BIOTECHNOLOGICKÉ POSTUPY VE ŠLECHTĚNÍ CIBULE KUCHYŇSKÉ
BONUS: Biotechnologické postupy ve šlechtění cibule kuchyňské

Cibule kuchyňská (Allium cepa) je jednou z celosvětově nejoblíbenějších zelenin. V České republice je cibule tradiční součástí české kuchyně; kromě rajčat se totiž jedná o jedinou zeleninu, u které roční spotřeba překračuje 12 kg na osobu. U nás pěstujeme především dlouhodenní odrůdy, podstatně méně i odrůdy krátkodenní (ozimou cibuli), cibuli šalotku (A. ascalonicum) nebo cibuli zimní (A. fistulosum).

Šlechtění cibule v České republice

Z důvodu velké obliby cibule kuchyňské (Allium cepa, dále také cibule) je jejímu šlechtění věnována náležitá pozornost jak ve světě, tak i u nás. V tuzemsku bylo již vyšlechtěno a registrováno více než 20 odrůd cibule. Pokud započítáme i zahraniční kultivary, v současnosti je v České republice registrováno 46 odrůd. Tyto odrůdy jsou doporučené pro pěstování v našich klimatických podmínkách. Pokud ale zahrneme i registrované odrůdy z tzv. Společného katalogu EU, dostaneme úctyhodné číslo 978 odrůd. Šlechtitelé se zaměřují především na vysoký výnos, ranost, odolnost k chorobám a škůdcům, na délku dne (tzv. fotoperiodu) či delší skladovatelnost. V souvislosti se změnami klimatu je v posledních letech dáván větší důraz i na odolnost k suchu a vysokým teplotám. Z hlediska spotřebitele jsou důležitými vlastnostmi také tvar, barva a obsah silic (sirných sloučenin), které propůjčují cibuli typickou vůni a štiplavou chuť.
Šlechtitelé vytvářejí nové odrůdy pomocí hybridního a populačního selekčního šlechtění. Hybridní šlechtění má díky tzv. heteróznímu efektu velmi pozitivní vliv na znaky jako jsou výnos, životnost a odolnost rostlin. Nevýhodou je velmi zdlouhavé a komplikované získávání nových rodičovských linií pro tvorbu hybridů. Proto je snaha ve spolupráci s výzkumníky celý proces šlechtění zrychlit a zefektivnit, a to i s pomocí novějších postupů z oblasti rostlinných biotechnologií. Jeden z nich si popíšeme v tomto textu.

I když je rod Allium poměrně obsáhlý - v současnosti čítá 1063 druhů - jen zlomek je využíván pro potravinářské účely. V Evropě jsou z tohoto hlediska významnější jen některé druhy, např. česnek kuchyňský (A. sativum), pór zahradní (A. porrum), pažitka pobřežní (A. schoenoprasum), cibule šalotka (A. ascalonicum), c. zimní (A. fistulosum), c. prorůstavá (A. × proliferum) a samozřejmě ten nejvýznamnější - cibule kuchyňská (A. cepa).
Za pravlast cibule kuchyňské je pokládáno území rozprostírající se zhruba mezi Středozemním mořem a Pákistánem. Jedna z prvních doložených zmínek o jejím pěstování pochází z Egypta z doby před cca 4500 lety. Předpokládá se, že do Evropy byla přivezena již Římany.
Úskalí klasického šlechtění cibule

Jedním z problémů při šlechtění odrůd nebo rodičovských linií hybridů cibule může být totiž skokové snížení výnosu, vitality a odolnosti k chorobám, které je patrné zejména v počáteční fázi šlechtění.
Tento jev se odborně nazývá inbrední deprese a je logickým důsledkem příbuzenské plemenitby. Ta je ale nezbytnou součástí procesu šlechtění rostlin. Toto se dá do značné míry obejít tím, že během šlechtění se průběžně v každé generaci vybírají jen ty nejodolnější a nejvýkonnější jedinci. Dalším úskalím klasického šlechtění je zbytková nevyrovnanost u výsledných odrůd, která se může na první pohled projevit mezi rostlinami určité odrůdy např. nestejnou barvou nebo tvarem cibule. Aby však mohly odrůdy poskytovat vyrovnané porosty i produkt, měly by být i tyto odrůdy, resp. všechny rodičovské komponenty hybridů, vyrovnané (uniformní), tudíž po genetické stránce naprosto ustálené. K tomu by mohlo napomoci i zařazení novějších šlechtitelských postupů.

Biotechnologie ve šlechtění cibule

K podstatnému zrychlení tvorby odrůdy a zároveň pro získání 100% genetické vyrovnanosti jde u cibule využít principů tzv. partenogeneze.
Ta je založena na tvorbě zárodků (embryí) a následně rostlin bez opylení, z neoplozeného vajíčka ve sterilním prostředí in vitro na živném kultivačním médiu. Úspěšný růst a vývoj zárodku je zcela závislý na podmínkách pěstování (složení živné půdy, teplotě, délce a intenzitě osvětlení apod.). Geneticky zcela ustálené (tj. 100% homozygotní) rostliny touto cestou získáme už během jedné vegetační sezony, zatímco „klasickými“ postupy tento proces trvá i více než 6-8 let. První úspěšné experimenty s partenogenezí u cibule byly zveřejněny na přelomu 80. a 90. let minulého století v Itálii. Později se výzkum rozvíjel zejména v USA, Turecku, Indii a ve Španělsku. Pro rutinní použití ve šlechtění byla metoda prvně rozpracována v USA.

Zavádění biotechnologií u cibule v ČR

Přestože v České republice zatím tento postup ve šlechtění cibule využíván není, v posledních několika letech byla pro jeho zavedení u nás zahájena spolupráce šlechtitelů a výzkumníků. První pokusy byly zaměřeny zejména na výzkum různých variant pěstování mateřských rostlin, odběru explantátů a jejich převedení do sterilních podmínek in vitro, na složení živných médií a podmínky pěstování in vitro. Již tyto první experimenty přinesly slibné výsledky. Byly získány první rostliny schopné růstu ve skleníkových i v polních podmínkách. Pokusy nadále pokračují, v současnosti je rozpracováno několik nadějných variant postupu.
Získání rostlin cibule z neoplozených vajíček

Nejprve na poli, ve skleníku nebo ve speciální pěstební komoře (s řízeným režimem teploty, délky a intenzity světla) pěstujeme mateřské rostliny cibule až do fáze kvetení. Jakmile je v květenství (palici) rozvitá cca 1/3 květů, celé květenství odřízneme i se stopkou, která pak slouží jako „držadlo“ při manipulaci s květenstvím v dalších fázích postupu. Květenství přeneseme do sterilního laminárního boxu (tzv. flowboxu), kde proběhne dvoufázová povrchová sterilizace vodným roztokem etanolu, resp. roztokem komerčního bělidla na bázi chlóru. Po důkladném a opakovaném oplachu květenství sterilní destilovanou vodou z květenství odebíráme jednotlivá poupata i s květní stopkou a nasazujeme je na speciální živné médium, zpevněné agarem. Toto médium v kombinaci s optimální teplotou, intenzitou světla a délkou kultivace zajistí počáteční vývoj embryí v neoplozených vajíčkách. Optimální teplota je ve většině případů obvykle 25 °C, rozhodující je ale délka „pobytu“ poupat na tomto médiu. U různých genotypů se obvykle testuje nejvhodnější doba z rozmezí 7-12 dní. Během této doby poupata stihnou rozkvést, květy odkvést a vytvořit semeník s neoplozenými vajíčky. Následuje přenesení odkvetlých květů na další typ kultivačního média, na kterém dochází k postupnému vývoji a růstu zárodků v semenících. Po cca 15-20 dnech na tomto médiu pozorujeme růst rostlin nebo jen neorganizovaného rostlinného pletiva (tzv. kalusu) z báze odkvetlých květů. Po genetické stránce jde ale o klony mateřské rostliny s rozmanitou kombinací alel jednotlivých genů. Pro nás zásadní je ale druhý typ regenerace, který nastává později, až cca od 30.-40. dne kultivace na druhém typu média. V této době dochází k prasknutí horní části semeníku a prorůstání zárodků, které pocházejí z neoplozených vajíček. Tyto zárodky s typickým podkovovitým nebo esovitým tvarem pak opatrně vyjmeme a přemístíme na čerstvé médium. Zde postupně zesílí až do fáze rostlinek s několika pravými listy a s dobře vyvinutými kořeny, což obvykle trvá dalších několik týdnů. Takové rostliny vyjmeme z kultivačních nádob, zbytky živného média opatrně omyjeme pod tekoucí vodou a před jejich vysázením do zahradnického substrátu aplikujeme chemickou látku pro zdvojení chromozomové sádky. Rostliny pocházející z neoplozeného vajíčka mají totiž jen poloviční počet chromozomů ve srovnání s rostlinami vypěstovanými ze semen. O zakořeněné a otužené rostliny (tzv. dihaploidy), které jsou geneticky zcela uniformní, pak pečujeme jako o běžný výsev cibule.
Cesta do pravěku
Cesta do pravěku
Cesta do pravěku
Cesta do pravěku
Cesta do pravěku
Popisy k obrázkům

Obr. 1. Květenství cibule kuchyňské
Obr. 2. Odrůdy cibule kuchyňské se liší mj. tvarem, barvou a velikostí
Obr. 3. Povrchová sterilizace květenství cibule roztokem na bázi chlóru v laminárním boxu
Obr. 4. Poupata po nasazení na první typ média (A1)
Obr. 5.
Detail poupat na médiu A1 na počátku kvetení
Obr. 6. Plně rozkvetlé květy 4. den na médiu A1
Obr. 7. Odkvetlé květy po přenesení na druhý typ média (R1)
Obr. 8. Regenerace rostlinky z báze semeníku (nežádoucí typ regenerace)
Obr. 9. Různé varianty regenerace z báze semeníku (regenerace rostlin, kalusu nebo kombinace)
Obr. 10. Počátek prorůstání zárodků (embryí) horní částí pootevřeného semeníku 38. den od založení kultury (embrya označena šipkami)
Obr. 11. Typický podkovovitý tvar embrya 43. den od založení kultury
Obr. 12. Vyrůstání embrya ze semeníku - vhodná fáze pro jeho přenesení na čerstvé R1 médium
Obr. 13. Rostliny s 2-3 pravými listy a s vyvinutým kořenovým systémem
Obr. 14. Partenogenetické rostliny cibule ve skleníku šlechtitelů
Obr. 15. Detail květenství rostliny cibule regenerované v in vitro podmínkách
Výsledek vznikl za podpory Ministerstva zemědělství, institucionální podpora MZE-RO0423.

Autor:
Ing. Miroslav Klíma, Ph.D.

Laboratoř biologie stresu a biotechnologie ve šlechtění, Výzkumný ústav rostlinné výroby; klima@vurv.cz

Foto: (1) Zdeňka Navrátilová; (2-15) Miroslav Klíma

Celý článek ke stažení v pdf zde:
Klíma, NB 2023/2

Další zajímavé informace z vědeckého výzkumu si přečtete v tištěné či e-verzi časopisu Nová Botanika 2023/2.

Objevujte praktické zajímavosti z výzkumu rostlin

s časopisem Nová Botanika

Předplatné

PŘEDPLATNÉ I JEDNOTLIVÁ ČÍSLA V TIŠTĚNÉ I ELEKTRONICKÉ VERZI MŮŽETE OBJEDNÁVAT:

• on-line na e-shopu MujSvetRostlin.eu
• e-mailem na adrese redakce
redakce@novabotanika.eu nebo predplatne@novabotanika.eu a objednavky@mujsvetrostlin.eu
• v síti vybraných distributorů