ارزیابی تحمل به تنش خشکی در ارقام و توده‌های‌ بومی گندم‌ نان (triticum aestivum l.) با استفاده از شاخص‌ های تحمل

مقدمه: تنش خشکی یکی از مخرب ‌ترین تنش‌ های غیرزیستی موثر بر رشد و نمو گیاهان است. افزایش جمعیت جهانی، افزایش میزان تقاضای گندم و همچنین دوره‌های خشک‌سالی، باعث افزایش اهمیت به‌نژادی برای تحمل به تنش خشکی در گندم نان شده است. کاربرد شاخص‌های گزینش برای تحمل به تنش خشکی، راه‌کار موثری جهت غربال و شناسایی ژنوتیپ‌های متحمل گندم در راستای برنامه‌های به‌نژادی این محصول است. هدف از مطالعه حاضر، بررسی روابط بین شاخص‌های تحمل، تعیین کارایی شاخص‌ها در تفکیک ژنوتیپ‌ها و در نهایت گزینش ژنوتیپ‌های متحمل به تنش خشکی در رقم‌ها و توده‌های بومی گندم نان بود.مواد و روش‌ها: به‌منظور بررسی تاثیر تنش خشکی بر عملکرد دانه گندم نان، آزمایشی در قالب طرح آلفا لاتیس ساده تحت دو شرایط آبیاری نرمال و شرایط تنش خشکی طی دو سال زراعی 97-1396 و 98-1397 در مزرعه تحقیقاتی موسسه تحقیقات کشاورزی دیم کشور- مراغه انجام شد. مواد گیاهی آزمایش، 300 ژنوتیپ گندم نان شامل 210 توده بومی و 90 رقم تجاری گندم (15 رقم دیم و 75 رقم آبی، و از نظر تیپ رشدی 64 رقم بهاره، 15 رقم پاییزه و 11 رقم بینابین) بود. برای ارزیابی میزان حساسیت یا تحمل ژنوتیپ‌ها به تنش خشکی و شناسایی ژنوتیپ‌های متحمل به تنش، شاخص تحمل (tol)، میانگین بهره‌وری (mp)، شاخص حساسیت به تنش (ssi)، شاخص تحمل به تنش (sti)، میانگین هندسی (gmp)، میانگین هارمونیک (hm)، شاخص تحمل به خشکی (di)، شاخص تحمل به تنش غیرزیستی (ati) و شاخص تغییریافته تحمل به تنش (msti) با استفاده از عملکرد دانه در شرایط نرمال و تنش برای کلیه ژنوتیپ‌ها محاسبه شد. همچنین برای افزایش کارایی انتخاب و غربال ژنوتیپ‌های متحمل به خشکی، شاخص siig بر مبنای ادغام 12 شاخص مورد بررسی محاسبه شد. تجزیه واریانس داده‌ها با استفاده از پکیج agricolae، خوشه‌بندی سلسله مراتبی ژنوتیپ‌های گندم نان با استفاده از پکیج‌های heatmap3، rcolorbrewer، dendextend، gplots و colorspace، نمودارهای بای‌پلات با استفاده از پکیچ factoextra و نمودار همبستگی بین عملکرد دانه تحت شرایط نرمال و تنش با شاخص‌های تحمل به تنش با استفاده از پکیج corrplot در نرم‌افزار r4.2.2 ترسیم شدند.یافته‌های تحقیق: نتایج تجزیه واریانس عملکرد دانه نشان داد که اثر محیط، ژنوتیپ و برهمکنش ژنوتیپ×محیط بسیار معنی‌دار (p<0.001) بود. معنی‌دار شدن اثر ژنوتیپ نشان دهنده تنوع مطلوب در بین ژنوتیپ‌ها و معنی‌دار شدن برهمکنش بین ژنوتیپ و محیط نشان دهنده واکنش متفاوت ژنوتیپ‌ها به تغییر شرایط محیطی است. تجزیه خوشه‌ای بر اساس داده‌های هر یک از سال‌های ارزیابی شده و نیز میانگین داده‌های دو سال، ژنوتیپ‌ها را در سه خوشه دسته‌بندی کرد. بر مبنای نتایج تجزیه به مولفه‌های اصلی (pca)، رقم‌های زراعی shanghai، naz، falat، bam و توده‌های بومی 626358، 623109 و 621908 در سال اول و رقم‌های زراعی shanghai، koohdasht، karim، pishgam و توده‌های بومی 628189، 627460 و 627616 در سال دوم، ژنوتیپ‌های متحمل به خشکی بودند، در حالی‌که بر اساس میانگین داده‌های دو سال، رقم‌های koohdasht، karim، pishgam، adl، naz و توده‌های 628189، 627460،  624944  و 627299  به‌عنوان ژنوتیپ‌های متحمل به خشکی شناسایی شدند. برآورد ضرایب همبستگی نشان داد که عملکرد دانه با شاخص‌های ssi و tol همبستگی منفی و معنی‌دار و با سایر شاخص‌ها به‌ویژه شاخص‌های mp، gmp، hm، sti و k2sti همبستگی مثبت و معنی‌دار داشت.نتیجه‌گیری: نتایج به‌دست آمده از شاخص‌های تحمل به تنش و همچنین شاخص siig نشان داد که رقم‌های بهاره و آبی adl، naz و shanghai از رقم‌های قدیمی گندم کشور و رقم‌های بهاره و دیم karim و koohdasht از رقم‌های جدید گندم کشور و همچنین توده‌های بومی 626358 (با منشا اصفهان) و 621908 (با منشا اراک) متحمل به خشکی و دارای عملکرد بالایی در هر دو شرایط نرمال و تنش خشکی بودند. نتایج به‌دست آمده از این مطالعه، اطلاعات ارزش‌مندی در زمینه گزینش ژنوتیپ‌های متحمل ارائه داد که می توان از این اطلاعات برای تولید رقم‌های جدید با پتانسیل عملکرد بالا در برنامه‌های به‌نژادی گندم بهره برد. همچنین از ژنوتیپ‌های متحمل می‌توان به‌عنوان والدین برای تجزیه و تحلیل ژنتیکی، نقشه‌برداری ژنی و بهبود تحمل به خشکی در گندم استفاده کرد.

evaluation of tolerance to drought stress in bread wheat (triticum aestivum l.) cultivars and landraces using tolerance indices

introduction drought is one of the most destructive stresses affecting the growth and development of plants. the increase in global population and wheat demand as well as drought period has increased the importance of breeding for drought tolerance in bread wheat. the use of selection indices for drought tolerance is an effective strategy to screen and identify wheat tolerant genotypes in wheat breeding programs. the objective of the current study was to investigate the relationships between tolerance indices, to determine the efficiency of indices in separating genotypes, and finally to select drought tolerant genotypes in bread wheat cultivars and landraces.materials and methodsto investigate the effect of drought stress on grain yield of bread wheat, an experiment was conducted in a simple alpha lattice design under normal irrigation and drought stress conditions in the research field of dryland agricultural research institute, maragheh, iran, in two consecutive years, 2017-2018 and 2018-2019. the plant materials were 300 bread wheat genotypes, including 210 landraces and 90 commercial cultivars (15 dryland and 75 irrigated cultivars; 64 spring, 15 winter, and 11 facultative cultivars). to evaluate sensitivity or tolerance of genotypes to drought stress and identify drought-tolerant genotypes, various indices such as tolerance index (tol), mean productivity (mp), stress sensitivity index (ssi), stress tolerance index (sti), geometric mean productivity (gmp), harmonic mean (hm), drought tolerance index (di), abiotic tolerance index (ati), and modified stress tolerance index (msti) were calculated using grain yield under normal and stress conditions for all genotypes. also, to increase the selection efficiency and screen drought tolerant genotypes, the siig index was calculated based on the integration of 12 studied indices. the analysis of variance was performed using agricolae package, heirarchical clustering of bread wheat genotypes using heatmap3, rcolorbrewer, dendextend, gplots and colorspace packages, bi-plot diagrams using factoextra package, and heatmap diagram of correlation among grain yield under normal irrigation and drought stress conditions and stress tolerance indices using corrplot package in r4.2.2 software.research findingsthe results of analysis of variance for grain yield showed that the environment, genotype, and genotype×environment interaction effects were significant (p<0.001). the significance of the effect of genotype indicates the appropriate diversity among the genotypes, and the significance of the interaction between genotype and environment indicates different responses of genotypes to changes in environmental conditions. cluster analysis based on the data of each year and the average of two years classified the genotypes into three clusters. the results of principal component analysis (pca) showed that cultivars shanghai, naz, falat, bam and landraces 626358, 623109 and 621908 in the first year, as well as cultivars shanghai, koohdasht, karim, pishgam, and landraces 628189, 627460, and 627616 in the second year were drought tolerant genotypes, while based on the average data of two years, cultivars koohdasht, karim, pishgam, adl, naz, and landraces 628189, 627460, 624944, and 627299 were identified as drought tolerant genotypes.