Bitki Islahı

1. Bitki ıslahı nedir?

Bitki ıslahı, ekonomik öneme sahip bitkilerin genetik yapısını, genetik ve sitogenetik esaslardan yararlanarak, yetiştiricinin ve tüketicinin istekleri doğrultusunda planlı şekilde değiştirme ve geliştirmedir. Islahın teorik temeli şudur: farklı özelliklere sahip bitkiler melezlendiğinde ortak özellikler döllere değişmeden aktarılırken farklı özellikler bir araya gelerek ebeveynlerde bulunmayan yeni bileşimler oluşturur; ıslahçı bu bileşimler arasından istenenleri seçer.

Islahın amaçları

• Verimin artırılması
• Kalitenin iyileştirilmesi
• Hastalık ve zararlılara dayanıklılık
• Kuraklık, soğuk, tuzluluk gibi olumsuz çevre koşullarına dayanıklılık
• Yetiştirileceği bölgeye uyum (adaptasyon)

Dayandığı bilimler

Islahçı genetik, sitoloji, taksonomi ve bitki yetiştirme bilgisini temel alır; fizyoloji, anatomi ve biyokimya, hastalık ve zararlılar için fitopatoloji ile entomoloji, baklagillerde bakteriyoloji ve denemelerin değerlendirilmesi için istatistik bu bilgiyi tamamlar. Son yıllarda doku kültürü ve moleküler teknikler de ıslahın vazgeçilmez araçları hâline gelmiştir.

Islahın etkisi çarpıcıdır: buğdayda verimin dekara 50 kg’dan 200 kg’a çıkması yaklaşık 1.000 yıl sürmüşken, modern ıslah, gübre, mekanizasyon ve sulamayla 200 kg’dan 600 kg’a çıkması yalnızca 40 yıl kadar sürmüştür.

2. Genetik kaynaklar ve başlangıç materyali

Islahta yeni çeşit geliştirmenin ilk şartı genetik çeşitliliktir: genetik kaynak olmadan yeni çeşit, yeni çeşit olmadan da üretim artışı olmaz. Genetik kaynaklar; ıslahçının ihtiyaç duyduğu genleri taşıyan yabani türler ve geçiş formları, yerel çeşitler, geliştirilmiş çeşitler ve özel amaçlarla oluşturulmuş ıslah materyalleridir. Hastalık, zararlı ve olumsuz çevre koşullarına dayanıklılığın vazgeçilmez kaynağıdırlar ve gen bankalarında korunurlar.

Islaha başlamadan önce ıslahçı hedefini ve bu hedefi belirleyen genlerin sayısını ve niteliğini, bu genlerin hangi materyalde bulunduğunu iyi bilmelidir. Varyasyon kaynakları yakınlık sırasıyla ticari çeşitler, yerel çeşitler, yakın akraba türler ve yabani türlerdir. Örneğin ayçiçeğinde canavar otu (orobanş) ve mildiyöye dayanıklılık genleri yabani ayçiçeği türlerinden aktarılmıştır.

3. Üreme biyolojisi ve döllenme şekli

Bitkiler eşeysiz (vejetatif) ya da eşeyli (tohumla) çoğalır. Eşeysiz çoğaltmada genetik yapı aynen korunur; eşeyli çoğaltmada ise tozlanma ve döllenmeyle yeni genetik bileşimler oluşur.

Uygulanacak ıslah yöntemini en çok bitkinin döllenme şekli belirler:

4. Islah süreci

Hangi yöntem kullanılırsa kullanılsın, yeni bir çeşit genellikle şu aşamalardan geçer:

1. Ebeveyn seçimi: Islah hedefine uygun özellikleri taşıyan anaçların belirlenmesi.
2. Varyasyon oluşturma: Melezleme, mutasyon ya da introdüksiyonla.
3. Seleksiyon: İstenen özellikleri taşıyan bitkilerin seçilmesi ve genetik saflaşmanın sağlanması.
4. Verim denemeleri: Ön verim, ileri verim ve farklı bölgelerde bölge verim denemeleri; verim, hastalık, kalite ve çevre koşullarına tepki standart çeşitlerle karşılaştırılarak test edilir.
5. Tescil: Üstün bulunan çeşit adayı resmî tescil denemelerinden geçerek çeşit olarak kaydedilir.
6. Tohumluk üretimi: Islahçının ürettiği elit (ıslahçı) tohumluktan orijinal, ardından sertifikalı tohumluk üretilir. Hibritlerde ıslahçı, hibridin ana ve baba hatlarını da korur.

Bu süreç çoğu bitkide 8–15 yıl sürer. Islahçılar arasında bilinen bir söz bu sabrın gerekliliğini anlatır: “Acemi marangozun yongası çok olur.”

5. Tohumluk getirme (introdüksiyon)

İntrodüksiyon, ıslahçının çalıştığı bölgenin iklim ve toprak koşullarına uyum sağlayabilecek, yurt dışında geliştirilmiş üstün verimli, dayanıklı ve kaliteli çeşitlerin ya da melezleme programında gereken özellikleri taşıyan genitörlerin getirilmesidir. En hızlı ve en ucuz ıslah yöntemidir.

Getirilen materyal önce ekonomik açıdan değerlendirilmeli, mümkünse yerinde incelenmeli, hastalık testlerinden ve uyum denemelerinden geçirilmelidir. Dikkat edilmezse yeni hastalık ve zararlılar getirebilir, yerli ıslah programlarını ve yerel genetik kaynakları olumsuz etkileyebilir.

6. Seleksiyon (seçme)

Seleksiyon, bir populasyon içinden istenen özellikleri taşıyan bitkilerin seçilmesidir. Doğal ya da hazır populasyonlarda (yerel çeşitler, eski çeşitler) ya da melezlemeyle oluşturulan populasyonlarda yapılır.

Teksel seçme (saf hat seleksiyonu)

Yerel çeşitlerden yeni çeşit geliştirmek ya da bozulmuş bir çeşidi saflaştırmak için kullanılır. İlk yıl populasyondan 200–1.000 tek bitki seçilir; ertesi yıl her bitkinin tohumu ayrı bir sıraya ekilir ve üstün sıralar seçilir. Sonraki yıllarda hatlar gözlem bahçesinde ve tekrarlamalı ön verim, ileri verim ve bölge verim denemelerinde standart çeşitlerle karşılaştırılır.

Toptan seçme (mass seleksiyon)

Fenotipi istenen tipe uyan bitkiler seçilir, tohumları karıştırılarak hasat edilir ve bir sonraki yıl birlikte ekilir. Basit, hızlı ve ucuzdur; yerel çeşitlerin hızlı ıslahında ve tohumluğun saflığının korunmasında kullanılır. Dezavantajı, seçilen bitkilerin homozigot mu heterozigot mu olduğunun anlaşılamaması ve çevre etkisinin seçimi yanıltabilmesidir; bu yüzden seçilen bitkilerin döllerinin ayrı sıralarda kontrol edildiği döl kontrollü toptan seçme başarıyı artırır.

Seleksiyon kriterleri

Seçimde fenolojik özellikler (çıkış, kardeşlenme, başaklanma, çiçeklenme ve olum tarihleri), verim öğeleri (bitki boyu, başakta tane sayısı, bin tane ağırlığı, hasat indeksi), kalite özellikleri (protein oranı, camsılık, renk) ve biyotik ile abiyotik dayanıklılık dikkate alınır.

7. Melezleme ve melez populasyonlarda seçme

Seleksiyon yalnızca var olan çeşitliliği kullanır. Farklı ebeveynlerin üstün özelliklerini aynı çeşitte birleştirmek için melezleme yapılır: birinci kuşak (F₁) homojendir, açılma F₂ kuşağında başlar ve seçim genellikle bu kuşaktan itibaren yapılır. Kendine döllenen bitkilerde melezlemeden sonra kuşaklar ilerledikçe homozigotluk artar ve yaklaşık F₆–F₈ kuşaklarında hatlar saflaşır.

Bunların yanında birden fazla ebeveynin melezlendiği çoklu melezleme ve farklı türlerin melezlendiği türler arası melezleme de uygulanır. Tritikale, buğday ile çavdarın türler arası melezlemesinden geliştirilmiştir.

8. Geri melezleme

Geri melezleme, üstün ama tek bir özelliği eksik olan bir çeşide, o özelliği taşıyan başka bir ebeveynden yalnızca o geni aktarmak için kullanılır. Geni alan, tekrar tekrar kullanılan ebeveyne tekrarlanan ebeveyn, geni veren ebeveyne verici ebeveyn denir. F₁ ve ardından gelen her döl yeniden tekrarlanan ebeveynle melezlenir; her kuşakta istenen gen seçilerek korunur.

Her geri melezde tekrarlanan ebeveynin payı, kalan farkın yarısı kadar artar. Dayanıklılık geni resesifse, istenen genin varlığını görmek için araya kendileme kuşakları eklenir. Sonunda kendileme ile genin homozigot olduğu hat seçilir. Yöntemin sakıncası, aktarılan gene bağlı (linkajlı) istenmeyen genlerin de birlikte aktarılabilmesidir. Ayçiçeğinde sitoplazmik erkek kısırlığının (CMS) ve yüksek oleik asit özelliğinin ana hatlara aktarılması bu yöntemle yapılır.

9. Yabancı döllenen bitkilerde seçme

• Döl ve hat seçme (Hopkins yöntemi): Örneğin mısırda üstün koçanlar seçilir; her koçanın tohumunun yarısı ayrı sıralara ekilerek döl kontrolü yapılır, üstün bulunan koçanların saklanan diğer yarısı karıştırılarak yeni dönemin populasyonu oluşturulur. Mısır, şeker pancarı ve pamuk gibi seyrek ekilen bitkilerde, yağ, protein ve şeker gibi özelliklerin iyileştirilmesinde başarılıdır; sık ekilen bitkilerde ve verimin iyileştirilmesinde yetersiz kalır.
• Toptan seçme: Kendine döllenen bitkilerdeki gibi uygulanır.
• Tekrarlamalı seçme: Verim gibi çok sayıda genin yönettiği (kantitatif) özelliklerde, istenen genlerin populasyondaki sıklığını kuşaktan kuşağa artırmayı amaçlar. Seçilen bitkiler kendilenir, döl testlerinden geçenler kendi aralarında melezlenerek yeni bir populasyon oluşturulur ve döngü tekrarlanır. Genel kombinasyon yeteneği, özel kombinasyon yeteneği ve iki populasyonun karşılıklı geliştirildiği resiprok tekrarlamalı seçme gibi türleri vardır.

10. Heterozis ve hibrit çeşitler

Yabancı döllenen bitkiler kendilendiklerinde bitki boyu, verim ve güç kuşaktan kuşağa azalır; buna kendileme depresyonu denir. Buna karşılık birbirinden genetik olarak uzak iki kendilenmiş hat melezlendiğinde F₁ melezi, ebeveynlerinden çok daha güçlü ve verimli olabilir. Bu olaya heterozis ya da melez azmanlığı denir. Hibrit (melez) çeşitler bu üstünlükten yararlanır.

Hibrit tohum, F₁ kuşağı olduğu için her yıl yeniden üretilmelidir; hibrit bitkilerden alınan tohum ekilirse F₂’de açılma olur ve verim düşer. Hibrit tohum üretiminde ana bitkilerin kendi çiçek tozuyla döllenmesini önlemek gerekir. Mısırda bu iş tepe püskülünün alınmasıyla yapılabilir; ayçiçeği gibi bitkilerde ise sitoplazmik erkek kısırlığı (CMS) taşıyan ana hatlar ile melezde kısırlığı gideren restorer (doğurganlığı geri getiren) baba hatları kullanılır.

11. Sentetik çeşitler

Sentetik çeşit, kombinasyon yetenekleri önceden test edilmiş, fenotipleri benzer ama genotipleri farklı birkaç hattın, klonun ya da bitkinin bir arada açıkta tozlanmasıyla elde edilir. Elde edilmesi ve yenilenmesi kolaydır, tohum maliyeti hibritten düşüktür ve adaptasyon alanı geniştir. Çoğunlukla dördüncü sentetik kuşağa (Syn-4) kadar kullanılır. Yonca gibi yem bitkilerinde, hibrit programına geçilmeden önce ve değişken koşulların hâkim olduğu yerlerde tercih edilir.

12. Mutasyon ve poliploidi ıslahı

Mutasyon ıslahı

Kromozomların yapı ve sayısında ya da genlerin yapısında ortaya çıkan ani ve kalıtsal değişikliklere mutasyon denir. Kendiliğinden oluşabileceği gibi ışınlar (fiziksel mutagenler) ya da kimyasal maddelerle de oluşturulabilir. Genin yapısındaki değişimlere gen (nokta) mutasyonu, kromozomun bir parçasının kaybına delesyon, bir parçanın tekrarlanmasına duplikasyon, ters dönmesine inversiyon, homolog olmayan kromozoma geçmesine translokasyon denir. Mutagenler tohuma, çiçek tozuna, vejetatif parçalara ya da doku kültürlerine uygulanır. Erkenci yulaf, yağ kalitesi iyileştirilmiş kolza, paslara dayanıklı kısa boylu buğday ve farklı çiçek renkli karanfiller mutasyon ıslahının ürünlerindendir.

Poliploidi ıslahı

Temel kromozom sayısı x ile gösterilir; somatik hücrelerde ikiden fazla kromozom takımı bulunmasına poliploidi denir. Aynı genomun katlanmasına otopoliploidi, farklı genomların bir araya gelmesine allopoliploidi, kromozom sayısının takımın katı olmayacak şekilde değişmesine aneuploidi denir. Ekmeklik buğday (6x) ve kolza doğal allopoliploidlerdir. Poliploidi, kolkisin gibi maddelerle yapay olarak da oluşturulabilir.

Poliploid bitkilerde genellikle tohum ve meyveler iriler; bazılarında vitamin ve kuru madde artar. Buna karşılık büyüme hızı ve kardeşlenme azalabilir, çiçeklenme gecikebilir ve kısırlık görülebilir. Triploidlerin kısır olmasından çekirdeksiz karpuz üretiminde yararlanılır.

13. Biyoteknoloji ve yeni dönem

Doku kültürü, bitkinin herhangi bir parçasının steril ortamda, dengeli bir besin ortamında çoğaltılmasıdır. Islahta şu amaçlarla kullanılır:

• Meristem kültürü: Virüsten arındırılmış bitki üretimi ve istenen genotiplerin hızla çoğaltılması.
• Embriyo kültürü: Türler arası melezlerde gelişemeyen embriyoların kurtarılması ve ıslah süresinin kısaltılması.
• Anter ve mikrospor kültürü: Haploid bitkilerden tek kuşakta homozigot saf hatlar elde edilmesi; bu sayede kendileme ile yıllar süren saflaştırma kısalır.
• Protoplast kültürü ve füzyon: Somatik melezlerin üretimi ve sitoplazmik erkek kısırlığının aktarılması.

Markör destekli seleksiyon (MAS), istenen bir geni DNA düzeyinde izleyerek seçimi hızlandırır. Genetik modifikasyon ile türler arasında gen aktarımı mümkün hâle gelmiştir; Türkiye’de genetiği değiştirilmiş bitkilerin üretimi yasal düzenlemelerle izne bağlıdır. Belirli herbisitlere dayanıklı (Clearfield) ayçiçeği çeşitleri gibi ürünler ise geleneksel ıslah ve mutasyonla geliştirilmiştir.

Yeşil Devrim ve çeşit hakları

1960’lardan itibaren kısa ve sağlam saplı, gübreye iyi yanıt veren, erkenci ve hastalıklara dayanıklı buğday ve çeltik çeşitleri, sulama ve gübreyle birlikte verimi büyük ölçüde artırdı; bu döneme Yeşil Devrim denir. Az sayıda ürüne odaklanması, yüksek girdi gerektirmesi ve büyük işletmelere avantaj sağlaması ise eleştirilen yönleridir. Günümüzde yeni çeşitler patent ve ıslahçı hakları (çeşit koruma) ile korunmakta; genetik kaynaklara erişim ve teknolojinin paylaşılması uluslararası sözleşmelerle düzenlenmektedir.

Kavramlar sözlüğü

Bitki ıslahı

Bitkilerin genetik yapısını istenen yönde planlı olarak değiştirme ve geliştirme.

Genetik kaynak

Islahçının ihtiyaç duyduğu genleri taşıyan yabani türler, yerel ve geliştirilmiş çeşitler ile ıslah materyalleri.

Genotip

Bir bireyin taşıdığı genlerin bütünü.

Fenotip

Genotip ile çevrenin etkileşimiyle ortaya çıkan görünüş ve özellikler.

Homozigot

Bir gen için aynı allelleri taşıyan birey.

Heterozigot

Bir gen için farklı allelleri taşıyan birey.

Saf hat

Kendine döllenmeyle elde edilen, homozigot ve tekdüze döl veren hat.

İntrodüksiyon

Yurt dışından çeşit ya da genitör getirilmesi.

Seleksiyon

Populasyondan istenen özellikteki bitkilerin seçilmesi.

Pedigri yöntemi

Melez populasyonda her kuşakta tek bitki seçilip soy kaydının tutulduğu yöntem.

Bulk yöntemi

Melez populasyonun ilk kuşaklarda toplu yetiştirilip seçimin geç kuşaklarda yapıldığı yöntem.

Geri melezleme

Bir genin tekrar tekrar aynı ebeveynle melezlenerek bir çeşide aktarılması.

Kendileme depresyonu

Yabancı döllenen bitkilerin kendilendikçe güç ve verim kaybetmesi.

Heterozis

Melez döllerin ebeveynlerinden daha güçlü ve verimli olması; melez azmanlığı.

Hibrit çeşit

İki ya da daha fazla kendilenmiş hattın melezlenmesiyle elde edilen F₁ çeşidi.

Sitoplazmik erkek kısırlığı (CMS)

Sitoplazmadan kalıtılan ve çiçek tozu üretilmemesine yol açan, hibrit tohum üretiminde kullanılan özellik.

Sentetik çeşit

Kombinasyon yeteneği bilinen birkaç hattın açıkta tozlanmasıyla elde edilen çeşit.

Mutasyon

Genlerde ya da kromozomlarda ani ve kalıtsal değişiklik.

Poliploidi

Hücrede ikiden fazla kromozom takımı bulunması.

Doku kültürü

Bitki parçalarının steril ortamda besin ortamı üzerinde çoğaltılması.

Kendini dene

Her soruda bir seçeneğe tıkla; doğru cevap ve açıklaması hemen görünür.