بررسی تنوع ژنتیکی ژرم‌پلاسم گندم نان تحت شرایط تنش شوری

مقدمه: شوری خاک یه عنوان یکی از مهم ترین تنش های محیطی، تهدیدی جدی برای تولیدات کشاورزی است. در حال حاضر بیش از 20 درصد از اراضی کشاورزی که شامل 954 میلیون هکتار از سطح خشکی دنیا است، تحت تاثیر این پدیده می‌باشد. شوری به طور روزانه در حال گسترش است و پیش بینی می‌شود که تا سال 2050 بیش از 50 درصد از اراضی قابل کشت دنیا شور شوند. کاهش عملکرد ناشی از تنش شوری در گندم قابل توجه و نگران کننده است، به طوری که برای گندم دوروم، کاهش 50 درصدی عملکرد ناشی از شوری اراضی دیم، و برای گندم نان، کاهش 88 درصدی عملکرد تحت آبیاری با شوری بالا و کاهش 70 درصدی در خاک‌های سدیمی گزارش شده است. سطح بالای نمک در خاک و آب آبیاری از عوامل نگران کننده برای کشاورزی است و بنابراین لازم است راهبردهای موثری برای بهبود عملکرد از طریق تحمل به تنش شوری توسعه یابد. به دلیل اهمیت ذخایر ژنتیکی به عنوان منابع تحمل به تنش‌های زیستی و غیرزیستی از جمله شوری و وجود تنوع ژنتیکی قابل توجه در ژرم پلاسم گندم برای تحمل به تنش شوری، تحقیق حاضر اجرا شد که هدف از آن، بررسی تنوع نمونه‌های ژنتیکی کلکسیون گندم نان بانک ژن گیاهی ملی ایران از لحاظ تحمل به شوری، مقایسه آنها با ارقام شاهد متحمل و امکان شناسایی منابع متحمل جدید بود.مواد و روش ها: به منظور شناسایی منابع متحمل به تنش شوری در ذخایر ژنتیکی گندم، تعداد 512 نمونه ژنتیکی از کلکسیون گندم نان بانک ژن گیاهی ملی ایران به همراه ارقام متحمل به شوری کویر، روشن و ماهوتی به عنوان شاهد، در قالب دو طرح آگمنت مجزا تحت دو شرایط نرمال و تنش شوری مورد بررسی قرار گرفتند. آزمایش نرمال در مزرعه تحقیقاتی مرکز تحقیقات یزد و آزمایش شوری در اراضی شور ایستگاه تحقیقات اردکان یزد انجام شد. صفات مورد مطالعه شامل طول سنبله، تراکم سنبله، وزن صد دانه، تعداد پنجه، ارتفاع بوته، تعداد سنبلچه در سنبله، تعداد گلچه در سنبلچه، تعداد دانه در سنبله، روز تا سنبله‌دهی، روز تا رسیدگی کامل، طول دوره پرشدن دانه و وزن دانه پنج سنبله بودند که مطابق با توصیف نامه بین‌المللی یادداشت برداری شدند. برای انجام تجزیه و تحلیل های آماری داده ها، ابتدا شاخص های آماری توصیفی، محاسبه و سپس نمونه‌های ژنتیکی مورد مطالعه با استفاده از تجزیه خوشه‌ای به روش k-means گروه‌بندی شدند. از تجزیه تابع تشخیص مبتنی بر مولفه‌های اصلی جهت بررسی تمایز بین گروه‌های حاصل از تجزیه خوشه‌ای استفاده شد. تجزیه‌های آماری توسط نرم‌افزارهای spss و r انجام شد.یافته های تحقیق: نتایج این آزمایش نشان داد که صفات وزن دانه پنج سنبله (با حداقل 15/4 و حداکثر 26/12 گرم در شرایط نرمال و حداقل 19/2 و حداکثر 78/9 گرم در شرایط تنش) و تعداد پنجه (با حداقل 3 و حداکثر 8 عدد در شرایط نرمال و حداقل 3 و حداکثر  7 عدد در شرایط تنش) از بیش ترین ضریب تغییرات و صفات روز تا سنبله‌دهی (با حداقل 130 و حداکثر 163 روز در شرایط نرمال و حداقل 126 و حداکثر 168 روز در شرایط تنش) و روز تا رسیدگی کامل (با حداقل 173 و حداکثر 189 روز در شرایط نرمال و حداقل 168 و حداکثر 196 روز در شرایط تنش) از کم ترین ضریب تغییرات تحت هر دو شرایط نرمال و تنش شوری برخوردار بودند. تعداد زیادی از نمونه‌های ژنتیکی برتر از لحاظ صفات مختلف نسبت به ارقام شاهد تحت هر دو شرایط نرمال و تنش شوری شناسایی شد. نتایج رگرسیون گام به گام حاکی از اهمیت سه صفت وزن صد دانه، تعداد دانه در سنبله و تعداد گلچه در سنبلچه در تغییرات صفت وزن دانه پنج سنبله بود. نتایج حاصل از تجزیه‌ای خوشه‌ای به روش k-means نمونه‌های ژنتیکی مورد بررسی را در پنج خوشه متمایز تفکیک کرد و ارقام شاهد نیز در گروه‌های مختلف قرار گرفتند، به نحوی که ارقام روشن و ماهوتی به همراه 70 نمونه ژنتیکی در خوشه اول و رقم کویر به همراه 53 نمونه ژنتیکی در خوشه پنجم گروه بندی شدند.نتیجه گیری: نتایج این آزمایش نشان دهنده وجود تنوع ژنتیکی قابل توجه و ارزشمند برای صفات مرتبط با تحمل به تنش شوری در ژرم‌پلاسم گندم نان مورد مطالعه بود. تاثیر تنش شوری بر صفات مختلف نمونه‌های ژنتیکی مطالعه شده، متفاوت بود. از بین صفات مورد بررسی، وزن صد دانه، تعداد دانه در سنبله و تعداد گلچه در سنبلچه، اهمیت بیش تری داشتند و بنابراین می توان از آن ها در برنامه‌های به نژادی استفاده کرد. تعداد زیادی از نمونه‌های ژنتیکی از لحاظ صفات مختلف نسبت به ارقام شاهد برتری داشتند. تجزیه خوشه‌ای، ارقام شاهد را در خوشه های متمایز گروه‌بندی کرد که بیانگر جنبه متفاوت تحمل به تنش شوری در این ارقام می‌باشد. از نمونه‌های ژنتیکی برتر شناسایی شده در این تحقیق می‌توان به منظور بهبود تحمل به تنش شوری در برنامه‌های به نژادی گندم نان بهره‌برداری کرد.

investigating the genetic diversity of bread wheat germplasm under salinity stress

introductionsoil salinity, as one of the most important environmental stresses, is a serious threat to agricultural production. currently, more than 20% of the agricultural lands, which includes 954 million hectares of the world’s lands, is affected by soil salinity. salinity is expanding daily and it is predicted that by 2050, more than 50% of the world’s arable lands will be saline. the decrease in yield due to salinity stress in wheat is considerable and worrying, so that a 50% decrease in yield of durum wheat due to salinity of rainfed lands, and an 88% decrease in yield of bread wheat under irrigation with high salinity and and a 70% decrease in yield of bread wheat in sodic soils has been reported. the high levels of salt in soils and irrigation waters are worrying factors for agriculture, therefore it is necessary to develop the effective strategies to improve yield through salinity stress tolerance. the present study was carried out due to the importance of genetic accessions as sources of tolerance to biotic and abiotic stresses including salinity, and the existence of considerable genetic diversity in wheat germplasm to salinity stress tolerance. the objective of this experiment is to investigate the diversity of genetic accessions of bread wheat collection of iran’s national plant gene bank, to compare the accessions with the tolerant control varieties, and to identify the new genetic resources for salinity tolerance.materials and methodsto identify the genetic resources of salinity tolerance in wheat germplasm, 512 accessions from the bread wheat collection of the national plant gene bank of iran along with salinity tolerant varieties, kavir, roshan and mahoti as controls, were investigated in two different augmented designs under normal and salinity stress conditions. the normal experiment was carried out at the research field of yazd research center and the salt experiment was done at saline lands of ardekan research station. the studied traits included spike length, spike density, 100-grain weight, number of tillers, plant height, number of spikelets per spike, number of florets per spikelet, number of grains per spike, days to heading, days to maturity, grain filling period and grain weight of five spikes,  which were recorded according to the international description. to perform data statistical analyses, descriptive statistical indices were first calculated and then the studied accessions were grouped using k-means cluster analysis. discriminant function analysis based on principal components was used to investigate the differentiation between the groups resulting from cluster analysis. statistical analyzes were performed by spss and r softwares.  research findingsthe results showed that grain weight of five spikes (with a minimum of 4.15 and a maximum of 12.26 g in normal conditions and a minimum of 2.19 and a maximum of 9.78 g in stress conditions) and the number of spikes (with a minimum of 3 and a maximum of 8 in normal conditions and a minimum of 3 and a maximum of 7 in stress conditions) had the highest coefficients of variation, while days to heading (with a minimum-maximum of 130-163 days and 126-168 days in normal and salinity stress conditions, respectively) and days to maturity (with a minimum-maximum of 173-189 days and 168-196 days in normal and salinity stress conditions, respectively) had the lowest coefficient of variation under both normal and salinity stress conditions. a large number of superior accessions were identified for various traits compared to the control cultivars under both normal and salinity stress conditions. the results of stepwise regression indicated the importance of three characteristics, 100-grain weight, number of grains per spike and number of florets per spikelet, in describing the variation of grain weight of five spikes.