شناسایی ژنوتیپ‌های گندم متحمل به تنش کمبود آب انتهای فصل با استفاده از شاخص های تحمل در مناطق سردسیر ایران

مقدمه و هدف: عملکرد در شرایط تنش هیچ‌گاه نتوانسته ملاک دقیقی جهت انتخاب ژنوتیپ‌های متحمل به خشکی باشد و همواره هدف از تهیه ارقام متحمل به خشکی، ایجاد ارقامی بوده که به‌طور نسبی در مقایسه با سایر ژنوتیپ‌ها تنش را بهتر تحمل کنند و در شرایط زراعی یکسان افت عملکرد کمتری را نشان دهند. در اغلب بررسی‌ها برای گزینش مزرعه‌ای گیاهان زراعی فقط عملکرد دانه مدنظر قرار می‌گیرد، درصورتی‌که برخی از پژوهشگران معتقد هستند برای بازدهی بیشتر در اصلاح ارقام سازگار و برتر در مناطق خشک و نیمه‌خشک باید شاخص‌هایی را که در شناسایی پایداری ارقام در شرایط تنش خشکی موثر هستند شناسایی کرده و آن‌ها را علاوه بر عملکرد دانه به‌عنوان معیارهای انتخاب مورد استفاده قرار داد، ازاین‌رو وضعیت عملکرد نسبی ژنوتیپ‌ها در شرایط تنش خشکی و شرایط آبی به‌عنوان یک نقطه شروع برای شناسایی و گزینش ژنوتیپ‌ها برای اصلاح در محیط‌های خشک است. در مناطق نیمه‌خشک که پراکنش بارندگی متناسب نیست، پتانسیل عملکرد در شرایط تنش بهترین معیار تحمل به خشکی محسوب نمی‌شود بلکه پایداری عملکرد، مقایسه میزان عملکرد در شرایط تنش و مطلوب معیار مناسب‌تری برای واکنش ژنوتیپ‌ها به تنش رطوبتی پذیرفته می‌شود. در مناطق نیمه‌خشک که پراکنش بارندگی متناسب نیست، پتانسیل عملکرد در شرایط تنش بهترین معیار تحمل به خشکی محسوب نمی‌شود بلکه علاوه بر پایداری عملکرد، مقایسه میزان عملکرد در شرایط تنش و مطلوب، معیار مناسب‌تری برای واکنش ژنوتیپ‌ها به تنش رطوبتی است. با توجه به این‎که اکثر مطالعات مربوط به شاخص‌ها در گونه‌های زراعی و بخصوص گندم تنها در یک مکان و یک سال و در نهایت در یک محیط خاص انجام می‌شود و نتایج حاصل به تمامی محیط‌ها تعمیم داده می‌شود و به هیچ‌ عنوان اثرات متغیر سال و مکان در محاسبه شاخص‎ها مورد توجه قرار نمی‌گیرد؛ بنابراین انتخاب شاخص‌ها و ژنوتیپ‌های متحمل به‎نظر صحیح نمی‌باشد. در همین راستا، این تحقیق جهت ارزیابی ژنوتیپ‌های گندم پاییزه ازنظر تحمل خشکی، انتخاب بهترین شاخص‌های تحمل به خشکی و شناسایی ارقام متحمل به تنش خشکی در مناطق مختلف اقلیم سرد کشور انجام شد.مواد و روش‌ها: در این پروژه تحقیقاتی 20 ژنوتیپ در شرایط آبیاری نرمال و تنش کمبود آب انتهای فصل در قالب طرح بلوک‌های کامل تصادفی با سه تکرار در ایستگاه‌های تحقیقاتی کرج، مشهد، میاندوآب و اراک، در سال‌های زراعی 1398-1397 و 1399-1398 مورد بررسی قرار گرفتند. به‌منظور بررسی تحمل خشکی ژنوتیپ‌ها، شاخص های مختلف تحمل و حساسیت به تنش برای ژنوتیپ‌های تحت بررسی تعیین و ژنوتیپ‌ها براساس حساسیت و تحمل به خشکی توسط هر یک از این شاخص‌ها گروه بندی شدند. برای تعیین معیارهایی که همبستگی بالایی باهم دارند، همبستگی بین شاخص‌ها محاسبه گردید. از تجزیه به مولفه های اصلی نیز به‌منظور خلاصه نمودن داده ها و ترسیم نمودار براساس دو مولفه اول و شناخت شاخص های مطلوب استفاده شد. در نهایت از تجزیه بای‌پلات نیز جهت گروه بندی ژنوتیپ‌ها و شاخص‌های مورد استفاده براساس معیارهای تحمل به خشکی استفاده شد.یافته‌ها: تنش خشکی باعث کاهش عملکرد ژنوتیپ‌ها گردید ولی، مقادیر کاهش در ژنوتیپ‌های مختلف متفاوت بود. میانگین عملکرد دانه در واحد هکتار برای تمامی ژنوتیپ‌ها در شرایط آبیاری نرمال و تنش خشکی انتهای فصل به‎ترتیب 7.002 و 5.215 تن در هکتار بود که نشان داد شرایط تنش باعث کاهش حدود 25 درصدی عملکرد دانه در مقایسه با شرایط آبیاری نرمال گردید. شرایط محیطی و زراعی مناطق مختلف و سال‌های مورد بررسی باعث تفاوت در شاخص‌های برآورد شده گردید به‌طوری‌که رتبه‌بندی ژنوتیپ‌ها براساس شاخص‌های مختلف در سال‌ها و مناطق مختلف تغییر کرد. بنابر‌این بهتر است در مطالعات شاخص‌های تحمل تنش‌ها، بررسی‌ها در چند مکان و چند سال انجام شود تا روند تغییرات عملکردی ارقام و ژنوتیپ‌های مختلف به‌درستی مشخص شده و درنتیجه اطمینان بیشتری نسبت به شاخص‌های تحمل و حساسیت محاسبه‌شده وجود داشته باشد. ژنوتیپ‌های g4، g2، g16 و g5 در هر دو شرایط، عملکرد بالاتری نشان دادند. شاخص‌های sti، mp، gmp، msti1، msti2، yi، hm و rr همبستگی مثبت و معنی‌داری با عملکرد دانه در شرایط نرمال و تنش داشتند و لذا، برای گزینش مطلوب‌تر ژنوتیپ‌های متحمل به خشکی، می‌توان از آن‌ها استفاده کرد. تجزیه مولفه اصلی نشان داد که می‌توان با استفاده از دو مولفه اول به گروه‌بندی شاخص‌ها پرداخت. اولین مولفه اصلی 53.16 درصد از تغییرات کل داده‌ها را توجیه نمود و همبستگی مثبت و معنی‌داری را با عملکرد در شرایط نرمال و تنش و نیز شاخص‌های mp، sti، gmp، yi، msti1، msti2، hm وrdy  داشت. به‎دلیل همبستگی بالای این مولفه با عملکرد در شرایط نرمال و تنش این مولفه به ‌نام مولفه پتانسیل عملکرد در شرایط نرمال و تنش نام‌گذاری شد. دومین مولفه برآورد شده 42.33 درصد از تغییرات کل داده‌ها را توجیه نمود و همبستگی مثبت و معنی‌داری را با عملکرد در شرایط نرمال  و شاخص‌های ssi، tol، ati، sspi وrr  نشان داد. به‎نظر می‌رسد این مولفه قادر است ژنوتیپ‌هایی را که دارای عملکرد بالایی در شرایط تنش هستند را شناسایی کند. تجزیه بای‎پلات نشان داد که شاخص‌های hm، mp، sti، msti1، msti2، gmp، rdy، yi و snpi همبستگی مثبت و بالایی با عملکرد در شرایط تنش و نرمال داشتند به‌طوری‌که زوایای تند بین این شاخص‌ها نسبت به هم، نشان از همبستگی مثبت و بسیار بالای آن‌ها باهم داشت. شاخص‌های rdi و ysi با عملکرد در شرایط نرمال همبستگی منفی و شاخص‌های rr، ssi، tol و  sspiهمبستگی منفی با عملکرد در شرایط تنش داشتند.نتیجه‌گیری: جهت دست‌یابی به ارقام متحمل به تنش خشکی با استفاده از شاخص‌های تحمل و جهت جلوگیری از اثرات متقابل محیط در ژنوتیپ، آزمایشات باید در سال‌ها و مکان‌های متعدد انجام گیرد تا بتوان اثرات محیط در شاخص‌های محاسبه شده را کاهش داد و نتایج منطقی‌تری را به‌دست آورد. در نهایت می‎توان ژنوتیپ‌های g4، g2، g16، g5 و g17، را به‎عنوان ژنوتیپ‌های با عملکرد بالا در شرایط نرمال و تنش انتخاب کرد.

identification of genotypes tolerant to drought stress in wheat using quantitative indices in different regions of iran's cold climate

extended abstractintroduction and objective: yield under stress conditions has never been an accurate criterion for selecting drought-tolerant genotypes, and the goal of preparing drought-tolerant cultivars has always been to create cultivars that relatively tolerate stress better compared to other genotypes and in the same agricultural conditions, they show less yield loss. in most studies, only the seed yield is considered for the field selection of crops, while some researchers believe that in order to be more efficient in breeding compatible and superior cultivars in arid and semi-arid regions, the indicators that are effective in identifying the stability of cultivars under drought stress conditions should be identified and used them as selection index in addition to seed yield, therefore, the relative uield status of genotypes in drought stress conditions and water conditions is a starting point for identifying and selecting genotypes for improvement in dry environments. in semi-arid regions where the distribution of rainfall is not proportional, the yield potential in stress conditions is not considered the best criterion for drought tolerance, but in addition to yield stability, the comparison of yield in stress and optimal conditions is a more suitable criterion for the reaction of genotypes to moisture stress. due to the fact that most of the studies related to indicators in crop species and especially wheat are done only in one place and one year and finally in a specific environment and the results are generalized to all environments and the variable effects of year and place are not taken into account in the calculation of indicators. in this regard, this research was carried out to evaluate the genotypes of autumn wheat in terms of drought tolerance, to select the best drought tolerance indices and to identify drought stress tolerant cultivars in different regions of the country’s cold climate.material and methods: in this research project, 20 genotypes under normal irrigation and water deficit conditions in the form of randomized complete block design (rcbd) with three replications in the research stations of karaj, mashhad, miandoab and arak, in the crop years of 2017-2018 and 2018-2019 were investigated. in order to investigate the drought tolerance of the genotypes, different tolerance and stress sensitivity indices were determined for the genotypes under investigation and the genotypes were grouped based on the sensitivity and tolerance to drought by each of these indices. principal component analyzing was also used in order to summarize the data and draw a diagram based on the first two components and identify the desired indicators. finally, biplot analysis was used to group genotypes and indices based on drought tolerance criteria.results: stress decreased the yield of genotypes, but the amount of reduction was different in different genotypes. the average grain yield for all genotypes under normal irrigation conditions and drought stress at the end of the season was 7.002 and 5.215 tons per hectare, respectively, which showed that the stress conditions caused a decrease of about 25% in grain yield compared to normal irrigation conditions. the