واکنش هیبریدهای ارزن دانه‌ای به تنوع محیطی و شناسایی هیبریدهای پرمحصول و پایدار

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار پژوهش، موسسه تحقیقات اصلاح و تهیه نهال و بذر، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، ایران

2 استادیار پژوهش، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی سیستان، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، زابل، ایران

3 استادیار پژوهش، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی خراسان جنوبی، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، بیرجند، ایران

4 دانشیار پژوهش، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی اصفهان، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، اصفهان، ایران

5 دانشیار پژوهش، موسسه تحقیقات اصلاح و تهیه نهال و بذر، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، ایران

چکیده

مقدمه: ارزن مرواریدی (Pennisetum glaucum L.) یکی از گیاهان مهم مناطق گرم و خشک است که نقش مهمی در امنیت غذایی مناطق خشک و نیمه‌خشک جهان ایفا می‌کند. به‌دلیل تغییرات اقلیمی و افزایش نوسانات محیطی، لزوم دستیابی به رقم‌های هیبرید با عملکرد بالا و پایداری مناسب بیش از پیش احساس می‌شود. با توجه به دگرگشنی و هتروزیس بالا، ایجاد رقم‌های هیبرید مهم‌ترین روش اصلاحی در ارزن مرواریدی است. رقم‌های هیبرید ارزن مرواریدی به‌طور معنی‌داری می‌توانند عملکرد و پایداری آن را در شرایط متنوع اقلیمی افزایش دهند. با این‌حال، از آنجایی که تنوع محیطی موجب بروز واکنش‌های متفاوت در ژنوتیپ‌ها می‌شود، از این‌رو بررسی دقیق برهمکنش ژنوتیپ × محیط برای انتخاب هیبریدهای برتر در مناطق اقلیمی متفاوت ضروری است. هدف از اجرای این مطالعه، ارزیابی پایداری هیبریدهای امیدبخش ارزن مرواریدی و شناسایی هیبریدهای پایدار، پرمحصول و سازگار برای مناطق مورد مطالعه بود.

مواد و روش‌ها: مواد گیاهی این مطالعه، 11 هیبرید امیدبخش ارزن مرواریدی بود که به‌همراه رقم شاهد مهران در قالب طرح بلوک‌های کامل تصادفی با سه تکرار در هشت محیط (چهار منطقه کرج، بیرجند، اصفهان و زابل طی دو سال زراعی 1401 و 1402) مورد ارزیابی قرار گرفتند. صفات مورد مطالعه، شامل تعداد روز تا 50 درصد گلدهی، ارتفاع بوته، طول خوشه، قطر خوشه، تعداد پنجه در بوته، وزن هزار دانه و عملکرد دانه بود. تجزیه آماری داده‌ها با استفاده از نرم‌افزار SAS و مقایسه میانگین‌ها بر اساس آزمون چنددامنه‌ای دانکن در سطح احتمال پنج درصد انجام شد. برای انجام تجزیه واریانس مرکب، ژنوتیپ و مکان به‌عنوان متغیرهای ثابت و سال به‌عنوان متغیر تصادفی در نظر گرفته شد. به‌منظور ارزیابی پایداری هیبریدهای مورد مطالعه و شناسایی هیبریدهای پایدار و پرمحصول نیز از روش‌های لین و بینز، رتبه‌بندی و GGE-Biplot استفاده شد.

یافته‌های تحقیق: نتایج تجزیه واریانس مرکب و مقایسه میانگین‌ها نشان داد که تنوع ژنتیکی معنی‌داری بین هیبریدهای ارزن مرواریدی برای تمامی صفات مورد مطالعه وجود داشت. علاوه بر این، اثر محیط و برهمکنش ژنوتیپ × محیط بر تمامی صفات اندازه‌گیری شده از جمله عملکرد دانه در سطح احتمال یک درصد معنی‌دار بود. بررسی نتایج نشان داد که ژنوتیپ‌های مورد بررسی تحت تأثیر هر دو نوع برهمکنش (متقاطع و غیرمتقاطع) قرار گرفتند. مقایسه عملکرد دانه هیبریدهای مورد مطالعه نشان داد که دو هیبرید H794 و H824 به‌ترتیب با میانگین عملکرد 8.41 و 7.81 تن در هکتار، بیش‌ترین عملکرد دانه را تولید کردند. نتایج تجزیه پایداری ژنوتیپ‌ها در هشت محیط با استفاده از سه روش رتبه‌بندی، ضریب برتری و GGE بای‌پلات نیز نشان داد که دو هیبرید امیدبخش H794 و H824 دارای عملکرد و پایداری بالایی در تمامی محیط‌های مورد بررسی بودند.

نتیجه‌گیری: این مطالعه به‌وضوح نشان داد که امکان بهره‌گیری از هتروزیس موجود در ارزن مرواریدی با استفاده از فناوری جدید ایجاد رقم‌های هیبرید برای جایگزینی رقم‌های قدیمی وجود دارد. نتایج نشان داد که تمامی هیبریدهای امیدبخش مورد بررسی از عملکرد بالاتری نسبت به رقم شاهد مهران برخوردار بودند و بنابراین به‌خوبی می‌توان با جایگزینی این هیبریدها در عرصه، میانگین عملکرد دانه ارزن مرواریدی را در کشور بهبود بخشید. علاوه بر این، با توجه به بحران آب در کشور، معرفی رقم‌های با عملکرد بالا و متنوع به عرصه، کشاورزان را به کشت این محصول کم‌آب‌بر ترغیب خواهد کرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Response of grain millet hybrids to environmental diversity and identification of high-yielding stable hybrids

نویسندگان [English]

  • Reza Ataei 1
  • Ahmad Ghasemi 2
  • Ali Azari-Nasrabad 3
  • Masoud Torabi 4
  • Mohammadreza Shiri 5
1 Research Assistant Professor, Seed and Plant Improvement Institute, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Karaj, Iran
2 Research Assistant Professor, Sistan Agriculture and Natural Resources Research and Education Center, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Zabol, Iran
3 Research Assistant Professor, South Khorasan Agricultural and Natural Resources Research and Education Center, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Birjand, Iran
4 Research Associate Professor, Isfahan Agriculture and Natural Resources Research and Education Center, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Isfahan, Iran
5 Research Associate Professor, Seed and Plant Improvement Institute, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Karaj, Iran
چکیده [English]

Introduction
Pearl millet (Pennisetum glaucum L.) is one of the most important crops in warm and arid regions, playing a key role in food security across arid and semi-arid areas of the world. Due to climate change and increasing environmental fluctuations, the need to develop high-yielding and stable hybrids has become more crucial than ever. Given the nature of cross-pollination and high heterosis potential, the development of hybrid cultivars is the main breeding strategy in pearl millet. Hybrid varieties of pearl millet can significantly enhance both yield and stability under diverse agro-climatic conditions. However, environmental variability causes differential genotypic responses, making it essential to assess genotype–environment (G × E) interactions for selecting superior hybrids in different climate regions. The objective of this study was to evaluate the stability of promising pearl millet hybrids and to identify stable, high-yielding, and well-adapted hybrids for the target regions.

Materials and methods
The plant materials consisted of eleven promising pearl millet hybrids along with the check cultivar ‘Mehran’. The experiment was conducted in a randomized complete block design (RCBD) with three replications across eight environments (four locations, Karaj, Birjand, Isfahan and Zabol, during two cropping seasons, 2022 and 2023). The traits evaluated included days to 50% flowering, plant height, panicle length, panicle diameter, number of tillers, 1000-grain weight, and grain yield. Statistical analyses were performed using SAS software, and mean comparisons were conducted using Duncan’s multiple range test at 0.05 probability level. For combined analysis of variance, genotype and location were considered as fixed factors, while year was treated as a random factor. Stability analyses were performed using the Lin and Binns method, rank-based stability parameters, and the GGE biplot model to identify stable and high-yielding hybrids.

Research findings
Combined analysis of variance and comparison of means revealed significant genetic variability among the pearl millet hybrids for all studied traits. Moreover, the effects of environment and genotype × environment interaction were significant (P<0.01) on all measured traits including grain yield. The results indicated that the studied genotypes exhibited both crossover and non-crossover types of interactions. Comparison of grain yield of the studied hybrids showed that hybrids H794 and H824 with 8.41 and 7.81 t.ha⁻¹, respectively, produced the highest grain yield. The results of the stability analysis across eight environments based on the three methods (rank-based, superiority index, and GGE-biplot) demonstrated that two promising hybrids H794 and H824 had the higher grain yield and stability across all studied environments.

Conclusion
This study clearly demonstrated the potential of exploiting heterosis in pearl millet to replace obsolete cultivars with modern high-yielding hybrids. All evaluated hybrids outperformed the check cultivar ‘Mehran’, indicating their superiority for yield improvement. Introducing these promising hybrids could significantly enhance the national average grain yield of pearl millet. Moreover, considering the ongoing water scarcity crisis in the country, the dissemination of high-yielding and drought-efficient hybrids could encourage farmers to cultivate this low-water-requirement crop.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Genotype × environment interaction
  • Grain yield
  • Heterosis
  • Stability analysis