بررسی واکنش صفات مورفولوژیک، فنولوژیک و عملکردی رقم‌ها و لاین‌های ایزوژن نزدیک زودرس گندم نان به قطع آبیاری در مراحل رشد زایشی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران

2 استاد، گروه مهندسی تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران

3 دانشیار، گروه مهندسی تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهید باهنر کرمان، کرمان، ایران

چکیده

مقدمه: در مناطق خشک و نیمه‌خشک، تنش خشکی به‌ویژه در مراحل رشد زایشی و انتهای فصل، با دمای بالا همراه است. استفاده از رقم‌های زودرس با چرخۀ رشد کوتاه‌تر که قادر باشند قبل از مواجهه با تنش‌های خشکی و دمای بالا، دوره رشد خود را کامل کنند، یکی از راه‌کارهای مؤثر برای کاهش اثرات نامطلوب این تنش‌ها است. هدف از اجرای این آزمایش، بررسی واکنش صفات مورفولوژیک، فنولوژیک و عملکردی لاین‌های ایزوژن نزدیک زودرس گندم به تنش خشکی ناشی از قطع آبیاری در مراحل رشد زایشی بود.
 
مواد و روش‌ها: این آزمایش به‌صورت مزرعه‌ای در قالب کرت‌های خردشده بر مبنای طرح بلوک‌های کامل تصادفی با سه تکرار در سال زراعی 1404- 1403 در دانشگاه شهید چمران اهواز (خوزستان) اجرا شد. آبیاری در سه سطح، شامل آبیاری کامل (شاهد) و قطع آبیاری از مرحلۀ شروع گلدهی تا اوایل خمیری‌شدن و از اوایل خمیری‌شدن تا رسیدگی کامل دانه (به‌ترتیب مراحل 83-61 و 92-83 در مقیاس BBCH) به‌عنوان عامل اصلی و پنج رقم و لاین ایزوژن نزدیک گندم نان به‌عنوان عامل فرعی در نظر گرفته شد و صفات فنولوژیک، مورفولوژیک، اجزای عملکرد، عملکرد زیست‌توده و شاخص برداشت اندازه‌گیری شدند. برای گروه‌بندی ژنوتیپ‌ها و صفات مورد مطالعه، از تجزیه خوشه‌ استفاده و دندروگرام مربوطه به‌صورت نقشه حرارتی با استفاده از نرم‌افزار R-studio ver. 2023 رسم شد. تجزیه واریانس داده‌ها نیز با استفاده از نرم‌افزار SAS نسخۀ 9.1 و مقایسه میانگین‌ها با آزمون دانکن انجام شد. 

نتایج و بحث: نتایج این پژوهش نشان داد که قطع آبیاری در مراحل رشد زایشی، از طریق کاهش معنی‌دار تعداد و وزن دانه در سنبله، وزن هزار دانه و روز تا رسیدگی، سبب کاهش عملکرد دانه در تمامی رقم‌ها و لاین‌های ایزوژن شد، اما مقدار کاهش در رقم‌ها بیش‌تر از لاین‌های ایزوژن مربوطه بود. در تیمار قطع آبیاری در مرحلۀ گلدهی، عملکرد دانه در رقم و لاین ایزوژن روشن، رقم و لاین ایزوژن مهدوی و رقم مهرگان به‌ترتیب 33، 38، 29، 29 و 20 درصد و در تیمار قطع آبیاری در مرحلۀ پرشدن دانه به‌ترتیب 12، 15، 15، 15 و 8 درصد در مقایسه با آبیاری کامل کاهش یافت. در تمامی تیمارهای قطع آبیاری، تعداد روز از کاشت تا رسیدگی در لاین‌های ایزوژن روشن و مهدوی 10 تا 15 روز کم‌تر از رقم‌های مادری آن‌ها بود. زودرسی این لاین‌های ایزوژن به‌عنوان یکی از عوامل مؤثر در کاهش آثار تنش خشکی در مراحل حساس گلدهی و پر شدن دانه و پایداری و حفظ عملکرد بالاتر آن‌ها بود.
 
نتیجه‌گیری: به‌طور کلی، نتایج این پژوهش نشان داد که لاین‌های ایزوژن مورد بررسی از نظر عملکرد و سایر صفات زراعی نسبت به رقم‌های مادری خود برتری داشتند. لاین ایزوژن مهدوی با بهره‌گیری از راهبرد زودرسی و کاهش تعداد روز تا رسیدگی در تمامی تیمارهای قطع آبیاری، بیش‌ترین عملکرد دانه را تولید کرد و همانند رقم مهرگان برای کشت در شرایط تنش کم‌آبی در منطقة خوزستان توصیه می‌شود. 

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Responses of morphological, phenological and yield traits of wheat cultivars and early maturing near-isogenic lines to irrigation cut-off at reproductive growth stages

نویسندگان [English]

  • Mozhdeh Jalilifar 1
  • Afrasyab Rahnama 2
  • Roohollah Abdolshahi 3
1 Ph.D. Student, Department of Plant Production and Genetics, Faculty of Agriculture, Shahid Chamran University of Ahvaz, Ahvaz, Iran
2 Professor, Department of Plant Production and Genetics, Faculty of Agriculture, Shahid Chamran University of Ahvaz, Ahvaz, Iran
3 Associate Professor, Department of Plant Production and Genetics, Shahid Bahonar University of Kerman, Kerman, Iran
چکیده [English]

Introduction: In arid and semi-arid regions, drought stress particularly during the reproductive and late-season stages, often accompanied by high temperatures substantially reduces wheat yield. The use of early-maturing cultivars with shortened growth cycles, which complete development prior to the onset of stress, represents an effective strategy to mitigate these adverse effects. This study aimed to investigate the effects of drought stress on morphological, phenological, and functional traits of early-maturing near-isogenic wheat lines subjected to irrigation cutt-off during reproductive growth.

Materials and Methods: The experiment was carried out in split-plot based on a randomized complete block design with three replications at the research field of Shahid Chamran University of Ahvaz, Ahvaz, Khuzestan province, Iran, in 2024-2025 growing season. Irrigation treatments at three levels, including full irrigation (control), irrigation cut-off from the beginning of flowering to early dough stage (code 61-83 in BBCH scale) and irrigation cut-off from early dough stage to full grain maturity (code 83-92 in BBCH scale) was considered as main factor, and five bread wheat cultivars and near-isogenic lines as sub-factor. The measured traits included phenological and morphological traits, yield components, biological yield and harvest index. To group the studied genotypes and traits, cluster analysis method was used and the respective dendrogram was drawn as a heat map using R-studio ver. 2023 software. Data analysis of variance was conducted using SAS ver. 9.1 software and comparison of means was performed using Duncan’s multiple range test.

Results and Discussion: The results of this study indicated that irrigation cut-off at different growth stages significantly reduced the number and weight of grains per spike, 1000-grain weight, and days to maturity, ultimately leading to decreased grain yield across all cultivars and near-isogenic lines. However, greater reductions were obsberved in the cultivars compared with their corresponding near-isogenic lines. Under irrigation cut-off applied at the flowering stage, the grain yield of Roshan and it’s near-isogenic line, Mahdavi and it’s near-isogenic line, and Mehregan decreased by 33%, 38%, 29%, 29% and 20%, respectively, and under irrigation cut-off at the grain-filling stage decreased by 12%, 15%, 15%, 15% and 8%, respectively, compared with full irrigation treatment. Across all irrigation cut-off treatments, the number of days from seed sowing to maturity in near-isogenic lines of Roshan and Mahdavi was 10 to 15 days fewer than their parental cultivars. This earliness likely contributed to reduced exposure to drought stress during critical reproductive stages, enhancing yield stability.

Conclusion: Overall, the findings of this study showed that the the near-isogenic lines outperformed their parent cultivars in terms of yield and other agronomic traits. The near-isogenic line of Mahdavi, by employing an earliness strategy and shortening the time to flowering and maturity, achieved the highest grain yield under both full irrigation and cut-off irrigation treatments. Therefore, similar to the Mehregan cultivar, it is recommended for cultivation under mild water stress conditions in the Khuzestan region.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Days to flowering
  • Drought stress
  • Early maturity
  • Grain filling period

مراجع

Ahmadi, A., & Baker, D. A. (2001). The effect of water stress on the activities of key regulatory enzymes of the sucrose to starch pathway in wheat. Plant Growth Regulation, 35, 81-91. doi: 10.1023/A:1013827600528.##Araus, J. L., Slafer, G. A., Royo, C., & Serret, M. D. (2008). Breeding for yield potential and stress adaptation in cereals. Critical Reviews in Plant Sciences, 27(6), 377-412. doi: 10.1080/07352680802467736.##Banyai, J., Maccaferri, M., Cane, M. A., Monostori, I., Spitko, T., Kuti, C., Meszaros, K., Lang, L., Pal, M., & Karsai, I. (2017). Phenotypical and physiological study of near-isogenic durum wheat lines under contrasting water regimes. South African Journal of Botany, 108, 248-255. doi: 10.1016/j.sajb.2016.11.001.##Bapela, T., Shimelis, H., Tsilo, T. J., & Mathew, I. (2022). Genetic improvement of wheat for drought tolerance: Progress, challenges and opportunities. Plants (Basel), 11(10), 1331. doi: 10.3390/plants11101331.##Barnabás, B., Jäger, K., & Fehér, A. (2008). The effect of drought and heat stress on reproductive processes in cereals. Plant, Cell & Environment, 31(1), 11-38. doi: 10.1111/j.1365-3040.2007.01727.x.##Blum, A. (2011). Drought resistance - Is it really a complex trait? Functional Plant Biology, 38(10), 753-757. doi: 10.1071/FP11068.##Chaves, M. M., Maroco, J. P., & Pereira, J. S. (2003). Understanding plant responses to drought - from genes to the whole plant. Functional Plant Biology, 30(3), 239-264. doi: 10.1071/FP02076.##Dolferus, R., Ji, X., & Richard, R. A. (2011). Abiotic stress and control of grain number in cereals. Plant Science, 181, 331-34. doi: 10.1016/j.plantsci.2011.05.015.##Dorrani-Nejad, M., Kazemipour, A., Maghsoudi-Moud, A. A., & Abdolshahi, R. (2022). Wheat breeding for early heading: Does it improve grain yield under drought stress and well-watered conditions? Environmental & Experimental Botany, 200, 104902. doi: 10.1016/j.envexpbot.2022.104902.##Farooq, M., Wahid, A., Kobayashi, N., Fujita, D., & Basra, S. M. A. (2009). Plant drought stress: Effects, mechanisms and management. Agronomy for Sustainable Development, 29(1), 185-212. doi: 10.1051/agro:2008021.##Farooq, M., Hussain, M., Wahid, A., & Siddique, K. H. M. (2014). Drought stress in wheat during flowering and grain-filling periods. Critical Reviews in Plant Sciences, 33(4), 331-349. doi: 10.1080/07352689.2014.875291.##Fischer, R. A. (2011). Wheat physiology: A review of recent developments. Crop & Pasture Science, 62(2), 95-114. doi: 10.1071/CP10344.##Gupta, N. K., Dhanda, S. S., & Sharma, I. (2020). Drought stress and its impact on cereal crops: a review. International Journal of Current Microbiology & Applied Sciences, 9(3), 2042-2054.##Harrison, M. T. (2021). Climate change benefits negated by extreme heat. Nature Food, 2(11), 855-856. doi: 10.1038/s43016-021-00387-6.##Hill, C. B., & Li, C. (2022). Genetic improvement of heat stress tolerance in cereal crops. Agronomy, 12(5), 1205. doi: 10.3390/agronomy12051205.##Hurkman, W. J., McCue, K. F., Altenbach, S. B., Korn, A., Tanaka, C. K., Kothari, K. M., Johnson, E. L., Bechtel, D. B., Wilson, J. D., Anderson, O. D., & DuPont, F. M. (2003). Effect of temperature on expression of genes encoding enzymes for starch biosynthesis in developing wheat endosperm. Plant Science, 164, 873-881.##Hyles, J.,  Bloomfield, M. T.,  Hunt, J. R., Trethowan, R. M., & Trevaskis, B. (2020). Phenology and related traits for wheat adaptation. Heredity, 125,  417-430. doi: 10.1038/s41437-020-0320-1.##Ji, X., Dong, B., Shiran, B., Talbot, M. J., Edlington, J. E., Hughes, T., White, R. G., Gubler, F., & Dolferus, R. (2011). Control of abscisic acid catabolism and abscisic acid homeostasis is important for reproductive stage stress tolerance in cereals. Plant Physiology, 156, 647-662. doi: 10.1104/pp.111.176164.##Joshi, A. K., Mishra, B., Chatrath, R., Ortiz Ferrara, G., & Singh, R. P. (2016). Wheat improvement in India: Present status, emerging challenges and future prospects. Euphytica, 157(3), 431-446. doi: 10.1007/s10681-007-9385-7.##Kianpour, S., Rahnama, A., Monsefi, A., & Abdolshahi, R. (2024). Evaluating morpho-phenological and yield traits of bread wheat cultivars and near-isogenic lines in response to terminal heat stress in Ahvaz, Iran. Cereal Research, 13(4), 331-349. [In Persian]. doi: 10.22124/CR.2024.26382.1804.##Mahfuz Bazzaz, M., Hossain, A., Khaliq, Q. A., Abdul Karim, M., Farooq, M., & Teixeira da Silva, J. A. (2019). Assessment of tolerance to drought stress of thirty-five bread wheat (Triticum aestivum L.) genotypes using boxplots and cluster analysis. Agriculturae Conspectus Scientificus, 84(4), 333-345.##Oraki, A., Siahpoosh, M. R., Rahnama, A., & Lakzadeh, I. (2016). The effects of terminal heat stress on yield, yield components, and some morpho-phenological traits of barley genotypes (Hordeum vulgare L.) in Ahvaz weather conditions. Iranian Journal of Field Crop Science, 47(1), 29-40. [In Persian]. doi: 10.22059/ijfcs.2016.63586.##Passioura, J. (2007). The drought environment: Physical, biological and agricultural perspectives. Journal of Experimental Botany, 58(2), 113-117. doi: 10.1093/jxb/erl212.##Perez-Rial, A., Carmona, A., Ali, L., Rubio, J., Millan, T., Castro, P., & Die, J. V. (2024).  Phenotypic and genetic characterization of a near-isogenic line pair: Insights into flowering time in chickpea. BMC Plant Biology, 24, 709. doi: 10.1186/s12870-024-05411-y.##Plaut, Z., Butow, B. J., Blumenthal, C. S., and Wrigley, C. W. 2004. Transport of dry matter into developing wheat kernels and its contribution to grain yield under post-anthesis water deficit and elevated temperature. Field Crops Research, 86, 185-198. doi: 10.1016/j.fcr.2003.08.005.##Rahnama, A., Hosseinalipour, B., Farrokhian Firouzi, A., Harrison, M. T., & Ghorbanpour, M. (2024a). Root architecture traits and genotypic responses of wheat at seedling stage to water-defcit stress. Cereal Research Communications, 52, 1499-510. doi: 10.1007/s42976-023-00481-4.##Rahnama, A., Salehi, F., Meskarbashee, M., Mehdi Khanlou, K., Ghorbanpour, M., & Harrison, M. T. (2024b). High temperature perturbs physicochemical parameters and fatty acids composition of safflower (Carthamus tinctorius L.). BMC Plant Biology, 24, 1080. doi: 10.1186/s12870-024-057813.##Rehman, H. U., Tariq, A., Ashraf, I., Ahmed, M., Muscolo, A., Basra, S. M. A., & Reynolds, M. (2021). Evaluation of physiological and morphological traits for improving spring wheat adaptation to terminal heat stress. Plants, 10(3), 455. doi: 10.3390/plants10030455.##Reynolds, M., Foulkes, M. J., Slafer, G. A., Berry, P., Parry, M. A., Snape, J. W., & Angus, W. J. (2009). Raising yield potential in wheat. Journal of Experimental Botany, 60(7), 1899-1918. doi: 10.1093/jxb/erp016.##Richards, R. A., Rebetzke, G. J., Watt, Condon, A. G., Spielmeyer, W., & Dolferus, R. (2010). Breeding for improved water productivity in temperate cereals: phenotyping, quantitative trait loci, markers and the selection environment. Functional Plant Biology, 37, 85-97. doi: 10.1071/FP09219.##Rousset, M., Bonnin, I., Remoué, C., Falque, M., Rhoné, B., Veyrieras, J. B., Madur, D., Murigneux, A., Balfourier, F., & Le Gouis, J. (2011). Deciphering the genetics of flowering time by an association study on candidate genes in bread wheat (Triticum aestivum L.). Theoretical & Applied Genetics, 123, 907-926. doi: 10.1007/s00122-011-1636-2.##Sadras, V. O. (2007). Evolutionary aspects of the trade-off between seed size and number in crops. Field Crops Research, 100(2-3), 125-138. doi: 10.1016/j.fcr.2006.07.004.##Safhi, F. A., & Thabet, S. G. (2025). Deciphering genetic control of peduncle length in drought-stressed barley through genome-wide association study. Plant Biotechnology Reports, 19, 373-387. doi: 10.1007/s11816-025-00983-z.##Saini, H. S., & Westgate, M. E. (2000). Reproductive development in grain crops during drought. Advances in Agronomy, 68, 59-96. doi: 10.1016/S0065-2113(08)60843-3.##Salehi, F., Rahnama, A., Meskarbashee, M., Mehdi Khanlou, K., & Ghorbanpour, M. (2023). Physiological and metabolic changes of safflower (Carthamus tinctorius L.) cultivars in response to terminal heat stress. Journal of Plant Growth Regulation, 42, 6585-6600. doi: 10.1007/s00344-023-10911-6.##Slafer, G. A., Savin, R., & Sadras, V. O. (2014). Coarse and fine regulation of wheat yield components in response to genotype and environment. Field Crops Research, 157, 71-83. doi: 10.1016/j.fcr.2013.11.002.##Wang, W., Vinocur, B., & Altman, A. (2003). Plant responses to drought, salinity and extreme temperatures: towards genetic engineering for stress tolerance. Planta, 218(1), 1-14. doi: 10.1007/s00425-003-1105-5.##Xiong, L., & Zhu, J. K. (2002). Molecular and genetic aspects of plant responses to osmotic stress. Plant, Cell & Environment, 25, 131-139. doi: 10.1046/j.1365-3040.2002.00782.x.##Yang, J., Zhang, J., Wang, Z., Xu, G., & Zhu, Q. (2004). Activities of key enzymes in sucrose-to-starch conversion in wheat grains subjected to water deficit during grain filling. Plant Physiology, 135, 1621-1629. doi: 10.1104/pp.104.041038.##

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار