گزینش ژنوتیپ‌های جو با استفاده از صفات مورفو-فنولوژیک تحت شرایط بدون تنش و تنش خشکی آخر فصل

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران ,

2 استاد، گروه مهندسی تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران

3 استادیار پژوهش، بخش تحقیقات علوم زراعی و باغی، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی فارس، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، داراب، ایران

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

چکیده

مقدمه: جو (Hordeum vulgare L.) یکی از گیاهان مهم خانواده غلات است که دامنه سازگاری وسیعی به انواع تنش‌های غیر‌زیستی، به‌ویژه تنش‌های خشکی، شوری و سرما دارد. با توجه به این‌که سطح گسترده‌ای از کاشت رقم‌های جو تحت شرایط خشک و نیمه‌خشک انجام می‌شود، بنابراین گزینش و معرفی رقم‌های برتر و متحمل به خشکی که بتوانند تحت این شرایط، عملکرد مناسبی تولید کنند، حائز اهمیت است. هدف از اجرای این مطالعه، بررسی و مقایسه ژنوتیپ‌های امیدبخش جو تحت شرایط بدون تنش و تنش خشکی آخر فصل و گزینش ژنوتیپ‌های پرمحصول و متحمل به خشکی با استفاده از صفات مورفو- فنولوژیک بود.

مواد و روش‌ها: در این مطالعه، 17 ژنوتیپ امیدبخش جو و چهار ژنوتیپ شاهد (شامل رقم‌های اکسین، گلچین و نوروز و لاین امیدبخش WB-99-10) تحت دو رژیم آبیاری (شرایط عدم تنش و تنش خشکی انتهای فصل رشد) در قالب طرح بلوک‌های کامل تصادفی با سه تکرار در دو فصل زراعی (1403-1401) در ایستگاه تحقیقات کشاورزی داراب مورد ارزیابی قرار گرفتند. تنش خشکی به‌صورت قطع آبیاری در مرحله ظهور سنبله‌ها اعمال شد. صفات مورد بررسی شامل عملکرد دانه، تعداد سنبله در متر مربع، تعداد دانه در سنبله، وزن دانه در سنبله، وزن هزار دانه، طول دوره پر شدن دانه، طول ریشک، طول سنبله، ارتفاع بوته، تعداد روز تا ظهور سنبله، تعداد روز تا رسیدگی، سرعت پر شدن دانه، نوع ریشک، تعداد ردیف، شاخص برداشت سنبله و شاخص باروری سنبله بود. برای گروه‌بندی ژنوتیپ‌ها از تجزیه به مؤلفه‌های اصلی (PCA) و تجزیه خوشه‌ای و برای ارزیابی بهینه گروه‌ها از شاخص نیم‌رخ استفاده شد.

یافته‌های تحقیق: تجزیه واریانس داده‌ها وجود تفاوت‌های معنی‌دار بین ژنوتیپ‌ها را برای تمامی صفات مورد مطالعه در هر دو شرایط بدون تنش و تنش نشان داد که بیانگر تنوع ژنتیکی قابل توجه بین ژنوتیپ‌ها است. در شرایط بدون تنش، ژنوتیپ‌های شماره ۴، ۲۱ و ۲۰ بالاترین عملکرد دانه (به‌ترتیب ۶۴۰۶، ۶۳۴۳ و ۶۳۱۰ کیلوگرم در هکتار) را داشتند، در حالی‌که در شرایط تنش خشکی، ژنوتیپ‌های شماره ۴، ۲۰ و ۱۶ به‌ترتیب با عملکرد ۵۱۲۲، ۴۸۴۹ و ۴۷۱۷ کیلوگرم در هکتار پیشتاز بودند. تنش خشکی، بیش‌ترین کاهش نسبی را به‌ترتیب در صفات عملکرد دانه (24.6 درصد)، سرعت پر شدن دانه (22.6 درصد)، وزن هزار دانه (13.7 درصد)، وزن دانه در سنبله (13.5 درصد) و وزن سنبله (12.5 درصد) ایجاد کرد. تجزیه همبستگی وجود ارتباط مثبت و معنی‌دار بین عملکرد دانه را با تعداد روز تا رسیدگی، سرعت پر شدن دانه، شاخص برداشت سنبله و شاخص باروری سنبله در هر دو رژیم آبیاری نشان داد و آن‌ها را به‌عنوان شاخص‌های انتخاب قابل اعتماد برای تحمل به خشکی معرفی کرد. تجزیه به مولفه‌های اصلی، ژنوتیپ‌ها را در هر دو رژیم آبیاری به سه گروه اصلی گروه‌بندی کرد، با این‌حال، نمودار شاخص نیم‌­رخ، ژنوتیپ‌ها را در شرایط بدون تنش و تنش خشکی به‌ترتیب به دو و چهار گروه طبقه‌بندی کرد. بر مبنای تجزیه خوشه‌ای در شرایط بدون تنش، ژنوتیپ‌های شماره 9، 12، 13، 17، 18 و 19 در گروه یک و سایر ژنوتیپ‌ها در گروه دوم قرار گرفتند، در حالی‌که در شرایط تنش خشکی، ژنوتیپ‌های شماره 12، 13 و 19 در گروه یک، 9، 17 و 18 در گروه دو، 11 و 21 در گروه سه و سایر ژنوتیپ‌ها در گروه چهار گروه‌بندی شدند. 

نتیجه‌گیری: به‌طور خلاصه، نتایج PCA در دو رژیم آبیاری مشابه بود و بیش‌تر ژنوتیپ‌های برتر در گروه دوم قرار گرفتند. نتایج PCA صفات تعداد روز تا رسیدگی، سرعت پر شدن دانه، عملکرد دانه، شاخص برداشت سنبله و شاخص باروری سنبله را به‌عنوان معیارهای انتخاب مناسب در هر دو شرایط تنش و بدون تنش شناسایی کرد. بر اساس تجزیه خوشه‌ای در شرایط تنش، ژنوتیپ‌های گروه چهار جزو ژنوتیپ‌های برتر بودند و از لحاظ صفات عملکرد دانه، سرعت پر شدن دانه، دوره پرشدن دانه، تعداد روز تا رسیدگی، تعداد دانه در سنبله و شاخص باروری سنبله دارای مقادیر بالاتر از میانگین کل بودند. مقایسه ژنوتیپ‌های انتخابی در هر دو روش تجزیه خوشه‌ای و PCA، مطابقت قوی در گروه‌بندی ژنوتیپ‌ها را نشان داد. به‌طور کلی و بر مبنای نتایج این آزمایش، می‌توان ژنوتیپ شماره ۴ را به‌عنوان کاندیدای برتر به‌منظور تهیه ژنوتیپ‌های متحمل به خشکی در برنامه‌های به‌نژادی جو توصیه کرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Selection of barley genotypes using morpho-phenological traits under non-stress and terminal drought stress conditions

نویسندگان [English]

  • Mansoor Jafari Zare 1
  • Ali Asghari 2
  • Hassan Zali 3
  • Omid Sofalian 2
  • Alireza Pour-Aboughadareh 4
1 Ph.D. Student, Department of Plant Production and Genetics, Faculty of Agriculture and Natural Resources, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran
2 Professor, Department of Plant Production and Genetics, Faculty of Agriculture and Natural Resources, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran
3 Research Assistant Professor, Department of Crop and Horticultural Science Research, Fars Agricultural and Natural Resources Research and Education Center, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Darab, Iran
4 Research Assistant Professor, Seed and Plant Improvement Institute, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Karaj, Iran
چکیده [English]

Introduction
Barley (Hordeum vulgare L.) is one of the world’s most important cereal crops adapted to a range of abiotic stresses, particularly drought, salinity, and cold. Because barley varieties are widley cultivated under arid and semi-arid regions, the selection and introduction of superior high-yielding drought-tolerant barley cultivars under these stressful conditions is important. The aim of this study was to investigate and compare promising barley genotypes based on morpho-phenological traits under non-stress and terminal drought stress conditions and select high-yielding drought-tolerant genotypes.

Materials and methods
In this study, 17 promising barley genotypes and four control genotypes (Including varieties of Auxin, Golchin and Norooz and promising line WB-99-10) were evaluated under two irrigation regimes (non-stress and terminal drought stress conditions) in a randomized complete block design with three replications over two cropping seasons (2002-2024) at the Darab Agricultural Research Station. Drought stress was applied by stopping irrigation at the spike emergence stage. The measured traits included of grain yield, number of spikes per square meter, number of grains per spike, grain weight per spike, thousand grains weight, length of grain filling period, spike length, awn length, plant height, number of days to heading, number of days to maturity, grain filling rate, the number of rows of spikes, type of awn, spike harvest index and spike fertility index. Principal component analysis (PCA) and cluster analysis were used to grouping of genotypes, and the silhouette index was used to evaluate the optimal number of groups.
 
Research findings
Analysis of variance revealed significant differences among genotypes for all studied traits in both conditions, indicating substantial genetic diversity. Under non-stress conditions, genotypes 4, 21, and 20 yielded the highest grain yields (6406, 6343, and 6310 kg.ha-1, respectively), whereas under drought stress, genotypes 4, 20, and 16 led with 5122, 4849, and 4717 kg.ha-1. Drought stress caused the greatest relative declines in grain yield (24.6%), grain filling rate (22.6%), thousand grain weight (13.7%) grain weight per spike (13.5%), and spike weight (12.5%). Correlation analysis showed positive, significant associations between grain yield and days to maturity, grain-filling rate, spike harvest index and spike fertility index under both irrigation regimes, identifying them as reliable selection indices for drought tolerance. PCA grouped genotypes into three main clusters in each environment. However, silhouette index diagram classified all genotypes into two and four groups under non-stress and stress conditions, respectively. Based on cluster analysis under non-stress conditions, genotypes 9, 12, 13, 17, 18 and 19 were placed in group one and the other genotypes in group two, while under drought stress conditions, genotypes 12, 13 and 19 were placed in group one, genotypes 9, 17 and 18 in group two, genotypes 11 and 21 in group three and the other genotypes in group four.

Conclusion
In summary, PCA results were similar in the two irrigation regimes and most of the superior genotypes were in group two. PCA identified traits of days to maturity, grain-filling rate, grain yield, spike harvest index and spike fertility index as robust selection criteria under both stress and non-stress conditions. Based on cluster analysis under stress conditions, genotypes in group four were among the superior genotypes and had higher values than the total mean in terms of grain yield, grain filling rate, grain filling period, days to maturity, number of grains per spike and spike fertility index. Comparison of the selected genotypes in both cluster analysis and PCA methods showed strong agreement in grouping the studied genotypes. Overall, based on the results of this experiment, genotype number 4 can be recommended as a superior candidate for developing drought-tolerant genotypes in barley breeding programs.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Agronomic traits
  • Cluster analysis
  • Correlation analysis
  • Grain yield
  • Principal component analysis

مراجع

Afzalifar, A., Zahravi, M., & Bihamta, M. R. (2011). Evaluation of tolerant genotypes to drought stress in Karaj region. Journal of Agronomy & Plant Breeding, 7(1), 25-44. [In Persian].##Akash, M. W., Al-Abdallat, A. M., Saoub, H. M., & Ayad, J. Y. (2009). Molecular and field comparison of selected barley cultivars for drought tolerance. Journal of New Seeds, 10(2), 98-111. doi: 10.1080/15228860902901710.##Arazmjoo, E., & Nikkhah Chamanabad, H. (2022). Selecting tolerant barley genotypes to terminal drought stress based on grain yield stability and stress tolerance indices. Cereal Research, 11(4), 325-341. [In Persian]. doi: 10.22124/CR.2022.21573.1710.##Bagheri, A., & Heydari Sharifabad, H. (2007). Effect of drought and salt stresses on yield, yield components, and ion content of hull-less barley (Hordeum sativum L.). Journal of New Agricultural Science, 3(7), 1-15.##Blum, A. (1996). Crop responses to drought and the interpretation of adaptation. Plant Growth Regulation, 20, 135-148. doi: 10.1007/BF00024010.##Boyer, J. S. (1996). Advances in drought tolerance in plants. Advances in Agronomy, 56, 187-218.##Ebadi, A., Sajed, K., & Sanjari, A. H. (2012). The effect of irrigation cut on dry matter remobilization and some of agronomy traits on spring barley. Electronic Journal of Crop Production, 4, 19-37. dor: 20.1001.1.2008739.1390.4.4.2.0.##Elía, M., Savin, R., & Slafer, G. A. (2016). Fruiting efficiency in wheat: physiological aspects and genetic variation among modern cultivars. Field Crops Research, 191, 83-90. doi: 10.1016/j.fcr.2016.02.019.##Emam, Y., Ranjbar, A. M., & Bahrani, M. J. (2007). Evaluation of yield and yield components in wheat genotypes under post-anthesis drought stress. JWSS-Isfahan University of Technology, 11(1), 317-328. dor: 20.1001.1.22518517.1386.11.1.24.1.##Farooq, M., Bramley, H., Palta, J. A., & Siddique, K. H. M. (2011). Heat stress in wheat during reproductive and grain-filling phases. Critical Reviews in Plant Sciences, 30(6), 491-507. doi: 10.1080/07352689.2011.615687.##Ferrante, A., Savin, R., & Slafer, G. A. (2012). Differences in yield physiology between modern, well adapted durum wheat cultivars grown under contrasting conditions. Field Crops Research, 136, 52-64. doi: 10.1016/j.fcr.2012.07.015.##Gooding, M. J., Ellis, R. H., Shewry, P. R., & Schofield, J. D. (2003). Effects of restricted water availability and increased temperature on the grain filling, drying and quality of winter wheat. Journal of Cereal Science, 37(3), 295-309. doi: 10.1006/jcrs.2002.0501.##Hajiagha, L. F., Nouraein, M., & Hossienpour, T. (2019). Investigation of diversity and classification of some barley lines using physiological and morphological characteristics. Journal of Crop Breeding, 11(29), 169-180. doi: 10.29252/jcb.11.29.169.##Kassambara, A., & Mundt, F. (2020). Factoextra: Extract and visualize the results of multivariate data analyses. R package version 1.0.7. https://CRAN.R-project.org/package=factoextra.##Kaufman, L., & Rousseeuw, P. J. (1990). Finding Groups in Data: An Introduction to Cluster Analysis. Wiley, New York.##Kebede, A., Kang, M. S., & Bekele, E. (2019). Advances in mechanisms of drought tolerance in crops, with emphasis on barley. Advances in Agronomy, 156, 265-314. doi: 10.1016/bs.agron.2019.01.008.##Khavarinejad, M. S., & Babajanov, A. V. (2011). Identification of relationships of quantitative and morphological traits to spring wheat genotype yields in drought levels of Mazandaran (North of Iran). International Journal of AgriScience, 1(6), 392-392.##Martínez-López, J. A., López-Urrea, R., Martínez-Romero, Á., Pardo, J. J., Montero, J., & Domínguez, A. (2022). Sustainable production of barley in a water-scarce mediterranean agroecosystem. Agronomy, 12(6), 1358. doi: 10.3390/agronomy12061358.##Moghaddasi, L., Rashidi, V., & Razban, H. A. (2010). Effects of drought stress on grain yield and somemorphological traits of durum weaht lines. Journal of Crop Ecophysiology, 3, 41-54. [In Persian].##Nikkhah, H. R., Saberi, M. H., & Mahlouji, M. (2010). Study of effective traits on grain yield of two and six row barley genotypes (Hordeum vulgare L.) under terminal drought stress conditions. Journal of Crop Sciences, 12(2), 170-184 . [In Persian]. dor: 20.1001.1.15625540.1389.12.2.7.6.##Paknejad, F., Fatemi Rika, Z., & Elkaee Dehno, M. (2017). Investigation end season drought effect on yield and yield components of ten barley (Hordeum vulgare L.) cultivars in Karaj region. Environmental Stresses in Crop Sciences, 10(3), 391-401. [In Persian]. doi: 10.22077/escs.2017.137.1034.##Royo, C., Abaza, M., Blanco, R., & del Moral, L. F. G. (2000). Triticale grain growth and morphometry as affected by drought stress, late sowing and simulated drought stress. Functional Plant Biology, 27(11), 1051-1059. doi: 10.1071/PP99113.##Soleimani, A., Valizadeh, M., Darvishzadeh, R., Aharizad, S., & Alipour, H. (2017). Evaluation of yield and yield component of spring barely genotypes under late season drought stress. Journal of Crop Breeding, 9(23), 105-116. [In Persian]. doi: 10.29252/jcb.9.23.105.##Tabatabaei, S. A., Shakeri, E., & Shahedi, M. (2013). Investigation of yield, yield components changes and some physiological characteristics of barley genotypes under irrigation tension conditions. Crop Physiology Research Quarterly, 5(18), 101-114. [In Persian]. dor: 20.1001.1.2008403.1392.5.18.8.5.##Talebzadeh, S. J., Hadi, H., Amirnia, R., Tajbakhsh, M., & Rezaei, M. A. (2018). Evaluating the relationship between distributions of photosynthetic assimilates related traits and grain yield in wheat genotypes under terminal drought stress conditions. Journal of Crop Breeding, 9(24), 10-21. [In Persian]. doi: 10.29252/jcb.9.24.10.##Vaezi, B., Pour-Aboughadareh, A., Mohammadi, R., Armion, M., Mehraban, A., Hossein-Pour, T., & Dorii, M. (2017). GGE biplot and AMMI analysis of barley yield performance in Iran. Cereal Research Communications, 45, 500-511. doi: 10.1556/0806.45.2017.019.##Zali, H., & Barati, A. (2020). Evaluation of selection index of ideal genotype (SIIG) in order to selection of barley promising lines with high yield and desirable agronomy traits. Journal of Crop Breeding, 12(34), 93-104. [In Persian]. doi: 10.29252/jcb.12.34.93.##

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار