ارزیابی خصوصیات فیزیولوژیک رگه‌های درون‌زاد نوترکیب گندم دوروم در شرایط دیم

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده علوم و مهندسی کشاورزی، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران.

2 مرکز تحقیقات غلات، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران.

3 موسسه تحقیقات کشاورزی دیم کشور، معاونت سرارود، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرمانشاه، ایران.

4 گروه علوم و مهندسی خاک، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه رازی، کرمانشاه ، ایران.

چکیده

مقدمه: گندم دوروم با نام علمی (Triticum turgidum L. var. durum) دومین گونه مهم گندم و دهمین محصول زراعی مهم دنیا می­باشد، زیرا ماکارونی حاصل از این نوع گندم در بسیاری از کشورهای دنیا به­عنوان غذای اصلی مورد استفاده قرار می­گیرد. همچنین، گندم دوروم بهتر از گندم نان با شرایط دیم در مناطق مدیترانه­ای سازگار است. از سوی دیگر، عملکرد به‌دلیل وراثت‌پذیری پایین به تنهایی شاخص مناسبی در جهت به‌نژادی و تحمل به خشکی نیست. بنابراین توجه به جنبه‌های دیگری از تحمل به خشکی نظیر خصوصیات فیزیولوژیکی به‌دلیل کم‌هزینه بودن و قابلیت آن‏ها در گزینش مواد ژنتیکی در مراحل اولیه رشد گیاه اهمیت دارد.
مواد و روش‌ها: در این مطالعه عملکرد و برخی صفات فیزیولوژیک در 154 رگه درون­زاد نوترکیب گندم دوروم حاصل از تلاقی بین رقم بومی زردک با منشاء کرمانشاه و رقم G1252 با منشاء ترکیه تحت شرایط دیم در قالب طرح آلفا لاتیس با دو تکرار در پنج بلوک ناقص به همراه والدین در سال زراعی 1398-99 ارزیابی شدند و پارامترهای ژنتیکی برای صفات مورد مطالعه برآورد گردید.
یافته‌ها: نتایج حاصل از این مطالعه نشان داد که تفاوت معنی­داری بین رگه­های درون­زاد نوترکیب گندم دوروم مورد ارزیابی از نظر همه صفات مورد مطالعه به‌غیر از کمبود آب اشباع در شرایط دیم وجود داشت. رگه­های ZG-110، ZG-090 و ZG-060 به­ترتیب بیشترین عرض برگ پرچم، طول برگ پرچم، سطح برگ پرچم را به خود اختصاص دادند. در مجموع، رگه­های ZG-150 و ZG-126 بر­ترین رگه­ها از نظر محتوای نسبی آب برگ، در میان دیگر رگه­های درون­زاد نوترکیب مورد مطالعه بودند. بالاترین میزان عملکرد دانه نیز در رگه­های ZG-118 و ZG-102 مشاهده شد. بیشترین مقادیر وراثت­پذیری عمومی به­ترتیب برای صفات عرض برگ پرچم و میزان نسبی آب از دست رفته (85 درصد)، عملکرد دانه (63 درصد) و آب حفظ شده در برگ­های بریده شده (41درصد) مشخص شد. عملکرد دانه با صفت آب حفظ شده در برگ­های بریده شده همبستگی مثبت و معنی­دار و با صفت میزان آب از دست رفته در برگ­های بریده شده همبستگی منفی و معنی­دار نشان داد. تجزیه خوشه­ای، رگه­های درون­زاد نوترکیب گندم دوروم را در سه گروه متفاوت قرار داد و گروه سوم شامل رگه­های دارای بالاترین میزان صفات مطلوب از نظر محتوای آب برگ بودند. نتایج حاصل از تجزیه به مؤلفه­های اصلی نشان داد که دو مؤلفه اول 96/59 درصد از واریانس کل را توجیه نمودند. همچنین، رگه­های دارای مؤلفه اول پایین و مؤلفه دوم بالا دارای قدرت حفظ و نگهداری آب بیشتری در برگ بودند.
نتیجه‌گیری: نتایج حاصل از این مطالعه برای صفات مربوط به برگ پرچم، صفات فیزیولوژیک مربوط به محتوای آب برگ و عملکرد دانه در بین رگه‌های درون­زاد نوترکیب گندم دوروم در شرایط دیم تفاوت‌ ژنتیکی نشان داد. تفاوت موجود بیانگر وجود تنوع ژنتیکی و همچنین امکـان انتخـاب رگه­های درون­زاد نوترکیب برتر را فراهم می­کند. از سوی دیگر، وراثت­پذیری و پیشرفت ژنتیکی بالا برای صفات عرض برگ پرچم، سطح برگ پرچم، میزان نسبی آب از دست رفته برگ و عملکرد دانه مشاهده شد که می‌تواند حاکی از عمل افزایشی ژن­ها باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Evaluation of the physiological characteristics of recombinant inbred lines of durum wheat under rainfed conditions

نویسندگان [English]

  • Roghayeh Naseri 1
  • کیانوش Cheghamirza 1 2
  • Reza Mohammadi 3
  • Leila Zarei 1 2
  • Ali BeheshtiAlagha 4
1 Department of Plant Production and Genetics, Campus of Agriculture and Natural Resources, Razi University, Kermanshah, Iran.
2 Department of Plant Production and Genetics, Campus of Agriculture and Natural Resources, Razi University, Kermanshah, Iran. |Cereal Research Center, Razi University, Kermanshah, Iran.
3 Dryland Agricultural Research Institute (DARI), Sararood Campus, AREEO, Kermanshah, Iran.
4 Department of Soil Science, Campus of Agriculture and Natural Resources, Razi University, Kermanshah, Iran.
چکیده [English]

Introduction: Durum wheat (Triticum turgidum L. var. durum) is the second most important species of wheat and the tenth most important agricultural crop in the world. Pasta made from this type of wheat is utilized as a staple food in many countries worldwide. Additionally, durum wheat is more compatible with dry conditions in Mediterranean regions than bread wheat. On the other hand, performance alone is not a suitable indicator for adaptability and drought tolerance due to its low heritability. Therefore, attention to other aspects of drought tolerance, such as physiological characteristics, is important due to their cost-effectiveness and ability to select genetic materials in the early stages of plant growth.
Materials and methods: In this study, the grain yield and some physiological traits in 154 recombinant inbred lines (RILs) obtained from the cross between the local cultivar of Zardak with Kermanshah origin and the G1252 variety with Turkish origin along with their parents were evaluated using alpha lattice design in two replications under rainfed conditions during 2020-2021. Also, Genetic parameters were calculated for the studied traits.
Results: The results of this study showed a significant difference among the RILs for all studied traits, except for water saturation deficit. Lines ZG-110, ZG-090 and ZG-060, exhibited the highest flag leaf width, flag leaf length and flag leaf area, respectively. Overall, ZG-150 and ZG-126 lines were the superior lines in terms of leaf relative water content among the studied RILs. The highest grain yield belonged to ZG-118 and ZG-102 lines. The highest broad-sense heritability values were observed for flag leaf width and relative water loss (85%), grain yield (63%) and excised leaf water retention (41%), respectively. The grain yield exhibited a positive and significant correlation with excised leaf water retention and a negative and significant correlation with excised leaf water loss. Cluster analysis grouped the RILs into three different groups, and the third group included the RILs with the highest desirable traits in terms of leaf water content. The analysis of the principal components showed that the first two components explained 59.96% of the total variance. Also, the RILs with low first component and high second component values had more water retention power in the leaf.
Conclusion: The results of this study demonstrated genetic differences among the RILs for traits related to flag leaf, physiological traits related to leaf water content and grain yield under rainfed conditions. The existing differences indicate the presence of genetic diversity and also provide the opportunity to select superior RILs. On the other hand, high heritability and genetic advance were observed for traits such as flag leaf width, flag leaf area, the percentage of lost water in the leaf and grain yield, indicating the potential impact of additive genes.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Drought stress
  • Flag leaf
  • Genetic parameters
  • Heritability
  • Triticum turgidum

مراجع

Ahmadizadeh, M., Valizadeh, M., Shahbazi, H., & Nori. A. 2014. Behavior of durum wheat genotypes under normal irrigation and drought stress conditions in the greenhouse. African Journal of Biotechnology, 11 (8), 1912-1923. https://doi.org/10.5897/AJB11.2370
 Arya, V.K., Singh, J., Kumar, L., Kumar, A., Kumar, A., Kumar, P., & Chand, P. 2019. Character association and path coefficient analysis in wheat (Triticum aestivum L.). Indian Journal of Agricultural Research, 51 (3), 245–251. https://doi.org/10.18805/ijare.v51i03.7913
Barrs, H.D. 1968. Determinations of water deficits in plant tissues. In Water Deficits and Plant Growth (ed. T.T. Kozlowski), Academic Press, New York, 1, 235–368. ID: 130000945
Basu, S., Ramegowda, V., Kumar, A., & Pereira, A. 2016. Plant adaptation to drought stress. F1000Research, 5, F1000 Faculty Rev–1554. https://doi.org/10.12688/f1000research.7678.1
Bijanzadeh, E., & Emam, Y. 2011. Evaluation of assimilate remobilization and yield of wheat cultivars under different irrigation regimes in an arid climate. Agronomy and Soil Science, 1243-1259. https://doi.org/10.1080/03650340.2011.584215
Blum, A. 2005. Drought resistance, water-use efficiency, and yield potential – are they compatible, dissonant, or mutually exclusive. Australian Journal Agriculture, 56, 1159–1168. https://doi.org/10.1071/AR05069
Burton, G.W., & DeVane, E.H. 1953. Estimating heritability in tall fescue (Festuca arundinacea L.) from replicated clonal material. Agronomy Journal, 45, 478–481. https://doi.org/10.2134/agronj1953.00021962004500100005x
Clarck, J.M., & Mac-Caig, T.N. 1982. Excised Leaf Water Relation Capability as an Indicator of Drought Resistance of Triticum Genotypes. Canadian Journal of Plant Science, 62, 571-576.
https://doi.org/10.4141/cjps82-086
Crossa, G., Campos, D., Maccaferri, M., Tuberosa, R., Burgueño, J., & P´erez-Rodr´ıguez, P. 2016. Extending the marker × environment interaction model for genomic-enabled prediction and genome-wide association analysis in durum wheat. Crop Science, 56 (5), 2193–2209. https://doi.org/10.2135/cropsci2015.04.0260
Desoky, E.M., El-Sarkassy, N.M., & Ibrahim, S.A. 2017. Integrated application of proline or potassium in alleviating the adverse effects of irrigation intervals on wheat plants. Journal of Plant Production Mansoura University, 8 (10), 1045 – 1055. https://doi.org/10.21608/jpp.2017.41089
Fan, X., Liu, X., Cui, F, Zhao, C.H., Zhao, C. Tong, Y., & Li, J. 2015. QTLs for fag leaf size and their infuence on yield-related traits in wheat (Triticum aestivum L.). Molecular Breeding, 35, 1-24. https://doi.org/10.1007/s11032-015-0205-9
Fellahi, Z., Hannachi, A. Bouzerzour, H., & Boutekrabt, A. 2013. Line × tester mating design analysis for grain yield and yield related traits in bread wheat (Triticum aestivum L.). International Journal of Agronomy, Article ID 2018519.
Gonzalez-Ribot, G., Opazo, M., Silva, P., & Acevedo, E. 2017. Traits explaining durum wheat (Triticum turgidum L. spp. Durum) yield in dry Chilean Mediterranean environments. Frontiers in Plant Science, 8, 1781- 1785. https://doi.org/10.3389/fpls.2017.01781
Graziani, M., Maccaferri, M., Royo, C., Salvatorelli, F., & Tuberosa, R. 2014. QTL dissection of yield components and morpho-physiological traits in a durum wheat elite population tested in contrasting thermo-pluviometric conditions. Crop and Pasture Science, 65 (1), 80–95. https://doi.org/10.1071/CP13349
Hasheminasab, H., Assad, M.T., Aliakbari, A., & Sahhafi, S.R. 2012. Evaluation of some physiological traits associated with improved drought tolerance in Iranian wheat. Annals of Biological Research, 3 (4), 1719-1725.
Huang, S., Sun, L., Hu, X., Wang, Y., Zhang, Y., Nevo, E., Peng, J., & Sen, D. 2018. Associations of canopy leaf traits with SNP markers in durum wheat (Triticum turgidum L. durum (Desf.)). PLoS ONE, 13 (10), 1- 14. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0206226
Inoue, T., Inanaga, S., Sugimoto, Y., An, P., & Eneji, A.E. 2014. Effect of drought on ear and flag leaf photosynthesis of two wheat cultivars differing in drought resistance. Photosynthetica, 42, 559–565. https://doi.org/10.1007/S11099-005-0013-2
International Grains Council (Igc). 2020. World Grain Statistics 2016 [Online]. Available: 1051 https://www.igc.int/en/subscriptions/subscription.aspx [Accessed 05/21/2020].
Johnson, H.W., Robinson, H.F., & Comstock, R.E. 1955. Estimates of genetic and environmental variability in soybean. Agronomy Journal, 47, 314–318. https://doi.org/10.2134/agronj1955.00021962004700070009x
Kandel, M., Bastola, A., Sapkota, P., Chaudhary, O., Dhakal, P., & Chalise, P. 2017. Association and path coefficient analysis of grain yield and its attributing traits in different genotypes of wheat (Triticum aestivum L.). International Journal of Applied Sciences and Biotechnology, 5 (4), 449–453. https://doi.org/10.3126/ijasbt.v5i4.18769
Khalili, M., & Naghavi, M.R., 2018. Evaluation of genetic diversity of spring wheat cultivars for physiological and agronomic traits under drought stress. Journal of Crop Breeding, 10 (25), 138- 151. https://doi.org/10.29252/jcb.10.25.138
Lonbani, M., & Arzani, A. 2011. Morpho-physiological traits associated with terminal drought stress tolerance in triticale and wheat. Agronomy Research, 9 (1–2), 315–329.
Mohammadi, R., Etminan, A., & Shoshtari, L. 2018. Agro-physiological characterization of durum wheat genotypes under drought conditions. Experimental Agriculture, 55(3), 484-499. https://doi.org/10.1017/S0014479718000133
Morovati, Z., Farshadsfar, E., & Romena, M.H. 2020. Genetic evaluation of physiological Traits related to drought tolerance in some bread wheat genotypes under rain-fed conditions. Journal of Agronomy and Plant Breeding, 15(2), 35-50. (In Persian)
Mwadzingeni, L., Shimelis, H., Tesfay, S., & Tsilo, T.J. 2016. Screening of bread wheat genotypes for drought tolerance using phenotypic and proline analyses. Frontiers in Plant Science, 7, 1276-1287. https:\\doi.org\10.3389\fpls.2016.01276
Naroui Rad, M.R., Abdul Kadir, M., Rafii, H.Z., Jaafa, E., & Danaee, M. 2013. Gene action for physiological parameters and use of relative water content (RWC) for selection of tolerant and high yield genotypes in F2 population of wheat. Australian Journal of Crop Science, 7 (3), 407-413. https://doi.org/10.4238/2012.November.12.5
Nigro, D., Fortunato, S., Giove, S.L., Mazzucotelli, E., & Gadaleta A. 2020. Functional validation of glutamine syntheses and glutamate synthase genes in durum wheat near isogenic lines with QTL for high GP. International Journal of Molecular Science, 21 (9253), 1-17. https://doi.org/10.3390/ijms21239253
Puangbut, D., Jogloy, S., & Vorasoot, N. 2017. Association of photosynthetic traits with water use efficiency and SPAD chlorophyll meter reading of Jerusalem artichoke under drought conditions. Agricultural Water Management, 188, 29-35.
Qaseem, M.F., Qureshi, R., Illyas, N., & Jalal-Ud-Din, S.G. 2017. Multivariate statistical analysis for yield and yield components in bread wheat planted under rainfed conditions. Pakistan Journal of Botany, 49(6), 2445-2450.
Ranieri, R. 2015. Geography of the durum wheat crop. Pastaria International, 6, 24– 36.
Salmi, M., Haddad, L., Oulmi, A., Benmahammed, A., & Benbelkacem, A. 2015. Variabilit´e ph´enotypique et s´election des caracteres agronomiques du ble dur (Triticum durum Desf.) sous conditions semi-arides. European Scientific Journal, 11 (2), 99–111. https://doi.org/ojs.pkp.sfu.ca:article/5986
Xing, P., Robertson, G.P., Guiver, M.D., Mikhailenko, S.D., Wang, K., & Kaliaguine, S. 2004. Synthesis and characterization of sulfonated poly (ether ether ketone) for proton exchange membranes. Journal of Membrane Science, 229, 95–106. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2003.09.019
Yaghotipoor, A., & Farshadsfar, E. 2018. Evaluation of genetic diversity of durum wheat (Triticum durum L.) genotypes based on physiological and biochemical traits in non-tension conditions. Crop Physiology Journal, 10(37), 35-48. (In Persian)
Zakizadeh, M., Esmaeilzadeh, M., & Kahrizi, D. 2010. Study on genetic variation and relationship between plant characteristics and yield in long spike bread wheat (Triticum aestivum L.) genotypes using multivariate analysis. Iranian Journal of Crop Sciences, 12 (2), 18 –30. (In Persian)

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار