ارزیابی تحمل به تنش خشکی در ارقام و توده‌های‌بومی گندم‌نان (Triticum aestivum L.) با استفاده از شاخص‌های تحمل

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

10.22124/cr.2024.26439.1807

چکیده

مقدمه: تنش خشکی یکی از مخرب‌ترین تنش‌های غیرزیستی موثر بر رشد و نمو گیاهان می-باشد. افزایش جمعیت جهانی، افزایش میزان تقاضای گندم و همچنین دوره‌های خشکسالی، باعث افزایش اهمیت به-نژادی برای تحمل تنش‌ خشکی در گندم نان شده است. کاربرد شاخص‌های گزینش برای تحمل به تنش خشکی، راهکار موثری جهت غربالگری ژنوتیپ‌های متحمل گندم در راستای برنامه‌های به‌نژادی این محصول است.

مواد و روش‌ها: این مطالعه در مزرعه تحقیقاتی موسسه تحقیقات کشاورزی دیم کشور- مراغه در دو سال زراعی 97-1396 و 98-1397 تحت شرایط نرمال آبیاری و شرایط تنش خشکی به منظور بررسی تأثیر تنش خشکی بر عملکرد دانه بر روی300 ژنوتیپ گندم نان شامل 210 توده بومی و 90 رقم تجاری گندم (15 رقم دیم و 75 رقم آبی؛ از نظر تیپ رشدی 64 رقم بهاره، 15 رقم پاییزه و 11 رقم بینابین) در قالب طرح آلفا لاتیس ساده مورد ارزیابی قرار گرفت. برای شناسایی ژنوتیپ‌های متحمل به تنش خشکی و همچنین برای ارزیابی میزان حساسیت یا تحمل ژنوتیپ‌ها به تنش خشکی، شاخص تحمل (TOL)، میانگین بهره‌وری (MP)، شاخص حساسیت به تنش (SSI)، شاخص تحمل به تنش فرناندز (STI)، میانگین هندسی (GMP)، میانگین هارمونیک (HM) و شاخص تحمل به خشکی (DI)، شاخص تنش غیر زیستی (ATI) و شاخص تغییر یافته تحمل تنش MSTI و با استفاده از عملکرد دانه در شرایط نرمال و تنش برای کلیه ژنوتیپ‌ها محاسبه شد. تجزیه واریانس داده‌ها با استفاده از پکیج Agricolae، خوشه‌بندی سلسله مراتبی ژنوتیپ‌های گندم نان با استفاده از پکیج‌های heatmap3، RColorBrewer، dendextend، gplots و colorspace و نمودارهای بای‌پلات با استفاده از پکیچ factoextra و نمودار همبستگی بین صفات و شاخص‌ها با استفاده از پکیج corrplot در نرم‌افزار R4.2.2 ترسیم شدند. همچنین برای افزایش کارایی انتخاب و غربالگری ژنوتیپ‌های متحمل به خشکی، شاخص SIIG بر مبنای ادغام 12 متغیر مورد بررسی محاسبه گردید.

یافته‌های تحقیق: نتایج تجزیه واریانس برای عملکرد دانه نشان داد که اثر محیط، ژنوتیپ‌ و اثرمتقابل ژنوتیپ×محیط نیز با سطح احتمال 001/0 معنی‌دار بود که نشان‌دهنده تنوع مطلوب در بین ژنوتیپ‌ها و معنی‌دار شدن اثر متقابل بین ژنوتیپ و محیط هم نشان دهنده واکنش متفاوت ژنوتیپ‌ها به تغییر شرایط محیطی است. نتایج تجزیه خوشه‌ای نشان داد که در هر دو سال و همچنین میانگین دو سال، ژنوتیپ‌ها در سه خوشه دسته‌بندی شدند و همچنین نتایج تجزیه به مؤلفه‌های اصلی (PCA)، نشان داد که در سال اول، ارقام‌ زراعی Shanghai، Naz، Falat، Bam و توده‌های بومی 626358، 623109 و 621908، طبق داده‌های سال دوم، ارقام‌ زراعیShanghai ، Koohdasht، Karim، Pishgam و توده‌های بومی 628189، 627460 و 627616 و بر اساس میانگین داده‌های دو سال، ارقام‌ زراعی Koohdasht، Karim، Pishgam، Adl، Naz و توده‌های بومی 628189، 627460، 624944 و 627299 ژنوتیپ‌های متحمل به تنش خشکی بودند. طبق نتایج تجزیه همبستگی مشخص گردید که عملکرد دانه با شاخص‌های SSI و TOL همبستگی منفی نشان داد در حالیکه با سایر شاخص‌ها به ویژه MP، GMP، HM، STI و K2STI همبستگی مثبتی داشت.

نتیجه‌گیری: طبق نتایج شاخص‌های تحمل به تنش و همچنین شاخص SIIG، ارقام بهاره و آبی Adl، Nazو Shanghai که از ارقام قدیمی و نیز ارقام بهاره و دیم Karim و Koohdasht که از ارقام جدید گندم کشور هستند و همچنین توده‌های بومی 626358 (با منشأ استان اصفهان) و 621908 (با منشأ اراک) متحمل به خشکی و دارای عملکرد بالایی در هر دو شرایط نرمال و تنش خشکی بودند. نتایج بدست آمده از این تحقیق، اطلاعات ارزشمندی در زمینه گزینش ژنوتیپ‌های متحمل ارائه می‌دهد که می‌توان از این اطلاعات در برنامه‌های به‌نژادی و تولید ارقام جدید با میزان عملکرد بالا بهره برد همچنین از آنها به‌عنوان والدین برای تجزیه و تحلیل ژنتیکی، نقشه‌برداری ژنی و بهبود تحمل به خشکی در گندم استفاده نمود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Evaluation of tolerance to drought stress in bread wheat (Triticum aestivum L.) cultivars and Landraces using tolerance indices

نویسندگان [English]

  • Maryam Hoseinpour Berenj Abad
  • Morad Jafari
  • Hadi Alipour
Department of Plant Production and Genetics, Faculty of Agriculture, Urmia University, Urmia
چکیده [English]

Introduction: Drought is one of the most destructive stresses affecting the growth and development of plants. The increase in global population, wheat demand, and also drought, has increased the importance of breeding for drought tolerance in wheat. The use of selection indices for drought tolerance is an effective strategy for screening drought-tolerant wheat genotypes in breeding programs for this crop.

Materials and methods: This study was conducted at the Dryland Agricultural Research Institute in Maragheh-Iran in two consecutive years 2018-2019 and 2019-2020, under normal irrigation and drought stress conditions to examine the effect of drought stress on grain yield in 300 genotypes of wheat, including 210 landraces and 90 cultivars (15 dryland and 75 irrigated cultivars; 64 spring, 15 winter, and 11 facultative cultivars), evaluated in a simple alpha lattice design. Drought-tolerant genotypes were identified using various indices such as Tolerance index (TOL), Mean productivity (MP), Sensitivity index to stress (SSI), Fernandez Drought index (STI), Geometric mean productivity (GMP), Harmonic mean (HM), Drought tolerance index (DI), Non-biological stress index (ATI), and modified tolerance index (MSTI). The performance of all genotypes was assessed under normal and stress conditions to calculate these indices. The analysis of variance was done using Agricolae package, heatmap clustering of bread wheat genotypes was performed using heatmap3, RColorBrewer, dendextend, gplots and colorspace packages and bi-plot diagrams was created using factoextra package and correlation diagram between traits and indices was drawn using corrplot package in R4.2.2 software. Additionally, a Selection Index for Drought Tolerance (SIIG) was calculated based on the integration of 12 variables to improve the efficiency of selecting and screening drought-tolerant genotypes.

Research findings: The results of analysis of variance for grain yield showed that the environment, genotype, and genotype×environment interaction effect were significant at 0.001 probability level, indicating significant differences among genotypes, demonstrating desirable diversity among genotypes, and the significant interaction effect between genotype and environment showing different responses of genotypes to changes in environmental conditions. Cluster analysis results categorized genotypes into three clusters for both years and an average of two years. Principal Component Analysis (PCA) showed that, in the first year, cultivars Shanghai, Naz, Falat, Bam, and landraces 626358, 623109, and 621908 were drought-tolerant, according to second-year data, cultivars Shanghai, Koohdasht, Karim, Pishgam, and landraces 628189, 627460, and 627616 were drought-tolerant, and based on the average data of two years, cultivars Koohdasht, Karim, Pishgam, Adl, Naz, and landraces 628189, 627460, 624944, and 627299 were drought-tolerant genotypes. Correlation analysis results showed a negative correlation between grain yield and SSI and TOL indices, while positive correlations were found with other indices, especially MP, GMP, HM, STI, and K2STI.

Conclusion: According to the results of drought tolerance indices and the SIIG index, the spring and irrigated cultivars Adl, Naz, and Shanghai, which are old cultivars, the spring and dryland cultivars Karim and Koohdasht, which are new wheat cultivars in the country, and landraces 626358 (originating from Isfahan province) and 621908 (originating from Arak) showed drought tolerance and high performance under two different environmental conditions. The results of this study provide valuable information for selecting drought-tolerant genotypes that can be utilized in breeding programs and the production of new high-yielding cultivars, as well as for their use as parents for genetic analysis, gene mapping, and improving drought tolerance in wheat.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Drought stress
  • Tolerant cultivars
  • Ideal genotype selection index
  • Grain yield