ผศ.ดร.ชเนษฎ์ ม้าล าพอง วิชา...

การปรบปรงพนธพชลกผสม

ผศ.ดร.ชเนษฎ มาล าพอง

วชา หลกการปรบปรงพนธพช (003471)

ท าไมตองพนธลกผสม? ความตองการอาหารทมคณภาพด ความสม าเสมอของผลผลตสง

และพชตองสามารถใหผลผลตตอพนทสง เพอใหคมคาทางเศรษฐกจ ความตองการอาหารทพอเพยงตอปรมาณประชากรทเพมขน ลกษณะทตองการเหลานสามารถไดรบจากการใชพนธลกผสมปลก

เพอผลตเชงการคา โดยเฉพาะพนธลกผสมเดยว นยมผลตเพอใชเปนพนธปลกกนมาก

ทงพชไรเศรษฐกจและพชผก ไมดอก ไมประดบ

ความหมายของลกผสม

HYBRID VARIETY : ลกผสมรนแรก (F1) จากการผสมระหวางประชากรทมพนธกรรมแตกตางกน

1. Inbred line (สายพนธแท) 2. Pure line (สายพนธบรสทธ) 3. Open variety (พนธผสมเปด) 4. Synthetic variety (พนธสงเคราะห) 5. อน ๆ

ลกษณะของพนธลกผสม

Uniformity in F1

Hybrid vigor : ผลผลต , ความแขงแรงของตน, ความสมบรณพนธ

ลกษณะของพนธลกผสมSegregration in F2 : ความสง , วนดอกบาน , ขนาดฝก เปนตน

F1 plant

F2 plantF2 seed

ชนดของลกผสม (ใช inbred line ผลตเปนการคา)1. ลกผสมเดยว : Single cross

ลกผสมชวท 1 (F1) ทเกดจากสายพนธแท 2 สายพนธ

female male

Single cross

malefemale

ชนดของลกผสม (ใช inbred line ผลตเปนการคา)2. ลกผสมสามทาง : Three-way cross

ลกผสมชวท 1 (F1) ทเกดจากสายพนธแท 3 สายพนธ

Inbred A

Single cross AB Inbred C

Inbred B

Three-way cross

ชนดของลกผสม (ใช inbred line ผลตเปนการคา)3. ลกผสมค : Double cross

ลกผสมชวท 1 (F1) ทเกดจากสายพนธแท 4 สายพนธ

Single cross CD

Double cross

Inbred A Inbred C

Single cross AB

Inbred B Inbred D

ประวตของการใชพนธลกผสม

ระยะแรก สายพนธแทผลผลตต า ไมเหมาะในการผลตเปนลกผสมเดยว จงมการใชพนธลกผสมค เนองจากพอแมเปนลกผสมเดยว ใหผลผลตเมลดพนธสง คมคาในเชงธรกจ (1981)

ระยะตอมา (1960) สายพนธแทมผลผลตดขน ท าใหมการผลตลกผสมเดยว ขอดของลกผสมเดยว คอ

1. มความสม าเสมอของพนธสง 2. ผลผลตสงกวาพนธผสมค

ทฤษฎทางพนธศาสตรทเกยวของ

Inbreeding : กระบวนการผสมพนธใด ๆ กตาม ทน าไปสการเพมคของยนท เหมอนกน (homozygosity)

เชน การผสมตวเอง , การผสมเลอดชด

การผสมตวเองในขาวโพด

S0 S3 S4 S5 S6 Inbred lineS1 S2

ผลของ inbreeding

1. ลกษณะทางคณภาพทไมดตาง ๆ แสดงออกเปนจ านวนมาก

detassel seed ขาดคลอโรฟลด แตกกง

2. ไดสายพนธทมลกษณะทางเกษตรตาง ๆ สม าเสมอขน เชน ความสง วนดอกบาน ลกษณะฝก ทรงตน3. ความแขงแรงของพชลดลง : ความสง และ ผลผลตลดลง เกดความถดถอยทางพนธกรรม (inbreeding depression)

ผลของ inbreeding

Inbreeding depression

พชผสมตวเอง เกด inbreeding depression นอยกวา พชผสมขาม พชผสมตวเอง ขบวนการทางววฒนาการ ยนแฝง (ดอย) ถกก าจดโดยธรรมชาต คงเหลอไวเฉพาะลกษณะทางพนธกรรมทสามารถปรบตวได เกดสมดลใหม พชอยในสภาพ homozygote พชผสมขาม อยในสภาพ heterozygote ดงนนยนแฝงทไมตองการ สามารถอยในรป heterozygous ได และแสดง inbreeding depression เมอเกดการผสม ตวเอง

Heterosis หรอ hybrid vigor : ความดเดนของรนลก ทแสดงลกษณะทางเกษตรตาง ๆ เหนอพอและแม

ทฤษฎทางพนธศาสตรทเกยวของ

วธวดคา Heterosis or Hybrid vigor

1. ใชความแตกตางของลกผสมกบพอหรอแมทดทสด % heterosis = 100 (F1 - P) / P

F1 = คาเฉลยของลกษณะทางเกษตรทวดในลกผสม P = คาเฉลยของลกษณะทางเกษตรของพอหรอแม ทดทสด คา heterosis ทวดได เรยกวา “heterobeltiosis”

2. ใชความแตกตางระหวางลกผสมกบคาเฉลยของพอแม

% heterosis = 100(F1- mp) /mpF1 = คาเฉลยของลกษณะทางเกษตรทวดในลกผสม

midparent = คาเฉลยของลกษณะทางเกษตรของพอและแม (P1 + P2) / 2

วธวดคา Heterosis or Hybrid vigor

พนฐานทางพนธกรรมทใชอธบาย heterosis

1. Overdominance หรอ Heterozygosity (Shull และ East, 1908)

: การทยนอยในสภาพ heterozygous แลวแสดงลกษณะ เหนอพอแม เนองจากยนในสภาพดงกลาวสนบสนนซงกนและกน ท าใหเพม ประสทธภาพของขบวนการทางสรระวทยา (เจาะจงยน 1 ต าแหนง)

aa AA Aa

Overdominance หรอ Heterozygosity

Stadler (1942) การแสดงออกของยน R ในขาวโพด R = ควบคมสของ aleurone layer และ สของ anther

aleurone layer anther

RR

rr

Rr

พนฐานทางพนธกรรมทใชอธบาย heterosis

2. Dominance :

พชผสมขามมยนแฝง แตถกขมไวดวยยนขม เมอพชผสมขามม

การผสมตวเอง เพอสราง inbred ยนแฝงจะแสดงออกมา แตเมอน า inbred มาผสมขามกน ลกษณะแฝงจะถกขมไว อกครงหนง % heterosis ของลกผสม จงขนกบ จ านวน ยนขม ทขมยนแฝงไว

aa Aa = AA

Dominance

ยนควบคมสเมลดขาวสาล เมอมยนขมมากขน สของเมลดกจะเขมขน

R1R1R2R2

R1R1R2r2 or R1r1R2R2

R1r1R2r2 or r1r1R2R2 or R1R1r2r2

R1r1r2r2 or r1r1r2R2

r1r1r2r2

Dominance

Inbred AAABBccddEE

Inbred BaabbCCDDEE

F1 HybridAaBbCcDdEE

ยนขม ขมยนแฝงทกต าแหนง ท าใหเกด heterosisมจ านวนยนขมมากกวาใน พอ และ แม

ขนตอนการปรบปรงพนธลกผสม 1. การพฒนาสายพนธแท (inbred line development) 2. การประเมนคณคาของสายพนธแท 2.1 การทดสอบสมรรถนะการผสม 2.2 การทดสอบ heterotic group 3. การทดสอบคผสม

การพฒนาสายพนธแท ความส าเรจของการผลตลกผสม :

สายพนธแททมพนฐานทางพนธกรรมแตกตางกน

Inbred from pop. A Inbred from pop. A Inbred from pop. A Inbred from pop. B

การพฒนาสายพนธแท

1. หาประชากรพนฐานทจะน ามาสกดเปนสายพนธแท

# พนธผสมเปด

# พนธสงเคราะห

# พนธลกผสม

# สายพนธแท ซงอาจจะยงขาดลกษณะทจ าเปน เชน

การใหผลผลตทสม าเสมอ (stability) ,

ตานทานการหกลม, ตานทานโรค แมลง ,

สมรรถนะการผสมทด

การพฒนาสายพนธแท

2. การสกดสายพนธ และ คดเลอกสายพนธ

วตถประสงค : ใหพชมลกษณะพนธกรรมคงท และเขายนเขาส

homozygosity

ผสมตวเองตดตอกน 5-7 ครง และตองมการคดเลอกไปดวย

คดเลอก สายพนธทแขงแรง ใหผลผลตสง กวาสายพนธอน ๆ

ในประชากร และตองมความสมบรณพนธ

การพฒนาสายพนธแท

กรณมสายพนธแทอยแลว ตองการเพมลกษณะบางอยาง

1. น าสายพนธแททมผสมพนธกนใหม เพอรวมลกษณะทด

เขาดวยกน และใชการคดเลอกแบบ pedigree

2. ถาลกษณะทตองการเพม เปนลกษณะทางคณภาพ ควบคม

ดวยยนนอยตว ใชวธการผสมกลบ (back cross)

กอนการสกดสายพนธ แลวคดเลอกแบบ pedigree

การประเมนสายพนธแท

การประเมนสายพนธแท ถาในโครงการปรบปรงพนธ สามารถสกดสายพนธแทได 100 สายพนธ ตองการน า 100 สายพนธ มาผสมเปนลกผสมเดยว จะไดลกผสมเดยว :

= n(n-1)/2

= 100 (100-1) / 2= 4,950 คผสม

การทดสอบสมรรถนะการรวมตวทวไป

General Combining Ability (GCA) :

พนธหรอสายพนธใดกตาม เมอผสมกบพนธอน ๆ แลวใหลกทด

ใชวธผสมทดสอบ (top cross) กบตวทดสอบ (tester)

สายพนธแททใหผลผลตต ากบ tester มกใหผลผลตต าในลกผสม

สายพนธแททใหผลผลตสงกบ tester มกใหผลผลตสงในลกผสม

tester ทใช : พนธผสมเปด , ลกผสมเดยว , สายพนธแท

วธผสมทดสอบ (top cross test)

Inbred line : femaletester tester

detassel in female

tester

inbred

1 2 3 „ ปลกทดสอบใน crossing block„ จ านวนลก top cross เทากบ จ านวนสายพนธแทททดสอบ

การทดสอบ heterotic group

การจดสายพนธทมพนฐานทางพนธกรรมเหมอนกน หรอ ใกลกน ไวในกลมเดยวกน

สายพนธทมพนฐานทางพนธกรรมแตกตางกน จะแสดง heterosis สงสด ดงนน สายพนธแททจะผลตลกผสม จงควรอยกนคนละ heterotic group หรอ มพนฐานทางพนธกรรมแตกตางกน

วธทดสอบ heterotic group

ผสมสายพนธแทแตละสายพนธ กบ ลกผสมเดยวทง 2 พนธ ทประกอบกนเปนลกผสมคทผลตเปนการคา

(A x B) x (C x D) (A x B) = female tester (FT)

(C x D) = male tester (MT)

inbred line 1, 2, 3, 4, 5

inbred line 1 inbred 1 x (A x B) , inbred 1 x (C x D)

inbred line 2 inbred 2 x (A x B) , inbred 2 x (C x D)

inbred line 5 inbred 5 x (A x B) , inbred 5 x (C x D)

วธทดสอบ heterotic group

Inbred Yield Difference Group

I x MT I x FT (IxMT)-(IxFT)

1 69.3 81.2 -11.9 M

2 69.9 96.1 -26.2 M

3 90.9 56.7 34.2 F

4 76.9 67.7 9.2 F

5 77.7 81.8 -4.1 M or F

การทดสอบคผสม

การทดสอบคผสมเดยว :ทดสอบสมรรถนะการรวมตวเฉพาะ (Specific Combining

Ability) : ความสามารถของพนธ หรอ สายพนธใด ใหลกทด เมอผสม กบอกสายพนธหนง แตเมอไปผสมกบพนธอน ๆ จะใหลกท ไมด ใชวธผสมแบบพบกนหมด (diallel cross)

วธผสมแบบพบกนหมด (diallel cross)

male A B C D E mean

female

A - 10 5 8 9 8

B - 8 9 7 8.5

C - 4 6 5.75

D - 9 7.50

E - 7.75

การคาดคะเนลกผสมค

สมมต ในโครงการปรบปรงพนธ คดเลอกสายพนธแทได 20 สายพนธ ถาน ามาผลตลกผสมค จะไดลกผสมคเทาไหร ?

20 inbred line ได single cross = 190 คผสม

double cross = [n(n-1)(n-2)(n-3)] / 8

n = จ านวนสายพนธแท

ดงนน 20 inbred line ได double cross = 14,535 คผสม

การคาดคะเนลกษณะของลกผสมชนดตาง ๆ การสรางลกผสมสามทางหรอลกผสมค ไมสามารถทดสอบผลผลตของลกผสม

ดงกลาวไดโดยตรงเหมอนกบลกผสมเดยว เนองจากมจ านวนคผสมมาก

Inbred Topcross Single cross 3-way cross Double cross

5 5 10 12 15

10 10 45 360 630

20 20 190 3,420 14,535

100 100 4,950 485,100 11,763,625

n n n(n-1)/2 n(n-1)(n-2)/2 n(n-1)(n-2)(n-3)/2

เมอจ านวนสายพนธแทเพมขน จ านวนคผสมสามทางและลกผสมคเพมขนอยางรวดเรว

วธคาดคะเนผลผลตของลกผสมค

Double cross ไดมาจาก inbred line 4 สายพนธ เชน A , B , C , D

(A x B) x (C x D)

1. ผลผลตเฉลยของลกผสมเดยว 6 คทเปนไปได

{(A X B) + (A x C) + (A x D) + (B x C) + (B x D) + (C x D)} / 6

2. ผลผลตเฉลยของลกผสมเดยว 4 ค ทไมใชลกผสมทผลต DC.

{(A x C) + (A x D) + (B x C) + (B x D)} /4

3. ผลผลตเฉลยเมอผสมกบตวทดสอบ (top cross test)

4. ผลผลตเฉลย 4 สายพนธแททใช + ลกผสมเดยวอก 6 ค

วธคาดคะเนผลผลตของลกผสมค

ผลการทดลองของ Anderson (1938)crosses yield crosses yield

23x24 41.7 24x27 72.1

23x26 62.6 24x28 69.3

23x27 70.8 26x27 64.2

23x28 64.4 26x28 60.4

24x26 65.6 27x28 59.6

วธคาดคะเนผลผลตของลกผสมค

ผลการทดลองของ Anderson (1938) คาดคะเนผลผลตของลกผสมค (23x24) x (26x27)

= {(23x26) + (23x27) + (24x26) + (24x27)} /4= 62.6 +70.8 + 65.6 +72.1= 67.8 กก.

เมอทดสอบการผสมในแปลง พบวา ใหผลผลต 68.8 กก.

การคาดคะเนลกผสมสามทาง

ลกผสมสามทางทจะไดเมอม inbred line เทากบ n สายพนธ = {n(n-1)(n-2)} / 2 Ex. เมอม inbred line 20 สายพนธ จะไดลกผสมสามทาง = 3,420 คผสม การคาดคะเนลกผสมสามทาง (AxB) x C = {(AxC)+(BxC)}/2

การผลตเมลดพนธลกผสมเปนการคา

สามารถท าได 2 วธ คอ1. Hand emusculation ในตนแม2. Male sterile ในตนแม

ยกตวอยาง ในขาวโพด และขาว

การผลตเมลดพนธลกผสมเปนการคา

หลกการผลตเมลดพนธลกผสมในขาวโพด1. ใชสายพนธทใหผลผลตสง มเปอรเซนตการผสมตดสง เปนแม2. ใชสายพนธทมขนาด tassel ใหญ หรอ มละอองเกสรมากเปน

พอ3. สายพนธทใชเปนพอและแม ตองมวนดอกบานทตรงกน4. อตราสวนแถวตนพอ : ตนแม เทากบ 1:2 หรอ 1:3

5. กอนดอกตวผของตนแมบาน ให detassel

6. แปลงผลตเมลดพนธตองเปนแปลงอสระ (isolation)

หลกการผลตเมลดพนธลกผสมในขาวโพด

อตราสวนตนพอ:ตนแม =1:2 (ตนพอ 2 แถว : ตนแม 4 แถว)

ตนแม ตนพอ ตนพอ

detassel

หลกการผลตเมลดพนธลกผสมในขาวโพด

Guard row

Guard row

Isolation 500 m.

Isolation ในขาวลกผสม

การผลตลกผสมโดยใชระบบเพศผเปนหมน

Cytoplasmic-Genetic Male Sterile

ความ หมนทเกด ลาสซม

S or F

MsMs

S or F

Msms

F

msmsหมน

S

msms

S

การผลตลกผสมโดยใชระบบเพศผเปนหมน

A line = สายพนธเปนหมน

B line = สายพนธรกษาความเปนหมน isogenic line ของ A line

R line = สายพนธแกความเปนหมนS or F

MsMs

S or F

Msms

F

msms

msms

S

การผลตสายพนธ A line

ใชวธการผสมกลบ backcross method

การขยายเมลดพนธ A line

เราสามารถขยายเมลด A line โดยใหผสมกนเองไดหรอไมA line x A line ?

msms

S

msms

Sfemale male

???????????

การขยายเมลดพนธ A line

msms

S F

msms

msms

S

A line B line

A line

การผลตเมลดพนธลกผสมเดยว (single cross)

S

msms

F

Msms

S

Msms

F

MsMs

S

MsMs

S

Msms

S

msms

S

Msms

Fertile

1/2 Fertile, 1/2 Sterile

Xor

or

A line R line

การผลตเมลดพนธลกผสมเดยว (single cross)

การผลตลกผสมคโดยใชระบบเพศผเปนหมน

msms

S F

msms

F,S

MsMs

S

Msms

S

Msmssterile 50% fertile 50%Double cross

msms

S

msms

S

msms

S

การผลตลกผสมคโดยใชระบบเพศผเปนหมน

msms

S F

msms

F,S

MsMs

F,S

MsMs

F,S

MsMs

S

Msms fertile 100%Double cross

msms

S