ارزیابی عملکرد دانه برخی ارقام گندم با استفاده از شاخص‌های تحمل به تنش

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

گروه مهندسی تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده مهندسی کشاورزی، دانشگاه خلیج فارس، بوشهر، ایران.

چکیده

مقدمه: تنش خشکی، یکی از مهم‌ترین عوامل محدودکننده تولید محصولات کشاورزی است. شاخص‌های کمّی متعددی برای ارزیابی تحمل گیاهان به خشکی ارائه شده است. این شاخص‌ها که عملکرد گیاه را در شرایط تنش و بدون تنش مقایسه می‌کنند، ابزاری ارزشمند برای انتخاب گیاهان متحمل به تنش خشکی هستند. با توجه به شرایط اقلیمی منطقه دشتستان، استان بوشهر و وقوع خشکسالی‌های مکرر، این پژوهش به منظور ارزیابی  عملکرد ارقام گندم از نظر تحمل به خشکی در این منطقه انجام شد.
مواد و روش‌ها: هشت رقم  گندم در منطقه دشتستان استان بوشهر با استفاده از شاخص‌های تحمل به تنش خشکی مطالعه شدند. آزمایش‌ در دو زمین مجاور یکدیگر،  تحت دو شرایط آبیاری و اعمال تنش 50 درصد، هر کدام در قالب طرح بلوک‌های کامل تصادفی با سه تکرار در سال زراعی 1403-1402 اجرا شد. صفت عملکرد دانه در بوته، مطابق روش استاندارد اندازه‌گیری شد. پس از تأیید نرمال بودن توزیع داده‌ها با آزمون کولموگروف-اسمیرنوف، تحلیل واریانس به کمک نرم‌افزار (9.4) SAS انجام شد. برای انجام تجزیه همبستگی، تجزیه به عامل‌ها و رسم نمودار پراکنش ارقام، از نرم‌افزار R استفاده شد. تحلیل بای‌پلات نیز بر اساس نتایج تجزیه به مؤلفه‌های اصلی انجام شد.
یافته‌ها: نتایج تجزیه واریانس نشان داد که وقوع تنش خشکی موجب کاهش عملکرد دانه در بوته همه ارقام شد. ارقام چمران (29/18 گرم در بوته) و مهرگان (96/17 گرم در بوته) در شرایط آبیاری کامل و کوهدشت (90/11 گرم در بوته) و آفتاب (70/8 گرم در بوته) در شرایط تنش خشکی بیشترین عملکرد را داشتند. شاخص‌های مختلف تحمل به خشکی TOL، MP، HM، STI، YI، GMP، SSI، YSI و RSI برای ارزیابی تحمل ارقام استفاده شدند. ضرائب همبستگی بین YP و شاخص‌های TOL،MP ، GMP، HM، STI از نظر آماری معنی‌دار بود. همچنین بین YS و TOL و SSI همبستگی منفی مشاهده شد. نمودار سه بُعدی بر اساس شاخص‌های مورد مطالعه نشان داد که ارقام کریم، دهدشت و ساورز برای کشت در منطقه دشتستان بوشهر مناسب نیستند. رقم کوهدشت در ناحیه C و مجاور ناحیه A  نمودار قرار گرفت، بنابراین متحمل به تنش و در شرایط آبی نیز عملکرد مناسبی دارد. با تجزبه به مؤلفه‌های اصلی شاخص‌های تنش، دو مؤلفه توانستند در مجموع 80/99 درصد تغییرات را تبیین کنند. این دو مؤلفه سازگاری عملکردی به شرایط تنش و آبیاری نامگذاری شدند. نمودار بای‌پلات شاخص‌های تحمل به تنش، نشان داد که رقم کریم در مجاورت بردار SSI   قرار گرفت و یکبار دیگر حساسیت این رقم به تنش خشکی را تأیید کرد.  همچنین همبستگی بین عملکرد در محیط دارای تنش خشکی و شاخص­های HM, RSI و YI نشان می‌دهد که شاخص‌های عملکردی، هارمونیک و تنش نسبی را می‌توان برای انتخاب ارقام در شرایط تنش در نظر گرفت.
نتیجه‌گیری: نتایج نشان داد که تنش خشکی عملکرد همه ارقام گندم را کاهش داد. ارقام چمران و مهرگان در شرایط کشت آبی و کوهدشت و آفتاب در شرایط تنش خشکی مختلف بهترین عملکرد را در مقایسه با بقیه داشتند. شاخص‌های TOL، MP، GMP، HM، STI با عملکرد در شرایط آبیاری همبستگی داشتند. شاخص‌های  TOL و SSI با عملکرد در شرایط تنش همبستگی منفی داشتند. بدلیل حساسیت به تنش خشکی، ارقام کریم، دهدشت و ساورز برای کشت در دشتستان بوشهر مناسب نیستند. شاخص‌های عملکردی، هارمونیک و تنش نسبی برای انتخاب ارقام متحمل به تنش خشکی توصیه شدند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Evaluation of grain yield among wheat cultivars based on stress tolerance indices

نویسنده [English]

  • Hamidreza NOORYAZDAN
Department of Production Engineering and Plant Genetics, Faculty of Agriculture Engineering, Persian Gulf University, Bushehr, Iran.
چکیده [English]

Introduction: Drought stress is one of the most significant limiting factors in agricultural production. Numerous quantitative indices have been proposed to assess plant drought tolerance. These indices, which compare plant performance under both stress and non-stress conditions, are valuable tools for evaluating drought-resistant plant varieties.
Materials and methods: Eight wheat cultivars were evaluated in the Dashtestan region of Bushehr Province to assess the impact of drought stress on yield using drought stress indices. The trial was conducted on two adjacent fields, utilizing two irrigation regimes and implementing a 50% drought stress. The experiment was arranged in a randomized complete block design with three replicates during the 2023-2024 growing season. The grain yield per plant was measured using the standard method. After confirming the normality of the data distribution with the Kolmogorov-Smirnov test, an analysis of variance was conducted using SAS software (version 9.4). R software was employed to conduct correlation analysis, principal component analysis, and create scatter plots of the data. Furthermore, a biplot analysis was performed based on the results of the principal component analysis.
Results: The analysis of variance indicated that the imposition of drought stress significantly decreased the grain yield per plant across all cultivars. Under irrigated conditions, Chamran (18.29 g/plant) and Mehrgan (17.96 g/plant) demonstrated the highest grain yields. Conversely, Koohdasht (11.90 g/plant) and Aftab (8.70 g/plant) yielded the most significant amounts under drought stress. Various drought tolerance indices, including TOL, MP, HM, STI, YI, GMP, SSI, YSI, and RSI, were utilized to evaluate the drought tolerance of the cultivars. Correlation analysis revealed a negative relationship between grain yield and the indices TOL, MP, GMP, HM, and STI under well-watered conditions. Furthermore, a negative correlation was also observed between yield and both TOL and SSI. The 3D plot analysis utilizing the studied indices indicated that the cultivars Karim, Dehdasht, and Savarez are not well-suited for cultivation in the Dashtestan region of Bushehr. The Koohdasht cultivar was situated in Region C, adjacent to Region A, as illustrated in the diagram. This positioning suggests that it can endure stress while also thriving under irrigated conditions. Factor analysis of the stress indices revealed the identification of two components that collectively accounted for 99.8% of the total variation. These components were designated as 'yield adaptation to stress' and 'yield adaptation to irrigation'. The biplot of drought tolerance indices indicated that the Karim cultivar was situated in close proximity to the SSI vector, further confirming the cultivar's sensitivity to drought stress. Additionally, the correlation between yield under drought stress and the harmonic mean (HM), relative stress index (RSI), and yield index (YI) suggests that these indices can be considered for cultivar selection in stress conditions.
Conclusion: The results indicated that drought stress significantly reduced grain yield across all wheat cultivars. Chamran and Mehrgan cultivars exhibited the highest yields under well-watered conditions, whereas Koohdasht and Aftab cultivars demonstrated superior performance under various levels of drought stress compared to other cultivars. There was a negative correlation between grain yield and the indices TOL, MP, GMP, HM, and STI under well-watered conditions. Furthermore, a negative correlation was also observed between yield and both TOL and SSI under stress conditions. Due to their sensitivity to drought stress, the cultivars Karim, Dehdasht, and Savarez are unsuitable for cultivation in the Dashtestan region of Bushehr. Performance, harmonic, and relative stress indices are recommended for the selection of drought-tolerant cultivars.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Biplot
  • Drought Stress
  • Drought Tolerance Indices
  • Wheat
  • Akbarabadi, A., Kahrizi, D., Rezaizad, A., Ahmadi, G., Ghobadi, M. & Molsaghi, M. (2015). Study of variability  of bread wheat lines based on drought resistance indices. Biharean Biologist, 9(2), 88-92. http://biozoojournals.ro/bihbiol/index.html

    Ali, O. A. (2019). Wheat responses and tolerance to drought stress. Wheat Production in Changing Environments: Responses, Adaptation and Tolerance, 129-138.

    Allen, R.G., Pereira, L.S., Raes, D. & Smith, M. (1998). Crop evapotranspiration-Guidelines for computing crop water requirements-FAO Irrigation and drainage paper 56. Fao, Rome, 300(9), p.D05109.

    Anwaar, H. A., Perveen, R., Mansha, M. Z., Abid, M., Sarwar, Z. M., Aatif, H. M. & Khan, K. A. (2020). Assessment of grain yield indices in response to drought stress in wheat (Triticum aestivum L.). Saudi journal of biological sciences, 27(7), 1818-1823. https://doi.org/10.1016/j.sjbs.2019.12.009

    Arab, S. A., Mohamed, M. M. & El-Shal, M. H. (2021). Identifying wheat stress tolerant genotypes among some bread wheat accessions using different drought tolerance indices. Journal of Plant Production12(7), 813-818. DOI: 10.21608/jpp.2021.84334.1043

    Bouslama, M. and W.T. Schapaugh. 1984. Stress tolerance in soybean. Part 1: evaluation of three screening techniques for heat and drought tolerance. Crop Science, 24: 933-937. https://doi.org/10.2135/cropsci1984.0011183X002400050026x

    Cavatte, P. C., Martins, S. C., Morais, L. E., Silva, P. E. & DaMatta, F. M. (2012). The physiology of abiotic stresses. Plant breeding for abiotic stress tolerance, 21-51. DOI: 10.1007/978-3-642-30553-5_3.

    Dehghani, H. & Khodadadi, M. (2018). Crop breeding for drought and salinity tolerance. Tehran: University Publishing Center. 164 p.

    Eid, M. H. & Sabry, S. (2019). Assessment of variability for drought tolerance indices in some wheat (Triticum aestivum L.) genotypes. Egyptian Journal of Agronomy41(2), 79-91.

    Faostat.fao.org. (2022). accessed on 27 February 2022.

    Farshadfer, E. & Farshadfer, M. (2018). Methods of Multivariate Statistical Analysis (Master's in Agricultural Sciences). Payame Noor University. 324 pages.

    Fernandez, G. C. (1992). Effective selection criteria for assessing plant stress tolerance. Proceeding of the International Symposium on Adaptation of Vegetables and other Food Crops in Temperature and Water Stress, Aug. 13-16, Shanhua, Taiwan, 1992.

    Fischer, R. & Maurer, R. (1978 ). Drought resistance in spring wheat cultivars. I. Grain yield responses. Australian Journal of Agricultural Research, 29(5) , 897 -912.

    Fischer, R. & Wood, J. (1979 ). Drought resistance in spring wheat cultivars. III.* Yield associations with morpho -physiological traits. Australian Journal of Agricultural Research, 30(6) , 1001 -1020. https://doi.org/10.1071/AR9791001

    Gavuzzi, P., Rizza, F., Palumbo, M., Campanile, R., Ricciardi, G. & Borghi, B .(1997 ). Evaluation of field and laboratory predictors of drought and heat tolerance in winter cereals. Canadian Journal of plant science, 77(4) , 523 -531.

    IBPGR (International Board of Plant Genetic Resources) .(1985). Descriptors for wheat. Programme committee on disease resistance breeding and use of gene banks. Rom (Italy).

    • Kamrani, M., Hoseini, Y., & Ebadollahi, A. (2018). Evaluation for heat stress tolerance in durum wheat genotypes using stress tolerance indices. Archives of Agronomy and Soil Science64(1), 38-45. https://doi.org/10.1080/03650340.2017.1326104

    Khodarahmpour, Z., Choukan, R., Bihamta, M. R. & Majidi Hervan, E. (2011). Determination of the best heat stress tolerance indices in maize (Zea mays L.) inbred lines and hybrids under Khuzestan province conditions. Journal of Agricultural Science and Technology13(1), 111-121.

    Khojamli, R., Zaynali Nezhad, K., Nasrollahnejad Ghomi, A. A. & Bagherikia, S. (2021). Evaluation of bread wheat genotypes under drought stress conditions in seedling stage using drought indices. Environmental Stresses in Crop Sciences14(4), 887-899. https://doi.org/10.22077/escs.2020.3202.1820

    Moghadam, H., Saeideh Maleki Farahani, S. & Fazeli, A. (2024). Evaluation of some Dorum Wheat Genotypes under Normal and Drought Stress Conditions in Ilam province. Journal of Crop Breeding16(49), 1-16. 10.61186/jcb.16.49.1

    Ministry of Agricultural Jihad. 2022. Agricultural statistics. Vice President of Statistics, Statistics Center, Information Technology. Ministry of Agricultural Jihad of Iran.

     

    Noghavi, M., Moghaddam, M., Tourchi, M. & Shakiba, M. (2016). Evaluation of spring wheat cultivars based on drought stress resistance indices. Journal of Crop Improvement, 8(17), 207-192.

    Nouri, A., Etminan, A., Teixeira da Silva, J. A. & Mohammadi, R. (2011). Assessment of yield, yield-related traits and drought tolerance of durum wheat genotypes (Triticum turjidum var. durum Desf.). Australian journal of crop science5(1), 8-16.

    Pour-Aboughadareh, A., Mohammadi, R., Etminan, A., Shooshtari, L., Maleki-Tabrizi, N. & Poczai, P. (2020). Effects of drought stress on some agronomic and morpho-physiological traits in durum wheat genotypes. Sustainability12(14), 5610.

    Ramirez-Vallejo, P. & Kelly, J. D. (1998). Traits related to drought resistance in common bean. Euphytica99, 127-136.

    Roohi, E., Mohammadi, R., Niane, A. A., Niazian, M. & Niedbała, G. (2022). Agronomic performance of rainfed barley genotypes under different tillage systems in highland areas of dryland conditions. Agronomy, 12(5), 1070. https://doi.org/10.3390/agronomy12051070

    Rosielle, A.T. & J. Hamblin. 1981. Theoretical aspects of selection for yield in stress and non-stress environments. Crop Science, 21: 943-949. https://doi.org/10.2135/cropsci1981.0011183X002100060033x

    Semahegn, Y., Shimelis, H., Laing, M. & Mathew, I. (2020). Evaluation of bread wheat (Triticum aestivum L.) genotypes for yield and related traits. B—Soil & Plant Science70(6), 474-484.

    Tabassam, M., Hussain, M., Sami, A., Shabbir, I., Bhutta, A. N., Mubusher, M. & Ahmad, S. (2014). Impact of drought on the growth and yield of wheat. Scientia Agriculturae 7(1), 11-18. DOI: 10.15192/PSCP.SA.2014.3.1.1118

    Tihana, M., Aron, H. K., Végh, B., Tibor, J. & Eva, D. (2019). Metabolic response to drought in six winter wheat genotypes. PLoS One14(2). DOI: 10.1371/journal.pone.0212411

    Yadav, M. R., Choudhary, M., Singh, J., Lal, M. K., Jha, P. K., Udawat, P. & Prasad, P. V. (2022). Impacts, tolerance, adaptation, and mitigation of heat stress on wheat under changing climates. International Journal of Molecular Sciences23(5), 2838. https://doi.org/10.3390/ijms23052838

    Yarahmadi, N., Nematzadeh, S., Sabouri, M. & Najfi Zarin, A. (2020). Relationship between drought tolerance indices and their application in wheat screening programs. Journal of Crop Improvement, 12(33), 29-41

    Zebarjadi, A., Asgar, S., Najafi, A., Rezaiezad, A. 2016. Evaluation of drought tolerance of rapeseed genotypes using drought resistance indices. Environmental Stresses in Crop Science. 8, 345-348. [In Persian]. https://doi.org/10.22077/escs.2016.248