ارزیابی مورفو-فیزیولوژیک ژنوتیپ های گندم دوروم در شرایط دیم

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، گروه بیوتکنولوژی و به نژادی گیاهی، واحد کرمانشاه، دانشگاه آزاد اسلامی، کرمانشاه، ایران

2 دانشیار پژوهش، موسسه تحقیقات کشاورزی دیم کشور، معاونت سرارود، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرمانشاه، ایران

3 دانشیار، گروه بیوتکنولوژی و به‌نژادی گیاهی، واحد کرمانشاه، دانشگاه آزاد اسلامی، کرمانشاه، ایران

4 استادیار، گروه بیوتکنولوژی و به‌نژادی گیاهی، واحد کرمانشاه، دانشگاه آزاد اسلامی، کرمانشاه، ایران

چکیده

مقدمه: آگاهی از میزان تنوع ژنتیکی در ژرم‌پلاسم­ها اطلاعات ارزشمندی را در جهت حفظ منابع ژنتیکی و کاربرد آنها در اختیار به‌نژادگر قرار می­دهد. این تحقیق با هدف ارزیابی تنوع ژنوتیپ­های گندم دوروم بر اساس صفات آگرو- فیزیولوژیک و بررسی روابط متقابل بین صفات و شناسایی ژنوتیپ­های با ویژگی­های مطلوب با استفاده از روش بای­پلات ژنوتیپ در صفت انجام شد.
مواد و روش ­ها: در این تحقیق 124 ژنوتیپ گندم دوروم شامل 120 لاین اصلاحی دریافتی از سیمیت به­همراه چهار ژنوتیپ شاهد گندم دوروم (ساجی، ذهاب، ایمرن و لاین پیشرفته SRN-1/…) بر اساس 22 صفت مورفو- فیزیولوژیک در قالب طرح حجیم شده (آگمنت) طی دو سال زراعی (1396-97 و 98-1397) در معاونت موسسه تحقیقات کشاورزی دیم کشور (ایستگاه سرارود) مورد بررسی قرار گرفتند. تجزیه واریانس و مقایسه میانگین­های مبتنی بر بهترین برآوردگر خطی نااریب (BLUE) برای صفات مورد مطالعه انجام شد. همچنین، از روش نمودار دمایی برای ارزیابی ضرایب همبستگی بین صفات مورد مطالعه و از روش تجزیه بای­پلات ژنوتیپ در صفت (GT-biplot) برای بررسی روابط بین صفات و تعیین ویژگی­های مورفو- فیزیولوژیک ژنوتیپ­ها استفاده شد.
یافته ­های تحقیق: نتایج حاصل از این آزمایش نشان داد که اختلاف آماری معنی­داری بین ژنوتیپ­هایمورد مطالعه از لحاظ صفات بررسی شده در شرایط دیم وجود داشت که بیانگر تنوع ژنتیکی قابل توجه بین ژنوتیپ­ها می­باشد. بر اساس روش تجزیه بای­پلات ژنوتیپ در صفت در دو سال آزمایش، صفات اندازه­گیری شده در پنج گروه و ژنوتیپ­ها در هشت گروه قرار گرفتند. بر اساس نتایج تجزیه همبستگی و نتایج تجزیه بای­پلات ژنوتیپ در صفت، صفات تعداد سنبله در واحد سطح، ارتفاع بوته، هدایت روزنه­ای، عملکرد زیست­توده، طول پدانکل خارجی، طول سنبله، تعداد روز تا گلدهی، شاخص برداشت و طول پدانکل به‌عنوان مهم‌ترین صفات موثر بر عملکرد دانه در شرایط دیم شناسایی شدند. در مجموع بر اساس نتایج حاصل از شاخص­های انتخاب، تعدادی از لاین­های مورد مطالعه در این آزمایش به­عنوان لاین­های امیدبخش برتر و پرمحصول به­منظور کشت در شرایط دیم انتخاب شدند.
نتیجه ­گیری: نتایج این تحقیق منجر به شناسایی تعدادی از لاین­های اصلاحی گندم دوروم با ویژگی­های آگروفیزیولوژیک برتر از ارقام شاهد شد که به­منظور بهبود تحمل به خشکی و تولید عملکرد مطلوب در شرایط دیم می­توانند برای استفاده در برنامه اصلاحی گندم دوروم در آینده توصیه شوند. در کل از بین لاین­های مطالعه شده در این آزمایش، لاین­های اصلاحی شماره 119، 106، 117، 104، 121، 115، 109، 118، 98، 49 و 124 به­عنوان ژنوتیپ­های ایده­آل در شرایط دیم معرفی می­شوند.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Evaluation of morpho-physiological diversity of durum wheat genotypes under rainfed condition

نویسندگان [English]

  • Amin Ahmadirad 1
  • Reza Mohammadi 2
  • Alireza Etminan 3
  • Lia Shooshtari 4
  • Ali Mehras Mehrabi 4
1 Ph.D. Student, Department of Plant Breeding and Biotechnology, Kermanshah Branch, Islamic Azad University, Kermanshah, Iran
2 Research Associate Professor, Dryland Agricultural Research Institute, Sararood Branch, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Kermanshah, Iran (*Corresponding author: r.mohammadi@areeo.ac.ir)
3 Associate Professor, Department of Plant Breeding and Biotechnology, Kermanshah Branch, Islamic Azad University, Kermanshah, Iran (*Corresponding author: alietminan55@yahoo.com)
4 Assistant Professor, Department of Plant Breeding and Biotechnology, Kermanshah Branch, Islamic Azad University, Kermanshah, Iran
چکیده [English]

Introduction
Knowledge of the amount of genetic diversity in germplasms provides valuable information for the preservation of genetic resources and their use. The aim of this study was to evaluate the diversity of durum wheat genotypes based on morpho-physiological traits and to investigate the interrelationships between traits using the genotype-by-trait biplot (GT-biplot) method.
Materials and methods
In this study, 124 durum wheat genotypes including 120 breeding lines received from CIMMYT along with 4 check genotypes (Saji, Zahab, Imren and SRN-1\..) with six replications were examined based on an augmented desgin during two cropping years (2017-18 and 2018-19) in the Dryland Agricultural Research Sub-Institute (Sararood Station), Kermanshah, Iran. Genotypes were evaluated based on 22 morpho-physiological traits. Analysis of variance and mean comparison based on the best linear unbaised estimator (BLUE) approach were performed for the studied traits. Heatmap-based correlation analysis was to study the correlation between the studied traits, and the GT-biplot analysis was used to investigate the relationships of traits and determine the morpho-physiological characteristics of the genotypes.
Research findings
The results of this experiment showed that there was a significant difference between the studied genotypes in terms of the studied traits under rainfed conditions, which indicates a significant genetic diversity in the studied genotypes. Based on GT-biplot analysis method in two years, the studied traits and genotypes were divided into five and eight groups, respectively. Based on the results of correlation analysis and GT-bipot analysis, number of spikes per unit area, plant height, stomatal conductance, biological yield, external peduncle length, spike length, number of days to heading, harvest index and peduncle length were identified as most important traits affecting grain yield under rainfed conditions. In total, based on the results of the selection indices, a number of the studied durum wheat breeding lines in this experiment were selected as the most promising and high-yielding lines for cultivation under rainfed conditions.
Conclusion
The results of this study led to identify a number of durum wheat breeding lines with agro-physiological characteristics superior to the check cultivars, which can be recommended for use in the future durum wheat breeding program to improve drought tolerance and produce optimal yield under rainfed conditions. In total, breeding lines 119, 106, 117, 104, 121, 115, 109, 118, 98, 49 and 124 are introduced as the ideal genotypes under rainfed conditions.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Agro-physiological traits
  • Correlation analysis
  • Genetic diversity
  • GT-biplot

مراجع

Alvarado, G., Rodríguez F.M., Pacheco, A., Burgueño J., Crossa, J., Vargas, M., Pérez-Rodríguez, P. and Lopez-Cruz M.A. 2020. META-R: A software to analyze data from multi-environment plant breeding trials. The Crop Journal 8(5): 745-756.
Alvarado, G., López, M., Vargas, M., Pacheco, Á., Rodríguez, F., Burgueño J. and Crossa, J. 2015. "META-R: Multi Environment Trail Analysis with R for Windows. Ver. 6.0".
hdl: 11529/10201, CIMMYT Research Data and Software Repository Network. Accessed 30 November 2016.
Barrs, H.D. and Weatherley, P.E. 1962. A re-examination of the relative turgidity technique for estimating water deficits in leaves. Australian Journal of Biological Science 24: 519-570.
Bernardo, R. 2020. Reinventing quantitative genetics for plant breeding: Something old, something new, something borrowed, something BLUE. Heredity 125: 375-385.
Bogale, A., Tesfaye, K. and Geleto, T. 2011. Morpholigical and physiological attributes associated to drought tolerance of Ethiopian durum wheat genotypes under water deficit. Journal of biodiversity and environmental sciences 1(2): 22-36.
Chalish, L. and S. Houshmand. 2011. Estimate of heritability and relationship of some durum wheat characters using recombinant inbred lines. Electronic Journal of Crop Production 4 (2): 223-238. (In Persian with English Abstract).
Del Pozo, A., Yáñez, A., Matus, I.A., Tapia, G., Castillo, D., Sanchez-Jardón L. and Araus, J.L. 2016. Physiological traits associated with wheat yield potential and performance under water-stress in a Mediterranean environment. Frontiers in Plant Science 7: 987.
Federer, W. and D. Raghavarao. 1975. On augmented designs. Biometrics 31 (1): 29-35.
Ferreira, A.D.C., Fritsche Neto, R. and Geraldi, I.O. 2008. Estimation and prediction of parameters and breeding values in soybean using REML/BLUP and least squares. Crop Breeding and Applied Biotechnology 8 (3): 219-224.
Kaviani, R., Aghaee Sarbarzeh, M., Bihamta, M.R. and Mohammadi, M. 2014. Genetic diversity and factor analysis for agronomical and morphological traits in durum wheat landraces. Seed and Plant Journal 29 (4): 673-692. (In Persian with English Abstract).
Kilic, H., Sanal, T., Erdemci, I. and Karaca, K. 2017. Screening bread wheat genotypes for high molecular weight glutenin subunits and some quality parameters. Journal of Agricultural Science and Technology 19 (6):1393-1404.
Kroonenberg, P.M. 1995. Introduction to biplots for G×E tables. Department of Mathematics, Research Report 51. University of Queensland, Australia.
Habash, D.Z., Kehel, Z. and Nachit, M. 2009. Genomic approaches for designing durum wheat ready for climate change with a focus on drought. Journal of Experimental Botany 60: 2805-2815.
Hoffmann, W.A. and Poorter, H. 2002. Avoiding bias in calculations of relative growth rate. Annals of Botany 90: 37-42.
Lopes, M.S., El-Basyoni, I., Baenziger, P.S., Singh, S., Royo, C., Ozbek, K., Aktas, H., Ozer, E., Ozdemir, F., Manickavelu, A., Ban, T. and Vikram, P. 2015. Exploiting genetic diversity from landraces in wheat breeding for adaptation to climate change. Journal of Experimental Botany
66 (12): 3477-3486.
Mackay, I. 2020. Estimating surrogates of genetic value. IM plant Consulting Ltd., Chelmsford, CM2 6HA, UK. 64 p.
Mohammadi, R., Armion, M., Sadeghzadeh, D., Amri, A. and Nachit, M. 2010. Analysis of genotype-by-environment interaction for agronomic traits of durum wheat in Iran. Plant Production Science 14 (1): 15-21.
Mohammadi, R., Etminan, A. and Shooshtari L. 2019. Agro-physiological characterization of durum wheat genotypes under drought conditions. Experimental Agriculture 55: 484-499.
Mohammadi, R., Geravandi, M., Haghparast, R., Rajabi, R., Abdulahi, A., Malekhosseini, R., Yarkarami, Kh. and Shahsavari, B. 2019. Study of grain yield and agro-physiological characteristics of some promising rainfed bread wheat genotypes under no-till condition. Journal of Crop Breeding 11 (32): 207-217. (In Persian with English Abstract).
Mohammadi, R., Haghparast, R., Sadeghzadeh, B., Ahmadi, H., Solimani K. and Amri, A. 2014. Adaptation patterns and yield stability of durum wheat landraces to highland cold rainfed areas of Iran. Crop Science 54: 944–954.
Naghavi, M.R., Shahbaz-Pourshahbazi, A. and Taleie, A. 2002. Study of genetic variation in durum wheat germplasm for some morphological and agronomic characteristics. Iranian Journal of Crop Sciences 4 (2): 81-89. (In Persian with English Abstract).
Naghdipoor, A., Khodarahmi, M., Poorshahbazi, A. and Ismaeilzadeh, M. 2010. Factor analysis for grain yield and other traits in durum wheat. Journal of Agronomy and Plant Breeding 7 (1): 84-96. (In Persian with English Abstract).
Pacheco, A., Vargas, M., Alvarado, G., Rodríguez, F., Crossa, J. and Burgueño, J. 2016. GEA-R: Genotype×environment analysis with R for windows. Ver. 2.0. Mexico: CIMMYT. Retrieved from http://hdl.handle.net/11529/10203.
Peterson, D.M., Wesenberg, D.M., Burrup, D.E. and Erickson, C.A. 2005. Relationships among agronomic traits and grain composition in oat genotypes grown in different environments. Crop Science 45:1249-1255.
Purba, A.R., Flori, A., Baudouin, L. and Hamon, S. 2001. Prediction of oil palm (Elaeis guineesis Jacq.) agronomic performances using best linear unbiased prediction (BLUP). Theoretical and Applied Genetics 102: 787-792.
Rajaram, S., Borlaug, N.E. and van. Ginkel, M. 2004. CIMMYT international wheat breeding. CIMMYT. Mexico.
Rajaram, S., van Ginkel, M. and Fischer, R.A. 1994. CIMMYT’s wheat breeding mega-environments (ME). In Proceedings of the 8th International Wheat Genetics Symposium, 19-24 July, 1994, Beijing, China.
Roy, C., Chattopadhyay, T., Ranjan, R.D., Ul-Hasan, W., Kumar, A. and De, N. 2021. Association of leaf chlorophyll content with the stay-green trait and grain yield in wheat grown under heat stress conditions. Czech Journal of Genetics and Plant Breeding 57: 140-148.
Royo, C., Dreisigacker, S., Ammar, K. and  Villegas, D. 2020. Agronomic performance of durum wheat landraces and modern cultivars and its association with genotypic variation in vernalization response (Vrn-1) and photoperiod sensitivity (Ppd-1) genes. European Journal of Agronomy 120: 126129.
Rubio, J., Cubero, J.I., Martin, L.M., Suso, M.J. and Flores, F. 2004. Biplot analysis of trait relations of white lupin in Spain. Euphytica 135:217-224.
Yan, W. and Frégeau-Reid, J.A. 2008. Breeding line selection based on multiple traits. Crop Science 48: 417-423.
Yan W. and Rajcan, I.R. 2002. Biplot analysis of test sites and trait relations of soybean in Ontario. Canadian Journal of Plant Science 42: 11-20.
Yang, R.C., Jana S. and Clarke, J.M. 1991. Phenotypic diversity and associations of some potentially drought-responsive characters in durum wheat. Crop Science 31: 1484-1491.
تحقیقات غلات
دوره 12، شماره 1
خرداد 1401
صفحه 21-44

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار