تربية النباتات

تأسست شركة غارتونز لتربية النباتات الزراعية في إنجلترا عام 1880، وأصبحت شركة مساهمة عامة عام 1898، على يد جون غارتون، الذي كان من أوائل من قاموا بتسويق أصناف جديدة من المحاصيل الزراعية الناتجة عن التلقيح الخلطي. ^{[ 13 ]} وكان أول منتج قدمته الشركة هوالشوفان الوفير ، وهو نوع من الشوفان . ^{[ 14 ] [ 15 ]} وهو أحد أوائل أنواع الحبوب الزراعية التي تم تهجينها من خلال تهجين مُتحكم فيه ، وتم طرحه في التجارة عام 1892. ^{[ 14 ] [ 15 ]}

في أوائل القرن العشرين، أدرك مُربّو النباتات أن نتائج غريغور مندل حول الطبيعة غير العشوائية للوراثة يُمكن تطبيقها على مجموعات الشتلات الناتجة عن التلقيح المُتعمّد للتنبؤ بترددات الأنواع المختلفة. وقد تمّ تهجين القمح لزيادة إنتاج المحاصيل في إيطاليا خلال ما يُعرف بـ" معركة الحبوب " (1925-1940). وقد شرح جورج هاريسون شول ظاهرة التفوق الهجين، التي تصف ميل نسل تهجين مُحدد إلى التفوق على كلا الأبوين. وقد أدّى اكتشاف فائدة التفوق الهجين في تربية النباتات إلى تطوير سلالات نقية تُظهر ميزة إنتاجية ناتجة عن التفوق الهجين عند تهجينها. وكانت الذرة أول نوع نباتي استُخدم فيه التفوق الهجين على نطاق واسع لإنتاج الهجائن.

طُوِّرت أيضًا أساليب إحصائية لتحليل عمل الجينات وتمييز التباين الوراثي عن التباين الناتج عن البيئة. وفي عام ١٩٣٣، وصف ماركوس مورتون رودز تقنية تهجين مهمة أخرى، وهي العقم الذكري السيتوبلازمي (CMS)، التي طُوِّرت في الذرة . العقم الذكري السيتوبلازمي صفة وراثية من الأم تجعل النبات ينتج حبوب لقاح عقيمة . وهذا يُتيح إنتاج الهجائن دون الحاجة إلى عملية إزالة الأجزاء الذكرية التي تتطلب جهدًا كبيرًا .

أسفرت تقنيات التربية المبكرة هذه عن زيادة كبيرة في المحاصيل في الولايات المتحدة في أوائل القرن العشرين. ولم تُحقق زيادات مماثلة في المحاصيل في أي مكان آخر إلا بعد الحرب العالمية الثانية ، حيث أدت الثورة الخضراء إلى زيادة إنتاج المحاصيل في العالم النامي في ستينيات القرن العشرين.

بعد الحرب العالمية الثانية، تم تطوير عدد من التقنيات التي سمحت لمربي النباتات بتهجين الأنواع المتباعدة وراثيًا، وتحفيز التنوع الجيني بشكل مصطنع.

عند تهجين أنواع متباعدة الصلة، يستخدم مربو النباتات تقنيات زراعة الأنسجة النباتية لإنتاج ذرية من تزاوج غير مثمر. تُنتج الهجائن بين الأنواع والأجناس من تهجين أنواع أو أجناس متقاربة لا تتكاثر جنسيًا فيما بينها عادةً. تُعرف هذه التهجينات بالتهجينات الواسعة . على سبيل المثال، يُعد التريتيكال هجينًا من القمح والجاودار . احتوت خلايا النباتات الناتجة عن الجيل الأول من هذا التهجين على عدد فردي من الكروموسومات ، مما جعلها عقيمة. استُخدم مثبط انقسام الخلايا ، الكولشيسين، لمضاعفة عدد الكروموسومات في الخلية ، وبالتالي السماح بإنتاج سلالة خصبة.

قد يعود فشل إنتاج هجين إلى عدم التوافق قبل أو بعد الإخصاب . إذا كان الإخصاب ممكنًا بين نوعين أو جنسين، فقد يُجهض الجنين الهجين قبل النضج. في هذه الحالة، يمكن أحيانًا إنقاذ الجنين الناتج عن تهجين بين نوعين أو جنسين مختلفين وزراعته لإنتاج نبات كامل. تُعرف هذه الطريقة باسم إنقاذ الجنين . وقد استُخدمت هذه التقنية لإنتاج أرز جديد لأفريقيا ، وهو نتاج تهجين بين نوعين من الأرز: الأرز الآسيوي (Oryza sativa) والأرز الأفريقي (O. glaberrima ).

يمكن أيضاً إنتاج الهجائن بتقنية تُسمى دمج البروتوبلاست . في هذه الحالة، يتم دمج البروتوبلاستات، عادةً في مجال كهربائي. ويمكن تجديد الخلايا المُعاد تركيبها القابلة للحياة في المزارع الخلوية.

تُستخدم المطفرات الكيميائية مثل إيثيل ميثان سلفونات (EMS) وثنائي ميثيل سلفات (DMS)، والإشعاع ، والترانسبوزونات في عملية إحداث الطفرات . وتُعرف هذه العملية بتوليد الطفرات. ويأمل المربي في الحصول على صفات مرغوبة لدمجها مع أصناف أخرى ، وهي عملية تُعرف بتربية الطفرات . كما يُولّد مربو النباتات التقليديون التنوع الجيني داخل النوع الواحد من خلال استغلال عملية تُسمى التباين الجسدي ، والتي تحدث في النباتات المُنتجة من زراعة الأنسجة، وخاصةً النباتات المُشتقة من الكالس . ويمكن أيضًا استخدام التضاعف الصبغي المُستحث ، وإضافة أو إزالة الكروموسومات باستخدام تقنية تُسمى هندسة الكروموسومات .

عندما تُدمج صفة مرغوبة في نوعٍ ما، تُجرى عدة تهجينات مع السلالة الأصلية المرغوبة لجعل النبات الجديد مشابهًا لها قدر الإمكان. بالعودة إلى مثال البازلاء المقاومة للعفن الفطري التي تُهجّن مع بازلاء عالية الإنتاجية ولكنها عرضة للإصابة، لجعل النسل المقاوم للعفن الفطري الناتج عن التهجين أقرب ما يكون إلى السلالة عالية الإنتاجية، يُعاد تهجين النسل مع تلك السلالة الأصلية لعدة أجيال (انظر التهجين العكسي ). تُزيل هذه العملية معظم المساهمة الجينية للسلالة المقاومة للعفن الفطري. لذا، فإن التربية التقليدية عملية دورية.

باستخدام تقنيات التهجين التقليدية، لا يعرف المربي بدقة الجينات التي أُدخلت إلى الأصناف الجديدة. ولذلك، يرى بعض العلماء ضرورة خضوع النباتات المنتجة بهذه الطرق لاختبارات السلامة نفسها التي تخضع لها النباتات المعدلة وراثيًا . وقد سُجلت حالاتٌ كانت فيها نباتاتٌ مُهجنةٌ بتقنيات تقليدية غير صالحة للاستهلاك البشري، فعلى سبيل المثال، ارتفعت نسبة مادة السولانين السامة ، عن غير قصد، إلى مستويات غير مقبولة في بعض أصناف البطاطا نتيجةً للتهجين. وغالبًا ما تُفحص أصناف البطاطا الجديدة للتأكد من مستويات السولانين قبل طرحها في الأسواق.

حتى مع أحدث التقنيات في التربية التقليدية المدعومة بالتكنولوجيا الحيوية ، فإن إدخال سمة معينة يستغرق في المتوسط ​​سبعة أجيال للمحاصيل المتكاثرة خضرياً ، وتسعة أجيال للتلقيح الذاتي ، وسبعة عشر جيلاً للتلقيح الخلطي . ^{[ 16 ] [ 17 ]}

في بعض الأحيان، قد تؤثر جينات متعددة على صفة مرغوبة في تربية النباتات. ويمكن استخدام أدوات مثل المؤشرات الجزيئية أو بصمة الحمض النووي لرسم خرائط آلاف الجينات. وهذا يسمح لمربي النباتات بفحص مجموعات كبيرة من النباتات بحثًا عن تلك التي تمتلك الصفة المطلوبة. ويعتمد الفحص على وجود أو غياب جين معين، كما هو محدد بإجراءات مخبرية، بدلاً من التحديد البصري للصفة الظاهرة في النبات. والغرض من الانتقاء المدعوم بالمؤشرات، أو تحليل جينوم النبات، هو تحديد موقع ووظيفة ( النمط الظاهري ) الجينات المختلفة داخل الجينوم. وإذا تم تحديد جميع الجينات، فإنه يؤدي إلى تحديد تسلسل الجينوم . وتختلف أحجام وأطوال جينومات جميع النباتات، حيث تحتوي على جينات تشفر بروتينات مختلفة، ولكن العديد منها متشابه أيضًا. فإذا تم تحديد موقع ووظيفة جين ما في نوع نباتي، فمن المرجح أن يتم العثور على جين مشابه جدًا في موقع مماثل في جينوم نوع آخر ذي صلة. ^{[ 18 ]}

يمكن إنتاج نباتات متماثلة الجينات ذات صفات مرغوبة من نباتات أولية غير متماثلة الجينات، وذلك بإنتاج خلية أحادية الصيغة الصبغية تحمل أليلات تلك الصفات، ثم استخدامها لإنتاج خلية أحادية الصيغة الصبغية مضاعفة . ستكون الخلية الأحادية الصيغة الصبغية المضاعفة متماثلة الجينات للصفات المرغوبة. علاوة على ذلك، يمكن استخدام نباتين متماثلي الجينات مختلفين، تم إنتاجهما بهذه الطريقة، لإنتاج جيل من نباتات F1 الهجينة التي تتميز بمزايا عدم تماثل الجينات ونطاق أوسع من الصفات الممكنة. وبالتالي، يمكن تحويل نبات فردي غير متماثل الجينات، تم اختياره لخصائصه المرغوبة، إلى صنف غير متماثل الجينات (هجين F1) دون الحاجة إلى التكاثر الخضري، بل نتيجة تهجين سلالتين متماثلتي الجينات/أحاديتي الصيغة الصبغية مضاعفتين مشتقتين من النبات الأصلي المختار. ^{[ 19 ]} وقد أُطلق على هذه الطريقة المختصرة اسم "التربية العكسية". ^{[ 20 ]} يمكن لزراعة أنسجة النبات إنتاج سلالات وأجيال من النباتات أحادية الصيغة الصبغية أو أحادية الصيغة الصبغية المضاعفة. يُقلل هذا من التنوع الجيني المُستمد من نوع النبات بهدف انتقاء الصفات المرغوبة التي تُحسّن من لياقة الأفراد. ويُقلل استخدام هذه الطريقة من الحاجة إلى تهجين أجيال متعددة من النباتات للحصول على جيل متجانس في الصفات المرغوبة، مما يوفر الكثير من الوقت مقارنةً بالطريقة الطبيعية. توجد العديد من تقنيات زراعة الأنسجة النباتية التي يُمكن استخدامها لإنتاج نباتات أحادية المجموعة الكروموسومية، ولكن زراعة الأبواغ الدقيقة تُعدّ حاليًا الأكثر واعدة لإنتاج أكبر عدد منها. ^{[ 18 ]}

تُجرى عملية التعديل الوراثي للنباتات بإضافة جين أو جينات محددة إليها، أو بتعطيل جين باستخدام تقنية التداخل الرناوي (RNAi) ، وذلك لإنتاج نمط ظاهري مرغوب . تُعرف النباتات الناتجة عن إضافة جين باسم النباتات المعدلة وراثيًا. أما إذا استُخدمت جينات من نفس النوع أو من نبات قابل للتهجين تحت سيطرة مُحفزها الأصلي، فتُسمى حينها بالنباتات المتماثلة جينيًا . في بعض الأحيان، يُمكن للتعديل الوراثي إنتاج نبات بالصفة أو الصفات المرغوبة بشكل أسرع من التربية التقليدية، لأن الجزء الأكبر من جينوم النبات لا يتغير.

لتعديل نبات وراثيًا، يجب تصميم بنية جينية بحيث يُعبَّر عن الجين المراد إضافته أو إزالته في النبات. ولتحقيق ذلك، يُستخدم مُحفِّز لتوجيه عملية النسخ ، وتسلسل إنهاء لإيقاف نسخ الجين الجديد، ثم يُدخَل الجين أو الجينات المطلوبة إلى النبات. كما يُستخدم واسم لاختيار النباتات المُعدَّلة وراثيًا. في المختبر ، تُعد مقاومة المضادات الحيوية واسمًا شائع الاستخدام: فالنباتات التي تم تعديلها وراثيًا بنجاح تنمو في بيئات تحتوي على مضادات حيوية، بينما تموت النباتات التي لم يتم تعديلها. في بعض الحالات، تُزال واسمات الاختيار عن طريق التهجين العكسي مع النبات الأصلي قبل طرحه تجاريًا.

يمكن إدخال التركيب الجيني في جينوم النبات عن طريق إعادة التركيب الجيني باستخدام بكتيريا Agrobacterium tumefaciens أو A. rhizogenes ، أو بطرق مباشرة مثل مسدس الجينات أو الحقن المجهري . كما يُعد استخدام الفيروسات النباتية لإدخال التركيبات الجينية في النباتات خيارًا ممكنًا، إلا أن هذه التقنية محدودة بنطاق العائل للفيروس. فعلى سبيل المثال، لا يُصيب فيروس موزاييك القرنبيط (CaMV) سوى القرنبيط والأنواع ذات الصلة. ومن القيود الأخرى للناقلات الفيروسية أن الفيروس لا ينتقل عادةً إلى النسل، لذا يجب تلقيح كل نبتة.

تقتصر غالبية النباتات المعدلة وراثيًا المتوفرة تجاريًا حاليًا على النباتات التي اكتسبت مقاومة للآفات الحشرية ومبيدات الأعشاب . وتتحقق مقاومة الحشرات من خلال إدخال جين من بكتيريا Bacillus thuringiensis (Bt) يُشفّر بروتينًا سامًا لبعض الحشرات. فعلى سبيل المثال، تتغذى دودة اللوز القطنية ، وهي آفة شائعة تصيب القطن، على قطن Bt، فتبتلع السم وتموت. تعمل مبيدات الأعشاب عادةً عن طريق الارتباط ببعض إنزيمات النبات وتثبيط عملها. ^{[ 21 ]} تُعرف الإنزيمات التي يُثبّطها مبيد الأعشاب باسم " الموقع المستهدف " للمبيد. ويمكن هندسة المحاصيل لمقاومة مبيدات الأعشاب عن طريق التعبير عن نسخة من بروتين الموقع المستهدف لا يُثبّطها المبيد. وهذه هي الطريقة المستخدمة لإنتاج محاصيل مقاومة للجليفوسات (" Roundup Ready ").

يمكن للتعديل الوراثي أن يزيد المحاصيل بشكل أكبر من خلال تعزيز تحملها للإجهاد البيئي. تُنقل إشارات الإجهاد، مثل تغيرات درجات الحرارة، إلى النبات عبر سلسلة من جزيئات الإشارة التي تُفعّل عامل نسخ لتنظيم التعبير الجيني . وقد ثبت أن الإفراط في التعبير عن جينات معينة تُشارك في التأقلم مع البرد يُنتج مقاومة أكبر للتجمد، وهو أحد الأسباب الشائعة لانخفاض المحاصيل ^{[ 22 ].}

يُعد التعديل الوراثي للنباتات التي يمكنها إنتاج المستحضرات الصيدلانية (والمواد الكيميائية الصناعية)، والذي يُطلق عليه أحيانًا اسم "الزراعة الصيدلانية "، مجالًا جديدًا جذريًا في تربية النباتات. ^{[ 23 ]}

بلغ الجدل الدائر حول الأغذية المعدلة وراثيًا ذروته في عام 1999 خلال تسعينيات القرن الماضي، من حيث التغطية الإعلامية وإدراك المخاطر، ^{[ 24 ]} ولا يزال مستمرًا حتى اليوم. فعلى سبيل المثال، " انضمت ألمانيا إلى موجة التمرد الأوروبي المتنامية ضد المحاصيل المعدلة وراثيًا بحظرها زراعة صنف من الذرة المقاومة للآفات، والذي يُزرع على نطاق واسع. " ^{[ 25 ]} ويشمل هذا الجدل الأثر البيئي للنباتات المعدلة وراثيًا ، وسلامة الأغذية المعدلة وراثيًا ، والمفاهيم المستخدمة في تقييم السلامة، مثل التكافؤ الجوهري . ولا تُعدّ هذه المخاوف جديدة على مجال تربية النباتات. فمعظم الدول لديها آليات تنظيمية لضمان أن تكون أصناف المحاصيل الجديدة التي تدخل السوق آمنة وتلبي احتياجات المزارعين. ومن الأمثلة على ذلك تسجيل الأصناف، وأنظمة البذور، والتراخيص التنظيمية للنباتات المعدلة وراثيًا، وغيرها.

أدى التهجين الصناعي للنباتات، دون قصد، إلى تغيير كيفية ارتباط الأصناف الزراعية بميكروبيومها. ^{[ 26 ]} ففي الذرة، على سبيل المثال، أدى التهجين إلى تغيير أنواع البكتيريا المسؤولة عن دورة النيتروجين اللازمة لمنطقة الجذور، حيث تستقطب السلالات الحديثة أنواعًا أقل من البكتيريا المثبتة للنيتروجين ، وأنواعًا أكثر من البكتيريا المؤكسدة للنيتروجين والنازعة للنيتروجين . ^{[ 27 ]} وقد أظهرت ميكروبيومات سلالات التهجين أن النباتات الهجينة تشترك في جزء كبير من مجتمعها البكتيري مع آبائها، مثل بذور القرعيات والبكتيريا الداخلية في براعم التفاح. ^{[ 28 ] [ 29 ] [ 30 ]} بالإضافة إلى ذلك، تتناسب المساهمة النسبية للميكروبيوم من الآباء إلى النسل مع كمية المادة الوراثية التي ساهم بها كل من الأبوين أثناء التهجين والتدجين. ^{[ 30 ]}

اعتبارًا من عام 2020أصبح استخدام التعلم الآلي ، وخاصة التعلم الآلي العميق ، أكثر شيوعًا في توصيف الأنماط الظاهرية مؤخرًا . وقد حققت رؤية الحاسوب باستخدام التعلم الآلي تقدمًا ملحوظًا، ويجري تطبيقها حاليًا على توصيف الأنماط الظاهرية للأوراق وغيرها من مهام توصيف الأنماط الظاهرية التي تُجرى عادةً بالعين المجردة. وتُعدّ دراسات باوند وآخرون (2017) وسينغ وآخرون (2016) أمثلة بارزة على التطبيق الناجح المبكر وإثبات جدوى هذه العملية على نطاق واسع عبر أنواع نباتية متعددة . ومن المتوقع أن تُحسّن هذه الأساليب من أدائها مع مجموعات البيانات المفتوحة الكبيرة والمتاحة للعموم . ^{[ 31 ]}

تم تقديم مفهوم التكاثر السريع بواسطة واتسون وآخرون في عام 2018. كما يُمكن إجراء التنميط الظاهري التقليدي (الذي يقوم به الإنسان) أثناء التكاثر السريع، باستخدام إجراء طوره ريتشارد وآخرون في عام 2015. اعتبارًا من عام 2020من المتوقع بشدة أن يؤدي الجمع بين تقنية SB والنمط الظاهري الآلي إلى نتائج محسنة بشكل كبير - انظر §  النمط الظاهري والذكاء الاصطناعي أعلاه. ^{[ 31 ]}

لقد ساهمت منصة التسلسل الجيني من الجيل التالي (NGS) بشكل كبير في تقليل الوقت والتكلفة اللازمين للتسلسل، وسهّلت اكتشاف تعدد أشكال النوكليوتيدات المفردة (SNP) في النباتات النموذجية وغير النموذجية. وقد أدى ذلك بدوره إلى استخدام علامات SNP واسعة النطاق في مناهج الانتقاء الجينومي التي تهدف إلى التنبؤ بالقيم الوراثية للتربية (GEBVs) للأنماط الجينية في مجموعة سكانية معينة. يمكن لهذه الطريقة زيادة دقة الانتقاء وتقليل مدة كل دورة تربية. وقد استُخدمت في محاصيل مختلفة مثل الذرة والقمح، وغيرها. ^{[ 32 ] [ 33 ]}

تشمل التحديات التي تواجه تربية النباتات في المستقبل نقص الأراضي الصالحة للزراعة، وتزايد قسوة ظروف الزراعة، والحاجة إلى الحفاظ على الأمن الغذائي، الذي يتطلب توفير التغذية الكافية لسكان العالم. يجب أن تكون المحاصيل قادرة على النضج في بيئات متعددة لضمان وصولها إلى الأسواق العالمية، وهو ما يستلزم حل مشكلات من بينها تحمل الجفاف. وقد أشير إلى إمكانية تحقيق حلول عالمية من خلال عملية تربية النباتات، لما لها من قدرة على انتقاء جينات محددة تسمح للمحاصيل بالأداء على المستوى المطلوب لتحقيق النتائج المرجوة. ^{[ 45 ]} ومن التحديات التي تواجه الزراعة فقدان السلالات المحلية والأصناف الأخرى التي تتمتع بتنوع جيني قد يحتوي على جينات مفيدة للتكيف مع تغير المناخ في المستقبل. ^{[ 8 ]}

يحدّ التهجين التقليدي عمداً من مرونة النمط الظاهري داخل الأنماط الجينية، ويحد من التباين بينها. ^{[ 44 ]} ولا يسمح هذا التوحيد للمحاصيل بالتكيف مع تغير المناخ وغيره من الضغوط الحيوية وغير الحيوية . ^{[ 8 ]}

تُعدّ حقوق مُربّي النباتات قضيةً هامةً ومثيرةً للجدل. يهيمن مُربّو النباتات التجاريون على إنتاج الأصناف الجديدة، ويسعون لحماية أعمالهم وتحصيل عوائدهم من خلال اتفاقيات وطنية ودولية تستند إلى حقوق الملكية الفكرية . وتتسم القضايا ذات الصلة بالتعقيد. ببساطة، يرى منتقدو اللوائح التقييدية المتزايدة أن مُربّي النباتات التجاريين، من خلال مزيج من الضغوط التقنية والاقتصادية، يُقلّلون من التنوع البيولوجي ويُقيّدون بشكلٍ كبير قدرة الأفراد (مثل المزارعين) على تطوير البذور وتداولها على المستوى الإقليمي. ^{[ 46 ]} وتتواصل الجهود لتعزيز حقوق المُربّين، على سبيل المثال، من خلال إطالة فترات حماية الأصناف.

تستخدم تشريعات الملكية الفكرية للنباتات في كثير من الأحيان تعريفات تتضمن عادةً التجانس الجيني وعدم تغير المظهر عبر الأجيال. وتتناقض هذه التعريفات القانونية للاستقرار مع الاستخدام الزراعي التقليدي، الذي ينظر إلى الاستقرار من حيث مدى ثبات إنتاجية المحصول أو جودته عبر المواقع المختلفة وعلى مر الزمن. ^{[ 40 ]}

اعتبارًا من عام 2020، لا تسمح اللوائح في نيبال إلا بتسجيل أو إطلاق الأصناف المتجانسة. أما التجمعات النباتية المتطورة والعديد من السلالات المحلية فهي متعددة الأشكال ولا تفي بهذه المعايير. ^{[ 41 ]}

قد لا تكون الأصناف المتجانسة والمستقرة وراثيًا كافية للتعامل مع التقلبات البيئية وعوامل الإجهاد الجديدة. ^{[ 40 ]} وقد ركز مربو النباتات على تحديد المحاصيل التي تضمن أداءها في ظل هذه الظروف؛ ومن طرق تحقيق ذلك إيجاد سلالات من المحصول مقاومة لظروف الجفاف مع انخفاض نسبة النيتروجين. ويتضح من ذلك أن تربية النباتات أمر حيوي لاستمرار الزراعة في المستقبل، إذ تُمكّن المزارعين من إنتاج محاصيل مقاومة للإجهاد، وبالتالي تحسين الأمن الغذائي. ^{[ 47 ]} وفي البلدان التي تشهد شتاءً قارسًا، مثل أيسلندا وألمانيا ومناطق أخرى شرق أوروبا، يعمل مربو النباتات على تربية أصناف تتحمل الصقيع، والغطاء الثلجي المستمر، والجفاف الناتج عن الصقيع (الجفاف بفعل الرياح والإشعاع الشمسي تحت الصقيع)، ومستويات الرطوبة العالية في التربة خلال فصل الشتاء. ^{[ 48 ]}

إنّ عملية التهجين ليست سريعة، وهذا أمر بالغ الأهمية خاصةً عند التهجين بهدف التخفيف من حدة مرض ما. يبلغ متوسط ​​الوقت اللازم منذ اكتشاف الإنسان لتهديد مرض فطري جديد وحتى طرح محصول مقاوم لهذا الممرض اثنتي عشرة سنة على الأقل. ^{[ 17 ] [ 49 ]}

عند استنباط سلالات أو أصناف نباتية جديدة، يجب الحفاظ عليها وإكثارها. تُكاثر بعض النباتات لا جنسيًا، بينما تُكاثر أخرى بالبذور. تتطلب الأصناف المُكاثرة بالبذور تحكمًا دقيقًا في مصدر البذور وإجراءات الإنتاج للحفاظ على سلامة نتائج السلالات النباتية. يُعد العزل ضروريًا لمنع التلوث المتبادل مع النباتات ذات الصلة أو اختلاط البذور بعد الحصاد. يتحقق العزل عادةً عن طريق مسافة الزراعة، ولكن في بعض المحاصيل، تُزرع النباتات في بيوت زجاجية أو أقفاص (وهي الأكثر شيوعًا عند إنتاج هجائن الجيل الأول).

تُثير عمليات التهجين الحديثة للنباتات، سواء التقليدية منها أو عبر الهندسة الوراثية، مخاوفَ عديدة، لا سيما فيما يتعلق بالمحاصيل الغذائية. ويُعدّ التساؤل حول ما إذا كان للتهجين تأثير سلبي على القيمة الغذائية محورياً في هذا الصدد. ورغم قلة الأبحاث المباشرة في هذا المجال، إلا أن هناك مؤشرات علمية تُشير إلى أن تفضيل جوانب معينة من نمو النبات قد يُؤدي إلى إبطاء جوانب أخرى. وقد قارنت دراسة نُشرت في مجلة الكلية الأمريكية للتغذية عام 2004، بعنوان " التغيرات في بيانات وزارة الزراعة الأمريكية لتكوين الأغذية لـ 43 محصولاً زراعياً، من 1950 إلى 1999" ، التحليلات الغذائية للخضراوات التي أُجريت عامي 1950 و1999، ووجدت انخفاضات كبيرة في ستة من أصل 13 عنصراً غذائياً تم قياسها، بما في ذلك 6% من البروتين و38% من الريبوفلافين . كما لوحظ انخفاض في الكالسيوم والفوسفور والحديد وحمض الأسكوربيك . وخلصت الدراسة، التي أجريت في المعهد البيوكيميائي بجامعة تكساس في أوستن ، إلى ما يلي: "نقترح أن أي انخفاضات حقيقية يمكن تفسيرها بشكل عام بسهولة أكبر من خلال التغيرات في الأصناف المزروعة بين عامي 1950 و1999، والتي قد يكون فيها مقايضات بين المحصول والمحتوى الغذائي." ^{[ 50 ]}

يُمكن أن يُساهم تحسين سلالات النباتات في تحقيق الأمن الغذائي العالمي، كونه أداة فعّالة من حيث التكلفة لزيادة القيمة الغذائية للأعلاف والمحاصيل. وقد سُجّلت تحسينات في القيمة الغذائية لمحاصيل الأعلاف باستخدام الكيمياء التحليلية وتقنية تخمير الكرش منذ عام 1960؛ إذ مكّن هذا العلم والتكنولوجيا المربّين من فحص آلاف العينات في وقت قصير، ما يعني قدرتهم على تحديد هجين عالي الأداء بسرعة أكبر. تمثّل التحسين الوراثي بشكل رئيسي في هضم المادة الجافة في المختبر (IVDMD)، ما أدّى إلى زيادة تتراوح بين 0.7% و2.5%. عند زيادة 1% فقط في هضم المادة الجافة في المختبر، سجّلت سلالة واحدة من أبقار بوس توروس، المعروفة أيضًا باسم أبقار اللحم، زيادة في الوزن اليومي بنسبة 3.2%. يُشير هذا التحسّن إلى أن تحسين سلالات النباتات أداة أساسية في تطوير الزراعة المستقبلية للارتقاء إلى مستوى أكثر تقدماً. ^{[ 51 ]}

مع تزايد عدد السكان، تزداد الحاجة إلى زيادة إنتاج الغذاء. وتشير التقديرات إلى ضرورة زيادة الإنتاج الغذائي بنسبة 70% بحلول عام 2050 لتحقيق أهداف إعلان مؤتمر القمة العالمي للأمن الغذائي. ولكن مع تدهور الأراضي الزراعية، لم يعد مجرد زراعة المزيد من المحاصيل خيارًا مجديًا. في بعض الحالات، يمكن تطوير أصناف جديدة من النباتات من خلال التهجين النباتي، مما يؤدي إلى زيادة الإنتاجية دون الحاجة إلى زيادة مساحة الأرض. ومن الأمثلة على ذلك آسيا، حيث تضاعف إنتاج الغذاء للفرد. وقد تحقق ذلك ليس فقط من خلال استخدام الأسمدة، بل أيضًا من خلال استخدام محاصيل محسّنة مصممة خصيصًا للمنطقة. ^{[ 52 ] [ 53 ]}

يزعم بعض منتقدي الزراعة العضوية أنها ذات إنتاجية منخفضة للغاية بحيث لا تُعدّ بديلاً قابلاً للتطبيق للزراعة التقليدية، خاصةً في الحالات التي قد يكون فيها ضعف الأداء ناتجًا جزئيًا عن زراعة أصناف غير متأقلمة. ^{[ 54 ] [ 55 ]} وتشير التقديرات إلى أن أكثر من 95% من الزراعة العضوية تعتمد على أصناف متأقلمة مع الزراعة التقليدية، على الرغم من الاختلاف الكبير في بيئات الإنتاج بين الزراعة العضوية والتقليدية نظرًا لاختلاف ممارسات الإدارة. ^{[ 55 ]} والجدير بالذكر أن المزارعين العضويين يمتلكون مدخلات أقل من مزارعي الزراعة التقليدية للتحكم في بيئات إنتاجهم. لذا، يُعدّ استنباط أصناف مُتأقلمة خصيصًا مع الظروف الفريدة للزراعة العضوية أمرًا بالغ الأهمية لهذا القطاع لتحقيق كامل إمكاناته. ويتطلب ذلك انتقاء سمات مثل: ^{[ 55 ]}

• كفاءة استخدام المياه
• كفاءة استخدام العناصر الغذائية (وخاصة النيتروجين والفوسفور )
• القدرة التنافسية للأعشاب الضارة
• مدى تحمل المكافحة الميكانيكية للأعشاب الضارة
• مقاومة الآفات/الأمراض
• النضج المبكر (كآلية لتجنب ضغوط معينة)
• تحمل الإجهاد اللاأحيائي (مثل الجفاف والملوحة وما إلى ذلك...)

حالياً، لا تُوجَّه سوى برامج قليلة لتحسين السلالات نحو الزراعة العضوية، وحتى وقت قريب، اعتمدت البرامج التي تناولت هذا القطاع عموماً على الانتقاء غير المباشر (أي الانتقاء في البيئات التقليدية للصفات التي تُعتبر مهمة للزراعة العضوية). ومع ذلك، ونظراً للاختلاف الكبير بين البيئات العضوية والتقليدية، قد يختلف أداء النمط الوراثي الواحد اختلافاً كبيراً في كل بيئة نتيجةً للتفاعل بين الجينات والبيئة (انظر التفاعل بين الجينات والبيئة ). وإذا كان هذا التفاعل شديداً، فقد لا تظهر صفة مهمة مطلوبة للبيئة العضوية في البيئة التقليدية، مما قد يؤدي إلى انتقاء أفراد غير متكيفين بشكل جيد. ^{[ 54 ]} ولضمان تحديد الأصناف الأكثر تكيفاً، يُشجع أنصار تحسين السلالات العضوية الآن على استخدام الانتقاء المباشر (أي الانتقاء في البيئة المستهدفة) للعديد من الصفات الزراعية.

توجد العديد من تقنيات التربية الكلاسيكية والحديثة التي يمكن استخدامها لتحسين المحاصيل في الزراعة العضوية، على الرغم من حظر الكائنات المعدلة وراثيًا . فعلى سبيل المثال، تسمح عمليات التهجين المُتحكم بها بين الأفراد بإعادة تركيب التباين الوراثي المرغوب ونقله إلى نسل البذور عبر العمليات الطبيعية. كما يمكن استخدام الانتقاء المدعوم بالعلامات الجينية كأداة تشخيصية لتسهيل اختيار النسل الذي يمتلك الصفة (الصفات) المرغوبة، مما يُسرّع عملية التربية بشكل كبير. ^{[ 56 ]} وقد أثبتت هذه التقنية فائدتها بشكل خاص في إدخال جينات المقاومة إلى سلالات جديدة، بالإضافة إلى الانتقاء الفعال للعديد من جينات المقاومة المُجمّعة في فرد واحد. ولا تتوفر حاليًا علامات جزيئية للعديد من الصفات المهمة، وخاصة الصفات المعقدة التي تتحكم بها جينات متعددة.

• مكوتش، س. (2004). "التنويع الانتقائي في تربية النباتات" . مجلة PLOS Biology ، 2 (10)، e347. doi : 10.1371 /journal.pbio.0020347 . PMC 521731. PMID 15486582 .  
• بريجز، إف إن ونولز، بي إف 1967. مقدمة في تربية النبات . شركة رينهولد للنشر، نيويورك.
• كاري، هيلين آن. التطور المصمم حسب الطلب: تربية النباتات والابتكار التكنولوجي في أمريكا في القرن العشرين ( ISBN) 9780226390116) مطبعة جامعة شيكاغو، 2016. x، 285 صفحة.
• جيبتس، ب. (2002). "مقارنة بين استئناس المحاصيل، وتربية النباتات التقليدية، والهندسة الوراثية" . علوم المحاصيل . 42 (6): 1780-1790 . Bibcode : 2002CrSci..42.1780G . doi : 10.2135/cropsci2002.1780 .
• أصول الزراعة وتدجين المحاصيل – ندوة هارلان
• شليغل، رولف (2009) القاموس الموسوعي لتربية النباتات ، الطبعة الثانية ( ISBN) 9781439802427)، دار نشر سي آر سي، بوكا راتون، فلوريدا، الولايات المتحدة الأمريكية، ص 584
• شليغل، رولف (2007) الموسوعة الموجزة لتحسين المحاصيل: المؤسسات، والأشخاص، والنظريات، والأساليب، والتاريخ ( ISBN) 9781560221463)، دار نشر سي آر سي، بوكا راتون، فلوريدا، الولايات المتحدة الأمريكية، ص 423
• شليغل، رولف (2014) قاموس تربية النباتات، الطبعة الثانية، ( ISBN) 978-1439802427)، دار نشر سي آر سي، بوكا راتون، مجموعة تايلور وفرانسيس، نيويورك، الولايات المتحدة الأمريكية، ص 584
• شوتين، هينك جيه؛ كرينز، فرانس أ؛ جاكوبسن، إيفرت (2006). "هل تستحق النباتات المعدلة وراثيًا رقابة أقل صرامة؟" . مجلة نيتشر للتكنولوجيا الحيوية . 24 (7): 753. Bibcode : 2006NatBi..24..753S . doi : 10.1038/nbt0706-753 . PMID 16841052. S2CID 8087798 .  
• شوتين، هينك ج.؛ كرينز، فرانس أ.؛ جاكوبسن ، إيفرت (2006). "النباتات المعدلة وراثيًا تشبه النباتات المهجنة بالطرق التقليدية" . تقارير EMBO . 7 (8): 750-753 . doi : 10.1038/sj.embor.7400769 . PMC 1525145. PMID 16880817 .  
• صن. "من انقسام إنديكا وجابونيكا في الحمض النووي للأرز البري الشائع إلى أصل وتطور الأرز المزروع الآسيوي" . علم الآثار الزراعية . 1998 : 21-29 .
• ثرو، أ.م.؛ سبيلان، س. (1999) تربية النباتات التشاركية بمساعدة التكنولوجيا الحيوية: مكمل أم تناقض؟ برنامج CGIAR للبحوث التشاركية وتحليل النوع الاجتماعي، وثيقة عمل رقم 4، CIAT: كالي. 150 صفحة.
• ديبي، كارول (2000). استنباط أصناف الخضراوات الخاصة بك . دار نشر تشيلسي جرين.