Ünite 9: Bitki Islahı

Bitki Islahının Önemi

Günümüzde ve gelecekte besin maddelerinin üretimi Dünyanın önünde duran en önemli problemdir. Bu problemin çözümünde ise gerek insanların gerekse de diğer tüm canlıların temel besin maddesi olan bitkilerin üretimlerinin arttırılması katkı sağlayacaktır. Bitkisel üretimi arttırmak için kullanılabilecek 4 temel faktör bulunmaktadır. Bunlar; sulama, gübreleme, hastalık ve zararlı kontrolü ve bitki çeşididir. Bunlardan ilk üçü bitkinin yetiştirildiği çevrenin iyileştirilmesine yönelik etkinliklerdir. Dördüncü faktör olan bitki çeşidi ise, yetiştiriciler tarafından hazırlanan ortamda bitkinin ürün verebilme yeteneği ile ilgilidir. Bitki ıslahı; bitkilerin genetik yapılarını değiştirme ve geliştirme bilim ve sanatıdır. Özellikle ilk zamanlarda bitki ıslahı daha çok bir sanat olarak görülmüştür. Daha sonra ise genetik başta olmak üzere botanik, sitogenetik, patoloji, entomoloji, istatistik gibi bilim dallarına ilişkin bilgiler arttıkça, bitki ıslahı giderek bir sanat uğraşından daha çok bilim dalı olmaya başlamıştır. Böylece ıslahçılar bilimsel bilgi ve becerileriyle bitkilerin kalıtımını yönlendirme ve yönetme yeteneğine sahip olmuşlardır.

Bitkilerde Tozlanma ve Döllenme

Bitki ıslahı çalışmalarının başarılı bir şekilde yürütülebilmesi için, bilinmesi gereken en önemli faktörlerden ilki, üzerinde çalışılan bitkinin üreme biyolojisidir. Bitkilerde çiçek, genel olarak dört temel organdan oluşmaktadır. Bunlar;

• Çanak yaprak,
• Taç yaprak,
• Erkek organ
• Dişi organdır.

Bitkilerde tohum, erkek ve dişi organın önemli bir rol oynadıkları döllenme sonucu oluşur. Anterlerde bulunan olgun çiçek tozlarının (pollen) tepecik üzerine aktarılması tozlanma olarak tanımlanmaktadır. Tepecik üzerine konan çiçek tozlarının dişicik borusu boyunca bir boru oluşturarak çimlenmesi ve ovaryuma ulaşması sonucu döllenme gerçekleşir. Ovaryum içerisinde yumurta hücreleri ile birleşen çiçek tozu zigotu oluşturur. Kendi çiçek tozu ile gerçekleşen döllenme tipi “Kendine Döllenme”, yabancı çiçek tozu ile gerçekleşen döllenme tipi ise “Yabancı Döllenme” olarak isimlendirilir. Tarla bitkilerinin büyük çoğunluğu ya kendine döllenen ya da yabancı döllenen bitkilerdir.

Bitki Islahı Yöntemleri

Bitki ıslahı, değişkenlerin yani birbirinden genetik olarak farklı formların seçimi olarak tanımlanmaktadır. Başarılı bir seleksiyon için genetiksel olarak bir form zenginliğinin bulunması ön koşuldur. Islah yöntemleri beş ana grupta toplanabilir. Bunlar;

a. Seleksiyon Islahı

Seleksiyon farklı genetik yapılara sahip bireyler arasından istenilen özelliklere sahip olanların belirlenerek seçilmesidir. Bitki ıslahı çalışmalarında tane verimi, protein oranı, yağ oranı, bitki boyu, hastalıklara dayanıklılık vb. gibi çok sayıda özellik seleksiyon için hedef kriter olabilir. Yerli çeşitler kalıtsal yapıları bakımından çok farklı bireyleri içeren form karışımları olup genetik çeşitliliklerinin bir sonucu olarak özellikle, yayılmış bulundukları alanların iklim koşullarına çok iyi uyum gösterirler. Kendine döllenen bitkilerin yerli çeşitleri, kalıtım yapıları birbirlerine oldukça benzeyen, homozigot formlardan oluşur. Bu tip bitkilerde her bireyin dölleri “saf hat” olarak tanımlanır. Buna karşılık yabancı döllenen bitkilerin yerli çeşitleri kalıtımı bakımından birbirinden farklı, heterozigot formlardan oluşur. Seleksiyonda en kolay yol; yerli çeşitler gibi form karışımlarından amaca en uygun olanların seçilmesi ve birlikte çoğaltılmasıdır. Pozitif toplu seleksiyon olarak tanımlanan bu teknik dışında istenmeyen tüm formların yok edilmesi ve geriye kalanların üretilmesi esasına dayanan seçim şekli olan negatif toplu seleksiyon tekniği de bulunmaktadır. Ancak bu seleksiyon şekli genellikle, ıslahı tamamlanmış çeşitlerin tohumluk amacıyla üretilmesinde, tarlada bir önceki hasattan ya da ekim makinalarından kaynaklanan tip dışı bitkilerin uzaklaştırılmasında kullanılmaktadır. Toplu seleksiyon yönteminde, ıslah amacına uyan bitkiler, dış görünüşlerine (fenotip) göre, toplu olarak seçilir, beraber hasat ve harman edilir ve tek bitki dölleriyle ilgili herhangi bir döl kontrolü yapılmaz. Fenotipin genotipi gösterdiği kabul edilir. Bu tip bir seleksiyonda bitki sayısı geniş tutuldukça, başarı şansının artacağı kabul edilmektedir. Bu nedenle birkaç yüz bitki yerine binlerce bitkinin toplu seçilmesi daha uygun bulunmaktadır. Teksel seleksiyon yönteminde ise, bir populasyondan seçilen bitkiler birbirlerinden ayrı yetiştirilerek dölleri elde edilir. Seçilen bitkiler, döllerinin incelenmesinden ya da kontrol edilmelerinden sonra değerlendirilirler. Bu döllerin açılıp açılmaması ile ilgili gözlemler yaparak, anaçların homozigot ya da heterozigot oldukları sonucuna varılır. Bu yüzden, toplu seleksiyonda dış görünüşe (fenotip) göre yapılan seleksiyon, teksel seleksiyonda genotipe göre gerçekleştirilmektedir.

b. Kombinasyon Islahı

Seleksiyon çalışmalarında yerli çeşitlere ait tiplerden büyük ölçüde yararlanılmış ise değişik çeşit ve türlerin melezlenmesiyle yeni varyasyonlar ortaya konulabilmektedir. Melezleme, değişik özelliklere sahip ana babanın melez meydana getirmek üzere çaprazlanması işlemidir. Kombinasyon ıslahını başarılı bir şekilde yürütebilmek için bitki ıslahçısının üzerinde çalışacağı bitkinin çiçek yapısını, döllenme biyolojisini, tohum oluşumunu ve diğer tüm özelliklerini çok iyi tanıyabilmesi ve bu özellikler üzerine gerek genetik gerekse de çevre etkilerinin neler olabileceğini bilmesi büyük önem taşımaktadır. Islahçı bu bilgilerin ışığında kendisini hedefe ulaştırabilecek olan melezlemelerde kullanacağı anaçları tespit edebilir. Melezleme programlarında kullanılacak anaçlar yakın akraba olabildikleri gibi, başka yörelerden gelmiş çeşitlerden ya da farklı türlerden olabilirler. Yeni çeşidin yerini alacağı çeşitten verim ve adaptasyon (uyum) bakımından düşük olmaması gerekir. Bu nedenle, melezlemede kullanılacak anaçlardan biri yerli çeşitler arasından seçilmelidir. Diğer anaç ise, seçilen ilk anaçtaki zayıflığı tamamlayacak şekilde belirlenmelidir. Ancak melezlemelerde genlerin farklı etkileşimleri nedeniyle her zaman istenen sonuçların çıkamayabileceğini de göz önünde bulundurmak gereklidir. Bu nedenle kombinasyon ıslahının başlangıcında olabildiğince çok sayıda farklı anaçla melezlemelerin yapılmasında fayda vardır. Kombinasyon ıslahı hem kendine döllenen hem de yabancı döllenen bitkilerde uygulanabilen bir yöntem olmakla birlikte pratikte ağırlıklı olarak kullanımı kendine döllenen bitkilerde olmaktadır. Bu tip bitkilerde çok farklı kombinasyon ıslahı yöntemi bulunmakla beraber bunların çoğu belirli yöntemlerin değiştirilmiş şekilleridir. Bu yöntemler ise;

1. Pedigri Yöntemi
2. Bulk Yöntemi
3. Tek tohum Dölü Yöntemi
4. Geri Melezleme Yöntemi
5. Konvergens yöntemidir.

Bu yöntemler arasındaki başlıca fark, ıslah amaçları ve seleksiyona başlanılan generasyonları farklı olmasıdır. Örneğin; melezlemelerden sonra, pedigri yönteminde seleksiyona F2 generasyonunda başlanırken, Bulk yönteminde F5 -F6 generasyonunda başlanmaktadır. Geri melezleme yönteminde genellikle az sayıda genle idare edilen özelliklere ait genlerin bir çeşitten diğerine aktarılması söz konusu iken konvergens ıslahında çok sayıda genle (polygen) idare edilen birkaç özelliğin bir çeşitte bir araya getirilmesi söz konusu olmaktadır.

Pedigri Yöntemi

A ve B çeşitleri arasında yapılan melezlemeler sonucunda elde edilen F2 bitkilerinde seleksiyonun başladığı pedigri yönteminde yapılan aşamalar:

1. Melezleme: A-çeşidi x B-çeşidi arasında melezleme yapılır.
2. F1 kuşağı: 50-100 F1 bitkisi yetiştirilir. Hasattan önce kendileme ile oluşmuş (melezlenmemiş) bitkiler uzaklaştırılır.
3. F2 kuşağı: 2000-3000 F2 bitkisi yetiştirilir. Bitkilerin ekimi, tek tek gözlem yapılabilecek şekilde geniş aralıklar ile yapılır ve üstün özelliklere sahip bitkilerin seçimi bu aşamada yapılır. Seleksiyonda alınacak bitki sayısı genellikle ekilen bitkilerin % 10-20’si kadardır.
4. F3 kuşağı: F2 bitkilerinden hasat edilen bitkiler ayrı ayrı döl sıraları olarak ekilirler.
5. F4 - F6 kuşakları: En iyi bitki hatlarının seçimine devam edilir. Üniformitenin (tek düzelik) sağlanması için seleksiyonlar devam eder.
6. F7 kuşağı: Üniform sıralar hasat edilir.
7. F8 kuşağı: İlk verim denemelerine başlanır.
8. F9 - F12 kuşakları: Ticari çeşitler ile hatların kıyaslandığı verim denemeleri yapılır. En yüksek değerlere sahip hatlar bir sonraki verim denemelerine aktarılırlar. Bu çalışmalarda bitki boyu, yatma, hastalık ve zararlılara dayanıklılık, kalite gibi özelliklerin kontrolleri de yapılır. Seleksiyonlar sonucunda standart ticari çeşit ya da çeşitlerden daha yüksek performans gösteren birkaç hat çeşit adayı olarak belirlenir.
9. F13 - F15 kuşakları: Çeşit tescil (patent) işlemleri için Gıda, Tarım ve Hayvancılık Bakanlığına başvuru yapılır ve Bakanlık tarafından çeşit adayları denemelere alınır. Bu arada tohumluk miktarını arttırabilmek amacıyla ıslahçı tarafından tohum üretimi gerçekleştirilir.

Bulk Yöntemi (Karışık Parsel Yöntemi)

Bu yöntem çeşitler arasında gerçekleştirilen melezlemelerden sonra çok sayıdaki genler bakımından ortaya çıkan heterozigot genetik yapı ile bu yapılar üzerindeki doğa koşullarının farklı etkilerine dayanan zorlukları gidermek için kullanılır. Bu yöntemde, kuşaklara göre izlenen aşamalar sırasıyla aşağıda verilmektedir:

1. Melezleme kuşağı: A çeşidi x B çeşidi arasında melezleme yapılır.
2. F1 kuşağı: 50-100 adet F1 bitkisi yetiştirilir. Hasattan önce kendileme sonucu oluşan bitkiler uzaklaştırılır.
3. F2 kuşağı: F2 bitkileri toplu olarak yetiştirilir ve tüm bitkiler karışık olarak hasat edilirler.
4. F3 - F5 kuşakları: Herhangi bir seçim yapılmaksızın, bitkilerin karışık parsellerde yetiştirilmesine devam edilir.
5. F6 kuşağı: 5000-10000 adet tohum aralıklı olarak ekilir. 500-1000 adet üstün özelliklere sahip bitki seçilir.
6. F7 kuşağı: Seçilen bitkiler ayrı sıralarda (sıraya bitki ya da sıraya başak şeklinde) yetiştirilir. Üstün özelliklere sahip 50-100 bitki sırası hasat edilir.
7. F8 kuşağı: İlk verim denemelerine başlanır.
8. F9 - F13 kuşakları: Pedigri yönteminde olduğu gibi verim denemelerine devam edilir.
9. F14 - F15 kuşağı: Yeni çeşidin tescili için Gıda, Tarım ve Hayvancılık Bakanlığı’na başvurulur ve aynı periyotta tohum miktarının arttırılması için ıslahçı tarafından üretimi yapılır.

a. Hibrit Islahı

Hibrit ıslahı yöntemiyle elde edilen hibrit çeşitler (F1 hibritleri) saf hat ve saf çeşitler gibi homojen genetik bir yapıya sahiptirler. Ancak hibritlerin saf çeşitlerden en önemli ve belirgin ayrılıkları, sahip oldukları özelliklerini döllerine sabit olarak aktaramayışları ve F2 kuşağından itibaren açılmaların görülmesidir. Bu nedenle bir hibrit çeşit ıslahçısı, tohumluk piyasasına sürekli olarak en az iki anaç hat ya da çeşidi melezlenmesinden oluşan yeni hibrit tohumluğu (F1 hibridi) oluşturma ve sağlama zorunluğundadır. Anaç bitkiler, ancak genetik yapı bakımından birbirlerinden farklı oldukları ve homozigot (saf) durumda bulundukları zaman bir hibrit çeşit elde etme olanağı söz konusudur. Hibrit ıslahı ilk olarak yabancı döllenen bitkilerde kullanılmış ve özellikle verim yönünden büyük ilerlemeler kaydedilmiştir. Günümüzde F1 hibritleri sayesinde mısır, ayçiçeği gibi bitkilerde verim 4-5 kat artmıştır. Her ne kadar hibrit ıslahı kendine döllenen bitkilerde de kullanılabiliyorsa da elde edilecek tohumluk miktarının çok az olması, melezlemeler için çok fazla emek ve masraf gerektirdiğinden, tohumculuk pratiğinde hibrit ıslahının ağırlıklı olarak kullanımı yabancı döllenen bitkilerdedir. Yabancı döllenen bitkilerin hibrit ıslahında üç aşama vardır. Bunlar;

• Homozigot hatların geliştirilmesi
• Saf hatların kombinasyon yeteneklerinin saptanması
• Ticari tohum üretimidir.

Son yıllarda hibrit ıslahının yoğun olarak kullanıldığı tarla bitkilerine örnek olarak mısır ve ayçiçeği olarak verilebilir.

b. Mutasyon Islahı

Kültür bitkilerine istenilen özelliklerin kazandırılmasında kalıtsal yapıda ani değişmeler (mutasyon) yapacak yöntemler kullanılmasıyla yeni varyasyonlar ortaya konabilmektedir. Çeşitli mutasyon oluşturucu etkenler bitkilerin kromozom yapı ve sayılarında ya da genlerin yapılarında ani bir takım değişiklikler yaparak yeni özellikler kazandırabilmektedir. Mutasyon sonucu oluşan yeni birey “mutant tip” olarak isimlendirilmektedir. Genotipler arası kombinasyonların yanısıra mutasyonlar, ıslah çalışmalarının başlangıcı olan genetik değişkenliklerin temel nedenlerini oluştururlar. Bitki ıslahçıları, ellerinde bulunan bitki materyalindeki bireyler arası farklılıklar yeterli değilse, bu farklılıkları yaratmak amacıyla mutasyona başvurabilir. Oluşturulan mutant tipler doğrudan kullanılabileceği gibi melezlemeler ile yeni kombinasyonların oluşturulmasında da kullanılabilmektedir.

Yeni Islah Yöntemleri

Yirminci yüzyılın sonlarından başlayarak artan oranda “Biyoteknoloji” çalışmaları bitki ıslahında önemli bir yer tutmaya başlamıştır. Tarla Bitkileri-I ders kitabında bu konuyla ile ilgili çalışmalar ayrı bir ünite olarak 10 Ünitede ele alınmıştır.