คัดย่อปรับปรุงพันธุ์พืช(กฤษฎา สัมพันธารักษ์) บทที่ ๘

การปรับปรุงสายพันธุ์

พันธุ์พื้นบ้าน (land variety)

มีเสถียรของผลผลิตที่ดีในสภาพปัจจัยการผลิตที่ค่อนข้างต่ำ เป็นพันธุ์ที่ประกอบไปด้วยสายพันธุ์แท้จำนวนมากสะสมอยู่ร่วมกัน

ลักษณะที่เป็นเอกลักษณะของพันธุ์พื้นบ้าน ประกอบด้วย

๑.เป็นพันธุ์ที่ปลูกในพื้นที่นั้นๆ เป็นเวลานาน ยากที่จะสืบสาวถึงที่มาของพันธุ์

๒.เป็นสายพันธุ์ไม่ว่าพันธุ์นั้นๆ เป็นพืชผสมตัวเอง  หรือผสมข้าม

๓.ปรับตัวได้ดีในท้องถิ่น โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสภาพที่มีปัจจัยที่ค่อนข้างจำกัด

การคัดรวม(mass selection)

ปัจจุบันถูกนำมาใช้ในการปรับปรุงพันธุ์เบื้องต้น

การคัดรวม หมายถึง การเอาพืชที่ได้รับการคัดเลือก กลับมารวมกันเป็นประชากรใหม่ เหมาะกับลักษณะที่สามารถสังเกต หรือวัดได้อย่างชัดเจน เป็นการคัดลักษณะที่มีความสามารถในการถ่ายทอดลักษณะ(heritability)สูง ยังเหมาะสำหรับคัดประชากรในระยะแรก ก่อนการคัดแยกสายพันธุ์

การคัดรวม เป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพ ในการเพิ่มความถี่ของยีนที่ต้องการ ทำให้ได้สายพันธุ์คละ ทั้งในพืชผสมตัวเองและพืชผสมข้าม จึงจำเป็นต้องทำการคัดแยกสายพันธุ์ต่อไป เพื่อคัดเลือกสายพันธุ์แท้ สำหรับนำไปใช้โดยตรง ในพืชผสมตนเอง หรือเพื่อสร้างลูกผสมในพืชผสมข้าม
ความคงตัวทางพันธุกรรรม(inbreeding)

การผสมตัวเอง เป็นวิธีที่ทำให้พืชเคลื่อนเข้าหาความคงตัวทางพันธุกรรมอย่างรวดเร็ว

ประชากรหลังผสมตัวเอง
สูตรการคงตัวทางพันธุกรรม (m = จำนวนครั้งการผสมตัวเอง) หรือ อัตราส่วนของยีนคู่แฝด AA + aa

1-1/2ยกกำลังm = (2ยกกำลังm - 1)/2ยกกำลังm
จากการทดลอง ความสูงของข้าวโพดจะสม่ำเสมอ หลังจากผสมตัวเอง ๕ ครั้ง แต่ผลผลิตของสายพันธุ์อินเบรดจะคงที่ ก็ต่อเมื่อมีการผสมตัวเองถึง ๒๐ ครั้ง

การหาอัตราส่วนของพืชพันธุ์แท้

{(2ยกกำลังm-1)/2ยกกำลังm}ยกกำลังn       n = จำนวนของยีนคู่ผสม
การอนุรักษ์กลุ่มพันธุกรรม

ทำโดยการผสมกลับไปยังพ่อหรือแม่ที่ให้ผลผลิตสูงอย่างน้อย ๑ ครั้ง ก่อนการผสมตัวเองเพื่อสกัดสายพันธุ์ เพื่อปรับค่าเฉลี่ยของพ่อแม่ให้สูงขึ้น และลดความแปรปรวนของประชากรกระจายพันธุ์ เป็นการเพิ่มโอกาสการคัดพืชที่ดีในแต่ละชั่ว ให้สูงขึ้น

การคัดเลือกแบบสืบประวัติ (pedigree method)

เป็นการคัดเลือกสายพันธุ์ที่มีการบันทึกประวัติของสายพันธุ์ ในทุกขั้นตอนจากชั่วต่อชั่ว

มี ๒ รูปแบบ คือ

๑.คัดแยกสายพันธุ์ในทุกๆ ขั้นตอน

๒.การคัดแยกครอบครัวในชั่วแรกๆ และคัดแยกสายพันธุ์ในขั้นสุดท้าย

วิธีคัดแยกสายพันธุ์
เป็นวิธีที่ใช้พื้นที่ และแรงงานสูงมาก เมื่อมีคู่ผสมมากจะทำไม่ได้ นอกจากนี้การคัดเลือกที่ยังมีการกระจายพันธุ์ ภายใต้ทั้งสภาพแวดล้อมที่เปลี่ยนแปลงไป ทำให้ขาดความแม่นยำ โดยเฉพาะลักษณะทางผลผลิต

ชั่ว F1 ปลูกในสภาพไร้การแข่งขัน คัดคู่ผสมที่ไม่ต้องการทิ้ง คัดไว้ ๑๐๐ – ๒๐๐ เมล็ดต่อคู่ผสม

ชั่ว F2 ปลูกในสภาพไร้การแข่งขัน คัดคู่ผสมที่ไม่ต้องการทิ้ง คัดไว้ ๒๐ – ๕๐ ต้นต่อคู่ผสม

ชั่ว F3 ปลูกต้นต่อแถว ระยะต้นห่างกว่าปกติ ๕๐ – ๑๐๐% คัดต้นที่ดี จากแถวที่ดีเท่านั้น คัดไว้ ๑๐ – ๒๐ ต้นต่อคู่ผสม
ชั่ว F4 ปลูกต้นต่อแถว คัดต้นที่ดี จากแถวที่ดี โดยรักษาจำนวนต้นทั้งหมดให้เหลือเพียง ๑๐ – ๒๐ ต้นต่อคู่ผสม

ชั่ว F5 นำเมล็ด ๑ ต้นต่อ ๑ – ๔ แถว คัดต้นที่ดี จากแถวที่ดี คัดไว้ ๑๐ – ๒๐ ต้นต่อคู่ผสม
ชั่ว F6 นำเมล็ด ๑ ต้นต่อ ๔ แถว คัดต้นที่ดี จากแถวที่ดี คัดไว้ ๕ – ๑๐ สายพันธุ์ต่อคู่ผสม
ชั่ว F7 ปลูกแต่ละสายพันธุ์ แบบมีซ้ำ เก็บเมล็ดจากสายพันธุ์ที่คัด ให้มากพอ
ชั่ว F8 – 10 ปลูกทดสอบในแหล่งปลูก ปลูกแบบเป็นแถบยาว คัดพันธุ์ที่ดีที่สุด

วิธีคัดแยกครอบครัว
วิธีนี้เหมาะสมกว่าการคัดแยกสายพันธุ์ ไม่เปลืองแรงงานและพื้นที่ปลูก ได้สายพันธุ์ขั้นสุดท้ายทีมีความแตกต่างระหว่างสายพันธุ์สูง ส่วนวิธีคัดแยกสายพันธุ์ จะทำก็ต่อเมื่อต้องการติดตามลักษณะบางอย่างที่ต้องการอย่างใกล้ชิดเท่านั้น
ชั่ว F1 ปลูกในสภาพไร้การแข่งขัน คัดคู่ผสมที่ไม่ต้องการทิ้ง คัดไว้ ๑๐๐ – ๒๐๐ เมล็ดต่อคู่ผสม

ชั่ว F2 ปลูกในสภาพไร้การแข่งขัน คัดคู่ผสมที่ไม่ต้องการทิ้ง คัดไว้ ๒๐ – ๕๐ ต้นต่อคู่ผสม

ชั่ว F3 ปลูกต้นต่อแถว คัดต้นที่ดี คัดไว้ ๒ - ๓ ต้น ต่อแถว คัดไว้ ๑๐ – ๒๐ แถว
ชั่ว F4 ปลูกต้นต่อแถว คัดต้นที่ดี คัดไว้ ๒ - ๓ ต้น ต่อแถว คัดไว้ ๕ – ๑๐ แถว
ชั่ว F5 ปลูกต้นต่อแถว คัดต้นที่ดี จากแถวที่ดี คัดไว้ ๑๐ ต้น
คัดเหมือนวิธีคัดแยกสายพันธุ์
ชั่ว F6 นำเมล็ด ๑ ต้นต่อ ๔ แถว คัดต้นที่ดี จากแถวที่ดี คัดไว้ ๕ – ๑๐ สายพันธุ์
ชั่ว F7 ปลูกแต่ละสายพันธุ์ แบบมีซ้ำ เก็บเมล็ดจากสายพันธุ์ที่คัด ให้มากพอ
ชั่ว F8 – 10 ปลูกทดสอบในแหล่งปลูก ปลูกแบบเป็นแถบยาว คัดพันธุ์ที่ดีที่สุด
การปรับปรุงพันธุ์แบบเก็บรวมโดยไม่มีการคัดเลือก
จะปล่อยให้พืชผสมตัวเอง ๖ ชั่วก่อนจะคัดแยกสายพันธุ์ เพื่อเข้าทดสอบผลผลิต
ข้อดี
๑.ประหยัดค่าใช้จ่ายและแรงงาน
๒.การคัดเลือกประชากรหลัง F2 เป็นการลดผลกระทบ เนื่องจากความเหนือระดับของลักษณะพันธุ์กรรมผสม (heterosis)
๓.ได้พันธุ์พืชจำนวนมากใน F6 หรือหลังจากนั้นมีลักษณะพันธุ์กรรมเกือบคงตัว ใกล้เคียงกัน
ข้อเสีย
๑.ต้องปลูกพืชจำนวนมาก และพืชที่คัดออกก็มีจำนวนมากไปด้วย (การแก้ ลดอัตราการปลูก)
๒.มีโอกาสสุญเสียลักษณะพันธุกรรมที่ดี (คัดลักษณะที่ไม่ต้องการทางคุณภาพออก)
๓.ความแปรปรวนของประชากรลดลงเรื่อยๆ เนื่องจากการสุ่มตัวอย่างเพื่อปลูกในแต่ละชั่ว (ทดสอบผลผลิตระหว่างประชากร เพื่อคัดประปากรไม่ดีออก)
การเก็บรวม ควรปลูกใช้ระยะปลูกที่กว้างขึ้น เพื่อลดการแข่งขันระหว่างพืช อาจแยกประชากรออกเป็นกลุ่มย่อยๆ ตามลักษณะคุณภาพที่เด่นชัด
จุดเด่นของการเก็บรวมคือ
การเป็นอิสระต่อระยะปลูก ความหนาแน่นของประชากร การแตกกอ ความเหนือระดับของพันธุกรรมผสม ความไม่สม่ำเสมอของแปลงปลูก ความสัมพันธ์ระหว่างชั่ว และการทดสอบในชั่วแรกๆ

ระยะเวลาของการเก็บรวม
จากผลการทดลอง พืชให้ผลผลิตสูงเพิ่มขึ้นตามลำดับในชั่วหลังๆ แต่การคัดรวมระยะเวลานานๆ จะทำให้ได้สายพันธุ์ที่ดีน้อย (แก้ไขโดย ควรมีการคัดรวมเป็นระยะๆ)
การเปรียบเทียบการเก็บรวมและคัดสายพันธุ์
การเก็บรวมให้สายพันธุ์ที่ดีมากว่าวิธีการคัดแยกสายพันธุ์ และให้ผลผลิตโดยรวมดีกว่า

การปรับปรุงพันธุ์แบบเมล็ดต่อต้น

หลักการ จะเก็บเมล็ดเพียง ๑ เมล็ด จากแต่ละต้นของชั่ว F2 ให้มากที่สุดเท่าที่จะจัดการได้ นำไปปลูกในชั่วต่อๆ ไป จนกระทั่งพืชมีความคงตัวทางพันธุกรรมสูงในชั่ว F5 หรือ F6 โดยไม่มีการคัดเลือก ขยายเมล็ดจากพืชแต่ละต้นในชั่ว F6 หรือ F7 เพื่อเข้าทดสอบผลผลิตและคัดแยกสายพันธุ์ต่อไป
แบบเมล็ดต่อต้นสามารถปลูกได้แม้เรือนทดลอง วิธีหนึ่งคือ เก็บเมล็ดในชั่ว F2 ต้นละ ๓ เมล็ด ประมาณ ๔๐๐ เมล็ด ปลูกแบบแยกหลุม ต้นละ ๑ หลุมใช้ ๓ เมล็ด และเก็บเกี่ยว ๓ เมล็ดจาก ๑ ต้น ทำซ้ำไปจนถึงชั่วที่ ๖ จึงเก็บเมล็ดทั้งหมด ๓ ต้น

 การปรับปรุงพันธุ์แบบเมล็ดต่อต้น ผสมการคัดเลือกด้วยสายตา เรียกว่า วิธีสืบประวัติแบบประยุกต์( modified pedigree method )

ประสิทธิภาพของการปรับปรุงพันธุ์แบบเมล็ดต่อต้น

ใช้เวลาและแรงงานน้อยกว่า วิธีสืบประวัติและวิธีคัดเลือกโดยการประเมินผลในชั่วแรกๆ วิธีเก็บรวมแบบเมล็ดต่อต้นและวิธีเก็บรวม ทั้งสองวิธี ให้ประสิทธิภาพเท่าเทียมกัน
การพัฒนาสายพันธุ์อินเบรดของข้าวโพดแบบฝัก ต่อหลุม

เป็นวิธีที่ประยุกต์มาจากวิธีเมล็ดต่อต้น เป็นวิธีที่ประหยัด และไม่ต้องการทักษะในการคัดเลือกมากนัก จุดอ่อนของวิธีนี้คือต้องคลุมถุงเพื่อผสมตัวเองจำนวนมาก

การปรับปรุงพันธุ์ โดยการผสมกลับ(backcrossing)
คือการนำลูกผสม ผสมกลับไปหาพ่อหรือแม่ของมันเองในสภาพธรรมชาติ เพื่อเพิ่มอัตราส่วนของยีนจากพ่อ หรือแม่ ทำให้สมดุลลูกผสมดีขึ้น พ่อหรือแม่ เรียกว่า สายพันธุ์ผู้ให้ (donor parent ) ลูกผสมที่ได้จากการผสมกลับ เรียกว่า ลูกผสมกลับ (backcross hybrid)
ในกรณีที่ลักษณะถ่ายทอดเป็นลักษณะแฝง (ยีนแฝง) จำเป็นต้องมีการผสมตัวเอง สลับกับการผสมกลับ วิธีผสมกลับ ๒ ครั้ง สลับกับการผสมตัวเอง ๑ ครั้ง เป็นวิธีที่เหมาะที่สุดไม่ว่ายีนถ่ายทอดจะเป็นยีนแฝงหรือยีนข่ม

ภาพแสดงการผสมกลับ เมื่อลักษณะที่ต้องการถ่ายทอดเป็นลักษณะแฝง ซึ่งจำเป็นต้องมีการผสมตัวเอง หลังผสมกลับ ๑ หรือ ๒ ครั้ง เพื่อให้ลักษณะที่ต้องการแสดงออก

การใช้ ซีเนีย (Xenia) เป็นเครื่องหมายพันธุกรรม
เป็นปรากฏการที่พันธุกรรมของเชื้อสืบพันธุ์เพศผู้ แสดงลักษณะทางพันธุกรรมออกมา ในเนื้อเยื่อของต้นแม่ ในชั่วที่มีการผสมพันธุ์ ทำให้สามารถติดตามพันธุกรรมเหล่านั้นได้ในทุกๆชั่วที่มีการผสมพันธุ์ ไม่ว่าจะเป็นลักษณะเด่นหรือแฝง เช่น ลักษณะการแสดงออกของเอนโดสเปอร์มในเมล็ดข้าวโพด

การเลือกสายพันธุ์ต่าง ๆ ในการผสมกลับ
๑.ควรเลือกสายพันธุ์ผู้ให้ที่แสดงลักษณะนั้นๆ ได้สูงสุด
๒.ถ้าต้องการถ่ายทอดหลายลักษณะ ควรทำการผสมกลับ แยกกลุ่มกัน และนำสายพันธุ์ผสมกลับขั้นสุดท้ายมาผสมกัน เพื่อทำการคัดเลีอกต่อไป

๓.ถ้าหากลักษณะที่ต้องการเป็นลักษณะข่ม การผสมกลับสามารถทำได้ อย่างต่อเนื่อง
๔.ถ้าหากลักษณะที่ต้องการถ่ายทอด เป็นลักษณะแฝง จำเป็นต้องมีการผสมตัวเอง หลังผสมกลับ ๑ หรือ ๒ ครั้ง

๕.ถ้าหากลักษณะที่ต้องการถ่ายทอดมียีนหลายตัว หรือลักษณะทางปริมาณ หลังการผสมกลับ ควรผสมตัวเองอย่างน้อย ๒ ครั้ง ก่อนการผสมกลับครั้งต่อไป และทำสลับกันไปอย่างต่อเนื่อง

๖.ถ้าหากลักษณะที่ต้องการถ่ายทอดเกาะยึดกับลักษณะอื่นที่ไม่ต้องการ การผสมกลับสลับกับการผสมตัวเอง น่าจะเพิ่มโอกาสของการแยกตัวออกจากกัน(crossing over)ของยีน เกิดขึ้นได้ทั้งการสร้างเชื้อสืบพันธุ์เพศผู้ และเชื้อสืบพันธุ์เพศเมีย
๗.สายพันธุ์ผู้รับควรเป็นสายพันธุ์ที่ดีที่สุด หรือสายพันทางการค้า เพราะการผสมกลับมีข้อจำกัดในการที่จะได้สายพันธุ์ใหม่ที่ดีกว่าสายพันธุ์ผู้รับ ยกเว้นลักษณะบางอย่างที่ได้รับการถ่านทอดมาเท่านั้น

๘.ในการผสมกลับครั้งสุดท้าย ควรใช้สายพันธุ์ผู้รับจากหลายๆ ต้น เพราะความแตกต่างของแต่ละต้นมีผลต่อการแสดงออกของยีนที่ได้รับการถ่ายทอด

การผสมผสานวิธีคัดแยกสายพันธุ์กับการผสมกลับ(backcross pedigree(สายพันธุ์) method(วิธี))

การผสมกลับมักทำ ๑-๒ ครั้ง แล้วจะปล่อยให้ผสมตัวเอง หรือนำสายพันธุ์จากการผสมกลับจากแต่ละชุดมาผสมกัน เพื่อคัดเลือกสายพันธุ์ใหม่ๆ ต่อไป

 ตัวอย่างการผสมพันธุ์และคัดพันธุ์แตงโม เพื่อให้ต้านทานโรคเหี่ยว โรคแอนแทรคโนส และคุณภาพเนื้อที่ดี พันธุ์ summit , WRP , W5 ต้านทานโรคเหี่ยว พันธุ์ Fairfax , Graybelle ต้านทานโรคแอนแทรคโนส  ส่วน WRP เนื้อแดงเข้มแน่น เปลือกเหนียว
สรุป   มีการผสม W5 ทุกคู่การผสม แสดงว่าต้องการให้ความสำคัญโรคเหี่ยว

           F3 ขวา   Graybelle 50% , W5 37.5% , WRP 12.5%
           F4 ซ้าย   W5 75% , Fairfax 12.5% , Summit 12.5%

   F1 – F6 กลาง W5 56.25% , Graybelle 25%  , Fairfax 6.25% , Summit 6.25% , WRP 6.25%

สายพันธุ์เหมือนและสายพันธุ์คล้าย

สายพันธุ์เหมือน หมายถึงสายพันธุ์ที่มีลักษณะต่าง ๆ เหมือนกันยกเว้นลักษณะที่กำหนดโดยการผสมกลับ
สายพันธุ์คล้ายกัน หมายถึงสายพันธุ์ที่มีลักษณะต่าง ๆ คล้ายๆ กันยกเว้นลักษณะที่ถ่ายทอดโดยการผสมกลับ

สายพันธุ์สังเคราะห์( Synthetic line population )

หมายถึงพันธุ์ที่ได้มาจากนำสายพันธุ์แท้ มาคลุกรวมกัน เพื่อใช้เป็นพันธุ์ปลูก
ข้อด้อย ลูกทีมีการแข่งขันต่ำในชั่วหลังๆ จะสูญหายไป จึงต้องเปลี่ยนพันธุ์ใหม่ทุกครั้งที่ปลูก
แบ่งออกเป็น ๒ ประเภท
๑.สายพันธุ์แท้คลุก นำสายพันธุ์เดี่ยวมาคลุกกัน
๒.สายพันธุ์แท้คละ ได้จากโครงการปรับปรุงพันธุ์

ข้อมูลงานวิจัย
๑.สายพันธุ์สังเคราะห์ที่ได้จากการรวบรวมสายพันธุ์ จากประชากรที่มีการกระจายพันธุ์ของคู่ผสมที่ดี ให้ผลดีกว่าพันธุ์แท้คลุก ที่มาจากพันธุ์ปลูก

๒.ผลผลิตของพันธุ์แท้คลุกทั่วไป จะเท่ากับค่าเฉลี่ยของสายพันธุ์ทั้งหมดเมื่อปลูกแยกกัน
๓.ผลผลิตของสายพันธุ์สังเคราะห์ ไม่ได้ขึ้นอยู่กับจำนวนสายพันธุ์ที่ใช้ แต่ขึ้นอยู่กับการเข้ากันได้ดีของสายพันธุ์ที่อยู่รวมกัน

๔.ข้อได้เปรียบสายพันธุ์สังเคราะห์ ไม่ได้อยู่ที่ผลผลิต แต่มีแง่ดีในการต้านทานโรค ต้านทานการหักล้ม เสถียรของผลผลิต และข้อกำหนดทางคุณภาพบางอย่าง

วิธีเก็บรวมเป็นวิธีที่ดีที่สุด ในการสร้างสายพันธุ์แท้คละ เพราะสามารถทำได้ทันทีในโครงการปรับปรุงพันธุ์ตามปกติ เป็นวิธึที่ให้สมดุลของสายพันธุ์ดีที่สุด เพราะทุกสายพันธุ์ภายในประชากรผ่านการอยู่ร่วมกัน และถูกคัดเลือกโดยธรรมชาติมาแล้วอย่างเป็นขั้นตอน