Zaadloze groenten en fruit

Achtergrond

De vruchten die worden gekweekt, verkocht en gegeten, zijn in wezen de gerijpte eierstok van een plant. In het wild verspreiden vruchtdragende planten hun zaden door hun rijpe vruchten op de grond te laten vallen of door te worden opgegeten door dieren, die de zaden vervolgens uitscheiden. De smakelijke vrucht is slechts het mechanisme waarmee de plant zijn zaden doorgeeft. Maar vanuit het oogpunt van de menselijke consument kunnen de zaden hinderlijk zijn. Het uitspugen van harde, bittere zaden vermindert bijvoorbeeld het plezier van het eten van druiven. Als gevolg hiervan hebben tuinders pitloze variëteiten van populaire groenten en fruit ontwikkeld. Pitloze variëteiten vormen meer dan de helft van de Amerikaanse druivenmarkt, de pitloze navelsinaasappel is een steunpilaar van de sinaasappelindustrie en de pitloze watermeloen werd steeds populairder sinds de introductie in de jaren negentig. Zaadloze groenten en fruit worden geproduceerd door nauwgezette kruisingen en het kan tientallen jaren duren om een ​​nieuwe soort commercieel levensvatbaar te maken.

Geschiedenis

Het zorgvuldig kweken van planten om de gewenste resultaten op te leveren, zoals kleine zaden of grotere vruchten, is gedaan sinds het begin van de landbouw. De wetenschappelijke onderbouwing van plantenveredeling begon halverwege de negentiende eeuw te begrijpen met het werk van Gregor Mendel. In 1856 publiceerde Mendel, de vader van de genetica, als eerste zijn bevindingen over de statistische wetten die de overdracht van planteigenschappen tussen generaties regelen. Mendel bestudeerde hoe specifieke eigenschappen van de erwtenplanten in zijn tuin werden doorgegeven aan volgende generaties, en formuleerde het idee van een soort eenheid binnen planten die verantwoordelijk was voor erfelijkheid. Zijn werk lag enige tijd braak, maar werd in het begin van de twintigste eeuw snel uitgebreid. Tegen het midden van de twintigste eeuw hadden onderzoekers vastgesteld dat overerving wordt overgedragen door genen, die chemische informatie uitdrukken, wat resulteert in karakteristieke eigenschappen. Voor pitloze vruchten is het belangrijk om meer te weten over de details van genetische overdracht. Genen in planten en dieren worden meestal in paren ingezet, een allel genoemd. Eén gen in het allel is meestal dominant en het andere recessief. Dit betekent dat doorgaans slechts één eigenschap tot expressie wordt gebracht in de biologische samenstelling van het organisme, hoewel er nog steeds een tweede gen voor die eigenschap is. Dit is belangrijk omdat elke cel in een organisme een volledige genetische kaart van zichzelf, de chromosomen, in zijn kern draagt. Wanneer een cel zich deelt, verdubbelen de chromosomen en gaat er een kopie naar de nieuwe cel. De uitzondering zijn de geslachtscellen, de eicel en het sperma. Deze cellen dragen slechts de helft van het genetische materiaal, dat is één chromosoom, of de helft van elk genenpaar. Wanneer de eicel en het sperma elkaar ontmoeten, recombineren de genenparen, en het nieuwe individu dat door seksuele reproductie is gecreëerd, heeft een nieuwe volledige set genetisch materiaal, waarvan de helft van elke ouder wordt geërfd. In de traditionele plantenveredeling probeert de tuinder een eigenschap te optimaliseren door planten die beide bijvoorbeeld kleine zaden hebben samen te kweken. Als de nieuwe generatie planten het kleinzaadgen van beide ouders heeft geërfd, zou het ook kleine zaden moeten hebben en deze eigenschap op zijn beurt aan zijn nakomelingen kunnen doorgeven. Veel factoren bemoeilijken het beeld, zodat in reële omstandigheden slechts een klein percentage van de nakomelingen de gewenste eigenschap kan vertonen.

Pitloze sinaasappels en pitloze druiven zijn het resultaat van de teelt van natuurlijk voorkomende pitloze planten. De navelsinaasappel stamt af van een pitloze sinaasappelboom die in de negentiende eeuw op een plantage in Brazilië werd gevonden. Deze boom was een mutatie, dat wil zeggen, iets in zijn genetisch materiaal was spontaan veranderd, resulterend in deze unieke plant. Sinaasappeltelers vermeerderden nieuwe bomen van de oorspronkelijke navel, zodat alle navelsinaasappelen die tegenwoordig op de markt verkrijgbaar zijn, afstammen van die Braziliaanse boom. De gewone groene pitloze druiven uit de supermarkt stammen af ​​van een Europese pitloze druivensoort die waarschijnlijk is ontstaan ​​tussen de Zwarte Zee en de Kaukasus. Druiventelers verspreiden dit ras over de hele wereld en dezelfde soort bestaat onder veel verschillende namen. Het wordt al sinds 1872 in de Verenigde Staten verbouwd onder de naam Thompson. Andere pitloze druivensoorten, zelfs rode en zwarte druivensoorten, stammen ook af van de Thompson. De Thompson heeft een genetische afwijking die ervoor zorgt dat de zaden de ontwikkeling stoppen. Hoewel de bloem wordt bestoven en de eicel wordt bevrucht, stoppen de zaden na een paar weken met groeien. De druif is dus niet geheel pitloos; in plaats daarvan worden de zaden afgebroken en bestaan ​​​​ze als kleine stippen in de vrucht. Commerciële kwekers behandelen de planten met een groeihormoon, gibberilline genaamd, dat normaal gesproken wordt uitgescheiden door het ontwikkelen van zaden. De bloemen worden ondergedompeld of besproeid met het hormoon zodat de druiven ondanks de vastgehouden zaden groot en sappig worden.

Pitloze watermeloenen begonnen in de jaren negentig een grote verkoper te worden op de markten in de Verenigde Staten. Naast het gemak van weinig of geen harde zwarte zaden bij het consumeren van het fruit, heeft de nieuwe variëteit een harde schaal, waardoor deze gemakkelijk te verzenden is en langer houdbaar is. Pitloze watermeloenen zijn steriel, dat wil zeggen pitloos, omdat ze drie sets chromosomen hebben. Deze aandoening wordt triploïde genoemd. Standaard watermeloenen, zoals Thompson-druiven en de meeste andere organismen, hebben twee sets chromosomen en worden diploïde genoemd. Om triploïde watermeloenen te produceren, wordt een diploïde ouder bestoven door tetraploïde watermeloen, die vier chromosomen heeft. Tijdens seksuele reproductie erft het nieuwe organisme de helft van het genetische materiaal van elke ouder. Als gevolg hiervan krijgt de nieuwe watermeloen één chromosoom van de diploïde ouder en twee van de tetraploïde, waardoor het triploïde wordt. De triploïde hybride is vrijwel pitloos. Het produceert heel weinig zaden en deze kunnen worden geplant om nieuwe watermeloenen te laten groeien. Maar de nieuwe planten moeten worden bestoven met standaard diploïde watermeloenen om fruit te produceren.

Onderzoek &ontwikkeling

De ontwikkeling van een nieuwe soort pitloze groenten of fruit is een moeizaam proces. Onderzoek wordt meestal uitgevoerd door tuinders die werken in een landbouwontwikkelingslaboratorium of een onderzoeksstation van de overheid, waar ze jaren aan het werk kunnen besteden. Een onderzoeker bestudeert duizenden zaailingen om er een te vinden met de gewenste eigenschappen. Bij het zoeken naar een pitloos ras moet ook met andere factoren rekening worden gehouden. De pitloze vrucht zal niet commercieel levensvatbaar zijn als hij geen goede smaak heeft, als hij vatbaar is voor ziekten, als hij misvormd is, enz. De vrucht moet zo goed zijn als gezaaide variëteiten, met pitloos als bijkomend voordeel. Dus de onderzoeker kweekt waarschijnlijke planten, bestudeert de nakomelingen en kweekt deze met andere waarschijnlijke planten. De ontwikkelaar van de Flame Seedless, een rode pitloze druif, experimenteerde tijdens de zoektocht met meer dan 100.000 zaailingen. De plant die de Vlam produceerde was een kruising van vijf verschillende variëteiten.

Het traditionele proces voor het kweken van pitloos fruit was om een ​​vrouwelijke plant met zaadjes te kruisen met een zaadloze mannelijke plant. De nakomelingen waren ongeveer 15% van de tijd zaadloos. Van deze 15% zou dan een volgende generatie kunnen worden geproduceerd. Vanaf de jaren tachtig vonden tuinders manieren om het proces te versnellen door het weefsel van zaadloze planten te kweken. Bij druiven worden de afgebroken zaden van de pitloze soort gekweekt in een petrischaaltje of reageerbuis. Vervolgens kunnen deze zaadloze soorten worden gekruist met andere zaadloze soorten, wat resulteert in nakomelingen die 50-100% zaadloos zijn. Deze techniek is met groot succes toegepast bij druiven, waardoor de tijd die nodig is om een ​​nieuwe pitloze variëteit op de markt te brengen, wordt versneld. Bij watermeloenen wordt het ontkiemende uiteinde van een pitloze plant in een petrischaaltje geplaatst dat gevuld is met groeiregulatoren en voedingsstoffen, en het ene uiteinde zal maar liefst 15 kloonplanten laten ontkiemen. Deze techniek is ook gebruikt om pitloze tomaten te produceren.

Teelt

Opschalen

• 1 Nadat een nieuwe soort is ontwikkeld, geven commerciële zaadtelers een licentie voor de voorraad en De tweede wet van Mendel. beginnen met het produceren van genoeg zaad op een schaal die groot genoeg is om aan boeren te verkopen. Het volgende proces is voor pitloze watermeloenen. De commerciële zaadteler verkrijgt zaad of zaailingen van de ontwikkelaar en plant deze in een isolatieveld. Dit zijn de tetraploïde (vier chromosomale) planten. Het isolatieveld moet drie mijl verwijderd zijn van elk ander watermeloenveld, zodat bijen de zaadloze planten niet met andere variëteiten bestuiven. Of het isolatieveld kan omgeven zijn door een andere plant, zoals maïs. Het isolatieveld is typisch één tot vijf acres. De teler onderhoudt de planten zorgvuldig en behandelt ze waarschijnlijk met een groeihormoon. Bijen bestuiven de planten, die mogelijk honderden kilo's voorraadzaad produceren. Vervolgens wordt dit stamzaad geplant in een zaadproductieveld samen met een verscheidenheid aan reguliere diploïde watermeloenen. Als de planten bloeien, bestuiven de telers ze met de hand. Stuifmeel van de mannelijke diploïde plant wordt overgebracht naar de vrouwelijke tetraploïde bloem. De vrucht die ontstaat heeft triploïde zaden. Deze zaden worden verkocht aan boeren.

Ontkieming

• 2 Omdat de triploïde planten over het algemeen kwetsbaar zijn en gemakkelijk kunnen worden gedood door onjuiste temperaturen, worden ze meestal in een kas ontkiemd en als zaailingen naar het veld overgebracht. Triploïde zaden hebben ook een ongewoon dikke laag, dus de boer kan het ronde uiteinde van het zaadje inkerven voordat het wordt geplant, om de kieming te versnellen. De boer begraaft de zaden in lichte potgrond en voegt een beetje water toe. De kas moet dan op ongeveer 29°C worden gehouden. Nadat de meeste zaden zijn ontkiemd, wordt de temperatuur verlaagd tot tussen 70-80 ° F (21-27 ° C).

In het veld

• 3 Als de zaailingen drie tot vier weken oud zijn en twee of drie bladeren hebben ontwikkeld, verplant de boer ze naar het veld. De boer moet ook een standaard diploïde watermeloen in het veld planten, één rij voor elke twee of drie triploïde. Deze kunnen eerder direct in het veld zijn gezaaid of tegelijkertijd zijn getransplanteerd. De diploïde variëteit wordt gekozen om tegelijkertijd of eerder te rijpen dan de triploïde. Om verwarring bij de oogst te voorkomen, moet de diploïde ook een andere schilkleur hebben dan de triploïde, zodat het duidelijk is welke pitloos is. Beide soorten groeien en rijpen, en bijen bestuiven de bloemen. De triploïde planten produceren pitloze watermeloenen. Deze worden geoogst en verkocht. Om volgend jaar meer triploïde watermeloenen te kweken, moet de boer opnieuw beginnen met nieuw zaad.

De Toekomst

Door het succes van geavanceerde weefselkweekmethoden neemt de tijd die nodig is om pitloze groenten en fruit te ontwikkelen af. Dit betekent dat tuinders variëteiten kunnen plannen om specifieke gaten in de markt op te vullen, zoals een pitloze zwarte druif die rijpt in augustus, wanneer er maar weinig zwarte druiven beschikbaar zijn. Een andere techniek die de productie van pitloze variëteiten kan versnellen, is genoverdracht. Biologen kunnen een nieuw gen samensmelten in een fruitplant die de plant vertelt om een ​​groeihormoon te produceren. Het groeihormoon stimuleert de groei van de vrucht, zelfs zonder bestuiving. De niet bestoven planten produceren geen zaden. Eind jaren negentig werd deze methode met succes toegepast op tomaten en watermeloenen. Dit soort biotechnologie is een van de snelst groeiende gebieden van de plantenwetenschap. Dus de toekomst kan veel meer pitloze groente- en fruitrassen opleveren, zonder de lange test- en ontwikkeltijd die in het verleden nodig was.