ارزیابی صفات مهم زراعی مرتبط با عملکرد و شناسایی ژنوتیپ های برتر کینوا

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش‌آموخته دکنری، گروه مهندسی تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده علوم کشاورزی، دانشگاه گیلان، رشت، ایران

2 استاد، گروه مهندسی تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده علوم کشاورزی، دانشگاه گیلان، رشت، ایران

3 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده علوم کشاورزی، دانشگاه گیلان، رشت، ایران

4 استاد، گروه بیوتکنولوژی و به‌نژادی گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی، مشهد، ایران

5 استاد، گروه بانک ژن، مؤسسه تحقیقات ژنتیک گیاهی و گیاهان زراعی لایبنیز (IPK)، لایبنیز، آلمان

10.22124/cr.2023.23299.1745

چکیده

مقدمه: کینوا به مناطق متعددی سازگار است و قابلیت رشد در شرایط بیابانی، یخبندان­ها و اقلیم­های گرم و خشک را دارد. به­دلیل نیاز آبی کم این گیاه، کاشت کینوا می‌تواند در بیش­تر استان­های کشور گسترش یابد و علاوه بر تامین نیاز غذایی جمعیت رو به رشد کشور، به اشتغال‌زایی در این مناطق نیز کمک کند. از آن­جایی­که ارزش اقتصادی یک رقم بستگی به ارزش صفات مختلف آن دارد، بنابراین آگاهی از وضعیت صفات و میزان تنوع بین ژنوتیپ­ها در جمعیت مورد مطالعه به­منظور اصلاح و معرفی ارقام ضروری است. اگرچه در موطن اصلی این گیاه در آمریکای جنوبی و نیز در بسیاری از کشورهای اروپایی، شناسایی و یا اصلاح ارقام زودرس کینوا انجام شده است، اما تا کنون موفق به معرفی ارقام زودرسی که هم­زمان دارای سایر ویژگی­های کمی و کیفی مطلوب نظیر عملکرد دانه بالا و کیفیت دانه مناسب باشند، نشده اند. از این­رو تحقیق حاضر به­­منظور بررسی صفات مهم مورفولوژیک و فنولوژیک مرتبط با عملکرد دانه و طول دوره رشد در بین تعدادی از ژنوتیپ­های وارداتی کینوا انجام شد تا ضمن ارزیابی میزان تنوع بین ژنوتیپ­ها بر اساس صفات مورد مطالعه، ژنوتیپ­های زودرس پرمحصول و قابل کاشت در منطقه شناسایی و معرفی شوند.
مواد و روش ­ها: مواد گیاهی این تحقیق شامل 60 ژنوتیپ وارداتی کینوا با منشأ کشورهای پرو، شیلی و بولیوی بود که از بانک ژن موسسه تحقیقات ژنتیک گیاهی (IPK) آلمان تهیه شد. ژنوتیپ­های مورد مطالعه در قالب طرح پایه بلوک­های کامل تصادفی با سه تکرار در شهرستان­ کوهدشت در سال زراعی 1400 کشت و از نظر صفات مهم کمی مرتبط با عملکرد و اجزای عملکرد مورد ارزیابی قرار گرفتند. صفات مورد مطالعه در این تحقیق شامل صفات تعداد روزهای از کاشت بذر تا مراحل رشد سه برگی، تشکیل گل­آذین، رنگی شدن گل­آذین، گرده­افشانی و رسیدگی فیزیولوژیک، ارتفاع بوته، طول خوشه، تعداد خوشه در بوته، وزن هزاردانه، عملکرد دانه، شاخص برداشت، درصد ساپونین دانه و درصد پروتئین دانه بودند. برای تجزیه و تحلیل داده­ها، علاوه بر تجزیه واریانس و مقایسه میانگین­ها، ارتباط بین صفات مورد مطالعه نیز با ضرایب همبستگی فنوتیپی و ژنوتیپی بررسی و سپس صفات موثر بر عملکرد دانه با استفاده از تجزیه رگرسیون گام به گام شناسایی و میزان آثار مستقیم و غیرمستقیم آنها بر عملکرد دانه بر اساس روش تجزیه علیت برآورد شد. از روش تجزیه به عامل­ها برای شناسایی عوامل پنهانی و مستقل موثر بر صفات مورد مطالعه و تحلیل وجود همبستگی بین صفات و از روش تجزیه خوشه­ای به­منظور گروه­بندی ژنوتیپ­ها و انتخاب ژنوتیپ­های برتر این آزمایش استفاده شد. کلیه تجزیه و تحلیل­های آماری داده­های این آزمایش با استفاده از نرم­افزارهای آماری SAS نسخه 2/9 و SPSS نسخه 25 انجام شد.
یافته­ های تحقیق: نتایج حاصل از محاسبه شاخص­های آماری مختلف، نشان­دهنده وجود تفاوت­های آماری معنی­دار و تنوع قابل توجه در بین ژنوتیپ­های کینوا از نظر اغلب صفات ارزیابی شده بود. برآورد ضرایب همبستگی فنوتیپی و ژنوتیپی بین صفات نشان داد که همبستگی مثبت و بسیار معنی­داری بین عملکرد دانه و صفات وزن هزار دانه (به­ترتیب 938/0 و 934/0)، شاخص برداشت (به­ترتیب 864/0 و 852/0)، طول خوشه (به­ترتیب 762/0 و 750/0) و تعداد خوشه در بوته (به­ترتیب 677/0 و 651/0) وجود داشت. نتایج حاصل از تجزیه رگرسیون گام­به­گام و تجزیه علیت عملکرد دانه نیز نشان داد که دو صفت وزن هزار دانه و طول خوشه اصلی، دارای بیش­ترین تآثیر مثبت و مستقیم معنی­دار بر عملکرد دانه بودند و به­عنوان متغیرهای پیشگویی کننده عملکرد دانه انتخاب شدند. بر اساس نتایج تجزیه به عامل­ها، سه عامل اصلی و مستقل در مجموع 81 درصد از تغییرات کل جمعیت مورد مطالعه را توجیه کردند و سهم این عامل­ها به­ترتیب 602/39، 173/32 و 393/9 درصد بود. تجزیه خوشه­ای بر اساس روش حداقل واریانس وارد، 60 ژنوتیپ مورد مطالعه را در سه گروه قرار داد که به­ترتیب شامل 25، 19 و 16 ژنوتیپ بودند. گروه­بندی حاصل از تجزیه خوشه­ای با توزیع جغرافیایی ژنوتیپ­ها مطابقت داشت، به­طوری که ژنوتیپ­های گروه اول دارای منشأ بولیوی، گروه دوم دارای منشأ پرو و گروه سوم دارای منشأ شیلی بودند. تعدادی از ژنوتیپ­های موجود در گروه­های اول و دوم که از نظر صفات عملکرد دانه، وزن هزار دانه و طول خوشه اصلی دارای ارزش­های بالاتر و در عین حال از نظر میزان ساپونین دانه و ویژگی­های فنولوژیک مرتبط با طول دوره رشد دارای ارزش­های کم­تری بودند، جهت قرار گرفتن در برنامه معرفی رقم و یا استفاده در برنامه­های به­نژادی بعدی انتخاب و معرفی شدند.
نتیجه ­گیری: نتایج حاصل از این تحقیق، تنوع ژنوتیپی قابل توجه و بسیار بالایی را در بین ژنوتیپ­های مطالعه شده کینوا نشان داد. از ژنوتیپ­های برتر شناسایی شده در این تحقیق، در صورت تایید نتایج در تکرار آزمایش، می­توان علاوه بر معرفی مستقیم آنها به­عنوان رقم، به­عنوان منابع ژنتیکی مناسب در برنامه­های به­نژادی مختلف کینوا استفاده کرد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Evaluation of important agronomic traits related to yield and identification of superior quinoa genotypes

نویسندگان [English]

  • Ebrahim Souri Laki 1
  • Babak Rabiei 2
  • Vahid Jokarfard 3
  • Hassan Marashi 4
  • Andreas Börner 5
1 Graduate Ph.D., Department of Plant Production and Genetic Engineering, Faculty of Agricultural Sciences, University of Guilan, Rasht, Iran
2 Professor, Department of Plant Production and Genetic Engineering, Faculty of Agricultural Sciences, University of Guilan, Rasht, Iran
3 Ph.D. Student, Department of Plant Production and Genetic Engineering, Faculty of Agricultural Sciences, University of Guilan, Rasht, Iran
4 Professor, Department of Biotechnology and Plant Breeding, Faculty of Agriculture, University of Ferdowsi, Mashhad, Iran
5 Professor, Department of Genebank, Leibniz Institute of Plant Genetics and Crop Plant Research (IPK), Leibniz, Germany
چکیده [English]

Introduction
Quinoa (Chenopodium quinoa Willd) is adapted to many regions and has the ability to grow in desert and frosts conditions, and hot and dry climates. Due to the low water requirement of quinoa, the development of its cultivation can be expanded in most provinces of the country, and in addition to providing the food needs of the growing population, it can also help in creating jobs in these areas. Since the economic value of a variety depends on the value of its various traits, it is necessary to know the status of traits and the variation between genotypes in the studied population to improve and introduce cultivars. Although early maturity quinoa cultivars have been identified and/or improved in the native land of this plant in South America and in many European countries, so far, early maturity cultivars with the other suitable quantitative and qualitative characteristics such as high grain yield and quality have not been introduced. The present study was conducted to investigate the important morphological and phenological traits related to grain yield and growth period among a number of foreign quinoa genotypes. The objectives of this experiment were to evaluate genetic diversity between genotypes in term of the studied traits and to identify and introduce high-yielding, early maturity and plantable genotypes in the region.
Materials and methods
The plant materials of this research were sixty foreign quinoa genotypes with the origin of Peru, Chile and Bolivia, obtained from the Genebank of Leibniz Institute of Plant Genetics and Crop Plant Research (IPK), Leibniz, Germany. The studied genotypes were planted in randomized complete block design with three replications in Koohdasht, Khorramabad province, Iran, in 2021 and were investigated in for important quantitative traits related to yield and yield components. The studied traits included number of days from seed sowing to growth stages of three leaves, inflorescence formation, inflorescence coloring, pollination and physiological maturity, as well as plant height, panicle length, number of panicles per plant, 1000-grain weight, grain yield, harvest index, grain saponin percentage and grain protein percentage. For data analysis, in addition to analysis of variance and comparison of means, the relationship between the studied traits was also evaluated by phenotypic and genotypic correlation coefficients, the traits affecting grain yield were identified by stepwise regression analysis, and direct and indirect effects of each trait on grain yield were estimated using path analysis method. Also, factor analysis was used to identify the hidden and independent factors affecting the studied traits and the reasons of traits correlation, and cluster analysis was used to group the genotypes and select the superior genotypes of this experiment. All statistical analyzes of this experiment were performed using SAS ver. 9.2 and SPSS ver. 25 statistical softwares.
Research findings
The results obtained from the various statistical indices indicated the existence of statistically significant differences and high diversity among the studied quinoa genotypes for most of the evaluated traits. Calculating phenotypic and genotypic correlation coefficients showed significant correlations between grain yield and 1000-grain weight (0.938 and 0.934), harvest index (0.964 and 0.852), panicle length (0.762 and 0.750) and number of panicles per plant (0.677 and 0.651), respectively. The results of stepwise regression and path analyses of grain yield showed that 1000-grain weight and main panicle length with the highest positive and significant direct effects on grain yield, were the most important predictive variables for grain yield. Based on the results of factor analysis, three independent factors justified 81% (40%, 32% and 9%, respectively) of total variation in the studied population. Cluster analysis based on Ward’s minimum variance method grouped 60 quinoa genotypes into three clusters, which included 25, 19 and 16 genotypes, respectively. The grouping resulting from the cluster analysis corresponded to the geographical distribution of the genotypes, so that the genotypes of Bolivia, Peru and Chile were grouped in the first, second and third clusters, respectively. A number of genotypes in the first and second groups with the higher values for grain yield, 1000-grain weight and panicle length, as well as the lower values for grain saponin content and phenological characteristics related to growth period, can be selected and suggested for use in the multi-regional trials to introduce the variety programs or for use in the future breeding programs.
Conclusion
The results of the present study showed a significant and very high phenotypic diversity among the studied quinoa genotypes. The superior genotypes identified in this research, after confirming the results in repeating the experiment, can be directly introduced as the new varieties and/or used as the suitable genetic resources in different quinoa breeding programs.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Cluster analysis
  • Correlation coefficient
  • Factor analysis
  • Path analysis
  • Yield components