Hvordan inkludere frøavlsegenskapene ved foredling av nye gras- og kløversorter How to include seed yielding ability in the breeding of new varieties of grass and clovers Kristin Daugstad Planteforsk Løken forskingsstasjon 2940 Heggenes, Norge The Norwegian Crop Research Institute, Løken Research Station 2940 Heggenes, Norway Trygve Sveen Aamlid Planteforsk Apelsvoll forskingssenter avd. Landvik 4886 Grimstad, Norge The Norwegian Crop Research Institute, Apelsvoll Research Centre Division Landvik 4886 Grimstad, Norway SAMMENDRAG Nye gras- og kløversorter har dårligere frøavlsegenskaper enn de eldre. Alt prebasisfrø blir nå produsert fra foredlerfrø, og vi får ingen forbedring av frøavlsegenskapene som tidligere ved at prebasisfrø blir produsert fra prebasisfrø. Dette betyr at frøavlsegenskapene må bli en del av foredlingsprogrammene. Siden 1995 har lovende nye sorter eller kandivarer blitt testet for frøavlsegenskaper omtrent samtidig som de er i offisiell verdiprøving. Fra i år (2002) starter vi å teste kandivarene på et tidligere stadium, samtidig med at de blir lagt ut i interntest. Senere vil de mest lovende kandivarene testes grundigere. Et forsøk med seleksjon for frøavlsegenskaper i tetraploid rødkløver, der en populasjon har blitt selektert i to omganger, viser liten eller ingen økning i frøavling, mens frøavling fra 100 tilfeldige hoder viser en økning. Parallelt med frøtesten ble det lagt ut avlingsforsøk. Det er for tidlig å si om det har skjedd en endring i avlingsmengde pga seleksjonen for frøavling. I 2000 ble prosjektet Bedre frøavlsegenskaper hos nye norske grassorter startet. Det skal blant annet se på forholdet mellom frøavling på enkeltplanter og frøavling på avkommet til disse enkeltplantene, ved parkryssing og i åpen blomstring. Resultatene hittil viser at det er stor variasjon i frøavling og frøavlskomponentene på enkeltplanter. Dersom dette henger sammen med frøavlingen til avkommet kan vi velge ut planter med gode frøavlsegenskaper på et svært tidlig stadium i foredlingsprogrammet. ABSTRACT New varieties of grass and clover does not have as good seed yield ability as older varieties. The prebasic seed must now be produced from breeder seed. Earlier the prebasic seed was produced from prebasic seed in several generations, and the seed yielding ability got automatically improved. To day we look at seed yield as one of the selection criteria in our breeding program.
Since 1995 promising new candivares has been tested for seed yielding ability parallel to the official forage- or turftesting. From year 2002 we have started with a preliminary seed yield test at the same time as the candivares are tested for dry matter yield or turf quality. In tetraploid redclover a population has been selected for increased seed yield in two generations. The results from the first year seed trial indicates no increase in seed yield, but the seed yield from 100 random seed heads shows an increase. The selected populations are also tested for dry matter yield. We can still not see if the forage yield has decreased because of the selection for seed yield. The project Increased seed production capacity in perennial grasses started in 2000. One part of the project is to evaluate crossing systems in the breeding program to test if we can select for seed yield on single plants. The results indicates that there is variation in seed yield components on single plants. Another part of the project is genetic mapping and identification of markers in meadow fescue. This will hopefully develop new selection methods in turf- and forage-breeding. Key words: plantbreeding, seedyield, forage, turf, clover, grass HVORFOR LEGGE VEKT PÅ FRØAVLSEGENSKAPENE VED FOREDLING AV NYE SORTER Mesteparten av de eldre norske gras- sortene er utvalgte populasjoner som har blitt vedlikeholdt ved å dyrke prebasisfrø fra prebasisfrø (frøbaserte eliter) gjennom flere generasjoner. I enkelte tilfeller kan dette dreie seg om 30 år og mer. Denne måten å vedlikeholde sorten på vil fremme frøavlsegenskapene, ved at de genotypene som setter mest frø vil bidra mest til den neste generasjonen. I dag skal alt prebasisfrø bli produsert fra det samme partiet med foredlerfrø. Dette er nødvendig for å oppfylle kravet fra International Plant Breeders Agreement (UPOV) om stabilitet ved oppformering. Noen naturlig seleksjon for større frøavling vil dermed ikke skje. Nye sorter av gras og kløver er oftest såkalte syntetiske populasjoner. Disse sortene har blitt satt sammen utfra ønsket om å få bedre kvalitet og årviss avling for fôrvekster, og god plenkvalitet for gras til grøntanlegg. Frøavlsegenskapene har det blitt lagt mindre vekt på. Det er altså to årsaker til at vi må legge mer vekt på frøavlsegenskapene ved foredling av nye sorter, både at de nye sortene er utviklet på en måte som ikke fremmer frøavling, og at de blir oppformert på en måte som ikke fremmer frøavling. Masseseleksjon ULIKE FOREDLINGSMETODER Masseseleksjon er den eldste formen for planteforedling. Naturlig seleksjon er den formen som er minst påvirket av mennesker. Senere tok bønder vare på de beste plantene, enten som enkeltplanter eller helst i form av frø, og forbedret på denne måten avlingspotensialet. På denne måten fikk vi mange lokale populasjoner eller landraser, som var tilpasset ulike driftsformer og klimaforhold. Mange av de gamle sortene har sitt opphav fra slike populasjoner. Kryssing og avkomstesting Avkomstesting er den mest effektive metoden for å bedømme avlsverdien av de ulike individene i en populasjon. Det er utviklet flere krysse-systemer for avkomstesting. De mest brukte systemene innen praktisk foredling er polycross og parkryssing. Ved polycross blir
foreldrene plantet i felt i et system som gir alle lik mulighet til å krysse seg med alle. Hver plante blir høstet for seg. Ved parkryssing blir to planter satt i pollentette (eller insekttette for kløver) rom eller poser, og frøet fra begge planter blir høstet sams. Avkomstesten blir den samme for begge systemene. Hver kryssing eller familie blir sådd for seg og testet under de forhold som er aktuelle for arten. Med grunnlag i testen velger vi ut foreldreplanter med høy avlsverdi og setter dem sammen til syntetiske populasjoner. Figur 1 illustrerer de ulike stegene i sortsutviklingen. Utvalg av foreldreplanter, kryssing og avkomstesting tar fra 6 til 8 år. Testresultatet danner grunnlaget for utvalg av de beste foreldreplantene. Det tar fra 3 til 4 år til du har syn 2 frø av de nye sortene. Interntestingen av kandivarene varer minimum i 4 år og de beste går videre til offisiell testing i 5 til 8 år. Det kan altså ta 10 til 15 år fra du har satt sammen den nye sorten til den kan søkes godkjent. Variety Official testing 5-8 years Internal testing of candivares Selection and crossing of synthetic population 4 years 3-4 years Crossing and progeny testing 6-8 years Figur 1 Ulike steg i sortsutviklingen fra kryssing til godkjent sort Figure 1 Different steps in the development of new varieties HVORDAN INKLUDERE FRØAVLSEGENSKAPENE VED FOREDLING AV NYE SORTER Testing for frøavlsegenskaper av potensielle sorter/kandivarer Planteforsk har siden 1995 gjennomført en systematisk prøving av frøavlsegenskapene til alle kandivarer som sendes til verdiprøving. Hundegras, rødsvingel, rødkløver, kvitkløver, engsvingel, strandrør, bladfaks, flerårig raigras og engkvein har blitt testet. Feltene blir anlagt i to påfølgende år på to steder, et sted med innlandsklima (Apelsvoll) og et sted med kystklima (Landvik). Hvert felt frøhøstes i minst to engår. Ulik dyrkingsteknikk kan også tas med i forsøket. I frøårene blir det registrert antall frøstengler, vekt per utreska frøtopp, frøavling og tusenfrøvekt, og det blir tatt spireanalyse. Tabell 1 viser noen av resultatene fra testingen av hundegras 1995-1998 (Havstad et.al. 1999) Forsøket viser at de gamle sortene Apelsvoll og Hattfjelldal gir den største frøavlingen. Begge disse sortene er utviklet fra lokale populasjoner.
Tabell 1 Frøavling i kg per dekar av sorter og kandivarer av hundegras (Dactylis glomerata) (Havstad et.al. 1999) Tabel 1 Seed yield (kg 0,1 ha -1 ) of varieties and candivares of cocksfoot (Dactylis glomerata) (Havstad et.al. 1999) Variety/candivare Mean Apelsvoll (continental) Mean Landvik (cost) Mean all trials VåHu8301 45,5 64,0 55,8 GpHu8813 53,3 60,0 57,0 GpHu8909 54,3 61,1 58,1 GpHu8910 55,2 57,9 56,7 FuHu8901 49,1 68,6 59,9 LøHu8901 58,0 67,4 63,2 KvDg881 63,7 63,4 63,5 Apelsvoll 71,2 75,4 73,5 Hattfjelldal 64,4 69,4 67,2 Sign. *** ns *** LSD 5% 10,4-8,3 Fra i år (2002) har testingen for frøavlsegenskaper blitt noe forandret. En enklere test blir utført på et tidligere stadium i sortsutviklingen (frøtest 1 i figur 2). Samtidig som kandivarene blir testet for fôr-eller plenegenskaper i en interntest blir de også testet for frøavlsegenskaper. Denne frøavlstesten blir kun anlagt på ett sted og det blir gjort et begrensa antall observasjoner. Resultatene fra interntesten og frøtest 1 bestemmer hvilke kandivarer som skal gå videre til offisiell testing. Samtidig med den offisielle testen gjennomgår kandivarene en grundigere frøtest (frøtest 2 i figur 2), der det eventuelt også blir lagt inn ulik dyrkingsteknikk. Utvalg for frøavlsegenskaper i rødkløver-populasjoner Utgangspunktet var en tetraploid foredlingspopulasjon som det ble etablert 1550 planter av i 1995. På grunn av få blomsterhoder eller sein blomstring ble de fleste plantene slått ned ved blomstring mens 155 planter ble frøhøstet. Frøavling, antall modne blomsterhoder per plante, antall blomstrende blomsterhoder, m.m. ble registrert. 16 av disse plantene gikk videre til 2. seleksjonsrunde. Der ble 450 planter etablert i felt, hvorav 115 ble frøhøsta og de samme karakterer registrert som i første seleksjonsrunde. 10 av plantene fra andre seleksjonsrunde ble tatt vare på og satt sammen til en ny populasjon. I 2000 og 2001 ble det lagt ut frøavlsforsøk på Planteforsk Landvik for å måle seleksjonsresponsen. Som kontrollsorter i disse feltene benyttet en Kolpo, som var norsk hovedsort av tetraploid rødkløver på 1990-tallet, og Reipo, som nå har passert DUS-test og som forhåpentlig blir godkjent i løpet av 2002. Parallelt med frøavlsforsøket ble de samme kontrollsortene og seleksjonsmaterialene også sådd i et forsøk på Planteforsk Løken for å se om seleksjonen for frøavling hadde hatt negativ virkning på tørrstoffavling og fôrkvalitet. Foreløpige resultater fra det første frøavlsforsøket på Landvik er vist i tabell 2. Kolpo skiller seg ut med dårligst frøavling, både bedømt fra skurtresking av hele ruta og fra måling av avlinga i 100 tilfeldige plukka frøhoder. To generasjoner seleksjon for frøavling har ikke hatt sikker virkning, men det er tendens til økning i rensa frøavling og antall frø per hode bedømt ut fra 100 tilfeldig plukka frøhoder. Responsen for seleksjonsarbeidet er likevel mindre enn forventa.
Paircross Polycross Progeny testing Selection Synthetic population Selection for DUScharacter s Seed propagation Preliminary test Seed yield test 1 Official test DUS-test Seed yield test 2 Prebasicseed Seed companies Figur 2 Sammenhengen mellom foredlingsprogrammet for gras og kløver, frøavlstest 1 og 2 og offisiell testing. Figure 2 Relationship between the breeding program for grass and clover, seed yiel dtest 1 and 2 and official testing.
Når det gjelder forsøket anlagt på Løken er det for tidlig å si noe om forskjellene i tørrstoffavling etter bare ett engår. Feltet skal høstes i to år til, og vi vil da kunne si om seleksjonen for frøavling har hatt innvirkning på fôravling, varighet eller fôrkvalitet. Tabell 2 Resultater fra frøavlsforsøk høsta på Landvik i 2001 med tetraploide rødkløverpopulasjoner selektert for frøavling Tabel 2 Results from seed yield trial on Landvik 2001 with tetraploid redclover populations selected for seedyield Seed yield Kg/daa Seed yield from 100 random seed heads g Thousand seed weight mg Number of seeds per head calculated Kolpo 48,5 116 2757 42 Reipo 58,8 149 2831 53 Før seleksjon (1988-pop) 62,9 145 2835 51 1.seleksjonsrunde (1996-pop) 59,7 162 2933 55 2.seleksjonsrunde (1998-pop) 62,9 168 2892 58 P % <1 <1 <1 <1 LSD 5% 7,7 21 83 7 CV % 9 9 2 9 Utvalg av enkeltplanter med hensyn på frøavlsegenskaper Prosjektet Bedre frøavlsegenskaper hos nye norske grassorter ble startet i 2000. Formålet er å finne effektive og pålitelige metoder for å foredle for økt frøavling i timotei, engsvingel og rødsvingel (plen). Prosjektet består av to delprosjekter. Delprosjekt I skal se på arvbarhet for frøavlsegenskapene, og følgende hypoteser skal testes 1 Hos engsvingel og rødsvingel vil seleksjon av genotyper med kortere krav til primærinduksjon om høsten gi avkom med flere frøstengler og større frøavling. 2 Hos alle tre arter er det god sammenheng mellom foreldre og avkom for frøavling og avlingskomponenter og seleksjonen for frøavlsegenskapene kan derfor baseres på utvalg av enkeltplanter heller enn avkomstest i sådd bestand. 3 Sammenhengen mellom frøavling hos foreldre og avkom er bedre når foreldreplantene blir krysset i polycross i felt enn når de blir krysset i parkryssinger i isolasjonskammer i veksthus. 4 Vekt, lengde og muligens forholdet vekt/lengde av frøtoppen er et brukbart og tidsbesparende utvalgskriterium ved seleksjon for frøavlsegenskaper hos timotei. Delprosjekt II skal lokalisere gen for blomstrings-krav, frøavling og frøavlskomponenter i engsvingel, og finne markører som kan brukes for å selektere for disse karakterene. Her arbeider vi videre med en krysningsfamilie og et genkart som allerede er utviklet ved Institutt for Kjemi og Bioteknologi, Norges Landbrukshøgskole (Alm, 2001).
Av foreløpige resultater fra delprosjekt I skal jeg nevne registreringene som ble gjort ved frøhøsting av parkryssingene fra isolasjonskammer i veksthus. For enkeltplanter av timotei var det en svært god sammenheng mellom antall frø per frøstengel og frøavling per plante (r= 0,95 figur 3). Frøavlingas sammenheng med antall frøstengler og med gjennomsnittlig topplengde var atskillig dårligere, henholdsvis r=0,32 og r=0,42 (figur 4). Ved parkryssinger er det med andre ord ikke først og fremst antall frøstengler eller størrelsen av frøtoppene som begrenser frøavlinga, men heller utnyttelsen av blomsteranlegga. Med andre ord frøsettingsevnen eller fertiliteten av den bestemte parkombinasjonen i isolasjonskammeret. Frøavling pr plante, g 6.00 5.00 4.00 3.00 2.00 1.00 0.00 R 2 = 0.9026 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Antall frø pr frøstengel Figur 3 Frøavling per plante i forhold til tall frø per frøstengel hos timotei Figure 3 Seed yield and number of seeds per inflorescence in single plants of timothy 6.00 Frøavling pr plante, g 5.00 R 2 = 0.1799 4.00 3.00 2.00 1.00 0.00 0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00 Gjennomsnittslengde pr timoteiaks, cm Figur 4 Frøavling per plante i forhold til gjennomsnittslengde per timoteiaks Figure 4 Seed yield and length of inflorescence in single plants of timothy For engsvingel ble det ikke foretatt noen bestemte lengdemålinger eller andre forsøk på bestemmelse av avlingspotensialet per frøstengel, men også her tyder resultatene på at fertiliteten var den mest begrensende faktor for å oppnå store frøavlinger i isolasjonskamrene. Mellom antall frøstengler og frøavling per plante var det faktisk en svakt negativ sammenheng (r=-0,12), mens det var en klart positiv sammenheng mellom frøavlinga og frø per frøstengel (r=0,88).
For rødsvingel var bildet noe annerledes. Her viste frøavlinga om lag like god sammenheng med antall frøstengler per plante (r=52 figur 5) som med antall frø per frøstengel (r=0,59). I tillegg til fertiliteten av den bestemte parkombinasjonen vil med andre ord antall frøstengler hos de to foreldreplantene ha stor betydning for hvor mye frø som oppnås ved parkryssinger i denne arten. Dette kan igjen ha sammenheng med kravet til primærinduksjon hos de to foreldrene. Frøavling pr plante, mg 7000.0 6000.0 5000.0 4000.0 3000.0 2000.0 1000.0 0.0 R 2 = 0.2765 0 20 40 60 80 100 120 Antall frøstengler pr plante Figur 5 Frøavling per plante i forhold til tall stengler per plante hos rødsvingel Figure 5 Seed yield and number of inflorescences in single plants of red fescue LITTERATUR Alm Vibeke. Komparativ genomanalyse i engsvingel (Festuca pratensis Huds.) :Genetiske koblingskart og QTL analyse av frost- og tørketoleranse. Norges Landbrukshøgskole, Doctor Scientarium Theses 2001:20 Havstad Lars T.,Trygve S. Aamlid, Åge Susort, Anne A. Steensohn og Gunhild Hommen. Frøavlsegenskaper hos nordiske sorter og foredlingslinjer av hundegras (Dactylis glomerata L.) med og uten CCC-sprøyting. Planteforsk rapport 13/99.