات الرعوية المتعددات الصيغة الصبغية التي تؤدي إلى العملقة الناتجة من زيادة قدّ الخلايا، وإبطاء النمو، وانخفاض الضغط الحلولي، وزيادة الحساسية بالبرد، وتناقص عدد البذور، ولذا تستخدم طفرات المجموع المورثي في الأنواع المرغوب فيها في مجال استعمال أجزائها الخضرية كجذور الشمندر، والأغصان والأوراق في النباتات العلفية.

وتقابل طفرات متعددات الصيغة الصبغية باستخدام أفراد أحادية الصيغة الصبغية haploïdie مكونة من صبغيات وحيدة، يستحصل عليها باستنبات نباتات عِرسية gamétophyte أنثوية من دون إلقاح ناتجة من البييضات، أو من نوى الكيس الجنيني، أو من التأبير بغبار طلع أُخمدت فعاليته باستعمال أشعة x أو N2O، أو تحري أجنة توائم بكرية التكاثر. كما يمكن الحصول على أفراد أحادية الصيغة الصبغية بإكثار خلايا النبات العِرسي الذكري بإكثار حب الطلع وزراعته في الزجاج in-vitro. وقد استخدمت هذه الطريقة في تحسين ضروب البطاطا والتبغ والبندورة والفليفلة، ويمكن أن تعتمد طريقة أحادية الصيغة الصبغية طريقةً أساسيةً في تحسين عملية الاصطفاء النباتي لأنها تمثل وسيطاً قوياً وأساسياً من وسائط التحليل الوراثي ووسيلةً سريعةً مُعتمدةً في الحصول على نباتات متشابهة اللواقح. طرائق اصطفاء الأفراد المحسنة: تصطفى الأفراد المُحسنة اعتماداً على طرائق تكاثرها وتقوية هجنها.

مزارعون في سورية ينتخبون سلالات شعير وفقاً لمعاييرهم الخاصة بالتعاون مع إيكاردا

فمن طرائق التكاثر ماهي ذاتية الإلقاح كالقمح والشعير والشوفان والكتان والبزلياء والفاصولياء وغيرها. ومن طرائق التكاثر ما هي غيرية الإلقاح allogames كالشوندر والذرة والشيلم والفصفصة والبرسيم والكرنب والملفوف وغيرها. ومن طرائق التكاثر ماتكون مزيجاً من ذاتية الإلقاح وغيريته أو خضرية التكاثر، كما في البطاطا والكرمة وعدد من الأشجار المثمرة وغيرها. ومن طرائق تقوية الهجين ما هو منتشر في أكثر الأنواع الغيرية الإلقاح وبعض النباتات الذاتية الإلقاح جزئياً كالذرة والفول المصري التي يؤدي التهجين إلى زيادة في نشاطاتها الحيوية وتنوع في صفاتها المتغايرة، وهذا ما يعرف بقوة الهجين heterosis التي تساعد في تقوية الصفات المورفولوجية وتدعيم الصفات الفيزيولوجية المؤدية إلى زيادة المردود.

 اصطفاء الأنواع الذاتية الإلقاح

الغرض المألوف من التحسين هو تكوين ضروب صافية نقية. ويرجع النقاء الوراثي هنا إلى تشابه اللواقح homozygotie الذي يُحصل عليه بالإلقاح الذاتي. وترافق هذا التشابه باللواقح خواص من التجانس والثبات تجعل الضروب الجديدة متكيفة مع متطلبات توحيد المعايير ومتطلبات المكننة في الزراعة الحديثة. ويجري الاصطفاء في مرحلتين. أما المرحلة الأولى فهي إحداث التغير الوراثي بالتهجين بين الضروب. فالمصطفي الذي يتصرف بسلالات نقية موجودة من قبل، ويختلف بعضها عن بعض، يحاول جمع الصفات المفيدة في ضروب متكاملة بجمعها في طابع وراثي هجين. وانتقاء أفراد التكاثر هو شيء أساسي، ويكون هجين الجيل الأول متجانساً؛ ولكنه يشتمل على التغير كامناً في بنيته التي هي مختلفة اللواقح في الأصل. وقابلية التغير هذه «ستتفجر» في الأجيال التالية التي سيتناولها الاصطفاء.

باحثون من المغرب وإيكاردا يجمعون أنواعاً رعوية في أحد المواقع بالمغرب

وأما المرحلة الثانية فهي استخدام التغير ثم حذفه. واستثمار التعدد الذي يظهر في الجيل الثاني، وعزل الأنماط غير المناسبة عزلاً تدريجياً بالاصطفاء النَسَبي أي بانتقاء نباتات ثم بانتقاء أخلاف يُفصَل بعضها عن بعض.

ويرافق هذا الانتقاءَ المتدرجَ حذفٌ تدريجي آلي للتغير عن طريق التكاثر العادي بالإلقاح الذاتي في النوع النباتي. ذلك أن نسبة المورثات التي تكون في حالة تخالف اللواقح تختزل في كل جيل بنسبة 50%، وسيظهر تشابه اللواقح عملياً على هذا النحو بعد تسعة أجيال أو عشرة. ويستدل على الفصائل أو السلالات الجديدة الناتجة من عملية الاصطفاء بدءاً من الجيل السادس بالمقارنة بينها وتخير أحسنها ومقارنته بضروب شاهدة.

 اصطفاء النباتات الغيرية الإلقاح

يتم اصطفاء النباتات الغيرية الإلقاح بإخضاعها إلى إلقاح ذاتي قسري، يتم يدوياً في الغالب، ويعطي ضروباً صافية من الناحية التكوينية الوراثية وضعيفة من الناحية التكاثرية الجنسية. ولتجنب هذا الضعف التكاثري الجنسي، يتم تهجين الضروب الصافية الناتجة أصلاً من الإلقاح الذاتي القسري بعضها ببعض، وهكذا يحصل على تكوينات وراثية جديدة متجانسة الجيل الأول كأبويها، ومتمتعة بقوة تكاثرية جنسية مستمدة من هجونتها، وقادرة على العيش في شروط بيئية جديدة لاختلاف أصول أنماطها البيئية.

إن مثل هذه العمليات الاصطفائية تكون صعبة التطبيق في النباتات العلفية النجلية والقرنية لصعوبة توفير تشابه اللواقح ولصعوبة خصي الأزهار الخُناث.

 اصطفاء النباتات ذات التكاثر الخضري

التكاثر الخضري هو طريقة تكاثرية محافظة في جوهرها على المكونات الوراثية لأن ضر وبها المزروعة هي نسائل أو مجموعات أفراد متماثلة المكونات الوراثية لعدم تعرضها للتكاثر الجنسي.

يتم اصطفاء النباتات ذات التكاثر الخضري باخضاعها أولاً إلى التكاثر الجنسي لزيادة رصيد تكوينها الوراثي، ثم بتهجين الأفراد الناتجة من التكاثر الجنسي ثانياً لترسيخ الصفات الملائمة المرتبطة بالمكونات الوراثية، وبإعداد الطفرات لتوسيع قدرات المكونات الوراثية، وبالعودة إلى التكاثر اللاجنسي للحصول على أفراد محافظة على مكوناتها الوراثية. يتطلب إجراء هذه العمليات زمناً طويلاً مرده إلى ضعف التكاثر الجنسي في المرحلة الثانية في الأنواع الحولية كالبطاطا وغيرها من النباتات الزهرية وإلى طول مدة كل جيل من التكاثر في الأشجار المثمرة.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 تسجيل الضروب الجديدة في الجداول الرسمية

تخضع الضروب الجديدة إلى اختبارات محددة في قوانين كل بلد. ومن أبرز هذه الاختبارات تحديد المكونات الوراثية للضرب الجديدة وبيان نقاوة هذه المكونات ومقاومتها للأوبئة والأمراض، وأهميتها الاقتصادية والتسويقية، ثم تسجل في الجداول الرسمية للأنواع والضروب المزروعة وغاية هذه الجداول حماية الضروب النباتية التي تنظم الحصول عليها اليوم اتفاقية التنوع الحيوي الصادرة عن مؤتمر قمة الأرض لعام 1992 والتي تركز على صيانة التنوع الحيوي وعلى سيادة الدول على مواردها الحيوية.

 اصطفاء المحافظة

يهدف اصطفاء المحافظة إلى إنتاج الغراس والبذور اللازمة للزراعة، والمحافظة على نقاوة مكوناتها الوراثية، ووقايتها من الطفيليات والأمراض الفيروسية. إنَّ استبقاء السلالات الصافية يعدُّ أمراً سهلاً في حالات الغراس أو البذور الذاتية الإلقاح، ولكن مثل هذه الأمور تكون عسيرة في حالات النباتات الغيرية الإلقاح، لذا يتطلب الأمر في هذه الحالات سن الضوابط لقواعد الإنتاج والمراقبة، وتكليف لجان رسمية بهذا الأمر، يعمل في هذه اللجان أشخاص أكفياء هدفهم صيانة الهوية الوراثية للضروب وتحاشي تغيير مكوناتها، وتوفير إنتاج الكميات من الغراس والبذور التي تتطلبها الأسواق المحلية والدولية.

 List of notable plant breeders

• Gartons Agricultural Plant Breeders
• Norman Borlaug
• Nazareno Strampelli
• Luther Burbank
• Roger Doucet
• Keith Downey
• Niels Ebbesen Hansen
• Gregor Mendel
• Colin Wyatt

 انظر أيضاً

• Bioactive compound
• Cisgenesis
• Crop breeding in Nepal
• Cultivated plant taxonomy
• Double-pair mating
• Genomics of domestication
• International Code of Nomenclature for Cultivated Plants
• Marker assisted selection
• Orthodox seed
• Physiological and molecular wheat breeding
• Recalcitrant seed
• Selection methods in plant breeding based on mode of reproduction
• Smart breeding
• QTL mapping
• Family based QTL mapping]

 المصادر

• حامد كيال. "الاصطفاء النباتي". الموسوعة العربية.

 انظر أيضاً

• الاصفاء الحيواني

 للاستزادة

ـ حسن عزام، تربية النبات (دار المستقبل للطباعة، دمشق 1982)

 الهامش

• Borem, A.; Miranda, G. V. Melhoramento de Plantas. 5ª. ed. Viçosa: Editora UFV, 2009. v. 1. 543 p.
• Borem, A. (Org.). Domesticação e Melhoramento: espécies amazônicas1. ed. Visconde do Rio Branco: Suprema Grafica e Editora, 2009. (in press)v. 1. 588 p.
• Borem, A. (Org.); Caixeta, E. T. (Org.) . Marcadores Moleculares. 2a.. ed. Visconde do Rio Branco: Suprema Grafica e Editora, 2008. v. 1. 532 p.
• Borem, A.; Condori, M.; Miranda, G. V. Mejoramiento de Plantas (in Spanish). 1. ed. Viçosa: Editora UFV, 2008. v. 1. 438 p.
• McCouch, S. 2004. Diversifying Selection in Plant Breeding. PLoS Biol 2(10): e347.
• Briggs, F.N. and Knowles, P.F. 1967. Introduction to Plant Breeding. Reinhold Publishing Corporation, New York.
• Gepts, P. (2002). A Comparison between Crop Domestication, Classical Plant Breeding, and Genetic Engineering. Crop Science 42:1780–1790
• The Origins of Agriculture and Crop Domestication - The Harlan Symposium
• news@nature.com. 1999 Are non-GM crops safe?
• Schlegel,Rolf (2009) Encyclopedic Dictionary of Plant Breeding 2nd ed. (ISBN 9781439802427), CRC Press, Boca Raton, FL, USA, pp 584
• Schlegel, Rolf (2007) Concise Encyclopedia of Crop Improvement: Institutions, Persons, Theories, Methods, and Histories (ISBN 9781560221463), CRC Press, Boca Raton, FL, USA, pp 423
• Schouten, Henk J., Frans A. Krens & Evert Jacobsen Do cisgenic plants warrant less stringent oversight? Nature Biotechnology 24, 753 (2006).
• Schouten, Henk J., Frans A Krens & Evert Jacobsen Cisgenic plants are similar to traditionally bred plants: EMBO reports 7, 750 - 753 (2006).
• Sun, C. et al. 1998. From indica and japonica splitting in common wild rice DNA to the origin and evolution of Asian cultivated rice. Agricultural Archaeology 1998:21-29

 وصلات خارجية

• Plant Breeding and Genomics eXtension Community of Practice - education and training materials for plant breeders and allied professionals
• Plant Breeding Updates
• Hybridization of Crop Plants - large practical reference on plant hybridization
• Making genetically engineered plants
• NYTimes - Useful Mutants, Bred With Radiation
• Infography about the History of Plant Breeding
• Glossary of plant breeding terminology by the Open Plant Breeding Foundation
• National Association of Plant Breeders (NAPB)
• The Global Partnership Initiative for Plant Breeding Capacity Building - GIPB