غربال توده‌های بومی گندم دوروم ایرانی و خارجی با استفاده از شاخص‌های تحمل به تنش

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، دانشکده کشاورزی، واحد سنندج، دانشگاه آزاد اسلامی، سنندج، ایران

2 استادیار، دانشکده کشاورزی، واحد سنندج، دانشگاه آزاد اسلامی، سنندج، ایران

3 استادیار، گروه اصلاح نباتات، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شاهد، تهران، ایران

4 استاد پژوهش، مؤسسه تحقیقات اصلاح و تهیه نهال و بذر، سازمان تحقیقات، ترویج و آموزش کشاورزی،کرج، ایران

چکیده

مقدمه: گندم دوروم یکی از محصولات زراعی مهم در جهان و ایران به‌شمار می‌آید که همواره در مناطق مدیترانه‌ای رشد و عملکرد آن به واسطه تنش خشکی به‌­ویژه با تغییرات آب و هوایی جهانی تحت تأثیر قرار می‌گیرد. در این میان، توده‌ها و نمونه‌های ژنتیکی بومی این محصول می‌توانند به‌عنوان منابع ژنتیکی بالقوه و مناسب به‌منظور شناسایی و معرفی ژنوتیپ‌های متحمل به خشکی مورد توجه قرار گیرند. هدف از این مطالعه، ارزیابی تحمل به خشکی توده‌های بومی گندم دوروم ایرانی و خارجی (عمدتاً از هلال حاصل‌خیز) به‌منظور شناسایی و معرفی توده‌های برتر بود.
مواد و روش‌ها: در این مطالعه، ۱۵۰ توده بومی گندم دوروم متعلق به هلال حاصل‌خیز از نظر تحمل به خشکی با استفاده از شاخص‌های تحمل به تنش مورد ارزیابی قرار گرفتند. آزمایش به‌صورت آگمنت در قالب طرح بلوک‌‌های کامل تصادفی با چهار رقم شاهد تحت دو شرایط دیم و آبیاری تکمیلی در مزرعه تحقیقاتی دانشگاه رازی کرمانشاه طی دو سال زراعی متوالی (۱۳۹8-۱۳۹9 و ۱400-۱399) انجام شد. پس از اندازه‌گیری عملکرد دانه در هر دو شرایط دیم و آبیاری تکمیلی، شاخص‌های تحمل به تنش محاسبه و سپس برای غربال توده‌ها از نظر تحمل به خشکی، از تجزیه خوشه‌ای، تجزیه‌ به مؤلفه‌های اصلی و تجزیه بای‌پلات استفاده شد. برای محاسبه شاخص‌های تحمل به تنش و آزمون همگنی واریانس خطاهای آزمایشی از نرم‌افزار R نسخه 4.3.1 بهره گرفته شد. تجزیه‌ به مؤلفه‌های اصلی و تعیین حد بهینه تعداد گروه‌ها نیز با استفاده از روش Silhouette در بسته Factoextra نرم‌افزار R انجام شد.
یافته‌های تحقیق: نتایج تجزیه واریانس مرکب داده‌ها طی دو سال، تفاوت آماری معنی‌داری را میان توده‌های بومی گندم دوروم از نظر عملکرد دانه در هر دو شرایط دیم و آبیاری تکمیلی نشان داد. برهمکنش ژنوتیپ × سال نیز معنی‌دار بود که نشان دهنده واکنش متفاوت ژنوتیپ‌ها طی دو سال اجرای آزمایش بود. تجزیه بای­پلات ژنوتیپ × شاخص برای سال اول آزمایش نشان داد که تمامی شاخص‌های تحمل به تنش مورد بررسی در سه ناحیه اول، سوم و چهارم محورهای مختصات ظاهر شدند، اما شاخص‌های مهم‌تر شامل MP، TOL، GMP، HM و STI در ناحیه چهارم واقع شدند که در تشخیص و شناسایی توده‌های برتر با عملکرد بالا و متحمل به خشکی مورد استفاده قرار گرفتند. روندی مشابه با تفاوت‌های جزئی در سال دوم آزمایش‌ نیز مشاهده شد. در مجموع، توده‌های گندم دوروم مورد مطالعه بر اساس بای‌پلات ژنوتیپ × شاخص به چهار گروه متمایز از طیف حساس تا متحمل به خشکی گروه‌بندی شدند.
نتیجه‌گیری: بر اساس نتایج این مطالعه، شاخص‌های TOL، GMP، HM، STI و MP به‌عنوان شاخص‌های مناسب و مفید جهت تفکیک و شناسایی توده‌های گندم دوروم با عملکرد بالا و متحمل به خشکی انتخاب شدند. بر این اساس، توده‌های گندم دوروم مورد مطالعه از نظر تحمل و حساسیت به خشکی به چهار گروه متمایز از حساس تا متحمل گروه‌بندی شدند. از بین توده‌های مورد مطالعه نیز دو توده 44SAU و 9IRQ به‌ترتیب با منشأ سودان و عراق به‌عنوان توده‌های برتر شناسایی شدند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Screening the Iranian and foreign durum wheat landraces using stress tolerance indices

نویسندگان [English]

  • Soheyla Ahmadi 1
  • Farzad Fayaz 2
  • Amir Mohammad Naji 3
  • Mostafa Aghaei Sarbarzeh 4
1 Ph.D. Student, Faculty of Agriculture, Sanandaj Branch, Islamic Azad University, Sanandaj, Iran
2 Assistant Professor, Faculty of Agriculture, Sanandaj Branch, Islamic Azad University, Sanandaj, Iran
3 Assistant Professor, Department of Plant Breeding, Faculty of Agriculture, Shahed University, Tehran, Iran
4 Research Professor, Seed and Plant Improvement Institute, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Karaj, Iran
چکیده [English]

Introduction
Durum wheat is considered one of the most important crop plants globally and in Iran, and it’s growth and yield is consistently affected by drought stress in Mediterranean regions, especially with global climate changes. However, local varieties or landraces of this crop can serve as valuable genetic resources for identifying and introducing drought-tolerant genotypes. The objective of the present study was to evaluate the drought tolerance of Iranian and foreign durum wheat landraces (primarily from the Fertile Crescent) in order to identify and introduce superior genotypes.
Materials and Methods
In this study, 150 durum wheat landraces from the Fertile Crescent were assessed for drought tolerance using stress tolerance indices. The experiment was conducted in an augmented randomized complete block design with four check varieties under supplementary irrigation and rainfed conditions in the research field of Razi University, Kermanshah, Iran, during two consecutive years (2019-2020 and 2020-2021). Stress tolerance indices were calculated after measuring grain yield under both supplementary irrigation and rainfed conditions. Cluster analysis, principal component analysis, and biplot analysis were used to screen the studied landraces for drought tolerance. R software version 4.3.1 was used to calculate stress tolerance indices and homogeneity test of variance of experimental errors. R software was used to perform principal component analysis and determine the optimal number of groups based on Silhouette method in Factoextra package.
Research findings
The results of combined analysis of variance of the two years data revealed a significant difference among the studied durum wheat landraces for grain yield under both supplementary irrigation and rainfed conditions. The interaction of genotype × year was also significant, indicating different responses of the genotypes during two experimental years. Biplot analysis of genotype × index for the first year data showed that all the studied stress tolerance indices appeared in the first, third, and fourth zones of the coordinate axes, but more important stress indices including MP, TOL, GMP, HM and STI were located in the fourth zone, which were used to identify superior with high yielding drought-tolerant genotypes. A similar trend with minor differences was observed in the second year. In total, the studied durum wheat landraces were categorized into four distinct groups from drought-sensitive to drought-tolerant based on the genotype × index biplot.
Conclusion
Based on the results of this study, TOL, GMP, HM, STI and MP indices were selected as suitable and useful indices for distinguishing and identifying high-yielding drought-tolerant durum wheat landraces. Accordingly, the studied durum wheat landraces in terms of drought tolerance or sensitivity were grouped into four distinct groups from sensitive to tolerant. Among the studied landraces, two landraces, 44SAU and 9IRQ from Sudan and Iraq, respectively, were identified as superior landraces.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Biplot
  • Cluster analysis
  • Drought stress
  • Grain yield
  • Rainfed

مراجع

Amiri, R., Bahraminejad, S., Sasani, S., & Ghobadi, M. (2014). Genetic evaluation of 80 irrigated bread wheat genotypes for drought tolerance indices. Bulgarian Journal of Agricultural Science, 20(1), 101-111.##Ayed, S., Othmani, A., Bouhaouel, I., & Teixeira da Silva, J. A. (2021). Multi-environment screening of durum wheat genotypes for drought tolerance in changing climatic events. Agronomy, 11(5), 875. doi: 10.3390/agronomy11050875. ##Bouslama, M., & Schapaugh Jr, W. T. (1984). Stress tolerance in soybeans. I. Evaluation of three screening techniques for heat and drought tolerance. Crop Science, 24(5), 933-937. doi: 10.2135/cropsci1984.0011183X002400050026x.##Chaouachi, L., Marín-Sanz, M., Kthiri, Z., Boukef, S., Harbaoui, K., Barro, F., & Karmous, C. (2023). The opportunity of using durum wheat landraces to tolerate drought stress: screening morpho-physiological components. AoB PLANTS, 15(3), 1-4. doi: 10.1093/aobpla/plad022.##Fayaz, F., Aghaee Sarbarzeh, M., & Talebi, R. (2019). Genetic diversity and molecular characterization of Iranian durum wheat landraces (Triticum turgidum durum (Desf.) Husn.) using DArT markers. Biochemical Genetics 57(1), 98-116. doi: 10.1007/s10528-018-9877-2.##Fayaz, F., Mardi, M., Aghaee, M., Darvish, F., & Talebi, R. (2012). Phenotypic diversity analysis of grain yield and yellow pigment content in germplasm collected from Iranian durum wheat (Triticum turgidum L.) landraces. Archives of Agronomy & Soil Science, 59(10), 1339-1357. doi: 10.1080/03650340.2012.708927.##Fernandez, G. C. J. (1992). Effective selection criteria for assessing plant stress tolerance. Proceeding of the International Symposium on Adaptation of Vegetables and Other Food Crops in Temperature and Water Stress. 13-16 Aug., Shanhua, Taiwan. pp, 257-270.##Fischer, R. A., & Maurer, R. (1978). Drought resistance in spring wheat cultivars. I. Grain yield responses. Australian Journal of Agricultural Research, 29(5), 897-912. doi: 10.1071/AR9780897.##Ghanem, H. E., & Al-Farouk, M. O. (2024). Wheat drought tolerance: Mmorpho-physiological criteria, stress indexes, and yield responses in newly sand soils. Journal of Plant Growth Regulation, 43, 2234-2250. doi: 10.1007/s00344-024-11259-1.##Geravandi, M., Farshadfar, E., & Kahrizi, D. (2010). Evaluation of drought tolerance in bread wheat advanced genotypes in field and laboratory conditions. Seed & Plant Improvement Journal, 261(2), 233-252. [In Persian].##Geravandi, M., Mohammadi, R., Cheghamirza, K., & Zarei, L. (2023). Evaluation of drought tolerance in durum wheat landraces using grain yield-based drought selection indices. Journal of Crop Breeding, 15(46), 166-177. [In Persian]. doi: 10.61186/jcb.15.46.166.##Golabadi, M., Arzani, A., & Maibody, S. A. M. (2006). Assessment of drought tolerance in segregating populations in durum wheat. African Journal of Agricultural Research, 1(5), 162-171.##IGC. (2022). International Grains Council. Retreived 26 August 2024, from https://www.igc.int/en/default.aspx.##Kamrani, M., Ebadi, A., & Mehreban, A. (2016). Evaluation of grain yield-based drought tolerance indices for screening durum wheat genotypes. Jordan Journal of Agricultural Sciences, 405(3641), 1–17.##Kassambara, A. (2017). Practical guide to principal component methods in R. eBook on google play. https://goo.gl/sxQUX9.##Mazzucotelli, E., Sciara, G., Mastrangelo, A. M., Desiderio, F., Xu, S. S., Faris, J., Hayden, M. J., Tricker, P. J., Ozkan, H., Echenique, V., Steffenson, B. J., Knox, R., Niane, A. A., Udupa, S. M., Longin, F. C. H., Marone, D., Petruzzino, G., Corneti, S., Ormanbekova, D., Pozniak, C., Roncallo, P. F., Mather, D., Able, J. A., Amri, A., Braun, H., Ammar, K., Baum, M., Cattivelli, L., Maccaferri, M., Tuberosa, R., & Bassi, F. M. (2020). Frontiers in Plant Science, 11, 569905. doi: 10.3389/fpls.2020.569905.##Mohammadi, R., Sadeghzadeh, B., Poursiahbidi, M. M., & Ahmadi, M. M. (2021). Integrating univariate and multivariate statistical models to investigate genotype × environment interaction in durum wheat. Annals of Applied Biology, 178(3), 450-465. doi: 10.1111/aab.12648.##Negisho, K., Shibru, S., Matros, A., Pillen, K., Ordon, F., & Wehner, G. (2022). Association mapping of drought tolerance indices in Ethiopian durum wheat (Triticum turgidum ssp. durum). Frontiers in Plant Science, 13, 838088. doi: 10.3389/fpls.2022.838088.##Quizenberry, J. E. (1982). Breeding for drought resistance and plant water use efficiency. In Christiansen, M. N., & Lewis, C. F. (Eds.). Breeding Plant for Less Favorable Environments. Wiley-Interscience, New York. pp, 289-327.##Rosielle, A. A., & Hamblin, J. (1981). Theoretical aspects of selection for yield in stress and non‐stress environment. Crop Science, 21(6), 943-–946. doi: 10.2135/cropsci1981.0011183X002100060033x.##Roustaii, M., Jafarzadeh, J., & Eslami, R. (2021). Evaluation of drought tolerance in rainfed winter bread wheat (Triticum aestivum L.) genotypes. Seed & Plant, 37(4), 425-451. [In Persian]. doi: 10.22092/CBJ.2022.359076.1075.##Royo, C., Ammar, K., Villegas, D., & Soriano, J. M. (2021). Agronomic, physiological and genetic changes associated with evolution, migration and modern breeding in durum wheat. Frontiers in Plant Science, 12, 674470. doi: 10.3389/fpls.2021.674470.##Sangi, S. E., Najaphy, A., Cheghamirza., K., & Mohammadi, R. (2022). Assessment of drought tolerance indices for durum wheat (Triticum durum L.) genotypes. Environmental Stresses in Crop Sciences, 14(4), 901-911. doi: 10.22077/escs.2020.3310.1842.##Shafazadeh, M. K., Yazdan Sepas, A., Amini, A., & Ghanadha, M. R. (2004). Study of terminal drought tolerance in promising winter and facultative wheat genotypes using stress susceptibility and tolerance indices. Seed & Plant, 20(1), 57-71. [In Persian]. doi: 10.22092/SPIJ.2017.110607.##Siosemardeh, A., Ahmadi, A., Poustini, K., & Mohammadi, V. (2006). Evaluation of drought resistance indices under various environmental conditions. Field Crops Research, 98(2-3), 222-229. doi: 10.1016/j.fcr.2006.02.001.##Skovmand, B., Reynolds, M. P., & Delacy, I. H. (2001). Mining wheat germplasm collections for yield enhancing traits. In: Bedö, Z., & Láng, L. (Eds.). Wheat in a Global Environment: Developments in Plant Breeding. Vol. 9. Springer, Dordrecht. pp, 761-771. doi: 10.1007/978-94-017-3674-9_102.##Soriano, J. M., Villegas, D., Sorrells, M. E., & Royo, C. (2018). Durum wheat landraces from east and west regions of the mediterranean basin are genetically distinct for yield components and phenology. Frontiers in Plant Science, 9, 80. doi: 10.3389/fpls.2018.00080.##Wen, P., Meng, Y., Gao, C., Guan, X., Wang, T. C., & Feng, W. (2023). Field identification of drought tolerant wheat genotypes using canopy vegetation indices instead of plant physiological and biochemical traits. Ecological Indicators, 154, 110781. doi: 10.1016/j.ecolind.2023.110781.##Yang, X., Lu, M., Wang, Y., Wang, Y., Liu, Z., & Chen, S. (2021). Response mechanism of plants to drought stress. Horticulturae, 7(3), 50. doi: 10.3390/horticulturae7030050.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار