فهرست مطالب

پژوهشنامه اصلاح گیاهان زراعی
پیاپی 51 (پاییز 1403)
- تاریخ انتشار: 1403/06/11
- تعداد عناوین: 12
-
-
صفحات 1-12مقدمه و هدف
یونجه مهمترین لگوم علوفهای میباشد که برای تامین علوفه مورد نیاز جهت تولید پروتئین و مواد لبنی بشر نقش بسیار مهمی دارد. این گیاه ارزش غذایی بالایی داشته و سازگاری آن به شرایط مختلف بالا است. یونجه برای کشاورزی پایدار توصیه میشود زیرا دارای سامانه ریشهای عمیق بوده و بهدلیل چند ساله بودن میتواند از فرسایش خاک جلوگیری کند. یونجه منبع بسیار خوبی برای تثبیت بیولوژیکی نیتروژن هوا است. محققین معتقدند که 65% از کل نیتروژن مصرفی در کشاورزی از طریق تثبیت بیولوژیک نیتروژن صورت گرفته است. از نظر کیفیت علوفه و میزان انرژی مطلوب از گیاهان بسیار خوش خوراک بوده و در رشد دامها موثر میباشد. این گیاه علاوه بر پروتئین، سرشار از انواع ویتامینها بهخصوص K، E، C، A و ترکیبات معدنی از قبیل کلسیم هستند. پراکنش انواع یونجههای یکساله در سطح جهانی بهخصوص در مناطق خشک و نیمهخشک، نشان دهنده مقاومت آنها در برابر شرایط کم آبی و خشکی است. میتوان از یونجه بهعنوان گیاهانی موفق جهت جلوگیری از بیابانزایی و گسترش کویرها استفاده نمود. در میان یونجههای یکساله گونههایی وجود دارند که قادرند جهت اصلاح و توسعه در مناطق خشک و مراتع بیابانی با باران زمستانی 80 تا 100 میلیمتر سازگار شوند. یکی از محدودیتهای اصلاح برای تنش خشکی موجود نبودن منابع مقاومت در بین ژنوتیپهای زراعی است. برای اینمنظور ارزیابی ژنوتیپهای وحشی میتواند گام مهمی در این مسیر باشد.
مواد و روشاین پژوهش بر روی ژنوتیپهای یونجه چندساله (یک رقم) و یک ساله (نه توده) (جدول 1) بهصورت فاکتوریل (فاکتور اول ژنوتیپهای یونجه و فاکتور دوم تنش) با سه تکرار و در قالب طرح بلوکهای کامل تصادفی در گلخانه دانشکده فناوری کشاورزی دانشگاه تهران (پردیس ابوریحان) انجام شد. شرایط رشد بهصورت آبیاری کامل و تنش خشکی شدید (30% ظرفیت نگهداری آب) بود که طی سال زراعی 92-1391 اجرا گردید. کشت در اردیبهشت ماه در گلخانه پردیس ابوریحان دانشگاه تهران در شرایط دمایی 22 درجه سانتیگراد، فتوپریود 16 ساعت روشنایی و با رطوبت مناسبکشت شدند. تعداد 60 گلدان متوسط پلاستیکی با قطر دهانه 15 سانتیمتر و ارتفاع 15 سانتیمتر و ظرفیت 2 کیلوگرم پر گردید. پیش از کاشت با کشیدن سمباده نرم روی سطوح بذور و انجام عمل استرافیکاسیون خواب بذور شکسته شد و نیز آزمون قدرت جوانهزنی بذور انجام گردید. روز قبل از کشت آبیاری سبک انجام شد، سپس داخل هر گلدان هفت بذر در عمق یک سانتیمتری خاک کشت شد و روی سطح خاک با کوکوپیت بهمنظور حفاظت رطوبت خاک پوشانده شد. خاک گلدانها تا قبل از اعمال تنش روزی دو مرتبه با آبپاش آبیاری شدند و بعد از رسیدن به ارتفاع 15 سانتیمتری از محلول هوگلند 50% برای تغذیه گیاهان استفاده شد و پس از گذشت 55 روز از زمان کاشت گیاهان و در مرحله رشد رویشی صفات مورفولوژیک شامل تعداد شاخه، ارتفاع ساقه، تعداد برگ، تعداد میانگره، طول میانگره، مساحت برگ، وزن تر برگ، وزن تر ساقه، وزن خشک برگ، وزن خشک ساقه اندازهگیری گردید. برای تنظیم مقدار رطوبت خاک از روش وزنی استفاده شد. برای رسم نمودارها از نرمافزار Excel استفاده شد و نیز دادهها توسط نرمافزار SAS تجزیه گردید و مقایسات میانگین با استفاده از روش دانکن انجام شد.
یافته ها:
نتایج حاصل از این پژوهش نشان داد که سطوح مختلف تنش خشکی آثار منفی بر صفات مختلف بررسی شده داشته است. واکنش ارقام به تنش نیز با توجه به تفاوت آنها از لحاظ تحمل به خشکی تحت تاثیر قرارگرفت. اختلاف بسیار معنیداری در سطح 1 درصد برای صفات ارزیابی شده بیانگر وجود تنوع ژنتیکی میان ژنوتیپهای مورد مطالعه میباشد و میتواند در مطالعات بعدی تحمل به خشکی جهت گزینش ژنوتیپها مورد استفاده قرار گیرد. همچنین اثر متقابل ژنوتیپ در شرایط تنش برای اکثر صفات کمی نشان میدهد که میزان تغییرات ژنوتیپهای مختلف در شرایط متفاوت رطوبتی برای اکثر صفات یکسان نبوده و ژنوتیپها واکنشهای متفاوتی در دو شرایط تنش خشکی و نرمال داشتند. نتایج محاسبه وراثتپذیری برای صفات مورد مطالعه نشان داد که تمامی صفات، وراثتپذیری عمومی بالایی را از خود نشان دادند. بیشترین وراثتپذیری برای صفت وزن خشک برگ (92/96 در شرایط آبیاری کامل و 91/77 در شرایط تنش شدید) و کمترین وراثتپذیری برای صفت تعداد میانگره (71/83 در شرایط آبیاری کامل و 66/93 در شرایط تنش شدید) مشاهده شد. بیشترین ضریب تغییرات مربوط به صفت تعداد شاخه در بوته (22/49) و کمترین آن برای صفت وزن خشک برگ (8/86) مشاهده شد. در این پژوهش در مجموع میتوان ژنوتیپهای کرمانشاه 130 و آذربایجان 175 را بهعنوان مقاومترین ژنوتیپها معرفی نمود. این ژنوتیپها کاهش کمتری در اکثر صفات مورفولوژی مانند وزن خشک ساقه، وزن خشک برگ، وزن تر ساقه، تعداد شاخه، طول بلندترین ساقه، تعداد برگ و طول میانگره در شرایط تنش داشتند.
نتیجه گیری:
با توجه به اینکه ژنوتیپهای وحشی 130 (از کرمانشاه) و 175 (از آذربایجان غربی) جزو مقاومترین ژنوتیپهای این مطالعه بودند میتوان به عنوان منابع جدید مقاومت در برنامه های اصلاحی آینده استفاده کرد.
کلیدواژگان: تنش، وراثت پذیری، وزن تر، یونجه وحشی -
صفحات 13-24مقدمه و هدف
تولید ارقام دارای عملکرد بالا و پایدار مهمترین هدف برنامههای اصلاحی محصولات زراعی از جمله گندم نان میباشد. امروزه گندم یکی از مهمترین محصولاتی است که در ایران کشت میشود. عملکرد نهایی هر محصول بوسیله پتانسیل ژنوتیپ، محیط و اثر متقابل ژنوتپ×محیط تعیین میشود. مطالعات اثر متقابل ژنوتیپ×محیط میتواند به تعیین انتخاب یک یا چند ژنوتیپ پایدار با عملکرد بالا در طیف وسیعی از محیط ها کمک کند. روش های مختلفی (تک متغییره و چند متغییره) برای ارزیابی اثرات متقابل معرفی شده است که هریک ماهیت اثر متقابل را از دیدگاه مشخصی بررسی می کند. نتایج روش های مختلف ممکن است با هم یکسان نباشند، اما بهترین نتیجه زمانی حاصل می شود که یک ژنوتیپ با روش های مختلف ارزیابی، نتیجه مشابهی از نظر پایداری نشان دهد. روشهای تک متغییره تصویر کاملی از ماهیت پیچیده و چند بعدی اثر متقابل ژنوتیپ×محیط ارائه نمیکنند، از اینرو استفاده از روشهای چند متغییره برای رفع این مشکل پیشنهاد شده است. در بین روشهای چند متغییره، روش ژنوتیپ×ژنوتیپ-محیط از اهمیت بیشتری برخوردار میباشد. بنابراین، این مطالعه بهمنظور شناسایی بهترین لاینهای امیدبخش گندم نان پایدار برای اقلیم گرم و خشک توسط روش بایپلات ژنوتیپ×ژنوتیپ-محیط انجام شد.
مواد و روش ها:
سازگاری و پایداری 37 لاین امیدبخش گندم نان به همراه 3 شاهد (چمران 2، مهرگان و سارنگ) در 10 محیط مورد ارزیابی قرار گرفتند. آزمایش با استفاده از طرح بلوکهای کامل تصادفی با سه تکرار در دو فصل زراعی (1399-1400 و 1401-1400) در پنج ایستگاه تحقیقاتی (داراب، اهواز، دزفول، خرمآباد و زابل) اجرا شد. در مزرعه هر کرت با تراکم چهارصد و پنجاه بذر در مترمربع کشت شد. هریک از ژنوتیپها در کرتهایی با شش خط پنج متری با فاصله خطوط 20 سانتیمتر کاشته شد. در پایان فصل محصول سنبله های شش ردیف پنج متری از هر کرت بهوسیله کمباین وینتراشتایگر برداشت شد و وزن دانه های به دست آمده توسط ترازوی دیجیتال اندازه گیری و در هکتار گزارش شد. برای عملکرد دانه، دادهها مورد تجزیه واریانس مرکب قرار گرفتند. از روش آماری بایپلات ژنوتیپ×ژنوتیپ-محیط با مدل اثر ژنوتیپ + برهمکنش ژنوتیپ × محیط برای ارزیابی پایداری و سازگاری ژنوتیپها درمحیطهای مورد بررسی استفاده شد. از نرمافزار SPSSv22 برای تجزیه مرکب و از نرمافزار GGE-Biplot برای تجزیه دادههای آزمایشی بهروش گرافیکی ژنوتیپ×ژنوتیپ-محیط استفاده شد.
یافته ها:
آزمون کولموگراف اسمیرنوف جهت بررسی آزمون خطای باقیماندهها در هر محیط انجام گرفت. نتایج آن در مورد هر محیط، بهطور جداگانه نشان داد که باقیمانده دادهها در کلیه محیطها نرمال بودند. نتیجه آزمون بارتلت برای محیطها، همگن بودن واریانس خطاها را نشان داد، از اینرو میتوان تجزیه مرکب را انجام داد. تجزیه واریانس مرکب دادهها نشان داد که اثرات اصلی محیط، ژنوتیپ و برهمکنش ژنوتیپ×محیط بر عملکرد دانه معنیدار بود. 70/12 درصد تغییرات مربوط به اثر محیط، 1/24 درصد مربوط به اثر ژنوتیپ و 9/57 درصد تغییرات مربوط به برهمکنش ژنوتیپ×محیط بود. معنی دار شدن اثرات متقابل در این مطالعه نشان داد که ژنوتیپ ها در محیط های متفاوت پاسخ های متفاوتی نشان داده و به عبارت دیگر اختلاف بین ژنوتیپ ها از محیطی به محیطی دیگر یکسان نیست و در این شرایط پایداری عملکرد دانه می تواند مورد ارزیابی قرار گیرد. نتایج نشان داد که دو مولفه ی اول در مجموع 54 درصد از کل تنوع زراعی موجود بین داده ها را توجیه کردند. مولفه اصلی اول 29 درصد و مولفه اصلی دوم 25 درصد از واریانس موجود بین داده ها را توجیه کردند. بایپلات ژنوتیپ×ژنوتیپ-محیط بهدست آمده در آزمایشات چند محیطی منجر به شناسایی 4 ابر محیط و 5 ژنوتیپ برتر شد. نمودار چندضلعی حاصل، نشان داد که ژنوتیپ های G31،G21 ، G29، G27 و G32 که در رئوس چندضلعی قرار داشتند، ژنوتیپ های برتر بودند. نتایج بایپلات مختصات محیط متوسط در این تحقیق نشان داد که ژنوتیپهای G29، G28 و G16 دارای عملکرد دانه و پایداری عملکرد بالا بودند. بررسی بایپلات همبستگی بین محیطها نشان داد که بردارهای محیطی مناطق اهواز و زابل دارای زاویه نزدیک به 90 درجه بود که نشاندهنده عدم تشابه این دو منطقه است. همچنین نتایج نشان داد که کلیه محیطها دارای قابلیت تمایز بالایی بوده و توانستند تفاوتهای بین ژنوتیپها را بهخوبی آشکار کنند. بر اساس نتایج حاصله، میتوان محیط زابل را بهعنوان محیط مطلوب جهت انتخاب ژنوتیپهای برتر گندم نان معرفی کرد.
نتیجه گیری کلی:
در مجموع با توجه به تغییرات اقلیمی در کشور بهخصوص در مناطق گرم و خشک جنوب کشور، لزوم استفاده از ارقام پایدار با پتاسیل عملکرد بالا همواره مطرح است. این مطالعه بهوضوح و بهراحتی به شناسایی ژنوتیپهای پایدار و برتر بهصورت گرافیکی کمک کرده است. اصلاحگرهای گندم در سراسر جهان ارقام اصلاحی برای مناطق مختلف جغرافیایی و اقلیمی کشاورزی در نظر میگیرند. سازگاری عمومی ارقام برای چندین منطقه در این مطالعه شناسایی شد. در این بررسی، محیط زابل را میتوان بهعنوان محیط مطلوب جهت انتخاب ژنوتیپهای برتر گندم نان معرفی کرد. در نهایت توصیه میشود ژنوتیپهای G29، G28 و G16 پس از تکثیر بذر و انتخاب برترین آنها در شرایط مزرعه، وارد آزمایشات تحقیقی و ترویجی گردد و در نهایت وارد فرایند معرفی ارقام جدید گندم نان نمود. همچنین نتایج به دست آمده در این مطالعه کارایی روش بایپلات ژنوتیپ×ژنوتیپ-محیط را برای انتخاب ارقام پرمحصول و پایدار نشان داد.
کلیدواژگان: برهمکنش ژنوتیپ×محیط، پایداری، لاین های امید بخش -
صفحات 25-36مقدمه و هدف
یکی از روشهای گزینش ارقام با عملکرد بالا، گزینش بر اساس صفات فیزیولوژیکی است. بررسی روند رشد و پر شدن دانه و اثر آن بر وزن دانه از تحقیقات پایه در برنامه های به نژادی به شمار می رود. سرعت و دوره پر شدن دانه از صفات مهم موثر بر عملکرد دانه در گندم هستند که تحت تاثیر شرایط محیطی قرار میگیرند. گزینش بر اساس صفاتی نظیر سرعت و دوره پرشدن دانه میتواند یک معیار فیزیولوژیک مناسب برای ارزیابی ارقام باشد. هدف از انجام این پژوهش ارزیابی عملکرد، سرعت و دوره پرشدن دانه ژنوتیپهای گندم نان در شرایط تنش خشکی آخر فصل و شناسایی ژنوتیپهای برتر است.
مواد و روشها:
در این پژوهش 18 لاین پیشرفته گندم نان بههمراه دو رقم شاهد که از ایستگاه تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی اردبیل تهیه شده بودند، در قالب طرح بلوک های کامل تصادفی با سه تکرار در دو شرایط آبیاری کامل و تنش خشکی آخر فصل در ایستگاه تحقیقات کشاورزی اردبیل مورد مطالعه قرار گرفت. در مزرعه ژنوتیپ ها در داخل هر کرت به ابعاد 4×3 متری با فاصله خطوط 20 سانتی متر و تراکم 400 بذر در مترمربع کشت شدند. ژنوتیپها در پاییز 1399 در ایستگاه تحقیقاتی کشت شدند. در شرایط تنش از مرحله گلدهی تا رسیدگی دانه آبیاری اعمال نشد در صورتی که در شرایط بدون تنش از زمان گلدهی تا رسیدگی فیزیولوژیک در سه نوبت (اوایل گل دهی، اواسط دانه بستن و اواخر دانه بستن) آبیاری انجام گرفت. در این مطالعه صفات عملکرد دانه، سرعت پرشدن دانه، حداکثر وزن خشک دانه، طول دوره پر شدن دانه و دوره موثر پر شدن دانه اندازه گیری شدند.
یافته ها:
نتایج حاصل از تجزیه واریانس صفات مورد ارزیابی نشان داد که بین محیطها و بین ژنوتیپها از لحاظ کلیه صفات مورد ارزیابی اختلاف معنی داری وجود دارد. اثر متقابل ژنوتیپ و محیط نیز برای کلیه صفات ذکر شده معنیدار بود. معنیدار شدن اختلاف بین ژنوتیپها نشان دهنده تنوع ژنتیکی بین ارقام مورد مطالعه است. همچنین معنیدار شدن اثر متقابل نشان میدهد که ژنوتیپهای مورد مطالعه در دو محیط بدون تنش و دارای تنش رفتار یکسانی نداشتند. سرعت پرشدن دانه همه ژنوتیپها تحت شرایط تنش خشکی کاهش پیدا کرد. میانگین سرعت پر شدن دانه در محیط دارای تنش 1/20 میلیگرم در روز و در محیط بدون تنش 1/37 میلیگرم در روز بود. مشخص گردید با بیشترشدن سرعت پر شدن دانه، طول دوره پر شدن دانه و دوره موثر پر شدن دانه کاهش مییابد. طول دوره پر شدن دانه در محیط تنش نسبت به محیط بدون تنش بهطور متوسط 2/31 روز کوتاهتر بود. مشخص گردید که طول و دوره موثر پر شدن دانه با وزن خشک دانه رابطه مستقیم دارد. میانگین عملکرد ژنوتیپها در شرایط تنش (594 گرم در متر مربع) در مقایسه با محیط بدون تنش (768 گرم در متر مربع) کاهش قابل توجهی داشت. بهطور میانگین طول دوره پر شدن دانه در محیط تنش (34/90 روز) نسبت به محیط بدون تنش (37/21 روز) کوتاهتر بود. بیشترین کاهش طول موثر پر شدن دانه در ژنوتیپ شماره 5 (5/30 روز) مشاهده شد. در شرایط تنش ژنوتیپهای شماره 14 (41 روز) و 12 (40/44 روز) و در شرایط بدون تنش ژنوتیپ شماره 13 (43/21 روز) طولانی ترین طول دوره پر شدن دانه را داشت. ژنوتیپ شماره 3 در هر دو شرایط تنش و بدون تنش کوتاهترین دوره پر شدن دانه را بهخود اختصاص داد. نتایج ضرایب همبستگی نشان داد که بین سرعت و دوره موثر پر شدن دانه همبستگی منفی و معنی داری در محیط تنش (**0/358- = r) و محیط بدون تنش (**0/404- = r) وجود دارد. تجزیه ای خوشهای ژنوتیپها در محیط تنش، آنها را در سه خوشه و در محیط بدون تنش در چهار خوشه گروه بندی کرد. نقشه حرارتی توزیع ژنوتیپها بر اساس صفات مورد مطالعه در محیط دارای تنش، ژنوتیپها را در سه خوشه گروهبندی کرد. ژنوتیپهای شماره 19، 18، 3، 10 و 1 در گروه اول قرار داشتند که دارای طول و دوره موثر کوتاه با سرعت پر شدن بیشتر بودند که با توجه به عملکرد نسبی بهتر، این گروه مطلوب بود. گروه دوم شامل ژنوتیپهای 7، 4، 9، 17، 6، 5 و 8 بود که دارای مقادیر عملکرد دانه کمتر و دوره موثر پر شدن دانه کوتاه بودند و در نهایت در گروه سوم ژنوتیپهای 13، 12، 2، 14، 11، 20، 15 و 16 قرار داشتند که از نظر سرعت و حداکثر وزن دانه دارای مقادیر کمتر و از نظر طول و دوره موثر پر شدن دانه دارای مقادیر بیشتر بودند. اعضای این گروه دارای عملکرد نسبی خوب بودند که علت آنرا می توان به طول و دوره موثر پر شدن طولانی نسبت داد. با توجه به اهمیت فرایندهای پر شدن دانه برای رسیدن به وزن مطلوب دانه ، انتخاب برای افزایش سرعت پر شدن دانه و دوره موثر پر شدن طولانی می تواند منجر به تولید عملکرد بیشتر در شرایط تنشی شود.
نتیجه گیریتنوع قابلتوجهی از نظر صفات مورد بررسی در بین ژنوتیپهای مورد مطالعه مشاهده شد که نشان دهنده وجود تنوع ژنتیکی مناسب در مواد گیاهی مورد مطالعه است. تنش خشکی آخر فصل از طریق کاهش سرعت و دوره پر شدن دانه، بر وزن نهایی دانه تاثیر منفی داشت و در نهایت عملکرد را کاهش داد. در چنین شرایطی انتخاب ژنوتیپهای با سرعت پرشدن دانه بیشتر، می تواند منجر به گزینش ژنوتیپهای متحمل به خشکی باشد. با اینحال، سرعت پر شدن دانه و دوره موثر پرشدن دانه، بهتنهایی نمی توانند عملکرد بالا را تضمین کند و باید سایر اجزای موثر در عملکرد را در گزینش ژنوتیپهای متحمل به خشکی در نظر گرفت.
کلیدواژگان: ژنوتیپ، ضرایب همبستگی، عملکرد دانه، گزینش -
صفحات 37-51مقدمه و هدف
شوری خاک یکی از عوامل اصلی خسارت و کاهش عملکرد محصولات کشاورزی در دنیا بهشمار می رود. گیاهان هالوفیت قادر به تحمل سطوح بالایی از شوری هستند که این سطوح در حالت معمول باعث از بین رفتن محصولات زراعی دیگر می شود. کینوا (WilldChenopodium quinoa,) از خانواده Chenopodiaceae گیاهی بسیار متحمل به شرایط نامطلوب محیطی است که در برابر تنش های زنده و غیرزنده تحمل بالایی را از خود نشان می دهد. کینوا یک گیاه شورزیست اختیاری است که قادر است شوری سطح دریا (dSm-1 40) را تحمل کند و در بیشتر مناطق ایران که بارندگی سالیانه اندکی دارند (میانگین بارندگی کشور حدود 250 میلی متر است) و بهدلیل شوری و خشکی خاک غیرقابل کشت هستند، عملکرد اقتصادی مطلوبی را داشته باشد. در همین راستا و بهمنظور بررسی سازوکارهای تحمل به تنش شوری در گیاه کینوا اثرات تیمارهای شوری در دو سطح شوری (dSm-1 6/9 و dSm-1 13/8) و 9 زمان نمونهبرداری (از صفر تا هفت روز) در واریته تیتیکاکا با بررسی پاسخهای یونی و بیان برخی ژن های درگیر در مقابله با تنش شوری مورد بررسی قرار گرفت.
مواد و روش هابه جهت بررسی تغییرات یونی و واکنش برخی ژن های مهم دخیل در تنش شوری، ژنوتیپ تیتیکاکا (Titicaca) تحت تاثیر دو سطح شوریdSm-1 6/9 (مخلوط 1:1 آب دریا و آب مقطر) و dSm-1 13/8 (آب دریا) در دو تکرار با در نظر گرفتن عامل زمان نمونه برداری، با استفاده از آزمایش فاکتوریل (فاکتور زمان در 9 سطح و فاکتور شوری در 2 سطح) در قالب طرح کاملا تصادفی کشت شد. نمونه های برگی در بازه های زمانی شش ساعت و نیز یک، دو، سه، چهار، پنج، شش و هفت روز پس از اعمال تنش، تهیه شدند. در این پژوهش میزان تجمع یون های سدیم و پتاسیم و تغییرات بیان چهار ژن مرتبط با شوری شامل آنتی پورتر غشای واکوئلی (NHX)، آنتی پورتر Na+/H+ واقع در غشای پلاسمایی (SOS1)، کولین مونواکسیژناز (CMO) و بتائین آلدئید دهیدروژناز (BADH) مورد بررسی قرار گرفت. بهمنظور بررسی بیان ژن از روش qRT-PCR با استفاده از ماده سایبرگرین و ژن خانهدار GAPDH استفاده شد.
یافته هانتایج نشان داد تجمع میزان یون های سدیم و پتاسیم در برگ تحت تاثیر شوری قرار گرفت و در سطح احتمال یک درصد، در هر دو سطح شوری روند صعودی و معنی داری داشتند، بهطوریکه با افزایش میزان یون سدیم، میزان تجمع یون پتاسیم نیز افزایش داشته و این بدان معنی است که گیاه سعی در خنثیسازی اثرات نامطلوب افزایش یون سدیم ناشی از شرایط تنش داشته است. همچنین با افزایش میزان غلظت شوری از سطح dSm-1 6/9 به dSm-1 13/8، از روز سوم اعمال تنش، نسبت یون های پتاسیم به سدیم افزایش یافته که می تواند یک سازوکار فیزیولوژیکی بسیار مهم در جهت افزایش میزان تحمل به شوری این گیاه و تلاش برای تولید و عملکرد بیشتر تحت شرایط شور باشد. با افزایش روزهای تنش و نیز سطح شوری اعمال شده، بیان هر چهار ژن مرتبط به شوری متناسب با تجمع و حضور یون ها در سلول تغییر یافت. بر اساس مطالعه حاضر ژن NHX در کینوا در هر دو سطح تنش dSm-1 6/9 و dSm-1 13/8 شوری در روز اول شروع به بیان نموده و با ادامه روند تنش در روزهای بعدی، بیان ژن SOS1 نیز افزایش یافت. در همین راستا ژن SOS1 افزایش بیان را در سطح dSm-1 6/9 در روزهای اول، دوم و سوم نشان داد. با افزایش روزهای تنش بیان ژن های درگیر در ساخت گلایسین بتایین در روز سوم در هر دو سطح تنش، بیان ژن CMO و سپس بیان ژن BADH افزایش یافت.
نتیجه گیریبر اساس نتایج این تحقیق گیاه کینوا نیز همچون سایر هالووفیت ها از سازوکارهای متعددی از جمله تنظیم یونی و تغییر در الگوی بیان ژن ها جهت تحمل تنش شوری استفاده مینماید. بررسی های این مطالعه نشان می دهد بعد از ورود یون سدیم به درون سیتوسول و دریافت سیگنال تنش، بیان ژن NHX1 بهطور چشمگیری افزایش معنی داری یافت و گیاه با این افزایش بیان این ژن، سعی نموده تا با کده بندی یون سدیم در واکوئل از اثرات ناشی از تنش بکاهد. همچنین بهنظر می رسد با فعال شدن SOS1، گیاه مسیر دومی را نیز جهت برقراری تحمل و هموستازی سلولی از طریق خروج یون سدیم به منطقه ریشه، ذخیره یون سدیم در واکوئل و جلوگیری از تجمع آن در سیتوپلاسم و کنترل انتقال یون سدیم در مسیرهای طولانی بین ریشه و برگ ها و بارگیری آن از آوند چوبی را انتخاب نموده است. در روز سوم و همزمان با افزایش معنی دار یون سدیم درون سیتوسول، میزان بیان ژن CMO نیز افزایش پیدا کرده که نشان می دهد گیاه سعی کرده با تولید اسمولیت های گلایسین بتائین و همچنین فعال نمودن مسیر پرولین تعادل اسمزی در سلول را حفظ کند. از سوی دیگر گیاه با افزایش جذب یون پتاسیم و ثبات نسبت K+/Na+ سعی در حفظ تعادل یونی نموده تا بتواند اثرات مخرب ناشی از تنش را کاهش دهد. با توجه به وجود تحقیقات محدود در زمینه این گیاه مهم، یافته های این تحقیق می تواند بهعنوان راه گشای مناسبی برای تحقیقات بعدی مورد استفاده قرار گیرد.
کلیدواژگان: بیان ژن، تجمع یون سدیم، BADH، CMO، NHX و SOS1 -
صفحات 52-63مقدمه و هدف
گندم نان (L.Triticum aestivum ) گسترده ترین گونه ی گندم و یکی از چهار محصول عمده در جهان است که غذای اصلی بیش از 30 درصد مردم جهان را تشکیل میدهد. تنش های غیرزیستی مهم ترین عوامل محیطی محدودکننده تولید محصول و کاهش عملکرد می باشند که با تاثیر روی فرآیندهای مورفولوژیکی، فیزیولوژیکی، بیوشیمیایی و مولکولی نقش قابل توجهی در تعیین پتانسیل عملکرد و تولید گیاهان دارند. از تنش های غیرزیستی می توان به کمبود عناصر کممصرف در خاک اشاره کرد. عناصر کم مصرف متابولیسم مواد غذایی در بدن انسان را تنظیم می کنند و کمبودشان سلامت انسان را بهخطر می اندازد. آهن و روی از جمله عناصر کم مصرف ضروری برای سلامت انسان هستند و بهعنوان عوامل کمکی بسیاری از آنزیم های حیاتی، در بسیاری از فرآیندهای متابولیک انسان نقش دارند. در گیاهان نیز عنصر آهن بیشترین عنصر موردنیاز در بین تمام عناصر کم مصرف می باشد. آهن بخشی از گروه کاتالیزوری بسیاری از آنزیم های اکسیداسیون و احیا بوده و برای سنتز کلروفیل موردنیاز می باشد. برای تسهیل در جذب کافی آهن و برای جلوگیری از جذب بیش از حد، گیاهان یک شبکه متعادلی برای تنظیم جذب، استفاده و ذخیره یون ها ایجاد کرده اند. در واقع چنین تنظیماتی به ژن هایی بستگی دارد که هموستازی یون ها را در گیاهان تنظیم می کنند. در گندم بهدلیل وجود ژنوم بزرگ آلوهگزاپلوئید و چالش های فنی در ترانسفورماسیون، تعداد کمی از ژن های دخیل در جذب، جابجایی و ذخیره سازی آهن و روی از نظر عملکردی مشخص شده اند. با توجه به نقش مهم پروتئین های ZIP در کارایی ارقام نسبت به جذب آهن، مطالعه بیان ژن های مذکور در ارقام گندم نان آهن-کارا و آهن-ناکارا می تواند در اصلاح ارقام آهن-کارا در این محصول موثر باشد. بنابراین هدف از این تحقیق، مطالعه بیان ژن های ZIP3، ZIP6 و ZIP7 در برگ و ریشه دو رقم گندم نان آهن-کارا و آهن-ناکارا در مراحل مختلف رشدی تحت تنش کمبود آهن بود.
مواد و روشها:
این تحقیق بهصورت فاکتوریل در قالب طرح کاملا تصادفی با سه تکرار در گلخانه تحقیقاتی دانشکده کشاورزی دانشگاه ارومیه اجرا شد. فاکتور اول شامل دو رقم گندم آهن-کارا (پیشتاز) و آهن-ناکارا (فلات)، فاکتور دوم شامل دو سطح آهن خاک (کمبود و کفایت آهن بهترتیب 1/4 و 10 میلی گرم در کیلوگرم خاک) و فاکتور سوم شامل دو مرحله نمونهبرداری (رویشی و زایشی بهترتیب یک ماه بعد از کشت و 30 درصد خوشهدهی) بود. برای ارزیابی بیان ژن ها، نمونه برداری در هر مرحله رشدی از ریشه و برگ گیاهان انجام شد. بذور از موسسه تحقیقات اصلاح و تهیه نهال و بذر ایران تهیه و بعد از ضدعفونی با آب اکسیژنه یک درصد، در عمق 4 سانتیمتری خاک کاشته شد. آبیاری در طول فصل رشد، با استفاده از آب مقطر در حد ظرفیت زراعی انجام شد.
یافته ها:
نتایج تجزیه واریانس بیان نسبی هر سه ژن مورد مطالعه نشان داد که اثر متقابل رقم × اندام × مرحله نمونهبرداری در سطح احتمال یک درصد معنی دار می باشد. براساس نتایج مقایسه میانگین برهمکنش رقم × اندام × مرحله نمونهبرداری برای ژن ZIP3 بیشترین افزایش بیان نسبی ژن در ریشه رقم آهن-کارای پیشتاز در مرحله رویشی مشاهده شد و در مرحله زایشی میزان بیان نسبی این ژن در ریشه رقم آهن-ناکارای فلات بیشتر از رقم آهن-کارای پیشتاز بود. ولی در برگ، رقم آهن- ناکارای فلات بیشترین افزایش بیان نسبی در هر دو مرحله زایشی و رویشی را بهخود اختصاص داد ولی اختلاف میزان بیان ژن در برگ بین دو مرحله نمونهبرداری از نظر آماری معنی دار نبود و کمترین میزان بیان ژن در برگ مربوط به رقم پیشتاز بود. مقایسه میانگین اثر متقابل رقم × اندام × مرحله نمونه برداری برای ژن ZIP6 حاکی از افزایش میزان بیان نسبی ژن ZIP6 در ریشه رقم آهن-کارای پیشتاز در مرحله رویشی و رقم آهن-ناکارای فلات در مرحله زایشی بود. بیشترین میزان افزایش بیان نسبی این ژن در ریشه رقم پیشتاز در مرحله رویشی و ریشه رقم فلات در مرحله زایشی مشاهده شد. نتایج مقایسه میانگین اثر متقابل رقم × اندام × مرحله نمونهبرداری برای ژن ZIP7 نشان داد که بیشترین میزان بیان نسبی این ژن در ریشه رقم آهن- کارای پیشتاز در مرحله رویشی مشاهده شد. همچنین میزان بیان نسبی این ژن در ریشه رقم آهن- کارا در مرحله رویشی بهطور معنی داری بیشتر از مرحله زایشی می باشد. در هر دو مرحله رویشی و زایشی در برگ میزان افزایش بیان ژن در رقم آهن- ناکارای فلات بیشتر بود.
نتیجه گیری:
با افزایش بیان ژن ZIP3 در شرایط کمبود آهن در مرحله رویشی در ریشه رقم آهن- کارا نسبت به برگ احتمال می رود نقش اصلی این ژن، در جذب آهن از خاک و انتقال آن به اندام هوایی در اوایل دوره رشدی در شرایط کمبود آهن باشد. ژن ZIP6 در هر دو اندام ریشه و برگ در کل دوران رشدی گیاه بیان می شود با این تفاوت که با افزایش سن گیاه، میزان بیان هم بیشتر میشود. بنابراین ژن ZIP6 احتمالا وظیفه جذب و انتقال آهن در اندام های مختلف، در کل دوره رشدی گیاه را برعهده دارد و نقش مهمی را در حفظ آهن در شرایط کمبود آن ایفا می کند. ژن ZIP7 تحت شرایط کمبود آهن در هر دو اندام برگ و ریشه بیان می شود ولی در ریشه در مرحله رویشی در رقم آهن- کارا این میزان بیان بیشتر می باشد و احتمال میرود این ژن در جذب آهن از خاک و انتقال آن به اندام های هوایی شرکت دارد.
کلیدواژگان: عناصر کم مصرف، کمبود آهن، گندم نان، واکنش زنجیرهای پلیمراز در زمان واقعی -
صفحات 64-78مقدمه و هدف
در مناطق خشک و نیمهخشک، تنش های زیستی و غیرزیستی می توانند بهصورت مستقیم یا غیرمستقیم منجر به محدودیت و کاهش رشد گیاهان مختلف می شوند. در این مناطق، تنش شوری یکی از چالش های بزرگ پیش روی حوزه کشاورزی و تولید محصول است که سالانه خسارات زیادی به عملکرد محصولات زراعی وارد می نماید. میزان کم شوری در خاک محدودیت رشد گیاه را بهدنبال داشته و افزایش مقدار شوری خاک سبب می شود جذب آب و عناصر غذایی ضروری برای گیاه مختل و رشد گیاه کاهش یافته و در ادامه می تواند منجر به مرگ گیاه شود. کاهش رشد و توسعه ریشه ها، کاهش جذب عناصر غذایی، افزایش احتمال ایجاد حساسیت به بیماری ها و آفات، کاهش عملکرد و کیفیت محصول نهایی مانند کمبود عناصر غذایی، افزایش میزان عناصر سمی از جمله اثرات منفی شوری بر گیاه می باشند. عوامل مختلفی در ایجاد شوری نقش دارند که از مهم ترین آن ها میتوان به تغییرات اقلیمی، هوازدگی سنگ مادر، آبیاری نادرست، خشکسالی، مصرف بی رویه کودها و کاهش سطح آب دریاها و اقیانوس ها ایجاد شود. بهدنبال تغییرات اقلیمی، این خسارات هر ساله در حال افزایش است. باتوجه به افزایش رشد جمعیت، افزایش تقاضا برای تولید غذای بیشتر روز بهروز در حال افزایش است. گندم بهعنوان مهم ترین غله در تامین نیاز غذایی جهان شناخته می شود، بنابراین تولید پایدار آن بسیار حائز اهمیت است. شوری بهعنوان یک عامل مهم در کاهش عملکرد گندم شناخته می شود و ممکن است باعث افزایش تجمع نمک های مضر در بافت گیاه شود که منجر به آسیب های فیزیولوژیک و کاهش رشد در گیاه می شود. اثرات شوری خاک بسته به مقدار شوری، نوع شوری و نوع گندم متفاوت است. یکی از راه های پیشگیری از اثرات منفی شوری، استفاده از ارقام گندم مقاوم به شوری است. گستره تنوع در ارتباط با تحمل به تنش شوری در گیاهان مختلف بهویژه گیاه گندم، به عوامل مختلفی از جمله ژنوتیپ گیاهی، مدت زمان تنش، مرحله رشدی گیاه بستگی دارد. مرحله گیاهچه در گندم یکی از مراحل مهم در ارتباط با تحمل به تنش شوری می باشد. هدف از این مطالعه، بررسی پاسخ ارقام زراعی گندم بهاره در مرحله گیاهچه ای به تنش شوری می باشد.
مواد و روش هادر پژوهش حاضر واکنش 64 ژنوتیپ گندم بهاره ایرانی در مرحله گیاهچه ای تحت دو شرایط نرمال و تنش شوری 12 دسی زیمنس بر متر در دو تکرار در قالب طرح لاتیس ساده در گلخانه تحقیقاتی دانشکده کشاورزی دانشگاه ارومیه در سال زراعی 1401-1400 بررسی شدند. در این پژوهش، در مرحله چهاربرگی تنش شوری بهصورت تدریجی در طی دو روز اعمال شد و سپس صفات سبزینگی برگ (SPAD)، دمای کانوپی (canopy)، طول ساقچه (SL)، طول ریشه چه (RL)، طول گیاهچه (PL)، میزان پتاسیم اندام هوایی (KS)، میزان پتاسیم ریشه چه (KR)، میزان سدیم اندام هوایی (NaS)، میزان سدیم ریشه چه (NaR)، نسبت پتاسیم به سدیم اندام هوایی (KNaS)، نسبت پتاسیم به سدیم ریشه چه (KNaR)، حجم ریشه چه (RV)، شاخص سطح برگ (LAI)، وزن تر ریشه چه (FWR)، وزن خشک ریشه چه (DWR)، محتوای نسبی آب برگ (RWC)، وزن تر ساقچه (FWS)، وزن خشک ساقچه (DWS)، وزن تر گیاهچه (FWP)، وزن خشک گیاهچه (DWP) مورد مطالعه قرار گرفتند. تجزیه داده های صفات مورد مطالعه در قالب طرح بلوک کامل تصادفی انجام شد. برای تجزیه واریانس از PROC GLM در نرم افزار SAS 9.4 استفاده شد. همبستگی با استفاده از PROC CORR و تجزیه به عامل ها با استفاده از PROC FACTOR صورت گرفت. گروه بندی ارقام با استفاده از بسته نرم افزاری gplots و ترسیم نمودار بایپلات با بسته نرمافزاری factoextra در محیط R 4.1 انجام شد. همچنین برای تجزیه واریانس چند متغیره از گزاره MANOVA در PROC GLM در نرم افزار SAS 9.4 استفاده شد.
یافته هابراساس نتایج تجزیه واریانس، اختلاف آماری معنی داری بین ارقام مورد بررسی، براساس صفات مورد مطالعه در مرحله گیاهچه ای از جمله وزن تر گیاهچه (FWP)، وزن خشک گیاهچه (DWP)، وزن تر ریشه چه (FWR)، وزن خشک ریشه چه (DWR)، وزن تر ساقچه (FWS)، وزن خشک ساقچه (RWS) و طول گیاهچه (PL) مشاهده شد. همچنین در هر دو شرایط نرمال و تنش شوری، وزن خشک گیاهچه (DWP) بیشترین همبستگی معنی دار را با وزن تر گیاهچه (FWP) و وزن خشک ساقچه (DWS) و وزن خشک ریشه چه (DWR) نشان داد. در شرایط تنش شوری وزن تر ساقچه (FWS) نیز همبستگی معنی داری با صفات وزن خشک ساقچه (DWS)، وزن تر گیاهچه (FWP) و وزن خشک گیاهچه (DWP) داشت. براساس تجزیه به عامل ها صفات مورد مطالعه در هر دو شرایط نرمال و تنش شوری در هفت عامل گروهبندی شدند که این هفت عامل در شرایط نرمال 77/93 درصد و در شرایط تنش شوری 76/44 درصد از تغییرات کل را توجیه نمودند. با استفاده از تجزیه خوشه ای، ارقام تحت هر دو شرایط نرمال و تنش شوری در سه خوشه گروهبندی شدند.
نتیجه گیریبراساس نتایج بای پلات حاصل از تجزیه به عامل ها و تجزیه خوشه ای، ارقام مارون، دریا، شیرودی، مغان 3، داراب 2، روشن، پیشگام، پیشتاز بهعنوان ارقام مطلوب و ارقام چمران، بم، البرز و مرودشت بهعنوان ارقام نامطلوب معرفی شدند که در پروژه های بهنژادی آتی گندم میتوانند مورد استفاده قرار گیرند.
کلیدواژگان: تجزیه به عامل ها، تنش شوری، گندم نان، گیاهچه -
صفحات 79-90مقدمه و هدف
عدس با نام علمی (Medik.Lens culinaris ) یک لگوم دانهای سرمادوست است که منبع خوبی از مواد مغذی مورد نیاز انسان شامل پروتئین، کربوهیدرات، ویتامینها و مواد معدنی میباشد. یکی از اهداف اصلاحی عدس تولید ارقام پا بلند و پرمحصول میباشد. بدینمنظور باید ژرم پلاسم گیاهی جمع آوری شود تا به عنوان جامعه پایه، ارزیابی شود و نمونه های دارای پتانسیل تولید بالا و دیگر صفات مطلوب شناسایی شده و مورد بهره برداری قرار گیرند. محیط تاثیر بسیار زیادی روی تولید محصول در این گیاه دارد. بنابراین، گزینش مستقیم برای عملکرد دانه بی نتیجه است. از آنجا که عملکرد دانه به اجزای عملکرد وابسته است بههنگام گزینش برای بهبود عملکرد باید عملکرد و اجزای آنرا همراه با هم در نظر گرفت. برای افزایش عملکرد و بازده اقتصادی مناسب، نیاز به جمع آوری لاین های مطلوب یا ژن های مطلوب و انتقال ژن های مطلوب به لاین های زیر کشت برای تولید رقم مطلوب می باشد، لذا بایستی اطلاعات کافی از مواد ژنتیکی قابل دسترس وجود داشته باشد که این اطلاعات با ارزیابی صفات مختلف امکان پذیر است.
مواد و روشها:
به منظور تشخیص نحوه تاثیرگذاری همزمان صفات بر عملکرد دانه عدس در راستای تعیین چگونگی انجام گزینش در لاینهای عدس بومی استان زنجان، آزمایشی طی دو سال زراعی 97-1396 و 98-1397 در مزرعه تحقیقاتی دانشکده کشاورزی دانشگاه زنجان انجام شد. در هر دو سال آزمایش، ارقام اصلاح شده کیمیا، سبز کوهین، گچساران، مراغه و بیله سوار به عنوان ارقام شاهد استفاده شدند. سال اول آزمایش با 200 لاین در قالب طرح آگمنتد اجرا گردید. هر واحد آزمایشی شامل یک ردیف یک متری بود. فاصله بین ردیفها 25 سانتیمتر و فاصله روی ردیفها 5 سانتیمتر و عمق کاشت 5 سانتیمتر در نظر گرفته شد. در ابتدا و انتهای هر بلوک دو ردیف عدس سبز کوهین به عنوان حاشیه کشت شد. در سال دوم آزمایش، با توجه به حصول مقدار بذر کافی از سال اول، آزمایش در قالب طرح لاتیس ساده با دو تکرار و واحدهای آزمایشی بزرگتر برای لاینهای گزینش شده از سال اول انجام شد. هر واحد آزمایشی شامل دو خط یک متری بود. فاصله بین ردیفها، فاصله روی ردیفها و عمق کاشت مشابه آزمایش سال اول انجام شد. در ابتدا و انتهای هر بلوک ناقص دو ردیف عدس سبز کوهین بهعنوان حاشیه کشت شد. صفات اندازه گیری شده شامل صفات فنولوژیکی، صفات مورفولوژیکی، عملکرد و اجزاء عملکرد در واحد بوته و در واحد سطح بودند.
یافته ها:
در بین صفات مورد مطالعه بیشترین ضریب تغییرات مربوط به صفات تعداد دانه، زیستتوده، عملکرد کاه و عملکرد دانه بود. ضرایب همبستگی ساده نشان داد تعداد دانه و عملکرد دانه در بوته با صفات فنولوژیکی طول دوره غلافدهی، رسیدگی فیزیولوژیکی و طول دوره پرشدن دانه و با صفات مورفولوژیکی ارتفاع بوته و ارتفاع اولین انشعاب شاخه و همچنین با صفات تعداد غلاف پر در بوته و زیستتوده در بوته همبستگی مثبت و معنیداری داشت. در تجزیه رگرسیون بهروش گامبهگام، ارتفاع بوته اولین صفتی بود که وارد مدل شد و توانست 46/8 درصد تغییرات مربوط به عملکرد دانه در بوته را تبیین کند. پس از آن بهترتیب صفات تعداد دانه در بوته، وزن هزار دانه، عملکرد کاه در بوته و طول دوره پرشدن دانه وارد مدل شدند و توانستند در مجموع 67/5 درصد تغییرات مربوط به عملکرد دانه در بوته را تبیین کنند. نتایج تجزیه علیت نشان داد، صفت تعداد دانه در بوته دارای بزرگترین اثر مستقیم و مثبت روی عملکرد دانه است و بعد از آن بیشترین اثر مستقیم بهترتیب مربوط به وزن هزار دانه، ارتفاع بوته و طول دوره پر شدن دانه بود. ازاین رو، می توان این صفات را به عنوان مهمترین و موثرترین صفات در گزینش غیرمستقیم عملکرد دانه در عدس توصیه نمود. اغلب اثرات غیرمستقیم صفات بر عملکرد دانه مثبت بودند و بیشترین اثرات غیرمستقیم مربوط به اثرات غیرمستقیم طول دوره پرشدن دانه، ارتفاع و عملکرد کاه از طریق تعداد دانه در بوته بود. همچنین طول دوره پرشدن دانه از طریق ارتفاع و ارتفاع از طریق وزن هزاردانه بر روی عملکرد دانه تاثیرگذار بود. این موضوع می تواند نشان دهنده تاثیر انتقال مجدد مواد در پرشدن دانه و عملکرد دانه باشد. در تجزیه به عاملها براساس روش تجزیه به مولفههای اصلی و چرخش وریمکس شش عامل حدود 76 درصد از تغییرات داده ها را توجیه نمودند. سه عامل اول بیشترین حجم از تغییرات دادهها را در برگرفتند که عامل اول، فنولوژی و ارتفاع و عوامل دوم و سوم، اجزای عملکرد و عملکرد نامگذاری شدند. این نتایج نشان داد که انجام گزینش براساس این عوامل می تواند منجر به ایجاد لاینهایی با عملکرد بالا شود.
نتیجه گیری:
بیشترین ضریب تغییرات مربوط به صفات تعداد دانه، زیست توده، عملکرد کاه و عملکرد دانه بود. عملکرد دانه در بوته با صفات فنولوژیکی طول دوره غلافدهی، رسیدگی فیزیولوژیکی و طول دوره پر شدن دانه و با صفات مورفولوژیکی ارتفاع بوته و ارتفاع اولین انشعاب شاخه همبستگی مثبت و معنیداری داشت. تعداد دانه در بوته بیشترین اثر مستقیم بر عملکرد دانه داشت و بعد از آن بیشترین اثر مستقیم بهترتیب مربوط به وزن هزار دانه، ارتفاع بوته و طول دوره پر شدن دانه بود، بنابراین میتوانند بهعنوان معیاری برای انتخاب لاینهای برتر در نظر گرفته شوند. بر اساس نتایج حاصل از تجزیه به عاملها، شش عامل توانستند 77/306 در صد از تغییرات داده ها را توجیه کنند.
کلیدواژگان: تجزیه به عامل ها، تجزیه علیت، رگرسیون گام به گام، ضریب همبستگی، گزینش غیرمستقیم -
صفحات 91-103مقدمه و هدف
عدس (Lens culinaris Medik.) یکی از مهمترین گیاهان خانواده حبوبات در ایران است که در مناطق سردسیر بهصورت دیم و بهاره کشت میشود. اما یکی از عوامل بازدارنده کشت بهاره عدس در مناطق سردسیر صدمات ناشی از تنش خشکی آخر فصل در نتیجه کشت دیرهنگام است که منجر به افزایش تعداد غلاف پوک و کاهش قابلتوجهی در عملکرد میشود. تا زمانیکه رقم مناسب کشت پاییزه و متحمل به سرما معرفی نشده تنها راهحل برای این مشکل، یافتن روشهایی برای مقابله با خسارت تنش خشکی میباشد. نانوتکنولوژی پیشرو انقلاب صنعنی جدید است و پتانسیل ایجاد تغییر در تولیدات کشاورزی را دارد. ذرات نانو برای افزایش قدرت جوانهزنی، رشد، بهرهوری ویژگیهای کیفی محصولات در شرایط نرمال و تنش بهکار میروند. بنابراین، جهت کاهش اثرات سوء ناشی از تنش خشکی در عملکرد گیاه عدس در شرایط دیم، تاثیر ترکیبات سولفات روی و اکسید آهن، نانوذرات سولفات روی و اکسید آهن در دو سطح 0/5 درصد و 1 درصد بر خصوصیات زراعی، فیزیولوژیکی، سیستم آنتیاکسیدانی و خصوصیات ریشه در عدس مورد بررسی قرار گرفت.
مواد و روش هاآزمایش مزرعهای در سال زراعی 1399-1398 در موسسه تحقیقات دیم کشور- شهر مراغه در قالب طرح بلوک کامل تصادفی با سه تکرار انجام شد. تیمارها شامل شاهد (عدم کاربرد)، 0/5 درصد نانو سولفات روی، 1 درصد نانو سولفات روی، 0/5 درصد سولفات روی، 1 درصد سولفات روی، 5/0 درصد نانو اکسید آهن، 1 درصد نانو اکسید آهن، 0/5 درصد اکسید آهن و 1 درصد اکسید آهن بود. در این آزمایش از رقم بیلهسوار که مناسب کشت بهاره مناطق سردسیر دیم است استفاده شد. محلولپاشی در دو نوبت (10 روز پس از استقرار گیاهچه و 50 درصد گلدهی) در ساعات اولیه صبح انجام شد. صفات ارتفاع بوته، محتوای رطوبت نسبی برگ، پایداری غشای سلولی، دمای کانوپی شاخص نرمال شده پوشش گیاهی در طول فصل رشد و صفات وزن صد دانه و عملکرد پس از برداشت اندازهگیری شد. در طول فصل زراعی پس از تهیه نمونه برگی میزان فعالیت آنزیم آسکوربات پراکسیداز، کاتالاز، گلوتاتیوتن پراکسیداز، سوپر اکسید دیسموتاز، پراکسیداز و غلظت پرولین، کلروفیل a، کلروفیل b و کارتنوئیدها محاسبه شد.
یافته هابین تیمارها از نظر محتوای رطوبت نسبی، پایداری غشای سلولی، دمای کانوپی، شاخص NDVI و عملکرد اختلاف معنیداری در سطح 1 درصد و برای وزن صد دانه اختلاف معنیدار در سطح 5 درصد مشاهده شد. بیشترین وزن صد دانه در اعمال تیمار نانو اکسید آهن 0/5 درصد، پایینترین محتوای رطوبت نسبی و پایداری غشای سلولی، بالاترین دمای کانوپی در تیمار عدم محلولپاشی مشاهده شد. نتایج تجزیه واریانس صفات بیوشیمیایی نشان داد که بین تیمارها از نظر تمام صفات اختلاف معنیدار در سطح 1 درصد وجود دارد. میزان کلروفیل a و b در نتیجه محلولپاشی نانوذرات افزایش یافته و بالاترین مقدار مربوط به اعمال تیمار نانو سولفات روی بود. بالاترین مقدار کارتنوئید و بالاترین میزان فعالیت آنزیم کاتالاز، آسکوربات پراکسیداز، گلوتاتیون پراکسیداز و سوپراکسید دیسموتاز در تیمار نانو سولفات روی 1 درصد مشاهده شد. بالاترین میزان پراکسید هیدروژن و مالون دیآلدئید در تیمار عدم محلولپاشی مشاهده شد. میزان کلروفیل a و b در تیمار نانو سولفات روی 1% بیشترین میزان را داشتند. همانطور که انتظار میرفت کمترین مقدار در تیمار عدم محلولپاشی مشاهده شد. بالاترین میزان کارتنوئید، بیشترین فعالیت آنزیمهای کاتالاز، آسکوربات پراکسیداز، گلوتاتیون پراکسیداز و سوپراکسید دیسموتاز در تیمار نانو سولفات روی 1 درصد مشاهده شد. پائینترین سطح فعالیت این آنزیمها در شرایط عدم محلولپاشی محاسبه گردید. بیشترین مقدار پرولین، پراکسید هیدروژن و مالون دیآلدئید نیز در تیمار عدم محلولپاشی مشاهده شد. بر اساس نتایج، عملکرد با میزان فعالیت آنزیم کاتالاز (0/81)، گلوتاتیون پراکسیداز (0/88)، سوپراکسید دیسموتاز (0/80)، پراکسید هیدروژن (0/82-)، مالون دیآلدئید (0/90-)، پرولین (0/89-)، کلروفیل a (0/83)، کلروفیل b (0/64)، کارتنوئیدها (0/74)، وزن صد دانه (0/50)، شاخص نرمال شده پوشش گیاهی (0/86)، دمای کانوپی (0/76-)، محتوای رطوبت نسبی (0/84) و پایداری غشای سلولی (0/95) همبستگی معنیدار در سطح یک درصد داشت. بالاترین طول ریشه بهترتیب در محلول پاشی نانو سولفات روی 1 درصد، نانو سولفات روی 0/5 درصد، نانو اکسید آهن 0/5 درصد و نانو اکسید آهن 1 درصد مشاهده شد. کاربرد نانو ذرات تاثیری بر افزایش قطر ریشه نداشته است. در حالیکه کابرد نانواکسید آهن 1 درصد بیشترین تاثیر را در حجم ریشه داشت. سطح ریشه بیشترین افزایش را با بهکارگیری نانو اکسید آهن 1 درصد، نانو اکسید آهن 0/5 درصد و نانو سولفات روی 0/5 درصد داشت. بیشترین طول ریشه عدس بهترتیب در تیمارهای نانوسولفات روی 1 درصد و نانو سولفات روی 0/5 درصد و کمترین طول ریشه در شرایط عدم محلولپاشی مشاهده شد. بالاترین سطح ریشه در نانو اکسید آهن 1 درصد و 0/5 درصد و سپس در نانو سولفات روی 0/5 درصد و 1 درصد مشاهده شد. بیشترین حجم ریشه در نتیجه اعمال نانو اکسید آهن 1 درصد حاصل شد.
نتیجه گیری:
براساس نتایج، نانو اکسید آهن 1 درصد بیشترین تاثیر را بر صفات زراعی و فیزیولوژیکی داشت. در حالیکه نانو سولفات روی 0/5 درصد بر سیستم آنتیاکسیدانی موثر بود. صفات ریشهای مطلوب در بهرهوری از مواد مغذی و منبع آب در خاک موثر میباشد. در این مطالعه مشاهده شد که نانو ذرات سولفات روی اثر مثبت بر روی طول و قطر متوسط ریشه دارد. در حالیکه نانو ذرات اکسید آهن در بهبود سطح و حجم ریشه موثر میباشد.
کلیدواژگان: آنزیم، اقلیم سردسیر، تنش اکسیداتیو، حبوبات، عملکرد -
صفحات 104-113مقدمه و هدف
حدود 30 درصد شکر مورد نیاز جهان، توسط زراعت چغندرقند و مابقی آن از نیشکر تامین میگردد. عوامل زنده متعددی از جمله آفات، بیماریها و علفهای هرز موجب کاهش تولید و بروز خسارت در مزارع چغندرقند میگردند. برای رساندن تولید زراعت چغندرقند به پتانسیل واقعی خود و حفظ آن در این سطح، ضرورت دارد تا ضمن شناسایی عوامل تنشزای زنده، نقش هریک از آنها در کاهش محصول تعیین و روشهای مدیریت و کنترل آنها بررسی و مشخص شوند. از جمله آفات چغندرقند، شته ریشه میباشد که بر روی ریشههای فرعی مستقر شده و با تغذیه از شیره گیاهی موجب کوتولگی و پژمردگی بوتهها و همچنین موجب کاهش وزن ریشه و کاهش 30-36 درصد عیار قند (درصد قند ناخالص) میشود. بهدلیل شرایط خاص زندگی شته در زیر خاک و تاثیر ترشحات سفید مومی شته بر عدم خیساندن خاک توسط محلول سم و همچنین بهدلیل عدم وجود یک سم سیستمیک مناسب، استفاده از سموم شیمیایی بهصورت خاکآب در کنترل این آفت توصیه نمیشود و بنابراین کاراترین روش مدیریت این آفت در مزارع چغندرقند، استفاده از ارقام مقاوم و متحمل میباشد. بنابراین این پژوهش با هدف ارزیابی مقاومت ارقام مختلف داخلی و خارجی به این نوع شته و بررسی تاثیر این آفت بر عملکرد کمی و کیفی آنها انجام گرفت که در آینده بتوان از آنها و یا اجدادشان در برنامههای مختلف بهنژادی تولید ارقام مقاوم استفاده نمود.
مواد و روشها:
بهمنظور ارزیابی مقاومت به شته ریشه، هشت رقم مختلف چغندرقند (شامل ارقام ایرانی آسیا، آرتا، دنا، شکوفا، شکوفای بیوپلیمر شده، نیکا و ارقام خارجی Palma و BTS505) و تاثیر این آفت بر عملکرد کمی و کیفی آنها، آزمایشی بهصورت پایلوت و در قالب طرح بلوکهای کامل تصادفی با چهار تکرار در سال زراعی 1402 در مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان آذربایجان غربی، مرکز آموزش کشاورزی شهرستان میاندوآب اجرا گردید. بهمنظور ارزیابی سطح مقاومت ارقام مورد ارزیابی، نمونهبرداری از شته ریشه چغندرقند با خارج نمودن تعداد 20 عدد ریشه چغندرقند (چهار تکرار از هر رقم) از خاک در اواسط شهریور ماه انجام گردید و نمونهها براساس درصد ریشههای چغندرقند آلوده به شته به چهار گروه مقاوم، نیمهمقاوم (متحمل)، حساس و خیلیحساس گروهبندی شدند. همچنین بعد از برداشت، صفات مرتبط با عملکرد کمی و کیفی چغندرقند اندازهگیری شد.
یافته ها:
نتایج حاصل از تجزیه واریانس نشان داد که اثر رقم بر کلیه صفات اندازهگیری شده در سطح احتمال یک درصد (0/01≥p) معنیدار بود. همچنین بیشترین و کمترین مقدار ضریب تغییرات ژنوتیپی و فنوتیپی بهترتیب مربوط به صفات درصد ریشههای آلوده به شته (بهترتیب 46/52 و 46/73 درصد) و ضریب استحصال شکر (بهترتیب 4/55 و 4/69 درصد) بود. براساس نتایج حاصل از مقایسات میانگین ارقام، بیشترین و کمترین مقدار صفت عملکرد ریشه بهترتیب مربوط به رقم خارجی BTS505 و Palma بهترتیب با 82/35 و 62/81 تن در هکتار بود که در دو گروه مختلف آماری قرار گرفتند که البته اختلاف بین میانگین عملکرد ریشه رقم Palma با کمترین عملکرد ریشه با رقم داخلی شکوفا معمولی (64/41 تن در هکتار) معنیدار نبود. بهلحاظ صفت درصد قند ناخالص (عیار قند)، بیشترین مقدار آن به رقم خارجی BTS505 (16/86 درصد) و کمترین آن به رقم خارجی Palma و رقم داخلی شکوفا معمولی (بهترتیب با 12/65 و 13/01 درصد) تعلق داشت. همچنین، اختلاف چندانی بین میانگین ارقام داخلی و خارجی بهلحاظ صفات عملکرد ریشه (بهترتیب با 69/56 و 72/58 تن در هکتار) و درصد قند ناخالص (بهترتیب با 14/25 و 14/75 درصد) مشاهده نگردید که حاکی از پیشرفت ژنتیکی ارقام هیبرید جدید داخلی معرفی شده بهلحاظ این دو صفت مهم و تاثیرگذار بر عملکرد نهایی قند میباشد. بهلحاظ صفت درصد ریشههای آلوده به شته، ارقام مورد مطالعه در سه گروه مختلف آماری قرار گرفتند، به طوریکه ارقام BTS505 و آسیا با کمترین درصد آلودگی در گروه اول (بهعنوان ارقام مقاوم)، ارقام آرتا، دنا، شکوفا بیوپلیمر و نیکا با حد متوسط آلودگی در گروه دوم (به عنوان ارقام نیمهمقاوم یا متحمل) و دو رقم Palma و شکوفا معمولی بهعنوان ارقام حساس در گروه سوم قرار گرفتند.
نتیجه گیری:
با توجه به ملاحظات زیستمحیطی، بهداشتی و اقتصادی در جهت کاهش مصرف سموم شیمیایی برای کنترل این آفت و از طرفی عدم کارایی مناسب بسیاری از سموم موجود در بازار، استفاده از ارقام مقاوم و متحمل چغندرقند به این آفت (دو رقم BTS505 و آسیا بهعنوان ارقام مقاوم) میتواند به عنوان راهکار اصلی مدیریتی همواره مدنظر قرار گیرد و از طرفی با توجه به مقاومت ژنتیکی آنها به بیماریهای ریزومانیا و نماتد، میتوانند برای کشت در بسیاری از مناطق چغندرکاری کشور مورد استفاده قرار گیرند. البته پیشنهاد میگردد ضمن مقایسه ارقام بیشتر و متنوعتر، این ارقام در سالها و مکانهای با شرایط اقلیمی متفاوتی نیز مورد بررسی و ارزیابی قرار گیرند که در نهایت بتوان با اطمینان بیشتری نسبت به توصیه آنها اقدام نمود.
کلیدواژگان: ارقام داخلی و خارجی، چغندرقند، شته، عملکرد کمی و کیفی، مقاومت -
صفحات 114-124مقدمه و هدف
نخود از حبوباتی است که در مناطق دارای فصل خنک کشت می شود و از منابع اصلی پروتئین و انرژی است و نقش عمده ای در بهبود حاصل خیزی خاک دارد. نخود به دو گروه دسی و کابلی تقسیم بندی شده است. بذر دسی اندازه کوچکتر، چروکیده تر و تیره تر داشته در حالیکه کابلی رنگ دانه روشن تر، سفیدتر، اندازه بذر بزرگتر و سطح صاف دارد. عملکرد نخود در آمریکا 1199 کیلوگرم در هکتار، هند 1261 کیلوگرم در هکتار و در ایران 409 کیلوگرم در هکتار میباشد. مطالعات بیشتر تنوع ژنتیکی نخود در جهت بهبود عملکرد دارای اهمیت است. نخود دارای تنوع زیادی در مناطق مختلف جغرافیایی می باشد، که بایستی الگوی ژنتیکی و میزان تنوع درون و بین این جمعیت ها جهت پیشرفت در برنامه های اصلاحی و استفاده موثر از این مجموعه های ژرم پلاسم مشخص باشد. ارزیابی ژنوتیپ ها با دو چالش کلیدی روبرو است. اول اثر متقابل ژنوتیپ در محیط است و دومی اثرات متقابل بین صفات مورد بررسی است. این پژوهش با هدف بررسی تنوع ژنتیکی در ژرمپلاسم نخود دسی در شرایط کشت پائیزه و تجزیه و تحلیل روابط صفات مورفولوژیکی- زراعی و انتخاب ژنوتیپ های برتر از نظر برخی صفات مورفولوژیکی-زراعی انجام شد.
مواد و روش هادر این پژوهش 416 ژنوتیپ شامل 335 توده بومی ایران و یک ژنوتیپ ایکاردا و 78 ژنوتیپ دریافت شده از ICRISAT بههمراه 2 رقم شاهد بهنام های کاکا و پیروز در مزرعه آزمایشی معاونت موسسه تحقیقات کشاورزی دیم (سرارود) از نظر صفات مورفولوژیکی-زراعی شامل تعداد روز تا گلدهی، تعداد شاخه اصلی، تعداد شاخه فرعی، تعداد نیام در بوته، ارتفاع بوته، پایان تعداد روز تا رسیدگی، عملکرد دانه و وزن صد دانه مورد ارزیابی قرار گرفتند. آزمایش طی سال زراعی 1399-1400 در شرایط کاشت پاییزه و بهصورت آگمنت بر پایه طرح بلوک های کامل تصادفی با 9 بلوک با دو شاهد اجرا شد. جهت تجزیه واریانس و برآورد وراثت پذیری و پیشرفت ژنتیکی از نرمافزار R بسته augmented RCBD)) و جهت تجزیه بای بلات ژنوتیپ در صفت از بسته metan) و GGEBiplotGUI) نرمافزارR استفاده شد. جهت گروه بندی داده ها از الگوریتم K-mean روش Single و فاصله اقلیدوسی با نرمافزارR استفاده شده است. برای محاسبه تعداد گروه های مناسب حاصل از تجزیه خوشه ای از بسته ((NbClust نرمافزار R استفاده شد. با استفاده از بسته (metan) نرمافزار R با شاخص انتخاب(MGIDI) ژنوتیپ های برتر بر اساس چند صفت، رتبه بندی شدند.
یافته هاطبق نتایج تجزیه واریانس نمونه های مورد بررسی از نظر صفات تعداد روز تا رسیدگی، وزن صد دانه و ارتفاع گیاه تفاوت معنی دار نشان دادند. بیشترین مقدار ضریب تغییرات برای صفت تعداد شاخه فرعی و کمترین مقدار ضریب تغییرات برای صفت روز تا رسیدگی بود. صفات ارتفاع بوته و وزن صد دانه مقادیر وراثتپذیری و پیشرفت ژنتیکی بالایی داشته اند. با توجه به نمودار بای پلات صفات، صفات روز تا رسیدگی با وزن صددانه، روز تا گلدهی با ارتفاع بوته و تعداد شاخه اصلی با تعداد نیام در بوته بیشترین ارتباط را با هم داشتند. با توجه به نتایج نمودار بای پلات ژنوتیپ در صفت ژنوتیپ های 148، 327، 391، 277 بهترین شرایط را از نظر وزن صد دانه و روز تا رسیدگی و ارتفاع بوته و روز تا گلدهی داشته اند. بیشترین ارتباط وزن صد دانه و روز تا گلدهی و صفات داشته است ژنوتیپ های 148، 327، 391، 277 شرایط بهتری را از نظر وزن صد دانه و روز تا رسیدگی و ارتفاع بوته و روز تا گلدهی داشته اند. ژنوتیپ های 6، 400، 18، 42، 26، 168، 152 بهترین شرایط را برای صفات تعداد غلاف در بوته، عملکرد دانه، تعداد شاخه اصلی و تعداد شاخه فرعی در بوته داشته اند. با توجه به نتایج بایپلات ژنوتیپ در صفت، بیشتر ژنوتیپ های انتخابی از توده بومی نخود ایران می باشند. خوشه بندی با استفاده از روش K-mean انجام شد و ژنوتیپ ها در دو گروه قرار گرفتند در گروه دوم ژنوتیپ شماره 6، 18، 148، 327، 91 فواصل بیشتری (با توجه به مرکز گروه) نسبت به بقیه ژنوتیپ ها داشته اند. با استفاده از شاخص MGIDI، 62 ژنوتیپ بهعنوان ژنوتیپ های برتر از نظر کلیه صفات انتخاب شدند.
نتیجه گیرینتایج معنی دار صفت های مورد مطالعه در این پژوهش نشاندهنده امکان انتخاب در بین ژنوتیپ ها است. صفات ارتفاع بوته و وزن صد دانه مقادیر وراثت پذیری و پیشرفت ژنتیکی بالایی داشته اند که نشان دهنده اثرات افزایش ژن است و در تحقیقات روی جمعیت های نخود دسی می توان از روش اصلاحی گزینش در مورد اصلاح این صفات استفاده کرد. طبق نتایج بای پلات تعداد نیام در بوته اثرات مهمی برروی عملکرد دانه در شرایط کشت پائیزه داشته است و از نظر انتخاب ژنوتیپ های مرتبط با صفات موردنظر دارای اهمیت است. از طرفی وزن صد دانه همبستگی بالایی با ارتفاع بوته در نخود دسی داشت که ارتفاع بوته در برداشت مکانیکی نخود دارای اهمیت می باشد. از ژنوتیپ های برتر انتخاب شده در این پژوهش می توان بهعنوان والدین در برنامه های اصلاحی آتی نخود دسی در شرایط کشت پاییزه استفاده کرد. با گروه بندی که با الگوریتم خوشه بندی K-mean انجام گرفت روابط بین ژنوتیپ ها از نظر فواصل مشخص شده و بهتر می توانیم در مورد انتخاب والدین و بهره گیری از هیبریداسیون و تفکیک متجاوز تصمیم گیری کنیم.
کلیدواژگان: تجزیه کلاستر، توده های ژنتیکی، MGIDI، عملکرد دانه -
صفحات 125-136مقدمه و هدف
یونجه با توجه به تنوع گونهای و دامنه بردباری بالا به تنشها از مهمترین گیاهان علوفهای می باشد. این گیاه علاوه بر تولید علوفه خوشخوراک قابلتوجه، از طریق همزیستی با ریزوبیومها نیتروژن هوا را تثبیت کرده و علاوه بر رفع نیازهای خود سبب حاصلخیزی خاک نیز می گردد. بررسی و معرفی ارقام یونجه پر محصول بهمنظور تولید علوفه در منطقه گرم وخشک سیستان بهعنوان قطب دامپروری استان ضرورتی اجتنابناپذیر است. لذا تحقیق حاضر برای ارزیابی ارقام یونجههای گرمسیری و شناسایی ارقام پرمحصول و سازگارتر از لحاظ تولید عملکرد و انتخاب تودههایی با پتانسیل مناسب جهت بهگزینی انجام گرفت.
مواد و روشها:
این تحقیق بهمنظور بررسی خصوصیات فنولوژیکی، مورفولوژیکی و عملکردی 10 ژنوتیپ یونجههای گرمسیری (یونجه خالص شده محلی زابل، توده بومی زابل، بغدادی، دو توده افغانی، نیکشهری، امید، لاینهای 473، 472 و 471) در ایستگاه تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی زهک واقع در 20 کیلومتری شهرستان زابل به اجرا درآمد. آزمایش در قالب طرح آماری بلوکهای کامل تصادفی در سه تکرار برای مدت دو سال 98-1397 انجام شد. عملیات تهیه بسترشامل شخم، دیسک و تسطیح بهطور کاملا یکسان برای تکرارها انجام گرفت. فاصله کرتها در هر بلوک 75 سانتی متر و فاصله بین بلوکها در هر تکرار یک متر انتخاب گردید. بعد از آمادهسازی بستر، در 15 آبان ماه 1396 شیارهایی بهفاصله 30 سانتیمتری (4 خط 6 متری) در کرتها ایجاد شد و بذرهای با قوه نامیه 95 تا 100 درصد بهمیزان 15 کیلوگرم در هکتار بهصورت ردیفی و بهصورت دستی با باز کردن شیارهایی به عمق یک سانتیمتر بهروش هیرمکاری کشت گردید. در طول آزمایش عملیات داشت شامل آبیاری در زمستان هر 15 روز و در بهار و تابستان (هفتهای یک بار) و برحسب نیاز وجین علفهای هرز بهصورت مکانیکی در مراحل اولیه رشد بهدقت انجام شد. در هر سال هشت چین در مرحله 20 درصد گلدهی برداشت شد. طی آزمایش صفات تعداد روز تا سبز شدن، تعداد روز تا گلدهی، ارتفاع بوته، درصد برگ به ساقه، قطر ساقه، تعداد ساقه، درصد ماده خشک، عملکرد علوفه تر و خشک اندازهگیری گردید. در پایان آزمایش از دادههای مربوط به عملکرد علوفه و صفات مورفولوژیکی و فنولوژیکی ارقام یونجه تجزیههای آماری با استفاده از نرمافزار MSTAT-C، همبستگی با استفاده از نرمافزار16 SPSS، تجزیه به مولفههای اصلی و بایپلات با استفاده از نرمافزار Past و مقایسه میانگین صفات بهروش دانکن در سطح احتمال 5 درصد انجام گرفت.
یافته ها:
ژنوتیپها از نظر عملکرد علوفه تر در سطح احتمال یک درصد معنیدار بودند. بیشترین عملکرد علوفه تر در هکتار در رقم امید با میانگین 107/589 تن در هکتار بهدست آمد. رقم امید بهدلیل اینکه تعداد ساقه، ارتفاع بوته و قطر ساقه بیشتری نسبت به بقیه ارقام داشت از عملکرد علوفه تر بیشتری برخوردار بود. رقم یونجه بغدادی و یونجه خالص شده زابل از نظر تولید عملکرد علوفه تر بهترتیب با میانگین های 103/513 و 102/463 تن در هکتار در مرتبه بعدی قرار گرفتند. کمترین میزان عملکرد علوفه تر در توده بومی یونجه زابل با میانگین 86/511 تن در هکتار مشاهده گردید. یونجه خالص شده محلی زابل نسبت به توده بومی 18/43 درصد افزایش عملکرد نشان داد. ارقام از نظر عملکرد علوفه خشک در سطح احتمال یک درصد دارای اختلاف معنیدار بودند. بیشترین عملکرد علوفه خشک در رقم امید با میانگین عملکرد 28/323 تن در هکتار بهدست آمد. یونجه بغدادی و یونجه خالص شده زابل بهترتیب با میانگینهای عملکرد 26/419 و 27/322 تن در هکتار در رده های بعدی قرار گرفتند. افزایش عملکرد علوفه خشک در یونجه بهدلیل اینکه کشاورزان یونجه اضافه بر مصرف دامهای خود را بهصورت یونجه خشک برای زمستان ذخیره می کنند، یک مزیت بهشمار میرود. بررسی ارتباط بین صفات مورد بررسی نشان داد که اکثر صفات همبستگی معنیداری باهم دارند. عملکرد علوفه تر با تعداد ساقه در بوته و ارتفاع بوته همبستگی مثبت و معنیدار، ولی با صفات تعداد روز تا گلدهی، نسبت برگ به ساقه، قطر ساقه همبستگی غیرمعنیداری داشت. عملکرد علوفه خشک با صفات عملکرد علوفه تر، نسبت برگ به ساقه، تعداد ساقه و ارتفاع بوته همبستگی مثبت و معنیداری داشت و با تعداد روز تا گلدهی همبستگی منفی نشان داد. بین ژنوتیپها اختلاف آماری معنیداری از لحاظ همه صفات مورد مطالعه مشاهده شد. براساس خوشهبندی کلاستر ژنوتیپها به دو گروه تقسیم شدند و گروه اول شامل رقم امید، بغدادی و یونجه خالص شده محلی زابل نسبت به بقیه ژنوتیپها برتری داشتند.
نتیجه گیری:
تنوع قابل ملاحظهای بین ژنوتیپها از لحاظ صفات موردمطالعه مشاهده شد. بیشترین میزان عملکرد دانه در ژنوتیپهای امید، بغدادی و یونجه خالص شده محلی زابل مشاهده شد. این ارقام از نظر سایر صفات (ارتفاع بوته، تعداد ساقه، درصد برگ به ساقه) نیز در وضعیت خوبی قرار داشتند. با عنایت به نتایج بهدست آمده از این مطالعه می توان در شرایط مطلوب سطح قابلتوجهی از اراضی استان سیستان و بلوچستان و مناطق هم اقلیم را به کشت یونجه از جمله ارقام امید، بغدادی و ژنوتیپ خالص شده محلی زابل اختصاص داد.
کلیدواژگان: توده محلی، تولید علوفه، رقم، مناطق خشک، ارتفاع بوته -
صفحات 137-147مقدمه و هدف
گندم مهمترین گیاه زراعی در بسیاری از نقاط دنیاست که بیشترین سطح زیر کشت را نیز بهخود اختصاص داده است. تا جاییکه 30 درصد کل غلات تولید شده در دنیا به گندم تعلق دارد و بهعنوان غذای اصلی نیمی از مردم دنیا شناخته می شود. در عینحال، تنشهای محیطی از جمله تنش های زیستی از مهمترین عوامل کاهش عملکرد گندم در سال های اخیر بوده است. سفیدک پودری (f.sp. triticiBlumeria graminis ) یکی از بیماریهای مهم گندم است که سالانه خسارات زیادی را به تولید گندم تحمیل میکند. از طرفی، مقاومت ژنوتیپ های مقاوم در گندم در طول زمان ثابت نیست و مقاومت تقریبا تمام ژن های مقاومت که بهطور معمول در دنیا مورد استفاده قرار می گیرند، توسط نژادهای جدید بیماری زای سفیدک پودری شکسته شده است. زیرا تحقیقات نشان داده که فشار زیاد تحمیل شده از سوی ژن های مقاومت بر روی جمعیت های بیمارگر، سبب تکامل سریع نژادهای بیماری زای جدید و بهتبع آن، از بین رفتن مقاومت شده است.. بههمین دلیل، یکی از موثرترین و منطقی ترین روش های کنترل این بیماری که بیشترین سازگاری را با محیط زیست و کشاورزی پایدار داشته باشد، شناسایی و تولید ارقام مقاوم است که در این پژوهش نیز به بررسی مقاومت ژنوتیپ های ایرانی جهت دستیابی به ارقام مقاوم پرداخته شده است.
مواد و روش هادر مطالعه حاضر تعداد 32 ژنوتیپ مختلف گندم نان (L.Triticum aestivum ) موجود در بخش تحقیقات ژنتیک و بانک ژن گیاهی ملی ایران، موسسه تحقیقات اصلاح و تهیه نهال و بذر، در معرض 10 پاتوتایپ با بیشترین میزان آلودگی در منطقه (مغان 1، مغان 2، مغان 3، مغان 4، مغان 5، گرگان 1، گرگان 2، ساری 1، ساری 2 و گنبد) این قارچ قرار گرفتند و میزان مقاومت آن ها در مرحله دو برگی در شرایط گلخانه مورد بررسی قرار گرفت. پاتوتایپ های مورد بررسی سفیدک پودری که از نقاط بیماری خیز کشور جمعآوری شده بودند، شامل پنج پاتوتایپ از مغان، دو پاتوتایپ از گرگان، دو پاتوتایپ از ساری و یک پاتوتایپ از گنبدکاووس انجام بود. تکثیر جدایه های بیماری روی رقم حساس بولانی که فاقد ژن Pm میباشد، انجام گرفت. ژنوتیپ ها توسط جدایه های تک کلونی شده بهروش مالشی تلقیح شدند و یک هفته بعد از تلقیح، واکنش ارقام افتراقی نسبت به بیماری براساس مقیاس صفر تا چهار طبق روش مینز و دیتز صورت گرفت. براساس این مقیاس تیپ آلودگی صفر، یک و دو در گروه مقاوم و تیپ آلودگی سه و چهار در گروه حساس قرار می گیرد. در این پژوهش، رقم بولانی (Bolani) بهعنوان شاهد حساس به بیماری سفیدک پودری در نظر گرفته شد.
یافته هانتایج نشان داد که ژنوتیپ های مورد بررسی از بین 10 پاتوتایپ سفیدک پودری جمعآوری شده از مراکز مهم آلودگی در کشور، بیشترین مقاومت را نسبت به پاتوتایپ مغان 5 نشان دادند. ژنوتیپ های TN127، TN79، TN7، TN180 و TN72 بهطور میانگین، بیشترین مقاومت را به 10 پاتوتایپ مورد بررسی نشان دادند. در مجموع، مقایسه پاتوتایپ های مختلف سفیدک پودری نشان داد که پاتوتایپ مغان 5 کمترین میزان بیماریزایی و ساری 1 بیشترین را نشان داد. علاوهبر این، همبستگی بین پاتوتایپ ها بهمنظور شناسایی پاتوتایپ های با قدرت بیماریزایی مشابه انجام شد که نشان داد که پاتوتایپ مغان 5 کمترین همبستگی را با سایر پاتوتایپ ها نشان داد که احتمالا از مکانیسم متفاوتی برای بیماری زایی استفاده می کند. همچنین بالاترین میزان همبستگی معنی دار بین مغان2 با مغان3 (0/87) و گرگان2 (0/81) مشاهده شد که نشان دهنده مشابهت مکانیزم بیماری زایی در این سه پاتوتایپ است. از طرفی، نتایج تجزیه کلاستر ژنوتیپ ها را از نظر مقاومت به سفیدک پودری به دو گروه مجزا تقسیم نمود که بسیاری از ژنوتیپ های مورد بررسی در گروه رقم حساس بولانی قرار گرفتند. علاوه بر این، تجزیه کلاستر برای پاتوتایپ های سفیدک پودری نشان داد که پاتوتایپ مغان5 در یک گروه و بقیه پاتوتایپ ها در یک گروه دیگر قرار گرفتند. تجزیه بای پلات و سهبعدی براساس داده های تجزیه به مولفه های اصلی برای دو مولفه اول و دوم (87/95 درصد از تغییرات کل واریانس) نشان داد که پاتوتایپ مغان 5 همبستگی کمتری با سایر پاتوتایپ ها دارد. سمت منفی مولفه اول و همچنین سمت منفی مولفه دوم میزان مقاومت ژنوتیپ ها را نشان می دهد. بهطوریکه در ناحیه 1 ژنوتیپ های مقاوم قرار گرفتند.
نتیجه گیریژنوتیپ های مورد بررسی در این تحقیق تاکنون برای مقاومت به بیماری سفیدک پودری مورد ارزیابی قرار نگرفته اند. بنابراین، منابع مقاومتی که بدینطریق شناسایی شدند، برای اولینبار گزارش می شوند. بهطور کلی، تنوع بالقوه ای در بین ژنوتیپها نسبت به پاتوتایپ های مختلف مشاهده شد. از نظر بیماری زایی نیز از بین پاتوتایپ های مورد بررسی، پاتوتایپ مغان 5 کمترین بیماریزایی را در ژنوتیپ های مورد بررسی نشان داد. ژنوتیپ های مقاوم در این پژوهش می توانند بهعنوان ژنوتیپ های امیدبخش در برنامه های به نژادی گندم مورد استفاده قرار گیرند. روی هم رفته، از یافتههای این تحقیق چنین برمیآید که تنوع مطلوبی بین ژنوتیپهای مورد بررسی از نظر مقاومت به نژادهای مختلف بیماری وجود دارد. با اینوجود از آنجائیکه شناسایی مقاومت گیاه بالغ منوط به غربالگری ژنوتیپها در شرایط مزرعه و صرف زمان زیادی میباشد، پیشنهاد میگردد از نشانگرهای مولکولی پیوسته با مقاومت به سفیدک پودری در تحقیقات آتی استفاده بهعمل آید.
کلیدواژگان: سفیدک پودری، شاخص بیماری، گندم، مقاومت به بیماری
-
Pages 1-12Background
Alfalfa is the most important leguminous forage that plays a key role in providing fodder needed for the production of human protein and dairy products. This plant has high nutritional value with high adaptability to different conditions. Alfalfa is recommended for sustainable agriculture because it has a deep root system and is a perennial plant, hence it can prevent soil erosion. Alfalfa is an excellent source for the biological fixation of air nitrogen. Researchers believe that 65% of the total nitrogen used in agriculture is through biological nitrogen fixation. It is very palatable and effective in the growth of livestock in terms of fodder quality and the optimal amount of energy from plants. In addition to protein, this plant is rich in vitamins, especially A, C, E, and K, as well as mineral compounds such as calcium. The distribution of the types of annual alfalfa at the global level, especially in arid and semi-arid regions, shows their resistance to water shortage and drought conditions. Alfalfa can be used as a successful plant to prevent desertification and the expansion of deserts. Among annual alfalfas, some species can adapt to 80-100 mm of winter rain for improvement and development in dry areas and desert pastures. However, most of Iran is suffering from water shortage, and one of the limitations of breeding for drought stress is the lack of resistance sources among crop genotypes. For this purpose, the evaluation of wild genotypes can be an important step in this direction.
MethodsThis research was conducted on perennial alfalfa genotypes (one variety) and one-year alfalfa (nine samples) in a factorial experiment (alfalfa genotypes and stress as the first and second factors, respectively) with three replications in a block design. Samples of alfalfa were evaluated in normal and severe stress conditions in the greenhouse of the Faculty of Agricultural Technology, University of Tehran (Abureihan Campus) during 2012-2013. The factorial experiment was conducted based on a randomized complete block design with three replications. The irrigation factor was water deficit stress including irrigation when soil moisture reached 30% of field capacity (severe stress), and the second irrigation level was normal conditions. Cultivation was carried out in May at a temperature of 22 °C, a photoperiod with 16 hours of light, and adequate humidity. Sixty medium plastic pots with an opening diameter of 15 cm, a height of 15 cm, and a capacity of 2 kg were filled with soil. Before planting, the seeds were broken by pulling soft sandpaper on their surfaces and performing stratification, followed by the seed germination test. Light irrigation was done one day before planting. Then, seven seeds were planted in each pot at a depth of 1 cm, and the soil surface was covered with cocopeat to protect soil moisture. The soil of the pots was watered with a sprinkler twice a day until the stress application. After reaching a height of 15 cm, 50% Hoagland's solution was used to feed the plants. After 55 days from the time of planting, the morphological traits, such as stem number, plant height, leaf number, internode number, internode length, leaf area, dry leaf weight, and dry stem weight, were evaluated at the vegetative growth stage. The weight method was used to adjust the soil moisture content. Excel software was used to draw graphs, and data were analyzed using SAS software. Means were compared using Duncan's method.
ResultsDrought stress negatively affected the evaluated traits. The differences between all evaluated genotypes were significant at the 1% probability level, revealing the existence of genetic diversity between genotypes that can be used for the selection of drought-tolerant genotypes in a subsequent study. The interaction effect of the genotype in stress conditions showed that the changes of different genotypes in different moisture conditions were not the same for most of the traits and genotypes. The heritability calculation results showed high general heritability for all the studied traits. The highest heritability belonged to the leaf dry weight trait (92.96 and 91.77 under full irrigation and severe stress conditions, respectively), and the lowest heritability was observed for the internode number trait (71.83 and 66.93 under full irrigation and severe stress conditions, respectively). The highest coefficient of variation belonged to the number of branches per plant trait (22.49) and the lowest value was observed for the leaf dry weight trait (8.86). In this study, Kermanshah130 and Azarbayjan175 were the most tolerant genotypes with the lowest decrease for leaf dry weight, stem dry weight, stem number, plant height, leaf number, and internode length.
ConclusionSince the wild genotypes Kermanshah 130 and Azarbayjan 175 were the most tolerant genotypes in this study, they can be used as new sources of resistance in future breeding programs.
Keywords: Heritability, Stress, Wet Weight, Wild Alfalfa -
Pages 13-24Background
The Production of high-yielding and stable cultivars is the most important objective of crop breeding programs, including wheat. Wheat is one of the key crops cultivated in Iran. The final yield of each plant is determined by the genotype potential, the environmental effect, and the interaction effect of genotype × environment. Studies on genotype × environment interactions can help determine whether a genotype is stable in performance across a wide range of environments. Various methods (univariate and multivariate methods) have been introduced to evaluate the interaction effect, each of which examines the nature of the interaction effect from a specific point of view. The results of different methods may not be the same, but the best result is obtained when a genotype with different evaluation methods shows similar results in terms of stability. Univariate methods do not provide a complete view of the complex and multidimensional nature of genotype × environment interaction, therefore, the use of multivariate methods is suggested to solve this problem. Among the multivariate methods, genotype × genotype-environment (GGE) biplot methods are more important. Therefore, this study aimed to identify promising and stable top-performing lines of bread wheat for warm and dry climates using the GGE biplot method.
MethodsThe adaptability and stability of 37 promising bread wheat lines were evaluated in 10 environments, along with three checks (Chamran2, Sarang, and Mehregan). The experiment was conducted using a randomized complete block design with three replications in two cropping seasons (2020-2021 and 2021-2022) at five research stations (Darab, Ahvaz, Dezful, Khorramabad, and Zabol). In the field, each plot was planted with a density of 450 seeds/m2. Each line was planted in plots with six four-meter lines with 20 cm line spacing. At the end of the growing season, six rows of five-meter spikes from each plot were harvested and threshed by a Wintersteiger combine. The weight of the obtained grains was measured by a digital scale and reported in hectares.Grain yield was determined using combined analyses of variance. The GGE biplot statistical method (genotype effect + genotype × environment interaction) was used to study the stability of genotypes in the studied environments. SPSSv22 software was used to analyze the experimental data using the analysis of the combined experiment. The data were analyzed with GGE-Biplot software using the GGE biplot graphic method.
ResultsThe Smirnov-Kolmogorov test was conducted to examine residual errors in each environment. The results for each environment separately showed that the residual data were normal in all environments. Bartlett's test results for the environments indicated the homogeneity of error variances, allowing for a combined analysis of variance, which showed the significant main effects of the environment, genotype, and genotype × environment interaction for grain yield. The significance of the interaction effects of genotypes in this study showed that the genotypes responded differently in different environments; in other words, the difference between genotypes is not the same from one environment to another, and the stability of grain yield can be evaluated in these conditions. The environment, genotype, and genotype × environment interaction effects accounted for 70.12%, 1.24% and 9.57% of the total variation, respectively. The results showed that the three PCAs explained 54% of the total agronomical variability residing in the tested wheat genotypes. The first two PCAs accounted for 29% and 25% of the total variation, respectively. The GGE biplot analysis revealed four mega-environments and five superior genotypes. The polygonal diagram obtained from the analysis showed that the genotypes GT biplot arising G31،G21 ،G29, G27, and G32, which were located at the vertices of the polygon, were the superior genotypes. The average environmental coordinate of the GGE biplot analysis showed that genotypes G29, G28, and G16 had high grain yield and stability. The biplot of the correlation among environments revealed that the environmental vectors of Ahwaz and Zabol were near 90◦, thus these locations were different environments. Based on the results, the environment of Zabol can be introduced as a favorable environment for selecting the best bread wheat genotypes.
ConclusionGiven the climate change in Iran, particularly in the hot and dry regions of the south, there is always a pressing need for using sustainable varieties with high performance. This study has clearly and easily aided in the identification of stable and superior genotypes graphically. Wheat breeders worldwide consider breeding varieties specifically adapted to different geographical and climatic agricultural regions. The general adaptability of varieties to several regions was identified in this study, indicating that the Zabol environment could be introduced as a suitable environment for selecting superior genotypes of bread wheat. Finally, it is recommended to select genotypes G29, G28, and G16 for further testing and promotion after seed multiplication and selection under farm conditions, eventually introducing them as new wheat varieties. The results obtained in this study demonstrate the efficiency of the GGE biplot technique for selecting high-yielding and stable varieties.
Keywords: Promising Bread Lines, Stability, Genotype × Environment Interaction -
Pages 25-36Background
One method for selecting high-yielding cultivars is selection based on physiological traits. Investigating the seed growth and filling process and its effect on seed weight is among the basic research in breeding programs. The speed and period of grain filling are important traits affecting grain yield in wheat, which are affected by environmental conditions. Selection based on traits such as seed filling speed and period can be a good physiological criterion for cultivar evaluation. This research aimed to evaluate the yield, speed, and period of grain-filling in bread wheat genotypes under end-of-the-season drought stress conditions and to identify superior genotypes.
MethodsIn this research, 18 bread wheat genotypes along with two control varieties were obtained from the Ardabil Agricultural Research Station and Natural Resources. An experiment was conducted in a completely randomized block design with three replicates in two conditions of full irrigation and drought stress at the end of the season in the Ardabil Agricultural Research Station. In the field, the genotypes were cultivated inside each plot of 4 × 3 m with a distance of 20 cm between lines and a density of 400 seeds/m2. Genotypes were cultivated in the research station in the fall of 2019. In stress conditions, irrigation was not applied from flowering to seed maturity, while irrigation was carried out three times (early flowering, mid-seed setting, and late seed setting) from flowering to physiological maturity in stress-free conditions. Grain yield traits, grain filling speed, maximum grain dry weight, length of grain filling period, and effective grain filling period were measured in this study.
ResultsThe results of variance analysis for the evaluated traits showed a significant difference between environments and between genotypes in all evaluated traits. The genotype × environment interaction effect was also significant for all mentioned traits. The significance of the difference between genotypes indicates genetic diversity between the studied cultivars. Moreover, the significance of the interaction effect showed that the studied genotypes did not behave the same in two environments without and with stress. The seed-filling rate of all genotypes decreased under drought-stress conditions. The average seed-filling rates were 1.20 and 1.37 mg per day in the stressed and non-stressed environments, respectively. The length of the grain-filling period and the effective grain-filling period decreased with increasing the grain-filling speed. The length of the seed-filling period in the stressed environment was shorter by 2.31 days on average. The effective length and period of seed filling were directly related to the seed dry weight. The average yield of genotypes under stress conditions (594 g/m2) declined significantly compared to the non-stress environment (768 g/m2). On average, the length of the seed-filling period in the stressed environment (34.90 days) was shorter than that in the non-stressed environment (37.21 days). The greatest decrease in the effective length of seed filling was observed in genotype 5 (5.30 days). The longest seed-filling periods were recorded for genotypes 14 (41 days) and 12 (40.44 days) in stress conditions, and genotype No. 13 (43.21 days) in non-stress conditions. Genotype 3 showed the shortest seed-filling period in both stress and non-stress conditions. The correlation coefficients showed a negative and significant correlation between the speed and the effective period of seed filling in the stress (r = -0.358**) and non-stress (r = -0.404**) environments. A cluster analysis of the genotypes grouped them into three and four clusters in the stress and non-stress environments, respectively. The heat map of the distribution of genotypes grouped them into three clusters based on the traits studied in the stressful environment. Genotypes 19, 18, 3, 10, and 1 were in the first group, with a short effective seed-filling period and a higher filling speed, which was desirable due to the relatively better yield. The second group included genotypes 7, 4, 9, 17, 6, 5, and 8, with lower seed yields and short effective seed-filling periods. Finally, genotypes 13, 12, 2, 14, 11, 20, 15, and 16 were included in the third group, with lower values of speed and maximum seed weight and higher values of effective seed-filling periods. Members of this group showed relatively good yields, which could be attributed to the length and long effective seed-filling period. Considering the importance of grain-filling processes to reach the desired grain weight, selection to increase the grain-filling speed and the effective long filling period can lead to more yields in stressful conditions.
ConclusionA significant variation in traits was observed among the studied genotypes, indicating the existence of appropriate genetic diversity in the studied plant material. End-of-season drought stress negatively affected the final grain weight by reducing the speed and period of grain filling, eventually lowering the yield. In such conditions, selecting genotypes with higher seed-filling speeds can lead to the selection of drought-tolerant genotypes. However, the speed of seed filling and the effective period of seed filling alone cannot guarantee a high yield, and other factors affecting yield should be considered in the selection of drought-tolerant genotypes.
Keywords: Correlation Coefficients, Genotype, Seed Yield, Selection -
Pages 37-51Background
Soil salinity is regarded as a primary cause of damage and decrease in agricultural yields globally. Halophyte plants can withstand elevated levels of salt, which typically result in the destruction of other crops. Quinoa (Chenopodium quinoa, Willd), belonging to Chenopodiaceae, is a very tolerant plant to unfavorable environmental conditions that exhibits great tolerance to biotic and abiotic stresses. Quinoa is an optional halophyte plant that can tolerate sea level salinity (40 dSm-1) and has a favorable economic performance in most areas of Iran with little annual rainfall (the country's average rainfall is about 250 mm) and cannot be cultivated due to soil salinity and drought. To explore the mechanisms of resistance to salt stress in quinoa plants, the impact of salt treatments at two different levels (6.9 and 13.8 dSm-1) and nine sampling intervals (ranging from zero to seven days) was studied in the Titicaca variety. This involved analyzing the ionic reactions and the expression of specific genes related to dealing with salt stress.
Methodsto study the ionic changes and reactions of some genes involved in salinity stress, the Titicaca genotype was planted under the effect of two salinity levels 6.9 dSm-1 (1:1 seawater:double distilled water) and 13.8 dSm-1 (sea water) along with a control in two replications with the factor of sampling time using factorial (time in nine levels and salinity in two levels) based on a completely randomized design. After applying salt treatments, leaf samples were collected at 6 hours and 1, 2, 3, 4, 5, 6, and 7 days after salt application. The accumulation of sodium and potassium ions along with the expression changes in four salinity-related genes, including Na+/H+ antiporter (NHX), Salt Overly Sensitive 1 (SOS1), Choline Mono Oxygenase (CMO), and Betaine aldehyde dehydrogenase (BADH), were evaluated in this research. The gene expression was assessed using the QRT-PCR technique with SyberGreen dye and the GAPDH reference gene.
ResultsThe accumulation of sodium and potassium ions in leaves was impacted by salinity, and there was a significant increase in both levels of salinity at the 1% probability level. An increase in sodium ions was associated with the increased accumulation of potassium ions, indicating that the plant attempted to counteract the negative effects of elevated sodium ions resulting from stress conditions. Additionally, by elevating the salinity level from 6.9 to 13.8 dSm-1, the potassium ion to sodium ion ratio started to increase from the third day after stress. This could serve as a crucial physiological mechanism for enhancing the plant's salinity tolerance and promoting higher productivity in saline environments. With increasing the duration of stress and the salt concentration, the activation of all four genes associated with salinity was altered in response to the buildup and existence of ions within the cell. Based on the current research, the activation of the NHX gene in quinoa was observed from the initial day under both salinity stress levels. The activation of the SOS1 gene was escalated as the stress persisted in the subsequent days. In this context, the expression pattern of SOS1 demonstrated a rise at 6.9 dSm-1 on the initial, subsequent, and third days. On the third day of stress, the activity of genes related to glycine betaine production rose at both stress levels. First, the CMO gene showed increased activity, followed by an increase in the activity of the BADH gene.
ConclusionBased on the findings of this study, the quinoa crop, similar to other salt-tolerant plants, employs various strategies (such as ionic balance and alterations in gene expression) to endure saline conditions. The research findings indicate that there was a notable rise in the NHX1 gene expression following the introduction of the sodium ion into the cytosol and receipt of the stress signal. Upon this heightened expression, the plant attempted to chelate sodium ions to mitigate the impact of stress in the vacuole. Additionally, it appears that the plant utilizes the SOS1 gene to initiate an alternative pathway for achieving tolerance and cell stability. This involves releasing sodium ions to the root area, storing them in vacuoles, preventing their build-up in the cytoplasm, and regulating sodium transport over long distances between the roots and leaves. The process also involves the selected loading of sodium ions from the xylem vessels. On the third day, there was a rise in the expression of the CMO gene at the same time as the notable rise of sodium ions in the cytosol, indicating the plant's effort to achieve osmotic equilibrium in the cell by generating glycine-betaine osmolyte and activating the proline synthesis pathway. Alternatively, the plant seeks to preserve the ionic equilibrium by boosting potassium intake and enhancing the stability of the K+/Na+ ratio to mitigate the detrimental impact of stress. Because of inadequate research on this crucial plant, the results of this study can serve as an appropriate blueprint for future research.
Keywords: BADH, CMO, Gene Expression, NHX, Sodium Ion Accumulation, SOS1 -
Pages 52-63Background
Bread Wheat is the most extensively cultivated wheat and one of the four major crops in the world that constitutes the principal food of more than 30% of the world population. Biotic and abiotic environmental stressors are major factors limiting plant growth and productivity, which play a significant role in determining the yield and production potential of plants by affecting morphological, physiological, biochemical, and molecular processes. Among the abiotic stresses, the deficiency of micronutrients in the soil is important. Micronutrients regulate food metabolism in humans, and their deficiency endangers human health. Iron and zinc are essential micronutrients for human health and cofactors of many vital enzymes involved in many human metabolic processes. In plants, iron is the most required element among all micronutrients. It is a part of the catalytic group of many oxidation and reduction enzymes and is required for chlorophyll synthesis. To facilitate the adequate uptake and prevent excessive absorption of iron, plants have developed a balanced network to regulate the uptake, use, and storage of ions. In fact, such adjustment processes depend on genes that regulate ion homeostasis in plants. Due to the existence of a large allohexaploid genome and technical challenges in wheat transformation, few genes involved in iron and zinc uptake, transfer, and storage have been characterized functionally. Considering the important role of ZIP proteins in iron uptake efficiency, investigating the expression of the ZIP genes in Fe-efficient and -inefficient bread wheat cultivars can be effective in improving Fe-efficient cultivars in this valuable crop. Therefore, this research aimed to evaluate the expression of ZIP3, ZIP6, and ZIP7 genes in the leaves and roots of two Fe-efficient and -inefficient bread wheat cultivars at different growth stages under iron deficiency stress.
MethodsThis research was carried out in a completely randomized design (CRD) based on a factorial experiment with three replications in the research greenhouse of the Faculty of Agriculture, Urmia University. The first factor was two Fe-efficient (Pishtaz) and -inefficient (Flat) bread wheat cultivars, the second factor was two soil iron levels (iron deficiency and sufficiency, respectively, 1.4 and 10 mg/kg of soil), and the third factor was two sampling stages (vegetative and reproductive, respectively, one month after planting and 30% heading). To evaluate the expression of genes, the roots and leaves of the plants were sampled at each growth stage. The seeds were obtained from the Iranian Seed and Plant Improvement Institute, disinfected with 1% hydrogen peroxide, and planted at a depth of 4 cm in the soil. The plants were irrigated using distilled water to the extent of field capacity during the growing period.
ResultsThe results of variance analysis of the relative expression of all three studied genes showed that the interaction effect of cultivar × organ × sampling stage was significant at the probability level of 1%. The comparison of the means for the cultivar × organ × sampling stage interaction effect revealed the highest ZIP3 expression in the roots of the Fe-efficient cultivar (Pishtaz) in the vegetative and reproductive stages. The relative expression of this gene was higher in the roots of the Fe-inefficient cultivar (Falat) than that of the Fe-efficient cultivar (Pishtaz). However, the Fe-inefficient cultivar (Falat) showed the highest relative expression increase in the leaf in both reproductive and vegetative stages, but the difference in the gene expression level in the leaf between the two growth stages was not statistically significant. The lowest gene expression level in the leaf belonged to the Pishtaz cultivar. The comparison of the means of cultivar × organ × sampling stage for the ZIP6 gene indicated an increase in the relative expression of this gene in the roots of the Fe-efficient (Pishtaz) and -inefficient (Falat) varieties in the vegetative and reproductive stages, respectively. The comparison of the means of cultivar × organ × sampling stage for the ZIP7 gene indicated the highest relative expression of this gene in the roots of the Fe-efficient cultivar (Pishtaz) at the vegetative stage. The relative expression level of this gene in the root of the Fe-efficient variety in the vegetative stage was significantly higher than that in the reproductive stage. In both vegetative and reproductive stages in the leaf, the increase in gene expression was higher in the Fe-inefficient cultivar.
ConclusionThe increased ZIP3 expression in iron deficiency conditions in the roots of the Fe-efficient cultivar at the vegetative stage demonstrates the possible role of this gene in Fe uptake from the soil and its transfer to the aerial parts of the plant in the early growth phase. The ZIP6 gene `was expressed in both roots and leaves throughout the entire growth period of the plant. However, the expression level of this gene increased with the age of the plant. Therefore, the ZIP6 gene is probably responsible for Fe uptake and transport to different organs throughout the entire growth period of the plant and plays an important role in preserving iron in iron deficiency conditions. The ZIP7 gene is expressed in both leaves and roots in iron deficiency conditions, but the level of expression is higher in the roots of the Fe-efficient variety during the vegetative stage. This gene may be involved in iron uptake from the soil and its transfer to aerial organs.
Keywords: Bread Wheat, Iron Deficiency, Micronutrients, Real-Time PCR -
Pages 64-78Background
In arid and semi-arid regions, biotic and abiotic stresses can directly or indirectly lead to restrictions and decreased growth of different plants. In these areas, salinity stress is one of the major challenges facing agriculture and crop production that causes huge damage to crop yields annually. The amount of salinity in the soil results in plant growth limitation, and increased soil salinity disrupts water and essential nutrient absorption for the plant and reduces plant growth, which can then lead to plant death. Reduced root growth and development, decreased nutrient absorption, increased likelihood of allergies to diseases and pests, decreased yield, and final product quality (e.g., nutrient deficiency), and increased toxic elements, are among the negative effects of salinity on plants. Various factors are involved in the creation of salinity, the most important of which can be climate change, source rock weathering, improper irrigation, drought, excessive consumption of fertilizers, and reduced seawater levels. Following climate change, these damages are on the rise every year. Due to the increase in population growth, demand for food production is increasing day by day. Wheat is known as the major grain in the supply of nutritional needs in the world, hence its sustainable production is of paramount importance. Salinity is recognized as an important factor in reducing wheat yield, and it may increase the accumulation of harmful salts in the plant tissue, which can lead to physiological damage and decreased plant growth. The effects of soil salinity vary depending on the amount of salinity, the type of salinity, and the type of wheat. One way to prevent the negative effects of salinity is to use salinity-resistant wheat cultivars. The range of diversity in relation to salt stress tolerance in different plants, especially the wheat plant, depends on various factors such as plant genotype, duration of stress, and plant growth stage. The seedling stage in wheat is one of the important stages regarding tolerance to salt stress. This study aims to investigate the response of spring wheat cultivars in the seedling stage to salinity stress.
MethodsIn the present study, the reaction of 64 Iranian spring wheat genotypes at the seedling stage under normal conditions and 12 dS/m salinity stress was investigated in two replications in a simple lattice design at the research greenhouse of the Faculty of Agriculture, Urmia University in 2021-2022. In this study, in the four-leaf stage, salinity stress was applied gradually for two days. The measured traits were chlorophyll (SPAD), canopy temperature, shoot length (SL), root length (RL), seedling length (PL), shoot potassium content (KS) ), root potassium content (KR), shoot sodium content (NaS), root sodium content (NaR), shoot potassium to sodium ratio (KNaS), root potassium to sodium ratio (KNaR), root volume (RV), leaf area index (LAI), radicle fresh weight (FWR), radicle dry weight (DWR), relative leaf water content (RWC), shoot fresh weight (FWS), shoot dry weight (DWS), seedling fresh weight (FWP), weight dry matter of seedlings (DWP). The data of the studied traits were obtained in a random complete block design. PROC GLM was used for the analysis of variance (ANOVA) in SAS 9.4 software. The correlation was examined using PROC CORR and decomposition into factors using PROC FACTOR. The figures were grouped using the gplots software package and the biplot diagram was drawn with the factoextra software package in the R 4.1 environment. The MANOVA statement in PROC GLM was used in SAS 9.4 software for multivariate variance analysis.
ResultsBased on the results of ANOVA, statistically significant differences were observed between the tested cultivars based on the traits studied in the seedling stage, including FWP, DWP, FWR, DWR, FWS, RWS, and (PL). In both normal and salt stress conditions, DWP showed the most significant correlation with FWP, DWS, and DWR. Under the salinity stress conditions, FWS was significantly correlated with DWS, FWP, and DWP. Based on factor analysis, the studied traits in both normal and salinity stress conditions were grouped into seven factors, which explained 77.93% and 76.44% of the total changes in normal and salinity stress conditions, respectively. Using cluster analysis, cultivars under both normal and salt stress conditions were grouped into three clusters.
ConclusionBased on the biplot results of factor analysis and cluster analysis, Maron, Darya, Shiroodi, Moghan 3, Darab 2, Roshan, Pishgam, and Pishtaz cultivars are introduced as favorable cultivars. Chamran, Bam, Alborz, and Maroodasht cultivars are categorized as unfavorable cultivars that can be used in further wheat breeding programs.
Keywords: Bread Wheat, Factor Analysis, Salt Stress, Seedling -
Pages 79-90Background
Lentil (Lens culinaris Medik) is a cool season seed legume and a good source of nutrients needed by humans, including protein, carbohydrates, vitamins, and minerals. The production of high-yielding and high-plant-height varieties is one of the lentil improvement goals. For this purpose, it is necessary to collect and evaluate germplasm as a base population, along with identifying and utilizing lines with high potential and other desirable traits. The environment has a significant effect on the crop production of this plant. Therefore, direct selection is important for seed yield. Since seed yield depends on the yield components, the yield and its components must be regarded as a group at the selection time to improve the yield. To properly increase yield and economic efficiency, we need to collect desirable lines with desirable genes and transfer these genes to cultivated lines to produce desirable cultivars. Consequently, sufficient information is necessary on accessible genetic materials, which is possible by evaluating different traits.
MethodsTo assess the model of the simultaneous effect of traits on the lentil seed yield for determining the selection procedure in native lentil lines of Zanjan province, an experiment was conducted in the research farm of the Faculty of Agriculture, Zanjan University, during two cropping years 2017-2018 and 2018-2019. In both years of the experiment, improved cultivars, such as Kimia, Sabz Kohin, Gachsaran, Maragheh, and Bilehsavar, were used as control cultivars. The first-year experiment was conducted in an augmented design based on a randomized complete block design with 200 lines. Each experimental unit included a 1-m row. The distance between the rows was 25 cm, the distance between plants in a row was 5 cm, and the planting depth was 5 cm. Two rows of Kohin-Sabz lentils were planted as margins at the beginning and end of each block. Due to obtaining a sufficient amount of seeds from the first year, the second-year experiment was carried out as a simple lattice design with two replications and larger experimental units for the lines selected from the first year. Each experimental unit included two 1-m lines. The distance between the rows, the distance between plants in a row, and the planting depth were similar to the first-year experiment. Two rows of Kuhin green lentils were planted as margins at the beginning and end of each incomplete block. The measured traits included phenological and morphological traits, yield, and yield components per plant and unit area.
ResultsAmong the studied traits, the highest coefficient of variation was obtained for the number of seeds, biomass, straw yield, and seed yield. The coefficient of correlation showed that the number of seeds and seed yield were positively and significantly correlated with phenological traits, such as the podding period, physiological maturity, and seed-filing period, as well as morphological traits such as plant height and first branching height, respectively. A positive and significant correlation was observed between the number of seeds and seed yield with the number of pods per plant and biomass per plant. In regression analysis by the stepwise method, plant height was the first trait entered into the model, which could explain 46.8% of the variation related to seed yield per plant. Then, the number of seeds per plant, 1000-seed weight (TSW), straw yield per plant, and the seed-filling period were entered into the model, respectively, which could totally explain 67.5% of the variation related to seed yield per plant. The results of the path analysis showed that the number of seeds per plant had the most considerable direct and positive effect on seed yield, followed by the direct effect of the TSW, plant height, and seed-filling period, respectively. Therefore, these traits would be recommended as the most important and significant traits in the indirect selection of seed yield in lentils. Most of the indirect effects of the traits on seed yield were positive, and the most indirect effects were related to seed-filling period, plant height, and straw yield through the number of seeds per plant. Besides, the seed-filling period through plant height and the plant height through the number of seeds had an indirect effect on seed yield. In factor analysis based on principal component analysis and varimax rotation, six factors explained about 76% of the data variation. The first three factors included the most considerable volume of data variation. The first factor was identified as phenology and height, and the second and third factors were identified as yield and yield components. Results showed that the selection based on these factors would lead to the genesis of the high-yield lines.
ConclusionThe highest coefficient of variation belonged to these traits: the number of seeds, biomass, straw yield, and seed yield. Seed yield per plant had a positive and significant correlation with the phenological traits of the podding period, seed-filling period, and physiological maturity, as well as morphological traits, namely plant height and the height of the first branch. The number of seeds per plant had the most direct effect on seed yield, followed by TSW, plant height, and seed-filling period. Therefore, these traits can be considered the criteria for selecting superior lines. According to the factor analysis results, six factors could justify 77.306% of the data variations.
Keywords: Correlation Coefficient, Factor Analysis, Indirect Filling, Path Analysis, Stepwise Regression -
Pages 91-103Background
Lentil (Lens culinaris Medik.) is one of the main food legume crops in Iran, where it is grown as a rainfed crop in spring in cold regions. One of the obstacles of spring cultivation in cold regions is drought stress exposure at the end of the growing season in the late cultivation date, which dramatically increases null pods and decreases seed yield. Until introducing autumn cultivation, specific, and cold-tolerant lentil varieties, the only solution for this problem is to find ways to deal with the damage of drought stress. Nanotechnology serves as a precursor of the new industrial revolution that has the potential to bring alteration in agricultural production. Nanoparticles (NPs) have been applied for enhancing seed germination, growth, physiology, productivity, and quality traits of various crops under normal or stressful conditions. Therefore, to reduce the negative effect of drought stress at dryland conditions in late cultivations, the effect of ZnSO4 and Fe2O3 NPs at 0.5% and 1% were studied on the agronomic, physiologic, root traits, and antioxidant system of lentils in the cold region.
MethodsA field study was carried out at the Dryland Agricultural Research Center (DARI) in Maragheh during the 2019-2020 growing season. Experiments were conducted in rainfed conditions using a complete block design with three replications. Treatments were no spray, 0.5% nano ZnSO4, 1% nano ZnSO4, 0.5% ZnSO4, 1% ZnSO4, 0.5% nano Fe2O3, 1% nano Fe2O3, 0.5% Fe2O3, and 1% Fe2O3. Treatments were applied at two stages (10 days after the plant first establishment and 50% of flowering) in the early morning and not on windy days. The Bilesavar variety, which is suitable for spring cultivation in cold regions, was used in this experiment. Plant height, relative water content (RWC), cell membrane stability (CMS), canopy temperature, and the normalized difference in the vegetative index (NDVI) were recorded during the growing season. The seed yield and 100 seed weight (HSW) were calculated after harvesting. The activity of ascorbate peroxidase (ASP), catalase (CAT), glutathione peroxidase (GPX), superoxide dismutase (SOD), peroxidase (POX), and the contents of proline, chlorophyll a, chlorophyll b, and carotenoids were calculated in gathered leaf samples during the growing season.
ResultsDifferences between treatments were significant for RWC, CMS, canopy temperature, NDVI, and seed yield at 1%, and for HSW at 0.5%. The highest seed weight was observed in using nano Fe2O3 0.5%, and the lowest belonged to no spray treatment. The lowest RWC, CMS, and the highest canopy temperature were recorded in no spray treatment. Analysis of variance results showed that differences between treatments for all biochemical traits were significant at the 1% level. Chlorophylls a and b contents increased using NPs, and the highest level belonged to 1% nano ZnSO4 treatment and as expected the lowest calculated in no spray treatments. The highest carotenoids, and the activities CAT, ASP, GPX, and SOD were observed in 1% nano ZnSO4 treatment. The lowest activity of these enzymes as well as the highest H2O2, proline, and malondialdehyde (MDA) belonged to no spray treatment. According to the results, seed yield was significantly correlated with CAT (0.81), GPX (0.88), SOD (0.80), H2O2 (-0.82), MDA (-0.90), proline (-0.89), chlorophyll a (0.83), chlorophyll b (0.64), carotenoids (0.74), HSW, (0.50), NDVI (0.86), canopy temperature (-0.76), RWC (0.84), and CMS (0.95) at the 1% level. The highest root length was respectively measured in 1% nano ZnSO4, 0.5% nano ZnSO4, 0.5% nano Fe2O3, and 1% nano Fe2O3. NPs had no effect on average diameter while applying 1% Fe2O3 led to the highest effect on the root volume. Root surface showed the highest increase by using 1% nano Fe2O3, 0.5% nano ZnSO4, and 0.5% nano ZnSO4. The highest root length belonged to 1% nano ZnSO4 and 0.5% nano ZnSO4 while this trait was lowermost in no spray treatment.
ConclusionAccording to the results, 1% Fe2O3 exerted the highest effect on agronomic and physiological traits while 0.5% ZnSO4 was effective on the antioxidant system, and ZnSO4 NPs positively affected the root length and average diameter. While Fe2O3 NPs were effective in improving the root surface area and volume.
Keywords: Cold Region, Enzyme, Legumes, Oxidative Stress, Yield -
Pages 104-113Background
About 30% of the world's sugar needs are provided by sugar beet and sugar cane. Many biotic factors, such as pests, diseases, and weeds, decrease production and damage sugar beet fields. To bring sugar beet production to its real potential and maintain it at this level, it is necessary to identify biotic stress-causing factors, determine their individual role in reducing the yield, and investigate their management and control methods. One of the pests of sugar beet is the root aphid that settles on the secondary roots and causes dwarfism and wilting of the plants by feeding on plant sap. It also causes a decrease in root weight and a 30-36% decrease in sugar content. Due to the special conditions of the aphid's life under the soil, the effect of the aphid’s white wax secretions on soil non-wetting by the poison solution, and the lack of a suitable systemic poison, the use of chemical poisons in the form of soil-water is not recommended in controlling this pest. Therefore, the most effective method for managing this pest in sugar beet fields is to use resistant and tolerant cultivars. Therefore, this research aimed to evaluate the resistance of domestic and foreign cultivars to this type of aphid. This study also investigates the effect of this pest on their quantitative and qualitative yields to use them or their ancestors in future breeding programs to produce resistant cultivars.
MethodsThe resistance to root aphid of eight sugar beet cultivars (Asia, Arta, Dena, Shokoofa, biopolymerized Shokoofa, Nika, Palma, and BTS505) and the effect of this pest on their quantitative and qualitative yields were evaluated in a pilot experiment based on a randomized complete block design with four replications in the West Azarbaijan Agricultural and Natural Resources Research Center, agricultural education center of Miandoab city, in 2023 crop season. To this aim, sugar beet root aphid was sampled by harvesting 20 sugar beet roots (four replicates per cultivar) in the middle of September. The samples were grouped into four resistant, semi-resistant (tolerant), sensitive, and very sensitive groups based on the percentage of sugar beet roots infected with aphids. Traits related to quantitative and qualitative yields were also measured after harvesting.
ResultsThe results of the analysis of variance showed that the effect of the cultivar was significant on all measured traits (p ≥ 0.01). The highest and lowest values of the genotypic and phenotypic coefficients of variation belonged to the percentage of aphid-infected roots (46.52% and 46.73%, respectively) and the sugar extraction coefficient (4.55% and 4.69%, respectively). Based on the results from mean comparisons for the cultivars, the highest and lowest values of the root yield trait was measured in BTS505 and Palma foreign cultivars with 82.35 and 62.81 t.ha-1, respectively, which were placed in two statistical groups. However, the average root yield of the Palma cultivar with the lowest root yield was not significantly different from the Shokoofa cultivar (64.41 t.ha-1). The highest sugar content trait belonged to the BTS505 foreign cultivar (16.86%), and the lowest values were obtained for the Palma foreign cultivar and the Shokoofa domestic cultivar (12.65 and 13.01%, respectively). No significant differences were observed between the domestic and foreign cultivars in the averages of the root yield trait (69.56 and 72.58 t.ha-1, respectively) and sugar content (14.25 and 14.75%, respectively). This indicates the genetic progress of the newly introduced domestic hybrid cultivars in terms of these two important traits that influence the final yield of sugar. In terms of the percentage of aphid-infected roots, the studied cultivars were placed in three statistical groups. As such, BTS505 and Asia cultivars with the lowest infection percentage were in the first group (as resistant cultivars), Arta, Dena, biopolymerized Shokoofa, and Nika cultivars with moderate levels of infection were assigned to the second group (as semi-resistant or tolerant cultivars), and two cultivars, Palma and Shokoofa, were placed in the third group as sensitive cultivars.
ConclusionThe use of chemical pesticides to control this pest should be reduced due to environmental, health, and economic considerations. On the other hand, the improper efficiency of many available pesticides necessitates the use of resistant and tolerant varieties of sugar beet to this pest (BTS505 and Asia as resistant cultivars) as the main management solution. Due to their genetic resistance to rhizomania and nematode diseases, they can be used for cultivation in many beet-growing areas of Iran. However, it is suggested to compare more different cultivars to be examined and evaluated in different years and places with different climatic conditions, which can finally be recommended with more confidence.
Keywords: Aphid, Domestic, Foreign Cultivars, Quantitative, Qualitative Yields, Resistance, Sugar Beet -
Pages 114-124Background
Chickpea (Cicer arietinum L.) is a legume grown in cool season areas. It is one of the main sources of protein and energy and plays a major role in improving soil fertility. Peas are divided into two classes, Desi and Kabali. The Desi seed is smaller, wrinkled, and darker while Kabli has a lighter, whiter seed color, larger seed size, and smooth surface. The chickpea yield is 1199 kg per hectare in America, 1261 kg per hectare in India, and 409 kg per hectare in Iran. Until 2005, this plant was called an orphan plant due to the insufficient genetic resources in chickpeas, but the plant was known as a plant with a rich genomic resource after many efforts at national and international levels. Further studies on chickpea genetic diversity are important to improve the yield. Chickpeas have plenty of diversity in different geographical regions, and the genetic pattern and the amount of variation within and between these populations should be known to progress breeding programs and effectively use these germplasm collections. The evaluation of genotypes faces two key challenges. The first is the genotype-environment interaction, and the second is the interaction between the studied traits. This study aimed to investigate the genetic diversity in the Desi chickpea germplasm under autumn cultivation conditions, analyze the relationships of morphological-agronomical traits, and select superior genotypes in terms of all morphological-agronomical traits.
MethodsThis study was conducted on 416 genotypes, including 335 landrace of Iran, 1 ICARDA genotype, and 78 ICRISAT genotypes, along with two checks named Kaka and Pirouz cultivars in the experimental farm of the Dryland Agricultural Research Institute (Kermanshah). The cultivars were evaluated in terms of morphological-agronomic traits, including the number of days to flowering, the number of main branches, the number of secondary branches, the number of pods per plant, plant height, the end number of days to maturity, seed yield, and 100-seed weight (HSW). The experiment was conducted during 2020-2021 under autumn sowing conditions and as an augmentation based on a randomized complete block design with nine blocks. The variance, heritability, and genetic advance were analyzed with the R software packages (augmentedRCBD). The R software package (metan) and (GGEBiplotGUI) were used for the biplot analysis of the genotype by trait. Data were grouped using the K-mean algorithm, single method, and Euclidean distance with R software. The R software package (NbClust) was used to calculate the number of appropriate groups resulting from the cluster analysis. Using the R software package (metan) with the selection index (MGIDI), the top genotypes were ranked based on several traits.
ResultsThe results of the analysis of variance were significant for the number of days to maturity, HSW, and plant height. The highest and the lowest coefficients of variation belonged to the number of secondary branches and days to maturity, respectively. The plant height and HSW traits had high values of heritability and genetic advancement. According to the results of the genotype by trait biplot, genotypes 148, 327, 391, and 277 were in the best conditions in terms of HSW, days to maturity, plant height, and days to flowering. Genotypes 6, 400, 18, 42, 26, 168, 15, and 2 were in the best conditions for the number of pods per plant, seed yield, the number of main branches, and the number of secondary branches per plant. According to the findings of the genotype by trait biplot, most of the selected genotypes were from the landrace of the Iranian chickpea. Clustering was performed using the K-means method, which divided the genotypes into two groups. In the second group, genotypes 6, 18, 148, 327, and 91 had more distances (according to the center of the group) than the other genotypes. Then, 62 genotypes were ranked as the best genotypes in terms of all traits using the MGIDI index.
ConclusionThe high genetic diversity of the traits studied in this research indicates the possibility of selection among the genotypes. Plant height and HSW traits have high heritability and genetic advance values, indicating the additive effects of the gene. In studies of the Desi chickpea populations, the breeding method of selection can be used to improve these traits. According to the biplot results, the number of pods per plant had important effects on seed yield in autumn sowing conditions, and it is important in terms of selecting genotypes related to the desired traits. On the other hand, the weight of HSW had a high correlation with the plant height in the Desi chickpea, which is very important in the mechanical harvesting of chickpeas. The superior genotypes selected in this research can be used as parents in future breeding programs of the Desi chickpea under autumn cultivation conditions.
Keywords: Cluster Analysis, Genetic Diversity, MGIDI, Grain Yield -
Pages 125-136Background
Alfalfa is one of the key fodder plants due to its species diversity and high stress-tolerance range. In addition to producing significant palatable fodder, this plant stabilizes air nitrogen through symbiosis with rhizobium and causes soil fertility in addition to meeting its own needs. For fodder production in the hot and dry region of Sistan as the hub of animal husbandry in the province, it is inevitable to investigate and introduce high-yielding alfalfa cultivars. Therefore, the present research aimed to evaluate tropical alfalfa cultivars and identify high-yielding and more compatible cultivars in terms of yield production and selection of stands with suitable potential for selection.
MethodsThe phenological, morphological, and functional traits of 10 tropical alfalfa genotypes (Zabol local purified alfalfa, Zabol local mass, Baghdadi, two Afghani masses, Nikshahri, Omid, and lines 473, 472, and 471) were investigated in the Zahak Agricultural and Natural Resources Research Station, located 20 km from Zabol city. An experiment was conducted in a statistical design of randomized complete blocks with three replications during 2017-2018. The bed preparation, including plowing, disk, and leveling, was operated exactly the same for the replications. The distance between the plots in each block was 75 cm, and the distance between the blocks in each replication was 1 m. After preparing the bed on November 15, 2016, furrows were created at a distance of 30 cm (four lines of 6 m) in the plots, and seeds with 95-100% germination capacity were planted at a rate of 15 kg per hectare. Seeds were sown in a row manually by opening grooves to a depth of 1 cm using the method of Hiramkari. During the experiment, the operation consisted of irrigation every 15 days in winter, spring, and summer (once a week) according to the needs. Weeds were mechanically weeded in the early stages of growth. In each year, eight plants were harvested at the 20% flowering stage. Days to greening, days to flowering, plant height, leaf-to-stem percentage, stem diameter, stem number, dry matter percentage, and wet and dry fodder yields were the traits measured during the experiment. At the end of the experiment, data on the fodder yield and morphological and phenological traits of alfalfa cultivars were analyzed using MSTAT-C software. The correlation was calculated using SPSS 16 software. Analysis into principal components and the biplot were done using the Past software. The means of traits were compared with Duncan's test at the probability level of 5%.
ResultsThe fodder yields were significant among the genotypes at the 1% probability level. The highest average fodder yield (107.589 tons per hectare) was obtained in the Omid cultivar, with greater fodder yield than the other cultivars due to the number of stems, plant height, and stem diameter. Baghdadi alfalfa and Zabul purified alfalfa cultivars ranked next in terms of producing more fodder yield with averages of 103.513 and 102.463 tons per hectare, respectively. The lowest fodder yield was observed in the native mass of Zabul alfalfa with an average of 86.511 tons per hectare. The purified local alfalfa of Zabul showed an increase in yield by 18.43% compared to the native mass. The cultivars were significantly different in dry fodder yield at the probability level of 1%. The highest average dry fodder yield (28.323 tons per hectare) was obtained in the Omid variety. Baghdadi alfalfa and purified Zabul alfalfa ranked next with average yields of 26.419 and 27.322 tons per hectare, respectively. The increased dry fodder yield in alfalfa is considered an advantage because farmers store excess alfalfa in the form of dry fodder for their livestock in winter. The relationship between the examined traits showed that most of the traits were significantly correlated with each other. Fodder yield had a positive and significant correlation with the number of stems per plant and plant height, but there was a non-significant correlation with the number of days to flowering, leaf–to-stem ratio, and stem diameter. The dry fodder yield had a positive and significant correlation with the wet fodder yield, leaf-to-stem ratio, the number of stems, and plant height, and it showed a negative correlation with the number of days to flowering. Statistically significant differences were observed between the genotypes in terms of all studied traits. Based on the clustering, the genotypes were divided into two groups, and the first group, including Omid, Baghdadi, and the purified local alfalfa of Zabol, was superior to the others. In the mmean comparisons by Duncan's test, the Omid variety ranked first with the average wet and dry fodder yields of 107.589 and 28.323 tons per hectare, respectively. The Baghdadi variety and the local purified line of Zabol ranked second and third, with average yields of 103.513, 102.463, 26.419, and 27.322 tons per hectare, respectively. These genotypes were in good conditions in terms of other traits (plant height, the number of stems, and the leaf per stem percentage).
ConclusionConsiderable variation was observed between genotypes in terms of the studied traits. The highest seed yield was observed in the genotypes of Omid, Baghdadi and the purified local alfalfa of Zabol. In favorable conditions, a significant area of land in Sistan and Baluchistan province and similar regions can be dedicated to alfalfa cultivation, including Omid, Baghdadi, and the purified local genotype of Zabol.
Keywords: Dry Areas, Fodder Production, Local Mass, Plant Height, Variety -
Pages 137-147Background
Wheat is the key crop in many parts of the world that has the largest cultivated area. As much as 30% of all grains produced in the country belong to wheat, which is known as the main food of half of the world's people. At the same time, environmental stresses, including biotic stresses, have been one of the most important factors in reducing wheat yield in recent years. Powdery mildew (Blumeria graminis f.sp. tritici) is one of the important diseases of wheat that causes great losses to wheat production every year. On the other hand, the resistance of resistant wheat genotypes is not constant over time, and the resistance of almost all resistance genes commonly used in the world has been broken by new pathogenic strains of powdery mildew. This is because research has shown that the high pressure imposed by resistance genes on disease-causing populations has caused the rapid evolution of new pathogenic races, resulting in the loss of resistance. For this reason, one of the most effective and logical methods of controlling this disease, which is most compatible with the environment and sustainable agriculture, is the identification and production of resistant cultivars.
MethodsIn the present study, 32 different bread wheat genotypes (Triticum aestivum L.) available in the Genetics Research Department and National Plant Gene Bank of Iran, Seedling and Seed Breeding Research Institute, exposed to 10 different pathotypes (Maghan 1, Maghan 2, Maghan 3, Maghan 4, Mughan 5, Gorgan 1, Gorgan 2, Sari 1, Sari 2, and Gonbad) of this mushroom were assessed for their resistance level in the two-leaf stage under greenhouse conditions. The investigated pathotypes of powdery mildew, collected from disease-prone areas of Iran, included five pathotypes from Mughan, two pathotypes from Gorgan, two pathotypes from Sari, and one pathotype from Gonbed Kavus. The disease isolates were propagated on the sensitive Bolani variety, which lacks the Pm gene. Genotypes were inoculated with single-cloned isolates by the rubbing method. One week after inoculation, the reaction of differential cultivars toward the disease was examined based on a scale of 0-4 according to the Mains and Dietz method. Based on this scale, pollution types zero, one, and two are in the resistant group, and pollution types three and four are in the sensitive group. In this research, the Bolani variety was determined as a sensitive control to powdery mildew disease.
ResultsAmong the 10 powdery mildew pathotypes collected from important contamination centers in Iran, the examined genotypes showed the highest resistance to the Mughan5 pathotype. Genotypes TN127, TN79, TN7, TN180, and TN72 showed the highest resistance to 10 pathotypes on average. In total, the comparison of different powdery mildew pathotypes revealed that the Mughan5 and Sari1 pathotypes showed the lowest and the highest pathogenicity, respectively. In addition, the correlation between pathotypes was estimated to identify pathotypes with similar pathogenic power, indicating that the Mughan5 pathotype showed the lowest correlation with the other pathotypes, which probably uses a different mechanism for pathogenicity. Mughan2 presented the highest significant correlation, with Mughan3 (0.87) and Gorgan2 (0.81), which indicates the similarity of the pathogenic mechanism in these three pathotypes. On the other hand, the results of the cluster analysis divided the genotypes into two separate groups in terms of resistance to powdery mildew, and many of the investigated genotypes were included in the susceptible Bolani cultivar group. In addition, cluster analysis for powdery mildew pathotypes showed that the Mughan5 pathotype was in one group, and the rest of the pathotypes were in another group. Bi-plot and three-dimensional analyses based on the data analysis into principal components for the first and second components (87.95% of the total variance changes) showed that the Moghan 5 pathotype had a lower correlation with the other pathotypes. The negative side of the first component and the negative side of the second component showed the resistance of the genotypes. Thus, the resistant genotypes were placed in area 1.
ConclusionThe genotypes examined in this research have not been evaluated so far for resistance to powdery mildew. Therefore, sources of resistance identified in this way are reported for the first time. In general, a potential variation was observed among the genotypes with respect to different pathotypes. In terms of pathogenicity, the Mughan5 pathotype showed the least pathogenicity among the examined genotypes. Resistant genotypes in this research can be used as promising genotypes in wheat breeding programs. Overall, the findings of this research indicate a desirable diversity among the genotypes studied in terms of resistance to various strains of the disease. However, since identifying the resistance of mature plants requires screening the genotypes under field conditions and takes a considerable amount of time, it is suggested to utilize molecular markers associated with resistance to powdery mildew in future research.
Keywords: Disease Index, Disease Resistance, Powdery Mildew, Wheat