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

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، گروه تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

2 دانشیار، 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 است. افزایش جمعیت جهانی، افزایش میزان تقاضای گندم و همچنین دوره­‌های خشک‌سالی، باعث افزایش اهمیت به‌­نژادی برای تحمل به تنش­ خشکی در گندم نان شده است. کاربرد شاخص‌های گزینش برای تحمل به تنش خشکی، راه‌کار موثری جهت غربال‌گری و شناسایی ژنوتیپ‌های متحمل گندم در راستای برنامه‌های به‌نژادی این محصول است. هدف از مطالعه حاضر، بررسی روابط بین شاخص‌های تحمل، تعیین کارایی شاخص‌ها در تفکیک ژنوتیپ‌ها و در نهایت گزینش ژنوتیپ‌های متحمل به تنش خشکی در رقم‌ها و توده‌های بومی گندم نان بود.
مواد و روش­‌ها: به‌منظور بررسی تأثیر تنش خشکی بر عملکرد دانه گندم نان، آزمایشی در قالب طرح آلفا لاتیس ساده تحت دو شرایط آبیاری نرمال و شرایط تنش خشکی طی دو سال زراعی 97-1396 و 98-1397 در مزرعه تحقیقاتی موسسه تحقیقات کشاورزی دیم کشور- مراغه انجام شد. مواد گیاهی آزمایش، 300 ژنوتیپ گندم نان شامل 210 توده بومی و 90 رقم تجاری گندم (15 رقم دیم و 75 رقم آبی، و از نظر تیپ رشدی 64 رقم بهاره، 15 رقم پاییزه و 11 رقم بینابین) بود. برای ارزیابی میزان حساسیت یا تحمل ژنوتیپ­‌ها به تنش خشکی و شناسایی ژنوتیپ‌های متحمل به تنش، شاخص تحمل (TOL)، میانگین بهره‌وری (MP)، شاخص حساسیت به تنش (SSI)، شاخص تحمل به تنش (STI)، میانگین هندسی (GMP)، میانگین هارمونیک (HM)، شاخص تحمل به خشکی (DI)، شاخص تحمل به تنش غیرزیستی (ATI) و شاخص تغییریافته تحمل به تنش (MSTI) با استفاده از عملکرد دانه در شرایط نرمال و تنش برای کلیه ژنوتیپ‌ها محاسبه شد. همچنین برای افزایش کارایی انتخاب و غربال ژنوتیپ­‌های متحمل به خشکی، شاخص SIIG بر مبنای ادغام 12 متغیر مورد بررسی 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، 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. 
یافته‌های تحقیق: نتایج تجزیه واریانس عملکرد دانه نشان داد که اثر محیط، ژنوتیپ و برهمکنش ژنوتیپ×محیط بسیار معنی‌دار (P<0.001) بود. معنی‌دار شدن اثر ژنوتیپ نشان دهنده تنوع مطلوب در بین ژنوتیپ‌­ها و معنی‌دار شدن برهمکنش بین ژنوتیپ و محیط نشان دهنده واکنش متفاوت ژنوتیپ‌ها به تغییر شرایط محیطی است. تجزیه خوشه‌ای بر اساس داده‌های هر یک از سال‌های ارزیابی شده و نیز میانگین داده‌های دو سال، ژنوتیپ­‌ها را در سه خوشه دسته‌­بندی کرد. بر مبنای نتایج تجزیه به مؤلفه‌های اصلی (PCA)، رقم‌های زراعی Shanghai، Naz، Falat، Bam و توده‌های بومی 626358، 623109 و 621908 در سال اول و رقم‌های زراعی Shanghai، Koohdasht، Karim، Pishgam و توده‌های بومی 628189، 627460 و 627616 در سال دوم، ژنوتیپ‌های متحمل به خشکی بودند، در حالی‌که بر اساس میانگین داده‌های دو سال، رقم‌های Koohdasht، Karim، Pishgam، Adl، Naz و توده‌های 628189، 627460،  624944  و 627299  به‌عنوان ژنوتیپ‌های متحمل به خشکی شناسایی شدند. برآورد ضرایب همبستگی نشان داد که عملکرد دانه با شاخص‌های SSI و TOL همبستگی منفی و با سایر شاخص‌ها به‌ویژه شاخص‌های MP، GMP، HM، STI و K2STI همبستگی مثبت و معنی‌دار داشت. 
نتیجه‌گیری: بررسی نتایج شاخص‌های تحمل به تنش و همچنین شاخص SIIG نشان داد که رقم‌های بهاره و آبی Adl،  Nazو Shanghai از رقم‌های قدیمی گندم کشور و رقم‌های بهاره و دیم Karim و Koohdasht از رقم‌های جدید گندم کشور و همچنین توده‌های بومی 626358 (با منشأ اصفهان) و 621908 (با منشأ اراک) متحمل به خشکی و دارای عملکرد بالایی در هر دو شرایط نرمال و تنش خشکی بودند. نتایج به‌دست آمده از این تحقیق، اطلاعات ارزش‌مندی در زمینه گزینش ژنوتیپ‌های متحمل ارائه داد که می­‌توان از این اطلاعات در برنامه‌های به‌نژادی و تولید رقم‌های جدید با میزان عملکرد بالا بهره برد. همچنین از ژنوتیپ‌های متحمل می‌توان به‌عنوان والدین برای تجزیه و تحلیل ژنتیکی، نقشه‌برداری ژنی و بهبود تحمل به خشکی در گندم استفاده کرد.

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 1
  • Morad Jafari 2
  • Hadi Alipour 2
1 Ph.D. Student, Department of Plant Production and Genetics, Faculty of Agriculture, Urmia University, Urmia
2 Associate Professor, Department of Plant Production and Genetics, Faculty of Agriculture, Urmia University, Urmia, Iran
چکیده [English]

Introduction
Drought is one of the most destructive stresses affecting the growth and development of plants. The increase in global population and wheat demand as well as drought stress 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 and identifying drought-tolerant genotypes in wheat breeding programs. The objective of the current study was to investigate the relationships between tolerance indices, determine the efficiency of indices in separating genotypes and finally select tolerant genotypes to drought stress in bread wheat cultivars and landraces.
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 effects were significant (P<0.001). 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
  • Grain yield
  • Ideal genotype selection index
  • Tolerant cultivars