Hodowla roślin to dziedzina niezwykle specyficzna, z jednej strony zakorzeniona w naukach ścisłych, bardzo hermetyczna, pełna skomplikowanych procesów i pojęć niemożliwych do odszyfrowania przez „przeciętnego Kowalskiego”, z drugiej, jej osiągnięcia służą tak wszechobecnej, bliskiej każdemu człowiekowi i w pewnym sensie przyziemnej działalności, jaką jest rolnictwo i produkcja żywności. O istocie tej nauki oraz jej dotychczasowych osiągnięciach, jak i przyszłych wyzwaniach rozmawiamy z doświadczonymi hodowcami z polskich ośrodków.

Rolnictwo od kulis

Jak w rozmowie z „Farmerem” tłumaczył prof. dr hab. Jerzy Czembor z Zakładu Biochemii i Biotechnologii Instytutu Hodowli i Aklimatyzacji Roślin – Państwowego Instytutu Badawczego w Radzikowie, droga do uzyskania nowej, odpornej odmiany zaczyna się od poszukiwania źródeł odporności. W tym celu często wykorzystuje się dawne lub lokalne odmiany gatunków roślin uprawnych bądź spokrewnione z nimi gatunki dzikie. Niezależnie od poziomu skomplikowania istotą prac są tradycyjne metody hodowlane – krzyżowanie i selekcja, których celem ma być wprowadzenie genów odporności do komercyjnych odmian o wysokiej wartości agronomicznej. Efekty owych metod sprawdzać można poprzez ocenę polową w warunkach naturalnych bądź prowokacyjnych; czasami także w warunkach szklarniowych lub laboratoryjnych.

– Każdego roku potrzebne jest średnio 500-600 rodów i wykonuje się 70-100 krzyżowań, żeby wyselekcjonować takie linie i rody, które później mają szansę stać się odmianą – tłumaczył prof. Czembor.

Wraz z postępem nauki hodowcy wspierani są przez nowe technologie i analiza genotypowa coraz częściej jest w stanie zastąpić fenotypową (czyli w uproszczeniu: opartą tylko na obserwacjach wyglądu roślin). Wykorzystanie markerów molekularnych umożliwia identyfikację interesujących hodowców genów na najwcześniejszych etapach prac, co znacznie usprawnia decyzje selekcyjne. Jak podkreślił prof. Czembor, w hodowli odpornościowej ważne jest dokładne poznanie nie tylko linii, rodów, odmian oraz genów odporności, lecz także patogenów. W tym celu IHAR-PIB prowadził program monitoringu patogenów na potrzeby hodowli. W ramach programu oceniano zmiany w patogeniczności grzybów wywołujących niektóre choroby zbóż i ich wirulencję względem genów odporności.

Genetyczną odporność na choroby dzieli się na dwa rodzaje: odporność rasowo-specyficzną oraz rasowo-niespecyficzną. Pierwsza nazywana jest także odpornością monogeniczną lub pionową. Determinowana jest przez pojedyncze geny odporności, tzw. geny-R. Działa zgodnie z teorią „gen na gen” i charakteryzuje się dużą efektywnością w obronie przed infekcją, jednak łatwo może zostać przełamana w sytuacji, gdy w środowisku pojawi się nowa rasa patogenu. Odporność rasowo-niespecyficzną (inaczej poziomą, poligeniczną) warunkuje wiele genów. Charakteryzuje się zmienną efektywnością, ale większą trwałością i nie podlega zjawisku „załamywania się”. Obecnie w pracach hodowlanych dąży się do łączenia obu typów odporności.

Piętrzące się wyzwania

Selekcja roślin zaczęła się właściwie już w momencie, gdy w neolicie nasi praprzodkowie przechodzili od zbieractwa do związanej z osiadłym trybem życia uprawy roślin. Od tamtej pory nauka ta nie spoczywa na laurach, bowiem cały czas napotyka na swojej drodze nowe wyzwania. Patogeny charakteryzują się ogromnymi zdolnościami adaptacyjnymi i wysoką zmiennością genetyczną, dzięki czemu zwykle „o krok” wyprzedzają osiągnięcia zarówno z zakresu hodowli odpornościowej, jak i chemicznej ochrony roślin. Prof. Jerzy Czembor przywołał tutaj przykład pszenżyta, które jeszcze kilkanaście lat temu było dużym sukcesem w zakresie genetycznej odporności na choroby – z czasem odporność tego zboża została przełamana. Hodowcom pracy nie ułatwia zmieniający się klimat, który wpływa m.in. na pojawianie się nowych patogenów, które dotychczas nie występowały w naszej szerokości geograficznej.

– Hodowla nowych odmian jest procesem wieloletnim. Dzisiaj hodowcy dokładają wielu starań, aby nadążać za dynamicznie zmieniającymi się patogenami przełamującymi odporność – mówiła w rozmowie z redakcją Małgorzata Niewińska, dyrektor Zakładu Hodowli Roślin Choryń w Danko Hodowla Roślin.

Niestety, cały czas trudności nastręcza wyhodowanie odmian wykazujących immunię, czyli całkowitą odporność na dany patogen, jak również odpornych na kilku sprawców chorób. Często zdarza się, że źródła odporności wnoszą jednocześnie szereg niekorzystnych cech (np. niską plenność), co dyskwalifikuje linię.

Od wielu już lat rolników obowiązują zasady integrowanej ochrony roślin, zgodnie z którymi pierwszeństwo wśród metod ograniczania występowania agrofagów mają metody niechemiczne, w tym hodowlana, która w praktyce polega na doborze do uprawy odmian o zwiększonej odporności na choroby. Obierany obecnie kierunek polityki rolnej w Unii Europejskiej jeszcze większy nacisk kładzie na zmniejszenie zużycia pestycydów i rozwój rolnictwa ekologicznego; z każdą kolejną wycofaną substancją czynną rosną oczekiwania rolników wobec nowych odmian. Spełnienie tych założeń bez znacznego uszczerbku na uzyskiwanych plonach nakłada olbrzymią odpowiedzialność na hodowlę roślin.

– Z perspektywy założeń Zielonego Ładu hodowla odpornościowa nabierze jeszcze większego znaczenia. Dobór odpowiedniej, wysoko plonującej odmiany (materiału kwalifikowanego), o odpowiedniej odporności, dostosowanej czy zalecanej w danym regionie oraz odpowiednia agrotechnika mogą w pewnym stopniu uchronić przed spadkiem plonów – twierdzi Niewińska.

Wszystko w rękach hodowli?

Mimo trudności hodowla odpornościowa ma na swoim koncie znaczne osiągnięcia. Dzięki uprawie odmian o zwiększonej odporności na choroby można zapewnić wysoką zdrowotność roślin i uzyskać zadowalający plon przy jednoczesnej redukcji liczby wykonywanych zabiegów chemicznej ochrony roślin, co jest pożądane zarówno z punktu widzenia ochrony środowiska, jak i finansów gospodarstwa.

– Jednym z największych osiągnięć hodowli odpornościowej zbóż jest wyhodowanie odmian jęczmienia z genem mlo warunkującym odporność na mączniaka prawdziwego. Odporność typu mlo jest o tyle niezwykła, że ma charakter recesywny, dzięki czemu trudniej ją przełamać – opowiadał prof. Jerzy Czembor.

Priorytety hodowli roślin pozostają niezmienne – dążenie do uzyskania odmian o możliwie najwyższym plonie ziarna, o pożądanych cechach jakościowych i użytkowych, wysokiej odporności na choroby, tolerancyjnych na niesprzyjające warunki środowiskowe. Jednocześnie konieczna jest elastyczna reakcja na bieżące wyzwania rolnictwa, także w zakresie hodowli odpornościowej. Przykładem może być podnoszenie odporności nowych odmian wobec sprawcy rdzy żółtej, która jeszcze niedawno nie była uznawana za chorobę o dużym znaczeniu gospodarczym, a obecnie stanowi coraz poważniejsze zagrożenie.

– Wśród licznych chorób pszenicy i pszenżyta, występujących na liściach, hodowcy z Danko poświęcają uwagę ocenie porażenia przez mączniaka prawdziwego, rdzę brunatną, septoriozę, rdzę żółtą, a na kłosach przez fuzarium; w przypadku żyta – przez rdzę brunatną; jęczmienia – mączniaka, plamistość siatkową, rdzę jęczmienia; owsa – rdzę koronową czy źdźbłową. Występowanie tych chorób na materiałach hodowlanych oceniane jest corocznie, ponieważ w zależności od przebiegu warunków pogodowych ograniczają one powierzchnię asymilacji, przyczyniając się do redukcji plonów. Każda nowa zarejestrowana odmiana wyróżnia się podwyższoną odpornością w stosunku do wzorców czy starszych odmian – opowiadała Małgorzata Niewińska.

Dr Przemysław Matysik, dyrektor pionu hodowli roślin w HR Strzelce, za bardzo ważny kierunek hodowli odpornościowej uznaje prace nad odmianami odpornymi na fuzariozy, które stanowią zagrożenie dla roślin na każdym etapie rozwoju, niezależnie od gatunku. Uzyskanie takiej odmiany nie jest łatwym zadaniem, gdyż odporność na fuzariozę dziedziczona jest ilościowo, w znacznym stopniu uwarunkowana jest fenologią roślin, a źródła odporności wnoszą także cechy niekorzystne pod względem agronomicznym. Perspektywy wydają się jednak optymistyczne – dr Matysik zdradził, że trwają badania nad odmianami pszenicy z odpornością warunkowaną genem Fhb 1 i bardzo możliwe, że w ciągu najbliższych 2-3 lat uda się wpisać do rejestru odmianę z genetyczną odpornością na fuzariozę kłosów.

Co jednak z chorobami wirusowymi zbóż? Zmiany klimatu przyczyniają się do zmian w biologii mszyc będących wektorami chorób wirusowych. Skuteczne zwalczanie mszyc środkami chemicznymi to trudne zadanie, a zwalczanie chorób wirusowych już po zakażeniu nie jest możliwe, dlatego duże znaczenie w tym zakresie ma metoda hodowlana.

– Dobrym przykładem osiągnięć hodowli odpornościowej są w tym przypadku odmiany jęczmienia, coraz więcej jest choćby odmian odpornych na wirusa żółtej mozaiki jęczmienia. Na Zachodzie w ostatnich latach pojawiły się nowe rejestracje odmian pszenicy odpornych na wirusa karłowatości pszenicy i żółtej karłowatości jęczmienia, według doniesień pozwala to na ograniczenie jesiennych zabiegów insektycydowych. Wadami tych odmian są niska zimotrwałość i pogorszona wartość wypiekowa mąki, ale z czasem zostaną one udoskonalone. Prace w tym zakresie są również prowadzone w HR Strzelce i w perspektywie następnych pięciu lat możemy spodziewać się ich efektów na rynku – mówił dr Matysik.            ▪