چکيده

به منظور تعيين مناسبترين شاخص هاي تحمل به تنش خشکي و شناسائي ژنوتيپ هاي مقاوم، تعداد ده رقم گلرنگ بهاره در دو محيط تنش و بدون تنش خشکي و در قالب طرح بلوک هاي کامل تصادفي با سه تکرار در مزرعه پژوهشي دانشگاه آزاد اسلامي واحد خوراسگان واقع در منطقه خاتون آباد کشت شدند. تجزيه واريانس شاخص هاي تحمل بيانگر وجود تفاوت معني دار و تنوع ژنتيکي بين ارقام از نظر اين شاخص هابود. بررسي همبستگي ساده بين شاخص هاي تحمل به خشکي و عملکرد ارقام در دو محيط تنش و بدون تنش خشکي نشان دهنده اين بود که شاخص هاي ميانگين هندسي بهره وري (GMP) و تحمل به تنش (STI) قادر به شناسائي ارقام داراي پتانسيل عملکرد بالا و متحمل به تنش خشکي بوده و لذا به عنوان بهترين شاخص هاي تحمل شناخته شدند. مقايسه ميانگين ارقام مختلف از نظر بهترين شاخص هاي تحمل به تنش خشکي و همچنين نمايش گرافيکي باي پلات مبين اين مطلب بود که ارقام استرلينگ، نبراسکا 10، محلي کوسه و Gila متحمل ترين و رقم U.S.10 حساس ترين رقم نسبت به تنش خشکي مي باشند. نتايج حاصل از دسته بندي ارقام با استفاده ازتجزيه خوشه اي نشان داد که تلاقي بين رقم U.S.10 با ارقام اصفهان 28، اراک 2811 و C111 که داراي بيشترين فاصله ژنتيکي مي باشند به عنوان والدين بهترين تلاقي ها در جهت بهبود ژنتيکي تحمل به تنش خشکي در ارقام گلرنگ بهاره قابل توصيه مي باشد.
کلمات کليدي: گلرنگ، تنش خشکي، شاخص هاي تحمل، باي پلات، تجزيه خوشه اي

مقدمه

خشکي معمولاً به عنوان شايع ترين تنش غير زنده که گياهان زراعي آنرا تجزيه مي کنند شناخته مي شود. درمناطقي که ميزان بارندگي سالانه کاهش يافته و پراکنش آن الگوي مشخصي ندارد، خشکي مهم ترين تنش محيطي است که توليد گياهان زراعي را شديداً کاهش ميدهد. در اين مناطق منابع آب غير کافي، دماهاي بالاي هوا و بادهاي گرم عواملي هستند که در مجموع باعث کاهش شديد عملکرد گياهان زراعي مي شوند. با توجه به کاهش بارندگي هاي سالانه و افزايش خشکي و دماي هوا، ايجاد ارقام متحمل و داراي پتانسيل عملکرد بالا براي اصلاحگران اهميت بسياري دارد (19).
گلرنگ گياهي از خانواده آستراسه مي باشد که خصوصيات مطلوب و خاص اين گياه نظير استفاده هاي طبي، صنعتي و غذايي از گلبرگ هاي آن، وجود کنجاله به عنوان غذايي مناسب براي دام هاي نشخوار کننده، کيفيت بالاي روغن دانه به جهت وجود بيش از90 درصد اسيدهاي چرب غيراشباع، مقاومت نسبتاً بالا به شوري و خشکي، سازگاري وسيع به درجه حرارت پائين زمستان و بالاي تابستان و فصل رشد کوتاه در کشت تابستانه همواره از جمله مواردي است که آن را به عنوان گياه روغني با ارزشي مطرح ساخته است (2، 6، 17).
گلرنگ در ايران تا کنون در مساحت هاي محدود و مزارع پراکنده دراستانهاي خراسان، کرمان و فارس کشت مي شده است. ولي اخيراً کشت اين گياه در استان اصفهان که داراي اقليم خشک بسيار گرم مي باشد رونق زيادي يافته و کشت تابستانه آن در مرکز تحقيقات کشاورزي استان در حال بررسي مي باشد. همچنين، گلرنگ به واسطه مقاومت به خشکي امروزه به عنوان يک گياه زراعي در تناوب ديم زارهاي مناطق کوهستاني کشور مطرح مي باشد (9).
نتايج مطالعات محققين (18، 19) نشان مي دهد که در مناطق داراي تنش خشکي، مطمئن ترين راه براي بهبود تحمل به خشکي در غلات دانه ريز، ادامه اصلاح براي افزايش پتانسيل عملکرد است. از اين طريق، عملکرد حتي در محيط هايي که تنش بسيار شديد است افزايش نشان داده است.
ريچارد (19) بيان کرد که انتخاب بر اساس عمکرد ژنوتيپ هاي گندم نان در هر دو محيط تنش و بدون تنش، باعث انتخاب ژنوتيپ هائي با عملکرد بالا در شرايط تنش مي شود، چرا که آلل هاي مطلوب تحت شرايط تنش خشکي انتخاب شده و در همين زمان پاسخ به انتخاب در شرايط بدون تنش به دليل وراثت پذيري بالاتر عملکرد حداکثر است. بر اين ا ساس شاخص هاي متفاوتي ارائه شده که مي توان از آنها در تعيين ژنوتيپ هاي داراي پتانسيل عملکرد بالا و متحمل به تنش خشکي استفاده نمود.
فيشر و مورر (13) شاخص حساسيت به تنش، روزيل و هامبلين (20) شاخص هاي تحمل و ميانگين حسابي بهره وري و فرناندز (12) شاخص هاي تحمل به تنش و ميانگين هندسي بهره وري را به عنوان بهترين شاخص هاي تحمل به خشکي ارائه نمودند. ابوالحسني و سعيدي (8) با انجام تحقيقي بر روي لاين هاي گلرنگ در دو محيط تنش و بدون تنش خشکي در منطقه اصفهان به اثر متقابل معني داري بين ژنوتيپ ورژيم هاي رطوبتي دست يافتند. در اين ميان ارقام E2428 و Ac-Sunset به ترتيب داراي بيشترين و کمترين تحمل نسبت به تنش خشکي بودند. در اين مطالعه شاخص تحمل به تنش به عنوان بهترين شاخص تحمل به خشکي در جهت تنشخيص ژنوتيپ هاي متحمل و حساس شناخته شد.
همچنين استفاده از ترسيم باي پلات به همراه شاخص هاي تحمل به خشکي به عنوان روشي موثر در جداسازي ژنوتيپ هاي متحمل معرفي شده است. نتايج اکثر مطالعات کارآئي شاخص هاي تحمل تنش و ميانگين هندسي بهره وري را به اثبات رسانده اند (8، 11).
پورداد (1) با انجام تحقيقي بر روي ارقام گلرنگ بهاره به اين نتيجه رسيد که شاخص هاي ميانگين هندسي بهره وري و تحمل تنش شاخص هاي مناسبي در رابطه با شناسائي و گزينش ژنوتيپ هاي متحمل درگلرنگ مي باشند.
اشکاني و همکاران (11) و ارسلان (10) در مطالعه بر روي تحمل به تنش خشکي ژنوتيپ هاي گلرنگ بهاره، شاخص هاي تحمل به تنش و ميانگين هندسي بهره وري را به عنوان بهترين شاخص هاي تحمل به تنش خشکي معرفي نموده و بر لزوم استفاده از اين شاخص ها در نسل هاي پيشرفته اصلاحي به منظور گزينش ژنوتيپ هاي متحمل تاکيد نمودند.
کريستين و همکاران (14) در ارقام لوبيا، فرشادفر و همکاران (4) در ارقام نخود و همچنين نورمند مويد و همکاران (7) درارقام گندم نان، نتيجه گرفتند که شاخص هاي تحمل تنش، ميانگين هندسي بهره وري و ميانگين حسابي بهره وري همبستگي مثبت و بسيار معني داري با عملکرد ارقام در شرايط تنش و بدون تنش خشکي داشته و به همين دليل مناسبترين شاخص ها براي غربال کردن ارقام داراي پتانسيل عملکرد بالا و متحمل به تنش خشکي مي باشند.
دانشمند و همکاران (3) در مطالعه اي بر روي ارقام کلزا شاخص هاي تحمل تنش و ميانگين هندسي بهره وري را به عنوان بهترين شاخص ها در زمينه بررسي تحمل به تنش خشکي در ارقام کلزا معرفي نمودند.
مريل و همکاران (16) در مطالعات خود دريافتند که گلرنگ به واسطه سيستم ريشه اي عميق بعد از آفتابگردان، کلزا، کرامپ و گندم بهاره قرار دارد. همچنين گزارش نمودند که مقاومت به خشکي گلرنگ کمي از جو کمتر بوده و کشت ديم گلرنگ در مناطق با بارش 300 ميليمتر در طي فصل رشد امکان پذير مي باشد.
هدف از اين مطالعه تعيين بهترين شاخص هاي تحمل به تنش خشکي در ارقام گلرنگ بهاره در منطقه اصفهان، شناسائي ارقام متحمل و نهايتاً دسته بندي ارقام به منظور تشخيص والدين بهترين تلاقي ها در جهت بهبود ژنتيکي تحمل به تنش خشکي مي باشد.

مواد و روش ها

به منظور انجام اين طرح تحقيقاتي، تعداد 10 رقم گلرنگ بهاره (اصفهان 28، محلي کوسه، استرلينگ، اراک 2811، نبراسکا 10، U.S.10، S149، C111، S3110 و Gila) در تاريخ 15 اسفند 1384 به عنوان تيمارهاي مورد بررسي در قالب طرح پايه بلوک هاي کامل تصادفي با سه تکرار و در دو محيط تنش و بدون تنش خشکي در مزرعه آموزشي – تحقيقاتي دانشگاه آزاد اسلامي واحد خوراسگان به صورت کاملاً مجزا کشت گرديدند. دليل انتخاب 10 رقم اهميت ارقام مورد نظر بوده و از طرفي به دليل باي پلات2امکان بررسي تعداد زياد رقم از نظرتحمل به تنش خشکي وجود ندارد.
کشت به صورت سه رديفه بوده و فاصله بين رديف ها و بوته هاروي رديف به ترتيب 50 و 5سانتي متر انتخاب گرديد تا به اين ترتيب تراکم 400 هزار بوته در هکتار حاصل شود. اقليم منطقه بر اساس تقسيم بندي کوپن خشک بسيار گرم با تابستانهاي خشک بوده، ميانگين درزا مدت بارندگي و درجه حرارت سالانه به ترتيب 120 ميلي متر و 16 درجه سانتي گراد و منطقه در فاصله زماني تيرماه تا اواسط مهر فاقد بارندگي بود. بافت خاک سيلتي – لومي با 1 درصد کربن آلي و اسيديته 8/7 و هدايت الکتريکي 5/3 ميلي موس بر سانتي متر در عمق صفر تا 40 سانتي متر مي باشد.
در محيط بدون تنش و تنش خشکي آبياري به ترتيب بر اساس 75 و 150 ميلي متر تبخير از تشتک کلاس A صورت گرفت. بارندگي بهاره دراين منطقه تا پايان فروردين ماه ادامه داشت. در مجموع تا پايان دوره رشد گياهان، در محيط بدون تنش 10 نوبت و در محيط تنش 6 نوبت آبياري مزرعه انجام شد. پس از رشد گياهان و در زمان رسيدگي فيزيولوژيک بوته ها، اندازه گيري عملکرد بوته بر روي 10 بوته که از هر کرت به صورت تصادفي انتخاب شده بودند صورت گرفته و سپس با ميانگين گيري عملکرد تک بوته به دست آمد.
در اين تحقيق از شاخص هاي ارائه شده توسط فيشر و مورر (13) تحت عنوان شاخص حساسيت به تنش3 (SSI)، روزيل و هامبلين (20) با اسامي شاخص تحمل4 (TOL) و شاخص ميانگين حسابي بهره وري5 (MP) و فرناندز (12) تحت عناوين شاخص ميانگين هندسي بهره وري6 (GMP) و شاخص تحمل به تنش7(STI)که بر اساس عملکرد ژنوتيپ ها در دو محيط تنش (ys) و بدون تنش (yp) تنظيم شده اند به منظور تعيين ژنوتيپ هاي متحمل استفاده گرديد (روابط 1 تا 5).
رابطه (1)
رابطه (2)
رابطه (3)
رابطه (4)
رابطه (5)
در اين روابط A و B به ترتيب ميانگين عملکرد ژنوتيپ ها در شرايط تنش و بدون تنش بوده و نيز مجذور B مي باشد. به اين منظور همبستگي ساده بين شاخص هاي تحمل و عمکرد ژنوتيپ ها در دو محيط تنش و بدون تنش خشکي نيز محاسبه و معني داري آنها بررسي گرديد.
پس از محاسبه شاخص هاي تحمل، مقايسه ميانگين ارقام از نظر اين شاخص ها به کمک آزمون دانکن و در سطح احتمال 5 درصد انجام شده تا بدينوسيله ارقام متحمل و حساس نسبت به تنش خشکي بر اساس بهترين شاخص هاي تحمل شناسائي گردند. نتيجه حاصل از اين قسمت به کمک نمايش گرافيکي باي پلات که بر اساس تحليل چند متغيره تجزيه به مولفه هاي اصلي8 استوار است نيز مورد بررسي بيشتر و دقيقتر قرار گرفت (12).
در نهايت تجزيه خوشه اي ارقام مورد بررسي از نظر شاخص هاي تحمل با روش UPGMA به منظور دسته بندي آنها و تشخيص بهترين تلاقي ها در جهت بهبود ژنتيکي تحمل به تنش خشکي در ژنوتيپ هاي گلرنگ بهاره انجام شد.

نتايج و بحث

بررسي ضرايب همبستگي ساده بين شاخص هاي تحمل به تنش خشکي و عملکرد ژنوتيپ ها در هر دو محيط تنش و بدون تنش خشکي (جدول1) بيانگر اين مطلب بود که تنها شاخص هاي تحمل به تنش (STI) و ميانگين هندسي بهره وري (GMP)داراي همبستگي معني دار با عملکرد ژنوتيپ ها در هر دو محيط بوده و لذا قادر به شناسائي ژنوتيپ هاي داراي پتانسيل عملکرد بالا و متحمل به تنش خشکي مي باشد (12). به همين دليل اين دو شاخص به عنوان بهترين شاخص هاي تحمل به تنش خشکي در ژنوتيپ هاي گلرنگ بهاره قابل معرفي و توصيه مي باشند. نتايج اکثر مطالعات در مورد انواع گياهان زراعي نيز اين نتيجه را تاييد مي نمايد (10، 11، 12، 14).
مقايسه ميانگين ارقام مورد بررسي از نظر شاخص هاي تحمل و به کمک آزمون دانکن در سطح احتمال 5 درصد (جدول 2) نشان دهنده وجودتفاوت هاي معني دار بين ارقام از نظر تمامي شاخص ها به جز شاخص حساسيت به تنش (SSI) بود. بر اساس مقايسه ميانگين ارقام از نظر بهترين شاخص هاي تحمل (STI,GMP) رقم U.S.10 به عنوان حساس ترين و ارقام استرليگ، نبراسکا10، محلي کوسه و Gila به عنوان متحمل ترين ارقام شناخته شدند.
بررسي دقيق تر تحمل به خشکي ارقام از طريق نمايش گرافيکي باي پلات و بر اساس تجزيه به مولفه هاي اصلي نشان داد که 98 درصد از تغيرات کل داده ها مربوط به دو مولفه اول مي باشد (جدول 3). بنابراين باي پلات مربوطه بر اساس اين دو مولفه ترسيم گرديد (شکل 1). در فضاي باي پلات ژنوتيپ ها در گروه هاي مشخصي قرار گرفتند که مرتبط با پتانسيل عملکرد و تحمل آنها نسبت به تنش خشکي مي باشد (12). جدول 4 نشان مي دهد که 5/65 درصد از تغييرات کل داده ها مربوط به اولين مولفه بوده که داراي همبستگي مثبت با عملکرد ژنوتيپ ها در هردو محيط تنش و بدون تنش و همچنين بهترين شاخص هاي تحمل (STI, GMP) مي باشد با توجه به اينکه بالا بودن اين شاخص ها ومقادير بالاي عملکرد در هر دو محيط تنش و بدون تنش خشکي باعث انتخاب ژنوتيپ هاي داراي پتانسيل عملکرد بالا و متحمل به تنش خشکي مي گردد، لذا بر مبناي مقادير بيشتر مولفه اول ژنوتيپ هائي انتخاب مي گردند که داراي هر دو خصوصيت مورد نظر مي باشند. به عبارت ديگر اين مولفه قادر به جداسازي ارقام پر محصول از ارقام کم محصول مي باشد. بنابراين، مولفه اول به عنوان مولفه پتانسيل عملکرد و تحمل به تنش خشکي نامگذاري شد.
دومين مولفه، 8/32 درصد از تغييرات کل داده ها را توجيه نمود. همانطور که در جدول 4 ديده مي شود اين مولفه با عملکرد در شرايط تنش وهمچنين بهترين شاخص هاي تحمل داراي همبستگي منفي و با شاخص حساسيت به تنش داراي همبستگي مثبت مي باشد. با توجه به اينکه مقادير بيشتر عملکرد و شاخص هايSTI و GMP و مقادير کمتر شاخصSSI مورد نظر مي باشد، لذا بر مبناي مقادير کمتر مولفه دوم مي توان ژنوتيپ هائي را انتخاب نمود که از حساسيت کمتري نسبت به تنش خشکي برخوردار مي باشند. بنابراين مي توان مولفه دوم را به عنوان مولفه حساسيت به تنش خشکي نامگذاري نمود. نتيجه مشابهي توسط فرشادفر و همکاران (4) در مورد ارقام نخود گزارش شده است.
نمودار باي پلات (شکل 1) نشان داد که ارقام استرلينگ، نبراسکا10، محلي کوسه و Gila در مجاورت بردارهاي مربوط به بهترين شاخص هاي تحمل و در قسمت پايين سمت راست قرار گرفته اند که همان ناحيه مربوط به ژنوتيپ هاي داراي پتانسيل عملکرد بالا (مقادير بيشتر مولفه اول) و حساسيت کمتر نسبت به تنش خشکي (مقادير کمتر مولفه دوم) مي باشد. بنابراين، نتيجه انتخاب ارقام متحمل توسط بهترين شاخص هاي تحمل به وسيله نمايش گرافيکي باي پلات نيز تاييد مي شود.
رقم U.S.10 که توسط شاخص هاي تحمل به عنوان رقم حساس شناخته شده بود در قسمت پايين سمت چپ قرار داشته که ناحيه داراي پنانسيل عملکرد پايين ولي حساسيت کم در برابر تنش خشکي است. اين رقم داراي سازگاري به محيط هاي واحد تنش مي باشد. البته مي توان انتظار داشت که با بهبود ژنتيکي پتانسيل عملکرد، اين رقم نيزجزء ارقام متحمل قرار گيرد.
ارقام اصفهان 28، اراک 2811، C111 ، S3110 در ناحيه داراي پتانسيل عملکرد بالا ولي حساسيت بيشتر نسبت به تنش خشکي قرار گرفته اند که به معني بالا بودن عملکرد آنها در شرايط آبي است. اين ارقام داراي سازگاري خصوصي به محيط هاي آبي هستند.
رقم S149 در قسمت بالا سمت چپ قرار گرفته که ناحيه داراي پتانسيل عملکرد پايين و حساسيت زياد نسبت به تنش خشکي مي باشد که نشان دهنده عملکرد دانه پايين اين رقم در هر دو محيط بوده و بنابراين جهت کشت قابل توصيه نمي باشد. بطور کلي مي توان اين نحوه توزيع ارقام در فضاي باي پلات را حاکي از وجود تنوع ژنتيکي از نظر تحمل نسبت به تنش خشکي در ژنوتيپهاي مورد بررسي دانست (10، 12). نمودار باي پلات همچنين زاويه بين بهترين شاخص هاي تحمل وعملکرد ارقام در شرايط تنش و بدون تنش خشکي را حاده نشان مي دهد که دلالت بر وجود همبستگي بالا بين اين شاخص ها دارد (4، 12). استفاده از تجزيه به مولفه هاي اصلي و نمودار باي پلات براي انتخاب ارقام متحمل به تنش خشکي در گلرنگ بهاره (8، 10، 11)، در نخود (4)، در گندم (5، 7) و در لوبيا (14) مورد توجه و استفاده قرار گرفته است.
گروه بندي ارقام با استفاده ازتجزيه خوشه اي و روش UPGMA و بر مبناي شاخصهاي تحمل به خشکي در شکل 2 آورده شده است. همانطور که ديده مي شود ارقام اصفهان 28، اراک 2811 و C111 در گروه اول قرار دارند که گروه ارقام داراي سازگاري خصوصي به محيط هاي آبي (داراي پتانسيل عملکرد بالا و حساسيت زياد در برابر تنش خشکي) را تشکيل مي دهد. ارقام S149، S3110 در گروه دوم جاي گرفته که البته اين دو رقم در نمودار باي پلات در دو ناحيه مختلف و در عين حال نزديک يکديگر قرار داشته و ميتوان اين گروه را به عنوان گروه ارقام داراي عملکرد پايين در هر دو محيط (داراي پتانسيل عملکرد پايين و حساسيت بالا در برابر تنش خشکي) معرفي نمود. ارقام استرلينگ، نبراسکا10، محلي کوسه و Gila گروه سوم را شکيل داده که همان گروه ارقام متحمل به خشکي (داراي پتانسيل عملکرد بالا و حساسيت کم در برابر تنش خشکي) است. در نهايت رقم U.S.10 به تنهائي در گروه چهارم قرار گرفته که همان گروه ارقام داراي سازگاري به محيط هاي واجد تنش (داراي پتانسيل عملکرد پايين و حساسيت کم در برابر تنش خشکي) مي باشد. از نتايج تجزيه خوشه اي (شکل 2) اينگونه استنباط مي شودکه حداکثر فاصله ژنتيکي بين ارقام اصفهان 28، اراک 2811 و C111 (گروه اول) با رقم U.S.10 (گروه چهارم) وجود دارد. بنابراين، تلاقي بين ارقام گروه اول با تنها رقم متعلق به گروه چهارم به عنوان بهترين تلاقي ها در جهت بهبود ژنتيکي تحمل به تنش خشکي قابل توصيه و بررسي بيشتر با استفاده از روش هاي ژنتيک بيومتريک از جمله روش تجزيه و تحليل ميانگين نسل ها مي باشد (10، 15، 19).

منابع :

1. پورداد س.س. 1383. ارزيابي مقاومت به خشکي در ارقام ولاين هاي گلرنگ در کشت بهاره. خلاصه مقالات هشتمين کنگره علوم زراعت و اصلاح نباتات ايران، صفحه 240.
2. خواجه پور م.ر. 1370. توليد نباتات صنعتي. انتشارات جهاد دانشگاهي صنعتي اصفهان، 251 صفحه.
3. دانشمند ع.ر.، 1.ح. شيراني راد، ف. درويش و م .ر. اردکاني. 1383. بررسي اثر تنش خشکي بر عملکرد و برخي صفات زراعي و فيزيولوژيک ارقام کلزا. خلاصه مقالات هشتمين کنگره علوم زراعت و اصلاح نباتات ايران، صفحه 235 .
4. فرشادفر ع.، م.ر. زماني، م. مطلبي و ع. امام جمعه. 1380. انتخاب براي مقاومت به خشکي در لاين هاي نخود. مجله علوم کشاورزي ايران، 77-65: 32 .
5. گل پرور ا.ر. 1382. تجزيه ژنتيکي مقاومت به خشکي در ارقام گندم نان، رساله دکتري اصلاح نباتات، دانشگاه آزاد اسلامي واحد علوم و تحقيقات تهران، 286 صفحه.
6. نادري درباغشاهي م.ر.، ق. نور محمدي، ا. مجيدي هروان، ف. درويش و ا.ح. شيراني راد. 1383. ارزيابي عکس العمل سه لاين گلرنگ به شدتهاي مختلف تنش خشکي. مجله علوم کشاورزي، 15-3: (4)10 .
7. نورمند مويد ف.، م. رستمي و م. ر. قنادها. 1377. تعيين بهترين شاخص مقاومت به خشکي در گندم نان. چکيده مقالات پنجمين کنگره زراعت و اصلاح نباتات ايران، صفحه 243 .

پي نوشت :

1-Asteraceae
2-Biplot
3-Stress susceptibility index
4-Tolerance
5-mean of productivity
6-Geometric mean of productivity
7-Stress tolerance index
8-Principal component analysis
*استاديار گروه زراعت و اصلاح نبابات دانشگاه آزاد اسلامي واحد خوراسگان
**استاديار دانشکده کشاورزي دانشگاه آزاد اسلامي واحد شهرکرد

منبع: نشريه پژوهش در علوم کشاورزي جلد 4 شماره1
/س