فهرست مطالب

بیوتکنولوژی و بیوشیمی غلات - پیاپی 2 (تابستان 1401)

نشریه بیوتکنولوژی و بیوشیمی غلات
پیاپی 2 (تابستان 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/04/01
  • تعداد عناوین: 7
|
  • نگار کریمی، حجت الله سعیدی* صفحات 140-154

    مقدمه:

     بشر از دیرباز به دنبال اهلی‎ سازی گونه‎ های زراعی مهم و اقتصادی و انتخاب صفات مطلوب کشاورزی بوده است. در واقع انتخاب توسط بشر، فاکتوری است که نقش اساسی در تعیین سرنوشت لاین‎ های اصلاحی گیاهان و به ‎ویژه غلات به عهده دارد. از این‎رو، مطالعه تنوع وراثتی و بررسی ذخیره ژرم‎پلاسم لاین‎های اصلاحی از یک سو و مطالعه نقش و اثر انتخاب‎های انجام شده توسط اصلاح کنندگان نبات از سوی دیگر، عوامل کلیدی جهت بررسی سرنوشت بذرهای اصلاح شده به شمار می‎روند. جهت انجام چنین بررسی ‎هایی، مطالعات مولکولی با استفاده از نشانگرهایی که به صورت خنثی و تصادفی عمل می‎کنند، حایز اهمیت می‎باشد. بر این اساس، در مطالعه پیش‎رو جهت بررسی اثر انتخاب بر بذر گیاهان زراعی مهمی که مدت ها تحت اهلی‎سازی و برنامه‎ های اصلاح نبات قرار گرفته ‎اند، از 16 لاین خالص سورگوم زراعی کشت شده در مزرعه تحقیقاتی مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی خراسان رضوی و با به کارگیری نشانگرهای مولکولی مبتنی بر نواحی رتروترانسپوزون و صفات ریخت‎شناختی مرتبط با افزایش بیوماس گیاه، استفاده شد.

    مواد و روش ها

    در مجموع 80 فرد متعلق به نسل های اول تا نهم اصلاحی انتخاب شد و مطالعات مولکولی با استفاده از هشت زوج آغازگر IRAP و مطالعات ریخت‎ شناختی با اندازه ‎گیری صفات مربوط به بیوماس برگ انجام شد.

    یافته ها

    مشاهدات حاکی از تنوع بین گروهی (بین نسل های اصلاحی) نسبتا بالا (63.5%) در گروه مورد مطالعه بود. از بین نسل‎های مورد مطالعه، نسل پنجم و در مرحله بعد، نسل‎های هفتم و هشتم بیشترین میزان تنوع وراثتی، بیشترین میزان هتروزیگوسیتی و بیشترین میزان آلل های منحصر بفرد را به خود اختصاص دادند.

    نتیجه گیری

    بر این اساس وجود جریان ژنی بین لاین های اصلاحی سورگوم زراعی و بروز آن در تنوع آللی افراد نسل پنجم، ششم و هفتم تایید شد. با این حال، کاهش مجدد آن در نسل‎های هفتم به بعد، حاکی از ناپایداری نوترکیبی‎های مذکور بود. در نهایت چنین نتیجه گیری شد که انتخاب فنوتیپ های برتر و مطلوب طی روند خالص سازی همواره به صورت یک جاروی ژنی عمل کرده و به صورت یک انتخاب جهت دار باعث حذف تنوعات ایجاد شده حاصل از جریان ژنی و در نتیجه کاهش تنوع وراثتی در لاین های خالص سورگوم زراعی می شود.

    کلیدواژگان: ایران، تنوع وراثتی، رتروترانسپوزون، سورگوم، به نژادی، اصلاح نبات
  • سید احسان سنگی، عبدالله نجفی*، کیانوش چقامیرزا، رضا محمدی، کریم سرخه صفحات 155-170

    مقدمه :

    ارزیابی تنوع ژنتیکی در گیاهان زراعی برای برنامه های اصلاح نباتات و حفاظت از ذخایر توارثی کاربرد حیاتی دارد. تنوع ژنتیکی در گونه های گیاهی برای انتخاب والدین مناسب در دورگ گیری ها و تولید نتاج مناسب اهمیت دارد. تنوع ژنتیکی گندم دوروم نسبت به سایر گیاهان زراعی با گذشت زمان کاهش چشمگیری یافته است. این کاهش در ابتدا به دلیل اهلی کردن گیاه و به مرور به دلیل به کارگیری ژرم پلاسم یکنواخت و اصلاح شده بوده که اکنون به صورت یک تهدید نمایان گردیده است.

    مواد و روش ها

    تنوع ژنتیکی و ساختار جمعیت یک مجموعه از ژرم پلاسم گندم دوروم شامل 36 رقم بومی و پنج رقم جدید ایرانی با استفاده از 15 آغازگر Dof مورد ارزیابی قرار گرفت.

    یافته ها

    تعداد کل قطعات تکثیر شده 117 نوار بود که 79 عدد دارای چندشکلی بودند و میانگین درصد چندشکلی کل برابر با 32/62 بود. میانگین شاخص محتوای چندشکلی، شاخص نشانگر و قدرت تفکیک در جمعیت به‎ترتیب 34/0، 61/1 و 9/1 بود. بنابراین با توجه به شاخص های محاسبه شده در این مطالعه، نشانگرهای Dof16، Dof20، Dof31 و Dof35 برای بررسی تنوع ژنتیکی گندم دوروم مناسبت تر تشخیص داده شدند. تجزیه ساختار جمعیت، ژرم پلاسم را به سه زیرگروه (K=3) تقسیم کرد. همچنین تجزیه واریانس مولکولی بر اساس سه زیرگروه حاصل از STRUCTURE برای نشانگرهای Dof، نشان داد که سهم واریانس درون و بین زیرگروه ها به ترتیب 85 و 15 درصد از واریانس کل بود. تجزیه به مختصات اصلی تقریبا با نتایج تجزیه ساختار جمعیت مطابقت داشت و ژرم پلاسم را به سه گروه تقسیم کرد.

    نتیجه گیری

    نتایج مطالعه حاضر سطح بالایی از چندشکلی و تنوع را با استفاده از نشانگرهای Dof نشان داد که بیانگر کارایی این نشانگرها در تمایز ژنوتیپ های گندم دوروم در این تحقیق بود. به دلیل حفاظت شدگی بسیار بالای توالی های Dof، این نشانگر اختصاصی در گیاهان از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. بنابراین می توان در بررسی تنوع ژنتیکی در گونه های گیاهی مختلف از این سیستم نشانگری استفاده کرد.

    کلیدواژگان: تنوع ژنتیکی، تجزیه به مختصات اصلی، تجزیه واریانس مولکولی، شاخص های مولکولی
  • رحمان رجبی*، سید وحید اسلامی، مجید جامی الاحمدی، رضا محمدی، محسن سعیدی صفحات 171-193
    مقدمه

    نیتروژن یک عنصر تعیین کننده در تغذیه، رشد گیاه و عملکرد کمی و کیفی آن محسوب می‌شود. با توجه به سطح زیر کشت بالای گندم دیم در کشور و اهمیت ویژه اقتصادی گندم در شرایط دیم ایجاب می‌کند که هر گونه راهکاری برای بهینه سازی کمیت و کیفیت این محصول مد نظر قرار گیرد.

    مواد و روش ها

    در این پژوهش تاثیر تیمارهای مختلف محلول‌پاشی کود اوره و کود سرک در مراحل مختلف نمو بر عملکرد دانه، پروتیین دانه، سختی دانه، عدد زلنی و شاخص گلوتن در شرایط دیم و آبیاری تکمیلی بررسی شد. این تحقیق به صورت آزمایش کرت‌های خرد شده نواری بر پایه طرح بلوک‌های کامل تصادفی با سه تکرار در دو سال زراعی 96-1395 و 97-1396 و هر سال در دو آزمایش جداگانه دیم و آبیاری تکمیلی اجرا شد. عامل‌های آزمایش عبارت بودند از: الف) محلول‌پاشی کود اوره در چهار مرحله رشدی (شاهد (آب پاشی)، آبستنی، آبستنی+ پرشدن دانه و پرشدن دانه) در کرت‌های اصلی ب) چهار رقم گندم دیم در کرت‌های فرعی (به صورت عمودی) و تیمار کود سرک در دو سطح (عدم مصرف و مصرف کود سرک) در مرحله نمو پنجه‌زنی به عنوان عامل افقی.

    یافته ها

    نتایج تجزیه مرکب و مقایسه میانگین‌ داده‌ها نشان داد که محلول پاشی کود اوره در هر سه مرحله رشدی باعث افزایش معنی‌دار عملکرد دانه، محتوای نیتروژن، درصد پروتیین دانه، سختی دانه، عدد زلنی و شاخص گلوتن دانه شد. کاربرد کود سرک نیز در هر دو شرایط دیم و آبی بر عملکرد دانه، پروتیین دانه، نیتروژن دانه و شاخص گلوتن معنی‌دار بود. بیشترین شاخص گلوتن در شرایط دیم (08/24 درصد) و آبیاری تکمیلی (19/16 درصد) مربوط به محلول پاشی در مرحله پرشدن دانه بود. بیشترین شاخص گلوتن، سختی دانه و عدد زلنی در هر دو شرایط دیم و آبیاری تکمیلی متعلق به رقم ریژاو بود. رقم ریژاو با 3/27 بیشترین مقدار و رقم آذر-2 با 6/18 از کمترین مقدار شاخص گلوتن برخوردار بود. محلول‌پاشی در مرحله پرشدن دانه بیش‌ترین سهم در افزایش پروتیین دانه و تیمار شاهد کم‌ترین نقش را داشت. بیشترین مقدار عملکرد دانه در شرایط دیم 2907 و در شرایط آبیاری تکمیلی 3957 کیلوگرم در هکتار بود که نسبت به تیمار شاهد (عدم کاربرد کود سرک) به ترتیب باعث افزایش 19 و 16 درصد عملکرد دانه در هر دو شرایط دیم و آبیاری تکمیلی شد.

    نتیجه گیری

    نتایج این پژوهش نشان داد محلول‌پاشی اوره و کاربرد کود سرک در هر دو شرایط دیم و آبیاری تکمیلی در بهبود صفات کیفی موثر بود. بیش‌ترین افزایش پروتیین دانه، سختی دانه عدد زلنی و شاخص گلوتن در هر دو شرایط دیم و آبیاری تکمیلی مربوط به محلول پاشی در زمان پرشدن دانه بود. در این پژوهش آبیاری تکمیلی منجر به افزایش قابل ملاحظه عملکرد دانه نسبت به شرایط دیم شد

    کلیدواژگان: پروتئین دانه، عدد زلنی، شاخص گلوتن
  • راحیل گلفام*، خدیجه کیارستمی، تهمینه لهراسبی، شبنم هسراک، خدیجه رضوی صفحات 194-209

    مقدمه:

     تنش در نتیجه فرآیندهای غیرعادی است که تحت تاثیر یک یا ترکیبی از عوامل محیطی و زیستی شکل می گیرد. گیاهان به طور طبیعی تحت تاثیر طیف وسیعی از تنش‎های زنده و غیرزنده قرار دارند. مواجه با تنش در طول دوره رویشی به طور غیر مستقیم روی کشت و تولید ناخالص گیاه تاثیرگذار است. تقریبا نیمی از کل نیازهای غذایی انسان‎ها به‎ ویژه در آسیا به ‎طور مستقیم از غلات تامین می‎شود. بیش از یک‎سوم جمعیت جهان، کالری و پروتیین مورد نیاز روزانه خود را از فرآورده‎ های گندم، که یک منبع ارزان انرژی به خصوص برای مردم جهان سوم محسوب می‎شود، تامین می‎کنند. نشاسته مهمترین محصول نهایی رشد و نمو گندم می‎باشد که تغییر در محتوای آن، شاخص انواع فرآیندهای رشد گیاه است. ترکیب نشاسته در گندم تاثیر تعیین کننده‎ای بر کیفیت دانه، فرآوری آرد و عملکرد دارد.

    مواد و روش ها

    در این پژوهش دو رقم گندم نان به نام‎های نوید با کیفیت نانوایی متوسط تا ضعیف و پیشتاز با کیفیت نانوایی بالا انتخاب شدند. دو رقم گندم به صورت مزرعه‎ای کشت شدند. هر دو رقم دارای شاهد و تیمار تنش خشکی بودند. طرح در قالب بلوک‎های کامل تصادفی با سه تکرار اجرا شد. سی‏وپنج روز بعد از گرده افشانی، بذرها برداشت شد. سنجش پارامترهای مورفولوژی، درصد جوانه‎زنی، جداسازی گرانول هایA ، B،C  و بررسی گرانول‎ها توسط میکروسکوپ نوری صورت گرفت.

    یافته ها

    خشکی باعث کاهش معنی دار وزن هزار دانه در هر دو رقم پیشتاز و نوید شد، اما برای صفت طول سنبله و درصد جوانه‎زنی، تنها در رقم نوید که کیفیت نانوایی ضعیفی داشت باعث کاهش معنی‏دار طول سنبله در سطح احتمال یک درصد شد. از طرفی تنش خشکی در هر دو رقم روی مقدار نشاسته در سطح احتمال یک درصد تاثیر معنی‎داری نداشت.

    نتیجه گیری

    تنش خشکی باعث کاهش معنی دار وزن هزار دانه در هر دو رقم گندم با کیفیت های متفاوت شد، اما بر مقدار نشاسته روی هیچکدام از ارقام اثری نداشت. درصورتی که روی صفت طول سنبله و درصد جوانه‎‏زنی باعث کاهش در رقم با کیفیت ضعیف شد.

    کلیدواژگان: غلات، گرانول، نشاسته گندم، وزن هزار دانه
  • الهه سارویی، عبدالله نجفی*، کیانوش چقامیرزا، لیلا زارعی صفحات 210-230

    مقدمه:

     جو یکی از مهم ترین غلات زراعی است که در بسیاری از مناطق جفرافیایی کشت و به طور عمده در تغذیه دام و طیور و صنعت تولید مالت استفاده می شود. برخی ویژگی های فیزیکی و بیوشیمیایی دانه بر کمیت و کیفیت دانه، مالت تولیدی و خواص تغذیه ای آن بسیار موثر هستند.

    مواد و روش ها

    در این پژوهش تعداد هفت رقم جو زراعی ایرانی و اروپایی (Hordeum vulgare subsp. vulgare) و دو ژنوتیپ جو وحشی (Hordeum vulgare subsp. spontaneum (K. Koch)) از نظر برخی خصوصیات فیزیکوشیمیایی دانه شامل درصد رطوبت، خاکستر، چربی و فیبر خام، محتوای آهن، روی، پروتیین و قند محلول دانه، طول، عرض و ضخامت و وزن هزار دانه بررسی شدند.

    یافته ها

    براساس نتایج به دست آمده، ژنوتیپ ها از نظر کلیه صفات مورد بررسی به غیر از درصد رطوبت و درصد قند محلول با هم تفاوت معنی دار داشته و ژنوتیپ های وحشی برای بیشتر صفات میانگین بالاتری را نشان دادند. تجزیه خوشه ای ژنوتیپ ها را به سه گروه تفکیک نمود. کمترین و بیشترین مقدار ضریب تغییرات ژنتیکی برای درصد رطوبت و محتوای آهن و کمترین و بیشترین مقدار ضریب تغییرات فنوتیپی و محیطی برای ضخامت دانه و محتوای آهن دانه بدست آمد. میزان وراثت پذیری عمومی برای درصد خاکستر، طول، عرض، ضخامت و وزن هزار دانه بالا برآورد شد و درصد خاکستر و وزن هزار دانه از درصد پیشرفت ژنتیکی بر میانگین بالاتری هم برخوردار بودند. ضریب تغییرات فنوتیپی همه صفات بیشتر از ضریب تغییرات ژنتیکی بود. تفاوت اندک بین ضریب تغییرات فنوتیپی و ژنوتیپی برای طول، عرض، ضخامت و وزن هزار دانه نشان دهنده تاثیر بیشتر عوامل ژنتیکی بر کنترل این صفات است. از طرف دیگر ضریب همبستگی ژنتیکی و فنوتیپی برخی صفات معنی دار بود که حاکی از امکان به نژادی همزمان دو صفت دارد.

    نتیجه گیری

    با توجه به نتایج به دست آمده و تفاوت قابل ملاحظه از نظر صفات فیزیکوشیمیایی انتخاب یک ژنوتیپ وحشی و یک رقم زراعی با فاصله ژنتیکی مناسب براساس درصد خاکستر، محتوای آهن و روی، پروتیین دانه و وزن هزار دانه بالا برای ایجاد جمعیت در حال تفرق، مناسب تشخیص داده شد.

    کلیدواژگان: پروتئین دانه، جو وحشی، وراثت پذیری، Hordeum vulgare
  • هادی کیانی نژاد*، محمدنقی صفرزاده ویشکایی صفحات 231-248

    مقدمه:

     یکی از چالش های اساسی در مقیاس جهانی کاهش عملکرد گیاهان به دلیل شوری خاک است. 97/5 درصد آب جهان شور است و همچنین بسیاری از نواحی زمین های شور دارند. فعالیت های انسانی این چالش را شدیدتر می کند. شوری یکی از مسایل اصلی تاثیرگذار روی میزان عملکرد گیاهان زراعی در سطح جهان بوده و بیش از هفت درصد زمین های مسطح شور هستند. برتری تغذیه ای کینوا از زمان های قدیم در امپراتوری اینکا شناخته شده است. اهمیتی که کینوا می تواند در تغذیه ایفا کند نه تنها در کشورهای در حال توسعه بلکه در کشورهای توسعه یافته مورد تاکید است. بذرهای کینوا دارای ارزش غذایی بالاتر از بسیاری از دانه های غلات و حاوی پروتیین با کیفیت بالاتر و مقادیر زیادی از کربوهیدرات ها، چربی، ویتامین ها و مواد معدنی است. کینوا سطوح بالایی از مقاومت در برابر تعدادی از عوامل نامطلوب غالب مانند شوری خاک، خشکسالی، سرما، بیماری ها و آفات را نشان می دهد.

    مواد و روش ها

    در این مطالعه اثرات فیزیولوژیک تنش شوری بر دو رقم کینوا در مرحله جوانه زنی مورد بررسی قرار گرفت. ژنوتیپهای مورد بررسی شامل Sajama و Titicaca بودند و سطوح شوری (NaCl) صفر، 4، 6، 8، 10 و 12 دسیزیمنس بر متر اعمال گردید. این آزمایش به صورت فاکتوریل در قالب طرح کاملا تصادفی در سال 1395 در آزمایشگاه دانشکده کشاورزی دانشگاه گیلان اجرا گردید. صفات درصد جوانهزنی، طول ریشهچه، طول ساقهچه، وزنتر گیاهچه، تجمع مالون دی آلدهید، کاتالاز و پراکسیداز اندازهگیری شدند.

    یافته ها

    نتایج حاصل از تجزیه واریانس نشان داد که برای صفات مختلف اثرات رقم، شوری و اثرات متقابل معنیدار شدند. طبق نتایج درصد جوانهزنی، طول ریشهچه، طول ساقهچه و وزنتر گیاهچه با افزایش سطوح شوری کاهش یافتند. درصد جوانه زنی ژنوتیپ Sajama در شوری 10 و 12 دسیزمینس بر متر واکنش نشان داد در حالی که، درصد جوانهزنی ژنوتیپ Titicaca از سطح شوری 6 دسیزیمنس بر متر کاهش یافت. افزایش سطوح تنش شوری منجر به افزایش تجمع مالون دی آلدهید، فعالیت پراکسیداز و کاتالاز در ژنوتیپهای مورد بررسی گردید. در سطوح شوری 6 و 4 دسی زیمنس بر متر بالاترین میزان کاتالاز برای ژنوتیپ Sajama در مقایسه با ژنوتیپ دیگر بدست آمد.

    نتیجه گیری

    ژنوتیپ Sajama به دلیل برتری شاخصهایی نظیر فعالیت آنزیم های آنتی اکسیدانت به عنوان ژنوتیپی متحمل به شوری جهت بررسیهای تکمیلی معرفی میگردد. می توان گفت ژنوتیپ Sajama تحت تاثیر تنش شوری قادر است با حذف رادیکال های آزاد اکسیژن و پاکسازی محیط سلول از آن ها اثرات مخرب تنش شوری را تخفیف دهد.

    کلیدواژگان: کاتالاز، جوانه زنی، شوری، کینوا، پراکسیداز
  • مجید آقاعلیخانی*، خسرو محمدی صفحات 249-301

    ذرت شیرین، Zea mays Var. Saccarata از جوان ترین شکل های ذرت است که در پی جهش اتفاقی در ذرت معمولی به وجود آمد و بومیان آمریکایی و قبایل سرخپوست پس از واقف شدن به تفاوت ها، به کشت و کار آن مبادرت کردند. اولین واریته ثبت شده ذرت شیرین به نام  Black Iroquoise توسط مهاجران اروپایی در سال 1779 نامگذاری شد. در قرن نوزدهم ارقام آزاد گرده‎افشان (OP) سفید رنگ در ایالات متحده آمریکا رواج یافتند. امروزه دو رقم از این نوع هم کشت و هم مصرف می شوند، یکی واریته کانتری جنتلمن (با دانه های کشیده و کوچک و ردیف های نامنظم که به آن ذرت میخ کفشی هم گفته می شود) و دیگری رقم 'Stowell's Evergreen' است. تحولات علمی در زمینه علم اصلاح نباتات از جمله فناوری دورگ‎گیری با القای صفاتی مانند رسیدگی همزمان، ارتقای کیفیت بلال و مقاومت به بیماری‎ها تحولات شگرفی در تولید ذرت شیرین در قرن بیستم ایجاد نمود. در این جستار، با مروری بر موفقیت‎های حاصل شده در ایجاد ارقام جدید و بهبود صفات کیفی و بازارپسندی ذرت شیرین، تفاوت‎های ژنتیکی آن با ذرت معمولی بررسی و بر نقش هیبریداسیون به عنوان یکی از ابزارهای متداول به نژادی کلاسیک برای دستیابی به ژنوتیپ های برتر در ذرت شیرین تاکید شده است. تقسیم‏بندی ارقام هیبرید ذرت شیرین بر اساس عواملی مانند ژن های موثر بر متابولیسم کربوهیدرات ها و درصد قند آندوسپرم، مدت زمان کاشت تا رسیدن محصول، رنگ دانه (زرد، سفید، صورتی، ارغوانی و سیاه)، شکل بلال و نوع مصرف (تازه‎خوری، منجمد کردن، کنسروسازی و صادرات)، بخش دیگری از این مقاله را تشکیل می دهد. بررسی روش‎های به‎نژادی ذرت شیرین نشان می‎دهد با وجود استفاده از چندین تکنیک و تیوری های مشخص، به نژادی ذرت شیرین به علت نتیجه متفاوت حاصل از هر روش، تاثیر گرده افشانی خارجی (دگرگرده‎افشانی) و فسادپذیری بالای محصول نهایی، در عمل بسیار متفاوت است. مهم ترین روش ها در به نژادی ذرت شیرین مشتمل بر به نژادی شجره ای، تولید توده های سنتزی و مرکب، تلاقی برگشتی و اصلاح به کمک نشانگرهای مولکولی و نیز انتخاب برای برخی صفات ویژه مانند کیفیت خوراکی، تولید بذر، جوانه زنی بهبودیافته در بذرهای Sh2 و ایجاد مقاومت در برابر آفات و بیمارگرها در بخش دیگری از این مقاله مرور شده‎اند. با توجه به تحولات ژنتیکی که در ارقام ذرت شیرین از دیرباز تاکنون صورت گرفته، در بخش پایانی، انواع واریته های ذرت شیرین از جمله هیبرید های تجاری برای مصارف تازه خوری و هیبرید های مناسب برای فرآوری معرفی شده اند.

    کلیدواژگان: اصلاح شجره ای، تلاقی برگشتی، توده های سنتزی، دورگ گیری، نشانگرهای مولکولی، هیبریدهای تجاری
|
  • Negar Karimi, Hojjatollah Saeidi * Pages 140-154
    Introduction

    Humans have long sought to select the desirable traits for agriculture and domestication of important and economical crop species around the world. In fact, the human selection is a factor that plays a key role in determining the fate of plant breeding lines, especially cereals. Therefore, the study of genetic diversity and the study of germplasm storage of breeding lines on the one hand and the study of the role and effect of choices made by plant breeders, on the other hand, are key factors in investigating the fate of improved seeds and lines. To conduct such studies, molecular studies using markers that act neutrally and randomly are important. Accordingly, the present study aimed to investigate the effect of selection on seeds of an important crop that has long been under domestication and crop breeding programs. Sixteen pure lines of sorghum grown in the research farm of Agricultural and Natural Resources Research and Training Center of Khorasan Razavi were assessed using retrotransposon-based molecular markers plus desirable morphological traits used in breeding crop sorghums.

    Materials and methods

    A total of 80 individuals belonging to the first to ninth generations of breeding sorghums were randomly selected, and molecular studies were performed using 8 IRAP primer combinations. Morphological studies were also performed using the measurement of traits related to leaf biomass (the number of leaves at 60 days of plant growth).

    Results

    The observations showed relatively high intergroup genetic diversity (between breeding generations) (63.5%) in the study group. Among the studied generations, the fifth generation and afterward the seventh and eighth generations showed the highest hereditary diversity, the highest heterozygosity, and the highest number of unique alleles. The first and ninth generations with the highest homozygosity, respectively, were the purest lines studied.

    Conclusion

    The results of dendrogram trees also confirmed the existence of three completely different clusters in the study group. Accordingly, the existence of gene flow between the breeding lines of sorghum and its occurrence among the individuals of the fifth, sixth and seventh generations was confirmed. However, its decline and decrease in the seventh generation onwards indicated the instability of observed recombination. Finally, it was concluded that the selection of superior and desirable phenotypes during the purification process always acts as a selective sweep and as a directional selection eliminates the variations created by gene flow and thus reduces the genetic diversity in the pure lines of crop sorghum.

    Keywords: Breeding, Genetic Diversity, Iran, Pure lines, Retrotransposons, Sorghum
  • Seyed Ehsan Sangi, Abdollah Najaphy *, Kianoosh Cheghamirza, Reza Mohammadi, Karim Sorkheh Pages 155-170
    Introduction

    Assessment of the genetic diversity of crops is vital to plant breeding and heritage conservation programs. Genetic diversity in plant species is important for selecting the right parents for hybridization and producing suitable offspring. The genetic diversity of durum wheat compared to other crops has decreased significantly during the time, initially due to the domestication of the plant and gradually due to the use of uniform and modified germplasm, which has shown this to be a threat.

    Materials and methods

    Genetic diversity and population structure of a set of durum wheat germplasm, including 36 durum wheat landraces and five new cultivars, were evaluated using 15 Dof markers.

    Results

    The total number of amplified bands was 117, of which 79 were polymorphic with an average polymorphism of 62.32%. The mean polymorphism information content, marker index, and resolving power in the population were 0.34, 1.61 and 1.9, respectively. According to the indices calculated in this study, Dof16, Dof20, Dof31 and Dof35 markers are more suitable for studying the genetic diversity of durum wheat. Population structure analysis divided germplasm into three subgroups (K=3). The molecular analysis of variance based on three subgroups obtained from STRUCTURE for Dof markers showed that the variance within and between subgroups was 85% and 15% of the total variance, respectively. Principal coordinate analysis partly corresponded to the result of population structure and divided the germplasm into three groups.

    Conclusion

    The results of the present study showed a high level of polymorphism and diversity in Dof markers, indicating the efficiency of these markers in differentiating durum wheat genotypes in this study. Due to the very high conservation of Dof sequences, this specific marker is significant in plants, so this marker can be used to study genetic diversity in different plant species.

    Keywords: Genetic Diversity, molecular analysis of variance, molecular indices, principal coordinate analysis
  • Rahman Rajabi *, Seyed Vahid Eslami, Majid Jami Al-Ahmadi, Reza Mohammadi, Mohsen Saeidi Pages 171-193
    Introduction

    Nitrogen is a determining element in nutrition, plant growth, and its quantitative and qualitative performance. Considering the high cultivated area of dryland wheat in the country and the economical importance of this crop in dryland conditions, it is necessary to consider any solution to optimize the quantity and quality of this product.

    Materials and methods

    a strip split plot design based on RCBD with three replicates was conducted under rainfed and supplemental irrigation conditions during two cropping seasons (2016-17 and 2017-18) to evaluate the effect of Nitrogen (urea) applied by different foliar application treatments and top dressing fertilizer on grain yield, grain protein content, Zeleny number, and gluten index of wheat, Experimental treatments were: A: control (without application of N), foliar application of urea during booting, booting + grain filling and grain filling stages as the main plot, B: wheat cultivars as sub-plots, C: top dressing fertilizer including application and non-application (control) in strip factor were considered.

    Results

    The results of a combined analysis of variance and mean comparison showed that foliar spraying of urea fertilizer in all three growth stages significantly increased grain yield, nitrogen content, the percentage of grain protein and grain hardness, Zeleny number and grain gluten index. The application of top dressing fertilizer in both rainfed and supplementary irrigation conditions on grain yield, grain protein and gluten index was also significant. The highest gluten index in rainfed conditions (24.08%) and supplementary irrigation (16.19%) was related to foliar application of urea during the grain filling stage. The highest index of gluten, grain hardness and Zeleny number in both rainfed and supplementary irrigation conditions belonged to Rijaw variety. Rijaw variety had the highest value with 27.3 and Azar-2 variety had the lowest gluten index value with 18.6. Foliar application of urea during the grain filling stage had the most contribution to the increase of grain protein and the control treatment had the least contribution. The highest amount of grain yield in rainfed conditions was 2907 and in supplementary irrigation conditions were 3957 kg, which compared to the control treatment (no application of vinegar fertilizer), increased the grain yield by 19 and 16% in both rainfed and supplementary irrigation conditions, respectively.

    Conclusion

    The results of this research showed that foliar application treatments and top dressing fertilizer in both rainfed conditions and supplementary irrigation were effective in improving quality traits. In this study, supplementary irrigation led to a significant increase in grain yield compared to rainfed conditions.

    Keywords: Grain protein, Zeleny number, Gluten index
  • Rahil Golfam *, Khadijeh Kiarostami, Tahmineh Lohrasebi, Shabnam Hasrak, Khadijeh Razavi Pages 194-209
    Introduction

    Stress is the result of abnormal processes that are formed under the influence of one or a combination of environmental and biological factors. Plants are naturally affected by a wide range of living and non-living stresses. Exposure to stress during the growing season indirectly affects the crop and Gross Domestic Product (GDP). Almost half of all human food needs, especially in Asia, are met directly from cereals. More than a third of the world's population gets their daily calories and protein from wheat products, and It is a cheap source of energy, especially for the people of the Third World. Starch is the most important final product of wheat growth and development, and changes in starch content are indicative of a variety of plant growth processes.

    Materials and methods

    In this study, two bread wheat cultivars named Navid with medium to poor bakery quality and Pishtaz with high bakery quality were selected. Two wheat cultivars were cultivated in the field. Both cultivars had control and drought stress treatment. The design was performed in the form of randomized complete blocks with three replications. Seeds were harvested 35 days after pollination. Morphological parameters, germination percentage, A, B and C granules were separated and the granules were examined by light microscopy. The composition of starch in wheat has a decisive effect on grain quality, flour processing and yield.

    Results

    Drought caused a significant reduction in thousand seed weight in both Pishtaz and Navid cultivars. However, for spike length and germination percentage, only in Navid cultivar, which had poor bakery quality, the spike length was significantly reduced at the probability level of 1%. Also, drought stress in both cultivars had no significant effect on the amount of starch at the probability level of 1%.

    Conclusion

    Drought stress caused a significant reduction in thousand seed weight in both wheat cultivars with different qualities, but it did not affect the amount of starch in any of the cultivars. In contrast, the trait of spike length and germination percentage caused a decrease in poor quality cultivars.

    Keywords: Cereals, Granules, Wheat starch, Thousand Seed weight
  • Elahe Saroei, Abdollah Najaphy *, Kianoosh Cheghamirza, Leila Zarei Pages 210-230
    Introduction

    Barley is one of the most important crops that is cultivated in many areas and is mainly used in livestock and poultry feed and malt production industry. Some physical and biochemical properties of grain are very effective on the quantity and quality of the grain, malt production, and its nutritional properties.

    Materials and methods

    In this study, seven Iranian and European barley cultivars (Hordeum vulgare subsp. Vulgare) and two wild barley genotypes (Hordeum vulgare subsp. Spontaneum (K. Koch)) were studied for some physicochemical characteristics of the grain.

    Results

    Based on the results, genotypes were significantly different for all studied traits except moisture content and percentage of soluble sugar, and wild genotypes showed a higher mean for most traits. Cluster analysis divided the genotypes into three groups. The lowest and highest values of genetic variation coefficient were obtained for moisture content and iron content, and the lowest and highest values of phenotypic and environmental variation coefficients were recorded for grain thickness and grain iron content, respectively. Broad-sense heritability was estimated to be high for ash percentage, grain length, width and thickness, and thousand kernel weight. Ash percentage and thousand kernel weight had a higher percentage of mean genetic advance. The coefficient of phenotypic variation of all traits was higher than the coefficient of genetic variation. The small difference between the coefficient of phenotypic and genotypic variations for length, width, thickness, and weight of thousand kernel weight indicates the greater influence of genetic factors on the control of these traits. On the other hand, the genetic and phenotypic correlation coefficients of some traits were significant, which indicates the possibility of simultaneous breeding of the two traits.

    Conclusion

    According to the results and the significant differences in physicochemical characteristics, the selection of a wild genotype and a cultivated variety with a suitable genetic distance based on ash percentage, iron and zinc content, grain protein and high thousand kernel weight was found to be suitable for creating a segregating population.

    Keywords: Grain protein, Heritability, Hordeum vulgare, wild barley
  • Hadi Kianinezhad *, MohammadNaghi Safarzadeh Vishekaei Pages 231-248
    Introduction

    One of the primary challenges that exist all over the world is the reduction of plant yield due to soil salinity. 5.97% of the world's water is saline, and also many areas have saline land. Human activities exacerbate this challenge. Salinity is one of the main issues affecting the yield of crops worldwide, and more than 7% of flat land is salty. The nutritional superiority of quinoa has been known since ancient times in the Inca Empire. The importance that quinoa can play in nutrition is emphasized not only in developing countries but also in developed countries. Quinoa seeds have a higher nutritional value than most grains and contain high-quality protein and large amounts of carbohydrates, fat, vitamins, and minerals. Quinoa shows high levels of resistance to prevailing adverse factors such as soil salinity, drought, cold, diseases, and pests.

    Materials and methods

    In this study, the physiological effects of salinity stress on two quinoa genotypes in the germination stage were investigated. The studied genotypes were Sajama and Titicaca. The salinity stress (NaCl) was applied at 0, 4, 6, 8, 10, and 12 decisions per meter. This experiment was carried out using a factorial design based on the completely randomized design in the laboratory of Guilan University in 2015. The measured traits were germination percentage, root length, shoot length, plant weight, Malondialdehyde (MDA) concentration, catalase, and peroxidase.

    Results

    The results obtained from the analysis of variance showed that the effects of genotype, salinity, and interactions were significant for different traits. According to the results, germination percentage, root length, shoot length, and plant weight decreased with increasing salinity levels. The germination percentage of the Sajama genotype showed a response at 10 and 12 decimes/m salinity, while the germination percentage of the Titicaca genotype decreased at the salinity level of 6 decimes/m. Increasing the level of salinity stress resulted in increasing the accumulation of malondialdehyde, peroxidase, and catalase activity in the examined genotypes. At salinity levels of 6 and 4 dS/m, the highest amount of catalase was obtained for Sajama genotype in comparison with other genotypes.

    Conclusion

    Sajama is introduced as a salinity tolerant genotype for further studies due to the superiority of indicators such as the activity of antioxidant enzymes. It can be said that the Sajama genotype under the effect of salt stress can reduce the harmful effects of salt stress by removing oxygen-free radicals and cleaning the cell environment from them.

    Keywords: catalase, Germination, Salinity, quinoa, peroxidase
  • Majid Aghaalikhani *, Khosro Mohammadi Pages 249-301

    Sweet corn, Zea mays Var. Saccharata is the youngest form of corn that arose after an accidental mutation in the common corn, and the Native Americans and Indian tribes began to cultivate it after becoming aware of the differences. The first registered variety of sweet corn was named Black Iroquois by European settlers in 1779. In the 19th century, white OP (open pollination) cultivars became popular in the United States. Two varieties of this type that are still cultivated and consumed are the Country Gentleman variety (with elongated and small seeds and irregular rows, also called Shoepeg corn) and the 'Stowell's Evergreen' variety. Scientific developments in the field of plant breeding, including the hybridization technology by inducing traits such as ripening at the same time and improving the quality of cobs and resistance to diseases, created tremendous changes in the production of sweet corn in the 20th century. This article with an overview of the successes achieved in creating new cultivars and improving the quality and marketability traits of sweet corn, its genetic differences from common corn, and the role of hybridization as one of the common tools of classical breeding to achieve superior genotype qualities are emphasized in sweet corn. Classification of sweet corn hybrid cultivars based on factors such as genes affecting carbohydrate metabolism and endosperm sugar percentage, planting time until harvest, seed color (yellow, white, pink, purple, and black), cob shape, and type of consumption (freshly eaten, Freezing, canning and exporting) forms another part of this article. Examining sweet corn breeding methods shows that despite the use of a number of specific techniques and theories, due to the different results of each method, the effect of external pollination, and the high perishability of the final product, Sweet corn breeding is very different in practice. The most important methods in sweet corn breeding have been reviewed in another part of this article. These methods include pedigree breeding, production of synthetic and composite masses, backcrossing and breeding with the help of molecular markers, as well as selection for some special traits such as edible quality, seed production, improved germination in Sh2 seeds, and resistance to pests and pathogens. In the final part, all kinds of sweet corn varieties, including commercial hybrids for fresh consumption and hybrids suitable for processing, have been introduced according to the genetic changes that have taken place in sweet corn cultivars since long ago.

    Keywords: backcrossing, commercial hybrids, Hybridization, molecular markers, pedigree breeding, synthetic masses