توسعه شاخص گزینش برای بهبود عملکرد دانه در ذرت تحت شرایط نرمال و تنش کمبود فسفر

مقدمه و هدف: ذرت (zea mays l.) سومین غله مهم بعد از گندم و برنج است که 26 درصد از کل سطح زیر کشت و 37 درصد از تولید غلات را به خود اختصاص داده است. ذرت یک ماده خام با ارزش برای استخراج روغن، نشاسته، الکل، گلوکز، پلاستیک، اسید لاکتیک، اسید استیک، استون و رنگ بوده، همچنین کاغذ، مقوا و نیتروسلولز را می توان از ساقه های آن تهیه کرد. فسفر به عنوان ماده مغذی مهم در انتقال انرژی، واکنش‌های اکسیداسیون-احیا فتوسنتزی و همچنین در ترکیبات بیوشیمیایی از جمله اسیدهای نوکلئیک، پروتئین های ساختاری، آنزیم ها و انتقال سیگنال نقش دارد. به دلیل غالب بودن خاک های آهکی با ph بالا در اقلیم کشاورزی خشک و نیمه خشک، میزان فسفر قابل دسترس محدود است. به منظور افزایش فسفر در دسترس برای گیاهان، مقادیر زیادی کود شیمیایی فسفره به طور منظم مورد نیاز است. با این حال، مقدار زیادی از فسفر کودها ممکن است بلافاصله پس از استفاده در اثر واکنش با کلسیم در خاک، به فسفات نامحلول تبدیل شود. این در حالیست که استفاده بی رویه از کودهای شیمیایی فسفره منجر به مشکلات زیست محیطی متعدد از جمله رواناب سطحی فسفر، اتروفیکیشن اکوسیستم های آبی، کاهش تنوع زیستی و تغییرات غیرعادی در غلظت نمک و ph خاک می شود. یکی از راهکارهای مقابله با تنش کمبود فسفر به عنوان صفتی با وراثت کمّی، افزایش کارایی جذب فسفر یا فسفات در ارقام زراعی از طریق به نژادی است. استفاده از شاخص های انتخاب می تواند به عنوان روش موثر برای انتخاب غیر مستقیم صفات با وراثت پیچیده باشد.مواد و روش ها: تعداد 93 ژنوتیپ ذرت از مراکز تحقیقاتی مختلف تهیه شد. ژنوتیپ ها در سال زراعی 97-1396 در قالب طرح کاملاً تصادفی با سه تکرار تحت شرایط نرمال و تنش کمبود فسفر از لحاظ صفات آگرومورفولوژیک در شرایط گلدانی و در محوطه باز مورد ارزیابی قرار گرفتند. برای این منظور، بعد از انجام آنالیز خاک مناطق مختلف، خاک با میزان فسفر پایین (mg/kg7/240) انتخاب و گلدان ها (15 کیلویی) با نسبت دو به یک خاک و ماسه پُر شدند. در هر دو شرایط بهینه و کمبود فسفر، خاک با کودهای نیتروژن (به مقدار g/pot9 (طی سه مرحله در طول دوره ی رشد))، سولفات پتاسیم (به مقدار g/pot 13/5)، سکوسترین آهن (g/pot1/5)، سولفات منگنز (g/pot0/225)، سولفات روی (g/pot0/99)، سولفات مس (g/pot0/3) و اسید بوریک (g/pot0/21) تقویت شد. در شرایط بهینه، کود فسفر به صورت سوپر فسفات تریپل به مقدار g/pot6 به هر گلدان اضافه شد. در شرایط کمبود فسفر کود فسفری به خاک اضافه نشد. با شروع مرحله تاسل دهی، یادداشت برداری از صفات مختلف آگرومورفولوژیکی و شیمیایی انجام شد. در مرحله رسیدگی فیزیولوژیک بلال‌های مربوط به هر تکرار از بوته‌ها جدا شدند. عملکرد دانه در بوته از طریق جدا کردن دانه‌های روی بلال‌های هر بوته و توزین آن تعیین شد. فسفر قابل استفاده خاک به روش اولسن در آزمایشگاه علوم خاک دانشگاه ارومیه انجام گرفت. جهت انتخاب ژنوتیپ های مطلوب چهار شاخص انتخاب اسمیت-هیزل، پسک بیکر، بریم و رابینسون محاسبه شد. در این مطالعه برای صفات وزن یکسان در نظر گرفته شد که در اکثر مطالعات اینگونه عمل می شود. جهت ارزیابی و مقایسه شاخص ها و انتخاب برترین شاخص، معیار بازدهیِ مورد انتظار برای هر صفت از طریق شاخص (δg)، سود ژنتیکی مورد انتظار (dh) و سودمندی نسبی شاخص انتخاب (re) محاسبه شد.یافته ها: با توجه به نتایج تجزیه واریانس اثر ژنوتیپ و تنش بر روی تمامی صفات در سطح احتمال یک درصد معنی دار بود. همچنین اثر متقابل ژنوتیپ در تنش بر روی تمامی صفات به غیر از صفات طول برگ، عرض برگ، تعداد برگ، ارتفاع بوته، قطر ساقه، طول بلال، تعداد ردیف در بلال، تعداد دانه در ردیف، قطر بلال و وزن 100 دانه معنی دار بود. در شرایط نرمال (فراهمی فسفر) در شاخص اسمیت-هیزل (شاخص بهینه) بیشترین ضریب مربوط به صفات عرض برگ (flw) و طول بلال (el) به ترتیب با مقادیر 7/21 و 3/98 و کمترین ضریب مربوط به صفت تعداد ردیف دانه بلال (rpe) با مقدار  3/03- بود. در شرایط تنش کمبود فسفر در شاخص اسمیت-هیزل بالاترین ضریب مربوط به صفت طول بلال (el) با مقدار 3/91 و پایین ترین ضریب مربوط به صفت تعداد ردیف دانه بلال (rpe) با مقدار 5/35- بود. در شاخص پسک-بیکر در شرایط نرمال بالاترین ضریب در صفت تعداد دانه در ردیف (gpr) با مقدار 5/64 و پایین ترین ضریب در صفت طول بلال (el) با مقدار 9/28- برآورد شد. در شرایط تنش کمبود فسفر بالاترین ضریب در صفت عرض برگ پرچم (flw) با مقدار 8/49 و پس از آن در صفت طول بلال (el) با مقدار 4/53 و پایین ترین ضریب در صفت تعداد ردیف دانه بلال (rpe) با مقدار 2/17- برآورد شد. بالاترین ضریب در شاخص رابینسون در شرایط نرمال در صفت عرض برگ پرچم (flw) با مقدار 2/21 برآورد شد که این ضریب در شرایط تنشِ کمبود فسفر برابر 5/91- بود. در این شاخص پایین ترین ضریب، در صفت تعداد ردیف دانه بلال (rpe) با مقدار 0/92- برآورد شد. در شاخص رابینسون در شرایط تنشِ کمبود فسفر بالاترین ضریب در صفت طول بلال (el) با مقدار 1/46 و پایین ترین ضریب در صفت عرض برگ پرچم (flw با مقدار 5/92- و در مرتبه دوم در صفت تعداد ردیف دانه بلال (rpe) با مقدار 2/13- برآورد شد. شاخص اسمیت-هیزل با مقادیر سود مورد انتظار (dh) به ترتیب   296/306 و  374/229 و سودمندی نسبی انتخاب (re) به ترتیب 1/0011 و 1/0839 و شاخص بریم با مقادیر سود مورد انتظار (dh) به ترتیب  296/217 و  233/083 و سودمندی نسبی انتخاب (re) به ترتیب 0/9995 و 1/0836 در شرایط فراهمی و تنش کمبود فسفر، به عنوان بهترین شاخص بودند. در هر دو شرایط فراهمی و تنش کمبود فسفر عملکرد بیوماس، عملکرد دانه و ارتفاع بوته بالاترین ضریب را در این شاخص ها داشتند. بر اساس هر دو شاخص ژنوتیپ شماره 7 به‌عنوان ژنوتیپ برتر در شرایط نرمال و ژنوتیپ شماره 10 در شرایط تنش کمبود فسفر معرفی شد.نتیجه گیری: به‌طور کلی نتایج بررسی نشان می‌دهد که در هر دو شرایط نرمال و تنش کمبود فسفر، انتخاب بر مبنای شاخص اسمیت-هیزل و بریم با توجه به بالاترین سودمندی نسبی (re) و همچنین سود مورد انتظار (δh)، باعث افزایش عملکرد بیوماس، عملکرد دانه و ارتفاع بوته خواهد ‌شد. از ژنوتیپ های منتخب بعد از تایید نهایی در سطح مولکولی با تکنولوژی های مختلف از قبیل بررسی بیان ژن های دخیل در تحمل به تنش کمبود فسفر با تکنیک pcr در زمان واقعی می توان در تولید بذر هیبرید به عنوان راهکاری برای کاهش استفاده از کودهای فسفره استفاده نمود.

development of selection index to improve grain yield in maize under normal and phosphorus deficit conditions

introduction and objective: maize (zea mays l.) is the third most important cereal after wheat and rice, which accounts for 26% of total cereal cultivated area and 37% of their production. maize is a valuable raw material for extracting oil, starch, alcohol, glucose, plastic, lactic acid, acetic acid, acetone and paint, and it is possible to made paper, cardboard, and nitrocellulose from its stalks. as an important nutrient, phosphorus plays important role in energy transfer, photosynthetic oxidation-reduction reactions, as well as in biochemical compounds including nucleic acids, structural proteins, enzymes, and signal transmission. due to the predominance of calcareous soils with high ph in arid and semi-arid agricultural climates, the amount of available phosphorus is limited. in order to increase available phosphorus for plants, large amounts of phosphorus chemical fertilizers are needed regularly. however, a large amount of phosphorus in fertilizers may be converted to insoluble phosphate, immediately by reaction with calcium in the soil after its application. on the other hand, indiscriminate use of phosphorus chemical fertilizers leads to many environmental problems such as surface runoff of phosphorus, eutrophication of aquatic ecosystems, reduction of biodiversity and abnormal changes in soil salt concentration and ph. breeding cultivars that absorb phosphate or phosphorus more efficiently is one of the solutions to deal with the stress of phosphorus deficiency as a trait with low heredity. the use of selection indices can be an effective method for the indirect selection of traits with complex genetics.  material and methods: 93 maize genotypes prepared from different research centers were evaluated in terms of agro-morphological traits under normal and phosphorus deficit conditions using completely randomized design with three replications in the crop year 2016-2017 in an open area conditions. for this purpose, after analyzing the soil of different regions, soil with low phosphorus content (7.240 mg/kg) was selected and the pots (15 kg) were filled with soil and sand in a ratio of two to one. usable soil phosphorus was determined by the olsen method in the soil science laboratory of urmia university. in both optimal and phosphorus deficit conditions, soil was strengthened with nitrogen fertilizers (in the amount of 9 g/pot (during three stages during the growth period)), potassium sulfate (in the amount of 13.5 g/pot), sequestrin (1.5 g /pot), manganese sulfate (0.225 g/pot), zinc sulfate (0.99 g/pot), copper sulfate (0.3 g/pot) and boric acid (0.21 g/pot). in optimal conditions, phosphorus fertilizer in the form of triple superphosphate was added to each pot in the amount of 6 g/pot. phosphorous fertilizer was not added to the soil in the phosphorus deficit conditions. with the beginning of the tasseling stage, various agro-morphological and chemical traits were measured. in the physiological maturity stage, the ears relating to each replication were separated from the plants. seed yield per plant was determined by separating the seeds on the ears of each plant and weighing it. in order to select the desired genotypes, four selection indexes including smith-hazel, pesek-baker, brim and robinson indices were calculated. in this study, the same weight was considered for the attributes, which is done in this way in most studies. to select the best selection index, different criteria, including the genetic gain of traits (∆g), expected gain (∆h) and relative efficiency of selection index (re) were calculated.results: according to analysis of variance results, the effect of genotype and stress was significant on all studied traits at the probability level of 1%. also, the interaction effect of genotype × stress was significant on