ارزیابی عملکرد و سرعت پرشدن دانه ژنوتیپ‎های گندم نان در شرایط تنش خشکی آخر فصل

مقدمه و هدف: یکی از روش‎های گزینش ارقام با عملکرد بالا، گزینش بر اساس صفات فیزیولوژیکی است. بررسی روند رشد و پر شدن دانه و اثر آن بر وزن دانه از تحقیقات پایه‌ در برنامه‌های به‌نژادی به‌شمار می‌رود. سرعت و دوره پر شدن دانه از صفات مهم موثر بر عملکرد دانه در گندم هستند که تحت‌تاثیر شرایط محیطی قرار می‎گیرند. گزینش بر اساس صفاتی نظیر سرعت و دوره پرشدن دانه می‎تواند یک معیار فیزیولوژیک مناسب برای ارزیابی ارقام باشد. هدف از انجام این پژوهش ارزیابی عملکرد، سرعت و دوره پرشدن دانه ژنوتیپ‎های گندم نان در شرایط تنش خشکی آخر فصل و شناسایی ژنوتیپ‎های برتر است.مواد و روش‎ها: در این پژوهش 18 لاین پیشرفته گندم نان به‎همراه دو رقم شاهد که از ایستگاه تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی اردبیل تهیه شده بودند، در قالب طرح بلوک‌های کامل تصادفی با سه تکرار در دو شرایط آبیاری کامل و تنش خشکی آخر فصل در ایستگاه تحقیقات کشاورزی اردبیل مورد مطالعه قرار گرفت. در مزرعه ژنوتیپ‌ها در داخل هر کرت به ابعاد 4×3 متری با فاصله خطوط 20 سانتی‌متر و تراکم 400 بذر در مترمربع کشت شدند. ژنوتیپ‎ها در پاییز 1399 در ایستگاه تحقیقاتی کشت شدند. در شرایط تنش از مرحله گلدهی تا رسیدگی دانه آبیاری اعمال نشد در صورتی‎‌که در شرایط بدون تنش از زمان گلدهی تا رسیدگی فیزیولوژیک در سه نوبت (اوایل گل‌دهی، اواسط دانه‌ بستن و اواخر دانه بستن) آبیاری انجام گرفت. در این مطالعه صفات عملکرد دانه، سرعت پرشدن دانه، حداکثر وزن خشک دانه، طول دوره پر شدن دانه و دوره موثر پر شدن دانه اندازه‌گیری شدند.یافته‎ها: نتایج حاصل از تجزیه واریانس صفات مورد ارزیابی نشان داد که بین محیط‎ها و بین ژنوتیپ‎ها از لحاظ کلیه صفات مورد ارزیابی اختلاف معنی‌داری وجود دارد. اثر متقابل ژنوتیپ و محیط نیز برای کلیه صفات ذکر شده معنی‎دار بود. معنی‎دار شدن اختلاف بین ژنوتیپ‎ها نشان دهنده تنوع ژنتیکی بین ارقام مورد مطالعه است. همچنین معنی‎دار شدن اثر متقابل نشان می‎دهد که ژنوتیپ‎های مورد مطالعه در دو محیط بدون تنش و دارای تنش رفتار یکسانی نداشتند. سرعت پرشدن دانه همه ژنوتیپ‎ها تحت شرایط تنش خشکی کاهش پیدا کرد. میانگین سرعت پر شدن دانه در محیط دارای تنش 1/20 میلی‎گرم در روز و در محیط بدون تنش 1/37 میلی‎گرم در روز بود. مشخص گردید با بیشترشدن سرعت پر شدن دانه، طول دوره پر شدن دانه و دوره موثر پر شدن دانه کاهش می‎یابد. طول دوره پر شدن دانه در محیط تنش نسبت به محیط بدون تنش به‎طور متوسط 2/31 روز کوتاه‎تر بود. مشخص گردید که طول و دوره موثر پر شدن دانه با وزن خشک دانه رابطه مستقیم دارد. میانگین عملکرد ژنوتیپ‎ها در شرایط تنش (594 گرم در متر مربع) در مقایسه با محیط بدون تنش (768 گرم در متر مربع) کاهش قابل توجهی داشت. به‎طور میانگین طول دوره پر شدن دانه در محیط تنش (34/90 روز) نسبت به محیط بدون تنش (37/21 روز) کوتاه‎تر بود. بیشترین کاهش طول موثر پر شدن دانه در ژنوتیپ شماره 5 (5/30 روز) مشاهده شد. در شرایط تنش ژنوتیپ‎های شماره 14 (41 روز) و 12 (40/44 روز) و در شرایط بدون تنش ژنوتیپ شماره 13 (43/21 روز) طولانی‌ترین طول دوره پر شدن دانه را داشت. ژنوتیپ شماره 3 در هر دو شرایط تنش و بدون تنش کوتاه‎ترین دوره پر شدن دانه را به‎خود اختصاص داد. نتایج ضرایب همبستگی نشان داد که بین سرعت و دوره موثر پر شدن دانه همبستگی منفی و معنی‌داری در محیط تنش (**0/358- = r) و محیط بدون تنش (**0/404- = r) وجود دارد. تجزیه‌ای خوشه‎ای ژنوتیپ‎ها در محیط تنش، آن‎ها را در سه خوشه و در محیط بدون تنش در چهار خوشه گروه‌بندی کرد. نقشه حرارتی توزیع ژنوتیپ‎ها بر اساس صفات مورد مطالعه در محیط دارای تنش، ژنوتیپ‎ها را در سه خوشه گروه‎‎بندی کرد. ژنوتیپ‎های شماره 19، 18، 3، 10 و 1 در گروه اول قرار داشتند که دارای طول و دوره موثر کوتاه با سرعت پر شدن بیشتر بودند که با توجه به عملکرد نسبی بهتر، این گروه مطلوب بود. گروه دوم شامل ژنوتیپ‎های 7، 4، 9، 17، 6، 5 و 8 بود که دارای مقادیر عملکرد دانه کمتر و دوره موثر پر شدن دانه کوتاه بودند و در نهایت در گروه سوم ژنوتیپ‎های 13، 12، 2، 14، 11، 20، 15 و 16 قرار داشتند که از نظر سرعت و حداکثر وزن دانه دارای مقادیر کمتر و از نظر طول و دوره موثر پر شدن دانه دارای مقادیر بیشتر بودند. اعضای این گروه دارای عملکرد نسبی خوب بودند که علت آن‎را می‌توان به طول و دوره موثر پر شدن طولانی نسبت داد. با توجه به اهمیت فرایندهای پر شدن دانه برای رسیدن به وزن مطلوب دانه‌، انتخاب برای افزایش سرعت پر شدن دانه و دوره موثر پر شدن طولانی می‌تواند منجر به تولید عملکرد بیشتر در شرایط تنشی شود. نتیجه‌گیری: تنوع قابل‎توجهی از نظر صفات مورد بررسی در بین ژنوتیپ‎های مورد مطالعه مشاهده شد که نشان‌دهنده وجود تنوع ژنتیکی مناسب در مواد گیاهی مورد مطالعه است. تنش خشکی آخر فصل از طریق کاهش سرعت و دوره پر شدن دانه، بر وزن نهایی دانه تاثیر منفی داشت و در نهایت عملکرد را کاهش داد. در چنین شرایطی انتخاب ژنوتیپ‎های با سرعت پرشدن دانه بیشتر، می‌تواند منجر به گزینش ژنوتیپ‎های متحمل به خشکی باشد. با این‎حال، سرعت پر شدن دانه و دوره موثر پرشدن دانه، به‎تنهایی نمی‌توانند عملکرد بالا را تضمین کند و باید سایر اجزای موثر در عملکرد را در گزینش ژنوتیپ‎های متحمل به خشکی در نظر گرفت. 

evaluation of yields and grain filling speeds of bread wheat genotypes under end-of-the-season drought stress conditions

extended abstractbackground: one method for selecting high-yielding cultivars is selection based on physiological traits. investigating the seed growth and filling process and its effect on seed weight is among the basic research in breeding programs. the speed and period of grain filling are important traits affecting grain yield in wheat, which are affected by environmental conditions. selection based on traits such as seed filling speed and period can be a good physiological criterion for cultivar evaluation. this research aimed to evaluate the yield, speed, and period of grain-filling in bread wheat genotypes under end-of-the-season drought stress conditions and to identify superior genotypes.methods: in this research, 18 bread wheat genotypes along with two control varieties were obtained from the ardabil agricultural research station and natural resources. an experiment was conducted in a completely randomized block design with three replicates in two conditions of full irrigation and drought stress at the end of the season in the ardabil agricultural research station. in the field, the genotypes were cultivated inside each plot of 4 × 3 m with a distance of 20 cm between lines and a density of 400 seeds/m2. genotypes were cultivated in the research station in the fall of 2019. in stress conditions, irrigation was not applied from flowering to seed maturity, while irrigation was carried out three times (early flowering, mid-seed setting, and late seed setting) from flowering to physiological maturity in stress-free conditions. grain yield traits, grain filling speed, maximum grain dry weight, length of grain filling period, and effective grain filling period were measured in this study.results: the results of variance analysis for the evaluated traits showed a significant difference between environments and between genotypes in all evaluated traits. the genotype × environment interaction effect was also significant for all mentioned traits. the significance of the difference between genotypes indicates genetic diversity between the studied cultivars. moreover, the significance of the interaction effect showed that the studied genotypes did not behave the same in two environments without and with stress. the seed-filling rate of all genotypes decreased under drought-stress conditions. the average seed-filling rates were 1.20 and 1.37 mg per day in the stressed and non-stressed environments, respectively. the length of the grain-filling period and the effective grain-filling period decreased with increasing the grain-filling speed. the length of the seed-filling period in the stressed environment was shorter by 2.31 days on average. the effective length and period of seed filling were directly related to the seed dry weight. the average yield of genotypes under stress conditions (594 g/m2) declined significantly compared to the non-stress environment (768 g/m2). on average, the length of the seed-filling period in the stressed environment (34.90 days) was shorter than that in the non-stressed environment (37.21 days). the greatest decrease in the effective length of seed filling was observed in genotype 5 (5.30 days). the longest seed-filling periods were recorded for genotypes 14 (41 days) and 12 (40.44 days) in stress conditions, and genotype no. 13 (43.21 days) in non-stress conditions. genotype 3 showed the shortest seed-filling period in both stress and non-stress conditions. the correlation coefficients showed a negative and significant correlation between the speed and the effective period of seed filling in the stress (r = -0.358**) and non-stress (r = -0.404**) environments. a cluster analysis of the genotypes grouped them into three and four clusters in the stress and non-stress environments, respectively. the heat map of the distribution of genotypes grouped them into three clusters based on the traits studied in the stressful environment. genotypes 19, 18, 3, 10, and 1 were in the first group, with a short effective seed-filling period and a higher filling speed, which was desirable due to the relatively better yield. the second group included genotypes 7, 4, 9, 17, 6, 5, and 8, with lower seed yields and short effective seed-filling periods. finally, genotypes 13, 12, 2, 14, 11, 20, 15, and 16 were included in the third group, with lower values of speed and maximum seed weight and higher values  of effective seed-filling periods. members of this group showed relatively good yields, which could be attributed to the length and long effective seed-filling period. considering the importance of grain-filling processes to reach the desired grain weight, selection to increase the grain-filling speed and the effective long filling period can lead to more yields in stressful conditions. conclusion: a significant variation in traits was observed among the studied genotypes, indicating the existence of appropriate genetic diversity in the studied plant material. end-of-season drought stress negatively affected the final grain weight by reducing the speed and period of grain filling, eventually lowering the yield. in such conditions, selecting genotypes with higher seed-filling speeds can lead to the selection of drought-tolerant genotypes. however, the speed of seed filling and the effective period of seed filling alone cannot guarantee a high yield, and other factors affecting yield should be considered in the selection of drought-tolerant genotypes.