شناسایی نمونه‌های ژنتیکی گندم نان متحمل به تنش گرمای انتهای فصل

مقدمه: در اقلیم‌های مدیترانه‌ای مانند خوزستان که دارای زمستانی ملایم هستند  و کشت گندم در پاییز انجام می‌شود، تنش گرما فقط در دوره رشد زایشی گندم اتفاق می‌افتد. در این مناطق، تاخیر در کاشت باعث می‌شود که مراحل گلدهی و پرشدن دانه با دمای بالا مواجه شده و عملکرد کمی و کیفی گندم کاهش یابد. اصلاح ژنتیکی یکی از راه‌کارهای مبارزه با تنش گرما است. با در نظر گرفتن اهمیت ذخایر ژنتیکی از نظر تحمل به تنش‌های محیطی، تحقیق حاضر انجام شد که هدف از آن غربال مجموعه گندم بانک ژن گیاهی ملی ایران برای تحمل به تنش گرمای انتهای فصل و شناسایی نمونه‌های متحمل بود.مواد و روش‌ها: مواد گیاهی این آزمایش، 236 نمونه ژنتیکی گندم نان به‌همراه سه رقم شاهد (چمران، چمران2 و افلاک) بود که به‌صورت طرح آگمنت در مزرعه پژوهشی مرکز تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی استان خوزستان (اهواز) در سال زراعی 1395-1394 کشت شدند. آزمایش در دو تاریخ کاشت (کاشت به‌موقع طبق عرف منطقه در اوایل آذرماه به‌عنوان شرایط نرمال و کاشت با تاخیر در نیمه دوم دی‌ماه با هدف ایجاد تنش گرمای انتهای فصل در دوره رشد زایشی گندم) انجام شد. صفات ارزیابی شده شامل طول سنبله، وزن صد دانه، ارتفاع بوته، تعداد دانه در سنبله، تعداد سنبلچه در سنبله، تعداد گلچه در سنبلچه، تعداد روز تا ظهور سنبله، طول دوره پر شدن دانه، وزن دانه پنج سنبله و زمان رسیدن کامل بود. برای تحلیل آماری داده‌ها، ابتدا آماره‌های توصیفی تحت هر دو شرایط نرمال و تنش گرما برآورد شد و سپس ارتباط بین صفات با استفاده از ضرایب همبستگی مورد بررسی قرار گرفت. از تجزیه به مولفه‌های اصلی جهت کاهش حجم داده‌ها و از تجزیه خوشه‌ای جهت گروه‌بندی ژنوتیپ‌های مورد مطالعه استفاده شد.یافته‌های تحقیق: نتایج این آزمایش نشان داد که تنش گرمای انتهای فصل، میانگین تمامی صفات مورد مطالعه را کاهش داد، به‌طوری که بیش‌ترین کاهش در صفات وزن دانه پنج سنبله و تعداد دانه در سنبله مشاهده شد. بر اساس نتایج ضرایب همبستگی تحت هر دو شرایط نرمال و تنش، وزن دانه پنج سنبله همبستگی مثبت و معنی‌دار با صفات مرتبط با اجزای عملکرد و همبستگی منفی و معنی‌دار با صفات روز تا سنبله‌دهی و روز تا رسیدگی کامل داشت. با استفاده از نتایج تجزیه به مولفه‌های اصلی به‌ترتیب تحت شرایط نرمال و تنش گرما، 72.54 درصد از تغییرات کل داده‌ها توسط دو مولفه اصلی و 80.53 درصد از واریانس کل داده‌ها توسط سه مولفه اصلی توجیه شد. نتایج تجزیه به مولفه‌های اصلی نشان داد که نمونه‌های ژنتیکی kc12977، kc12980، kc13013، kc13043 و kc13087، با دارا بودن صفات زودگل‌دهی و زودرسی و مقادیر بالاتر صفات وزن دانه پنج سنبله، تعداد دانه در سنبله، طول دوره پرشدن دانه و تعداد گلچه در سنبلچه، نمونه‌های ارزش‌مندی بودند و پتانسیل لازم جهت استفاده در برنامه‌های به‌نژادی برای تحمل به تنش گرما را دارند. نتایج حاصل از تجزیه خوشه‌ای نیز نمونه‌های ژنتیکی مورد بررسی را به شش گروه تفکیک کرد و گروه چهارم که شامل 62 نمونه ژنتیکی به‌همراه ارقام شاهد بود، دارای بیش‌ترین میانگین تعداد گلچه در سنبلچه، تعداد دانه در سنبله و وزن دانه پنج سنبله و کم‌ترین میانگین روز تا سنبله‌دهی و روز تا رسیدگی کامل تحت هر دو شرایط نرمال و تنش گرما بودند. نتیجه‌گیری: در مجموع نتایج حاصل از این مطالعه نشان داد که تنوع ژنتیکی بالایی در بین نمونه‌های ژنتیکی گندم نان مورد مطالعه از نظر تحمل به تنش گرمای انتهای فصل وجود داشت. برخی از نمونه‌های ژنتیکی نظیر kc12977، kc12980، kc13013، kc13043 و kc13087، نمونه‌های ارزش‌مندی از نظر صفات زودرسی، عملکرد و اجزای عملکرد دانه بودند. از تنوع بالای موجود در این منابع ژنتیکی به‌ویژه نمونه‌های ژنتیکی متحمل شناسایی شده در این آزمایش، می‌توان به‌منظور اصلاح تحمل به تنش گرما در برنامه‌های به‌نژادی آینده استفاده کرد.

identification of bread wheat accessions tolerant to terminal heat stress

introductionin the mediterranean climates with mild winters like khuzestan province, iran, wheat is planted in autumn, and heat stress occurs only during the reproductive growth stage of wheat. in these regions, delayed planting causes the flowering and grain filling stages to be exposed to high temperatures, and the quantitative and qualitative performance of wheat decreases. genetic improvement is one of the strategies to combat heat stress. considering the importance of genetic resources for tolerance to environmental stresses tolerance, the present research was conducted to screen the wheat genetic collection of the national plant gene bank of iran for tolerance to terminal heat stress and to identify tolerant accessions.materials and methodsin plant materials of this experiment were 236 bread wheat accessions along with three control varieties (chamran, chamran2 and aflak), which were planted in an augmented design in the research field of agricultural and natural resources research center of khuzestan province, ahvaz, iran, in 2015-2016 crop year. the experiment was carried out in two planting dates, on-time planting date according to the region’s custom at late november as normal conditions, and delayed planting at early january with the aim of heat stress during the reproductive growth stage of wheat. the measured traits included spike length, 100-grain weight, plant height, number of grains per spike, number of spikelets per spike, number of florets per spikelet, number of days to heading, number of days to maturity, grain filling duration, and five spikes grain weight. for data statistical analysis, descriptive statistics were firstly estimated under both normal and heat stress conditions, and then the relationships among traits were investigated using correlation coefficients. principal component analysis was used to reduce the volume of data and cluster analysis was perfomed to group the studied genotypes.research findings the results of this experiment showed that terminal heat stress reduced the average of all studied traits, so that the highest decrease was observed in five spikes grain weight and the number of grains per spike. based on the results of correlation coefficients under both normal and heat stress conditions, a positive and significant correlation was observed between five spikes grain weight and yield components traits, and a negative and significant correlation between five spikes grain weight and days to heading and days to maturity. based on the results of principal component analysis, 72.54% and 80.53% of the total variance were explained by two and three main components under normal and heat stress conditions, respectively. the results of principal component analysis also indicated that the wheat accessions kc12977, kc12980, kc13013, kc13043, and kc13087, with the characteristics of early flowering and early maturity and higher values of five spikes grain weight, number of grains per spike, grain filling duration and number of florets per spike, were valuable accessions and have the sufficient potential to be used in breeding programs for heat stress tolerance. the results of cluster analysis separated the studied accessions into six group, and the fourth group including 62 accessions along with the control cultivars, had the highest average for number of florets per spike, number of grains per spike, and five spikes grain weight, as well as the lowest average for days to heading and days to maturity under both normal and heat stress conditions. and were recognized as the most tolerant group to heat stress. by three main components. in addition, the studied accessions were divided into six groups using cluster analysis.conclusionthe results of this study showed that there was a high genetic diversity among the studied bread wheat accessions in terms of terminal heat stress tolerance. some genetic samples such as kc12977, kc12980, kc13013, kc13043 and kc13087, were valuable genotypes for the traits of early flowering and early maturity, as well as grain yield and yield components. the high diversity in these genetic resources, especially the tolerant accessions identified in this experiment as above mentioned, can be used to improve heat stress tolerance in future breeding programs.