تولیدات گیاهی

تولیدات گیاهی

ارزیابی صفات فنومورفولوژیک و میوه‌شناسی 48 رقم سیب بومی برای ثبت، به‌نژادی و امنیت غذا

نوع مقاله : علمی پژوهشی - میوه کاری

نویسندگان
1 دانشجوی دکتری، گروه باغبانی، دانشکدۀ کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد ابهر، زنجان، ایران
2 استاد، پژوهشکدۀ میوه های معتدله و سردسیری، مؤسسه تحقیقات علوم باغبانی، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، ایران
3 استادیار، گروه باغبانی، دانشکدۀ کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد ابهر، زنجان، ایران
4 استادیار، تحقیقات ژنتیک و بانک ژن گیاهی ملی ایران، مؤسسۀ تحقیقات اصلاح و تهیه نهال و بذر، سازمان تحقیقات،آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، ایران
چکیده
انتخاب دانهال‌های تصادفی  سیب و تکثیر به روش پیوند به 1560 سال قبل از میلاد مسیح در چین باز می‌گردد. جریان ژنی از قرقیزستان زیستگاه اصلی سیب با گذر از ایران در مسیر جاده ابریشم منجر به ایجاد مراکز مختلف تنوع این‌گونه شده است. ژنوتیپ‌های بومی حاصل انتخاب طبیعی و حامل ژن‌های تحمل به تنش‌های زیستی و غیرزیستی رایج در منطقه هستند. شاید ارقام قدیمی بومی سیب که هنوز به‌صورت لکه‌ای کشت و کار می-شوند در مقایسه با ارقام تجاری جدید اندازۀ میوه کوچک‌تر و عملکرد پایین‌تری داشته باشند؛ ولی به طور یقین از تحمل بیشتری به آفات، بیماری‌ها و سازگاری با ریز اقلیم‌ها برخوردارند. ارزیابی تنوع ژنتیک از طریق فنوتایپینگ براساس گیاه‌شناسی سیستماتیک روشی بنیادین در شناسایی گونه و تمایز رقم با اهداف ارزیابی، جلوگیری از انقراض و حفظ در کلکسیون‌ها، ثبت در دفتر ملی ارقام و بهره‌گیری در برنامه‌های به‌نژادی است. به این منظور صفات فنو‌مورفولوژیک، میوه‌شناسی، ویژگی‌های فیزیکی میوه، سفتی بافت، وزن و آزمایش‌های بیوشیمیایی میوه، به‌علاوه ناهنجاری زنگار برگرفته از درختان ۱۴ساله 48 رقم سیب بومی بر پایه MM111 مستقر در ایستگاه تحقیقات باغبانی کمال‌شهر کرج- ایران طی 1399-1400 مورد ارزیابی قرار گرفتند. تمامی صفات کمی و کیفی میوه با استفاده از توصیفگر بین‌المللی سیب UPOV)) منطبق بر دستورالعمل‌ ملی تمایز، یکنواختی و پایداری (D.U.S) سیب اندازه‌گیری شد. نتایج نشان داد که بین ارقام و ژنوتیپ‌های سیب از نظر صفات کمی، تفاوت آماری معنی‌داری وجود داشت. همچنین بین ارقام بومی قدیمی و ژنوتیپ‌های امیدبخش مورد بررسی، از نظر صفات ظاهری و ویژگی‌های مورفولوژیک، به‌ویژه اندازه و وزن میوه، تفاوت معنی‌داری مشاهده شد. علاوه بر این، بین برخی صفات نیز همبستگی معنی‌داری به‌دست آمد. صفات کیفی مورد مطالعه از نظر شاخص شانون، تنوع بالایی را نشان داد. تجزیه خوشه‌ای نشان‌دهندۀ خویشاوندی ژنتیک ارقام و ژنوتیپ-های مورد مطالعه است. در تجزیه به عامل‌ها، چهار عامل اصلی به ترتیب شامل وزن و اندازۀ میوه، سفتی بافت گوشت، نسبت طول به قطر و ویژگی‌های ظاهری میوه، 67 درصد از تفاوت بین داده‌ها را تبیین کردند، به این ترتیب ارقام بومی و ژنوتیپ‌های مورد مطالعه به سه گروه اصلی تقسیم شدند که با استفاده از تجزیه و تحلیل عملکرد تشخیصی این طبقه‌بندی با دقت 100 درصد تأیید گردید. رده‌بندی زمان رسیدن براساس توصیف‌گر 20 رقم بسیار دیررس و در قطب مخالف 9 رقم بسیار زودرس بودند. در رده‌های میانی به ترتیب 7، 4، و8 رقم زودرس، میان‌رس و دیررس بومی قرار گرفتند. 31، 7 و 2 رقم به ترتیب رقم بدون زنگار لپ، با زنگارکم و خیلی زیاد بودند. نتایج دلالت بر وجود تحمل عالی ارقام بومی به این ناهنجاری است. ارقام اردبیل 2 ترش‌مزه با پوست ضخیم، پاییزه زرد مشهد و شربتی بسیار شیرین با پوست بسیار نازک حساس به زنگار نشان دادند. بررسی-های توصیفی صفات، آنالیز واریانس و مقایسات میانگین، همبستگی صفات، تجزیه به عامل‌ها، تجزیه خوشه‌ای و رسم نمودار بای پلات انجام شد. اطلاعات به‌دست آمده گام مهمی برای شناسایی علمی، تمایز ارقام با هدف جلو‌گیری از انقراض ژرم‌پلاسم بومی سیب و ثبت در دفتر ملی ارقام کاربرد دارد. شناسایی سطح بیان ژن صفت‌های مورد مطالعه بستر لازم برای اهداف مختلف در برنامه‌های به‌نژادی را تسهیل می‌نماید.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Assessment of pheno-morphological and pomological traits of 48 native apple cultivars for registration, genetic improvement and food security

نویسندگان English

Nader Moghaddam 1
Hassan Hajnajari 2
Saeed Piri 3
Eissa Zarifi 4
1 Ph.D. Student, Department of Horticulture, Faculty of Agriculture and Natural Resources, Abhar Branch, Islamic Azad University, Abhar, Iran
2 Professor, Temperate Cold Fruit Research Center, Horticultural Sciences Research Institute (AREEO), Karaj, Iran
3 Assistant Professor, Department of Horticulture, Faculty of Agriculture and Natural Resources, Abhar Branch, Islamic Azad University, Abhar, Iran
4 Assistant Professor, Department of Genetic Research and National Plant Gene Bank of Iran, Seed and Plant Breeding Research Institute (AREEO), Karaj, Iran
چکیده English

Introduction
The selection and propagation of local apple seedlings and indigenous genotypes _ maintained by cuttings or grafting (True to Type) _ date back to 1560 BC in China. Gene flow originating  from Kyrgyzstan, the main center of apple diversity, passed through Iran along the Silk Road, and  contributed to the development of diverse centers of apple variation. As a result of natural selection, native genotypes have accumulated resistance genes providing adaptation to local biotic and abiotic stresses. While many traditional apple cultivars maintained in home orchards may smaller fruit size and lower productivity compared to modern commercial varieties, they exhibit greater resilience against pests, diseases, an fluctuating climatic conditions due to the diversity of microclimates in which they are grown. Collecting and conversing these indigenous varieties, as genetic resources is fundamental to national food security. Evaluating genetic diversity through morphological and pomological phenotyping remains a critical method for varietal identification and conservation. Such research activities are essential to prevent germplasm extinction, facilitate registration with National Office of Cultivars, and support breeding programs. without access to these genetic resources, fruit breeding research would be significantly hampered.  The value of rich germplasm collections becomes even more apparent with the emergence of pests and fungal or bacterial diseases triggered by climate change, highlighting the importance of genes conferring resistance. This imperative has led breeders to intensively survey and collect wild apple populations in Kazakhstan, Kyrgyzstan, and neighboring regions of  China, especially since the dissolution of the Soviet Union (Tian et al., 2022).
Materials and Methods
A comprehensive assessment of pheno-morphological and pomological traits, fruit physical characteristics, flesh firmness, fruit weight, and biochemical properties _ including russet disorder_ was conducted on 48 native apple cultivars and 2 imported varieties. All accessions, established as 14-year-old spindle-shped trees grafted onto MM111 rootstock, were cultivated at Kamalshahr Horticultural Research Station (Karaj, Iran) during 2020-2021. Both quantitative and qualitative fruit traits were measured using the International Apple Descriptor (UPOV) and in accordance with  the national DUS ( Distinctness, Uniformity, and Stability) testing guidelines.  Data collection included descriptive trait surveys,  followed by multivariate analyses such as factor analysis, cluster analysis and biplot visualization to elucidate patterns of genetic diversity.
Results and Discussion
Analysis of variance and mean comparisons tests revealed significant differences among the cultivars and genotypes for all quantitative traits assessed. Distinct differences were identified between traditional native cultivars and the promising genotypes, particularly regarding external fruit traits such as color and morpho-botanical characteristics, most notably fruit weight and flesh firmness. In addition, significant correlations were detected among several traits.
Assessment of qualitative traits revealed a high degree of diversity, as measured by the Shannon index. Cluster analysis further clarified the genetic relationships among accessions. Factor analysis identified four main and independent factors, fruit size, flesh firmness, length-to-diameter ratio, and external traits, which together explained 67% of the total variation observed in the dataset. On this basis, native apple cultivars and genotypes were divided into three distinct clusters. The accuracy of this classification was confirmed by diagnostic analysis, resulting in 100% correct assignment. 
Conclusion
These findings provide valuable information for the scientific identification, differentiation and registration of native apple cultivars and promising genotypes, supporting their official recognition by the Seed and Plant Certification and Registration Institute (SPCRI). The results also contribute to the conservation of native apple germplasm, helping to prevent genetic erosion. The detailed phenotypic profiling and diversity analysis offer essential resources for breeding programs, fascilitating the selection of parents for genetic improvement aimed at sustainability and resilience.

کلیدواژه‌ها English

Distinction
Genetic diversity
Native cultivars
Pomology
Quantitative and qualitative traits
Bai, T., Li, Z., Song, C., Song, S., Jiao, J., Liu, Y., Dong, Z., & Zheng, X. (2019). Contrasting drought tolerance in two apple cultivars associated with difference in leaf morphology and anatomy. American Journal of Plant Sciences, 10(05), 709-722. https://doi.10.4236/ajps.2019.105051
Bootekhak, A., Talebi, M., Tabatabaei, B., & Hajnajari, H. (2018). Assessment of genetic diversity among some Iranian native apple genotypes and commercial cultivars using SSR and SRAP molecular markers. Iranian Journal of Horticultural Science and Technology. 19(2), 213-226. http://journal-irshs.ir/article-1-146-en.html [In Persian].
Damyar, S., Hassani, D., & Parvaneh, T. (2013). Evaluation of some characteristics of native Red-Fleshed Apple genotypes of Iran. Seed and Plant Journal, 29(3), 483-501. https://doi.org/10.22092/spij.2017.111171 [In Persian].
Duralija, B., Putnik, P., Brdar, D., Bebek Markovinović, A., Zavadlav, S., Pateiro, M., Domínguez, R., Lorenzo, J. M., & Bursać Kovačević, D. (2021). The perspective of croatian old apple cultivars in extensive farming for the production of functional foods. Journal of Foods. 10(4), 708. https://doi.org/10.3390/foods10040708
Edizer, Y., & Bekar, T. (2007). Tokat merkez ilçede yetiştirilen bazı yerel elma (Malus communis L.) ceşitlerinin fenolojik ve pomolojik ozelliklerinin belirlenmesi. Journal of Agricultural Faculty of Gaziosmanpaşa University, 24(1), 1-8. https://dergipark.org.tr/tr/pub/gopzfd/issue/7338/96010
Fazeli, Sh., Sheidai, M., Farahani, F., & Noormohammadi, Z. (2016). Looking for genetic diversity in Iranian apple cultivars (Malus× domestica Borkh). Journal of Sciences. Islamic Republic of Iran. 27(3), 205-2015. https://api.semanticscholar.org/CorpusID:56153608 [In Persian].
 Gharaghani, A., Zamani, Z., Talaie, A., Oraguzie, N., Fatahi, R., Hajnajari, H., Wiedow, C., & Gardiner, SE. (2009). Genetic identity and relationships of Iranian apple (Malus× domestica Borkh.) cultivars and landraces, wild Malus species and representative old apple cultivars based on simple sequence repeat (SSR) marker analysis. Genetic Resources and Crop Evolution, 56(6), 829-842. https://doi.org/10.1007/s10722-008-9404-0
Hajnajari, H., & Moradi, M. (2014). Determination of self-compatibility levels, physiological disorders, pomology of apples and introduction of 'IRI6' as promising self-compatible cultivar. Iranian Journal of Horticultural Science. 45(2), 163-174. [In Persian].
Hajnajari, H., Akbari, H., & Abdossi, V. (2019). Genesis of ultra-specialized histology with stable traits in mesophyll of drought tolerant apple cultivars. Scientia Horticulturae. 249, 168-176. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2018.12.046
Hajnajari, H., (2021). Thirty-three half-sib apple clonal rootstocks tolerant to crown rot produced in a 14 years patho-breeding program. Acta Horticulturae, 1315(5), 227-236. https://doi.org/10.17660/ActaHortic.2021.1315.35
 Kalkisim, O., Ozdes, D., Okcu, Z., Karabulut, B., & Senturk, H.B. (2016). Determination of pomological and morphological characteristics and chemical compositions of local apple varieties grown in Gumushane, Turkey. Erwerbs-Obstbau. 58(1), 41-48. https://doi.org/10.1007/s10341-015-0256-4
 Karatas, N., (2021). Morphological, sensory and biochemical characteristics of summer apple genotypes. Brazilian Journal of Biology. 82, 309. https://doi.org/10.1590/1519-6984.234780
 Kumar, P., & Chandel, R.S. (2017). Generative developments and pomological traits of apple (Malus × domestica Borkh.) scion cultivars canopy on dwarf clonal rootstocks in dry temperate ecosystem of north-west Himalayas. Scientia horticulturae, 215, 28-37. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2016.12.012
Mandić, A., Žulj Mihaljević, M., Leko, M., Primorac, J., & Beljo, J. (2018). Synonyms and homonyms in Herzegovinian and Dalmatian grapevine cultivars. International Society for Horticultural Science. 1248, 15-20. https://doi.org/10.17660/ActaHortic.2019.1248.3
Martinelli, F., Busconi, M., Camangi, F., Stefani, A., Fogher, C., & Sebastiani, L. (2008). Ancient Pomaceae (Malus domestica Borkh. and Pyrus communis L.) cultivars in Appenino Toscano (Tuscany, Italy): molecular (SSR) and morphological characterization. International Journal of Cytology, Cytosystematics and Cytogenetics, 61, 320-331. https://doi:10.1080/00087114.2008.10589643
Mokhtarian, A., Asgharzadeh, A., Ganji Moghaddam, E., Khavari, K.S., & Hamidi, H. (2016). Investigation of genetic diversity of Razavi khorasan province local apple (Malus communis L.) genotypes using morphological and pomological characters. Plant Productions. 39(1), 65-78. https://doi.org/10.22055/ppd.2016.12042 [In Persian].
Rashidi, F., Hajnajari, H., Mirabdolbaghi, M., Ghorbani, E., & Pirkhezri, M. (2020). The effects of apple clonal crown rot tolerant rootstocks series on the growth control of scion cultivars. Iranian Jornal of Horticultural Science and Technology. 22, 117-134. https://dor.isc.ac/dor/20.1001.1.16807154.1400.22.1.15.6  [In Persian].
Sadri, H., Hajnajari, H., Zeinalabedini, M., Kazemi, N., & Asgarpour, R. (2024). Production of a diverse range of early ripening apple progenies through scalar screening for pheno-morpho, and yield traits. SABRAO Journal of Breeding and Genetics. 56 (4), 1459-1472. https://doi.org/10.54910/sabrao2024.56.4.12
Saghafian, L.A., Hajnajari, H., Khosrowshahli, M., & Mousavi, A. (2021). Influence of improved seedling rootstocks on dwarfism, uniformity, and fruit set of apple cultivars in a 15-year scheme, New Zealand Journal of Crop and Horticultural Science. 50(4), 287-302. https://doi: 10.1080/01140671.2021.1927764
Sun, P., Tahir, M.M., Lu, X., Liu, Z., Zhang, X., Zuo, X., Shao, Y., Xiao, X., An, N., Wang, C., & Zhang, D. (2022). Comparison of leaf morphological, anatomical, and photosynthetic responses to drought stress among eight apple rootstocks. Fruit Research, 2(1), 1-13. https://doi.10.48130/FruRes-2022-0020
Tian, Z., Song, H., Wang, Y., Li, J., Maimaiti, M., Liu, Z., Zhang, H., & Zhang, J. (2022). Wild apples are          not that wild: Conservation status and potential threats of Malus sieversii in the mountains of Central Asia biodiversity hotspot. Diversity, 14(6), 489. https://doi.org/10.3390/d14060489
Trappes, R. (2021). Defining the niche for niche construction: evolutionary and ecological niches. Biology and Philosophy, 36, 31. https://doi.org/10.1007/s10539-021-09805-2
Tóth, M., Kása, K., Szani, Z., & Balikó, E. (2004). Traditional old apple cultivars as new gene sources for apple breeding. Acta Horticulturae. 663, 609-612. https://doi.org/10.17660/ActaHortic.2004.663.107
Wiehle, M., Nawaz, M.A., Dahlem, R., Alam, I., Khan, A.A., Gailing, O., Mueller, M., & Buerkert, A., (2021). Pheno-genetic studies of apple varieties in northern Pakistan: A hidden pool of diversity. Scientia Horticulturae, 281, 109950. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2021.109950