Viljelykasvien jalostus

1. Jalostus on evoluutiota

Jalostus on luonnon oman ilmiön, evoluution, kaltainen prosessi.

Luonnossa evoluutio tapahtuu ympäristöolosuhteisiin sopeutumisen ja DNA:ssa tapahtuvien muutosten yhteisvaikutuksesta luonnonvalinnan kautta.

Ihmisen ohjaamassa evoluutioprosessissa ihminen määrittelee ne ominaisuudet, joiden määrä lisääntyy populaatiossa. Jalostaja testaa jalostuslinjansa kenttäkokeissa useilla paikkakunnilla, jotta tulevan lajikkeen sopeutuminen ympäristöolosuhteisiin (maalaji, kasvuvyöhyke) saadaan selville. Näin luonnonvalinnan sijaan ihminen suorittaa valinnan.

Pohdi yksin tai parin kanssa:

  1. Mitä tarkoittaa luonnonvalinta?
  2. Mitä tarkoittaa populaatio?

Vastaukset löydät "Oppimisen tueksi"-alasivuilta.

2. Miten viljelykasveja jalostetaan?

Viljelykasvien jalostaminen alkaa valintajalostuksella, jotta löydetään halutunlaiset emokasvit. Seuraavassa vaiheessa emokasvit risteytetään keskenään. Tämä on risteytysjalostusta.

bi5_kaalien-kehittyminen_800x600.png

Kasvien jalostaminen alkaa aina haluttujen ominaisuuksien valinnasta. Päätetään mitä ominaisuuksia halutaan viljelykasveissa lisätä. Perinteisessä valintajalostuksessa valitaan jatkoon niitä kasviyksilöitä, joissa nämä ominaisuudet esiintyvät, ja hylätään ne, joista oniinaisuudet puuttuvat. Näin jalostaja pyrkii lisäämään haluttuja ominaisuuksia ilmentävien kasviyksilöiden määrää populaatiossa.

Kasvinjalostaja voi risteyttää saman lajin kasveja keskenään. Risteyttäessään ihminen huolehtii siitä, että valitut kasviyksilöt lisääntyvät suvullisesti keskenään. Risteytettävät kasvilajit voivat olla joko itsepölytteisiä, kuten kaura, tai ristipölytteisiä, kuten ruis.

Esimerkiksi yhdellä kasviyksilöllä voi olla hyvä talvenkestävyys mutta pienet hedelmät, kun taas toisella on huono talvenkestävyys mutta se tekee isoja, mehukkaita hedelmiä. Risteytysjälkeläistöstä etsitään niitä jälkeläisiä joilla halutut ominaisuudet ilmenevät samassa yksilössä (sekä isot hedelmät että hyvä talvenkestävyys). Jalostaja tutkii ja analysoi risteytettyjen kasvien jälkeläisiä saadakseen selville, onko joukossa haluttu ominaisuusyhdistelmä.

Risteytysjalostuksella saadaan aikaan uusia geeniyhdistelmiä. Perinteinen risteytysjalostus vaatii aikaa, koska monien viljelykasvilajikkeiden kohdalla haluttujen ominaisuuksien ilmentymistä kasvissa päästään havainnoimaan vasta pitkien aikojen kuluttua. Esimerkiksi omenapuun siemenen istuttamisesta kestää useita vuosia, ennen kuin puu tuottaa hedelmiä, ja sen ominaisuuksia voidaan arvioida. Myös viljelykasvien taudin- ja säänkestävyyttä arvioitaessa on tehtävä paljon työtä, jotta saadaan selvitettyä erilaisten jälkeläisten ominaisuudet.

Perinteistä jalostusta voidaan nopeuttaa ja täsmentää DNA-merkkiavusteisella valinnalla. Tällöin halutulle geenimuodolle on tehty DNA-tunnistin, jonka läsnäolo voidaan nähdä risteytysjälkeläistössä jo varhaisessa vaiheessa. Sen avulla tiedetään onko kasviyksilön perimässä halutun ominaisuuden antava geenimuoto, ja vältytään aikaa vieviltä ja hintavilta kenttä- tai laboratorioanalyyseilta.

bi5_heteroosi_800x600.pngViljelykasveja jalostetaan myös muiden menetelmien avulla. Monissa menetelmissä hyödynnetään viljelykasvien luonnolliseen lisääntymiseen ja sen erityispiirteisiin liittyviä mahdollisuuksia, kuten esimerkiksi haploidiaan ja polyploidiaan liittyvien jalostusmenetelmien käyttöä. Heteroosi on yleisesti käytetty menetelmä (esim. maissi). Geenimanipulaatiota ei käytetä yleisesti kasvinjalostuksessa EU:n alueella, mutta nykyinen tekniikka mahdollistaa jo eri eliöryhmien väliset geenien siirrot. Geenimanipulaation tekniikat ovat vielä hyvin nuoria menetelmiä ja niihin liittyy sekä suuria mahdollisuuksia että epävarmuustekijöitä.

bi5_haploidiajalostus_800x600.png

Jotta jalostuksessa aikaansaatua kasvilajiketta on mahdollista myydä, tulee sitä lisätä. Riippuen siitä, onko kasvi siemenestä lisättävä vai kasvullisesti lisättävä, lajiketta lisätään eri menetelmin.

shutterstock_186272297_peda.jpg

a) Suvullisesti lisääminen

Risteytyksessä tuotetaan perimältään vaihteleva risteytysjälkeläistö, josta valitaan parhaat kasviyksilöt jatkoon. Kaupallisen lajikkeen on kuitenkin oltava perimältään yhtenäinen, jotta sen lajikejalostuksella saadut ominaisuudet pysyvät sukupolvesta toiseen. Lisäksi se täytyy pystyä erottamaan muista saman lajin lajikkeista. Tähän yhtenäisyyteen päästään antamalla itsepölyttyvän lajin, kuten kauran, pölyttyä itsensä kanssa tai antamalla ristipölytteisen lajin, kuten rukiin, pölyttää ristiin rajatun risteytyspopulaation sisällä. Tämä vie useita sukupolvia, mutta samalla kasvinjalostaja voi tehdä tarkentavia havaintoja lajike-ehdokkaiden ominaisuuksista. Jotta uutta kauralajiketta voidaan saada riittävästi viljelijöiden käyttöön, sitä täytyy lisätä viljelemällä.

b) Suvuttomasti lisääminen

Mikäli on jalostettu kasvullisesti lisättävää kasvia, kuten omenapuuta, ryvässipulia tai perunaa, jalostuksen tuloksena on ensin yksi siemenestä syntynyt kasvi. Jos tämä emokasvi on halutunlainen, sitä voidaan ryhtyä lisäämään markkinoille. Tämä tapahtuu suvuttoman lisääntymisen avulla: kloonaamalla eli monistamalla. Esimerkiksi emo-omenapuusta otetaan keväällä varteoksia, joista tätä emopuuta lisätään. Aluksi saadaan pieni joukko taimia. Ne lisätään taas seuraavina vuosina. Myös esimerkiksi uuden perunalajikkeen lisääminen tapahtuu kloonaamalla sen juurimukuloista. Jos perunan tai omenapuun siemeniä kylvettäisiin, kukin siemenestä syntynyt jälkeläinen olisi uudenlainen ja valitun emokasvin hyvä ominaisuusyhdistelmä menetettäisiin. Tämä johtuu suvullisen lisääntymisen sukusolujen syntymekanismeista. Lisäämällä hyvää viljelykasviyksilöä suvuttomasti on siis mahdollista saada löydetty ominaisuusyhdistelmä laajempaan viljelykäyttöön.

Joskus jo olemassa oleva kasvikanta on ominaisuuksiltaan niin hyvä, ettei jalostusta tarvita, vaan kasvia kannattaa lisätä myytäväksi sellaisenaan. Suomessa ja muissa Pohjoismaissa on kerätty esimerkiksi vanhoja koristekasvikantoja, ja on valittu paras kasvikanta suoraan sellaisenaan lisättäväksi taimikauppoihin. Tällöin ei ole kyse jalostuksesta, vaan yhden jo olemassa olevan kasvikannan monistamisesta eli kloonaamisesta. Kasvia suvullisesti lisäämällä halutut ominaisuudet säilyvät jälkeläisten ilmiasussa ja esimerkiksi kaikki kaupasta ostetut juhannusruusu 'Plena'-taimet ovat perimältään samanlaisia: kasviyksilön geenit ilmenevät yksilön ominaisuuksissa, kuten kasvutavassa, taudinkestävyydessä tai hedelmien maussa ja koossa.

Nykyään kaupallisessa viljelykasvien lisäämisessä käytetään paljon solukkoviljelyä. Solukkoviljelyssä kasvin kasvupisteitä kasvatetaan laboratoriossa kasvatusalustoilla. Tällainen kasviyksilöiden "monistus" tuottaa nopeasti suuren määrän emoyksilön kaltaisia jälkeläisiä.

Jos kiinnostuit kasvien jalostuksesta, niin lue aiheesta lisää esimerkiksi LUKIOILLE suunnatusta Geenivaraopin osuudesta.

Pohdi yksin tai parin kanssa:

  1. Miksi viljelykasveja jalostetaan?
  2. Mitä tapahtuu, jos uusia viljelykasvilajikkeita jalostetaan edellisistä käytössä olleista lajikkeista ja tätä samaa käytäntöä jatketaan vuosisatojen ajan?
  3. Miten voidaan varmistaa, että viljelykasvien geenivarannot säilyvät monipuolisina?