نوع مقاله : علمی پژوهشی - تنش محیطی یا زیستی

نویسندگان

• حسن زالی ¹
• منطور جعفری زارع ²
• علی اصغری ²
• امید سفالیان ²
• علیرضا پورابوقداره ³

¹ مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی فارس

² گروه مهندسی تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران

³ موسسه تحقیقات اصلاح و تهیه نهال و بذر، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، ایران

چکیده

جو یکی از گیاهان زراعی مهم خانوادۀ غلات است که دامنۀ سازگاری وسیعی به انواع تنش‌های محیطی دارد. در این تحقیق 17 ژنوتیپ امیدبخش جو، به‌همراه 4 ژنوتیپ شاهد در دو شرایط آبیاری نرمال و تنش خشکی انتهای فصل طی دو سال زراعی1403-1401 مورد بررسی قرار گرفت. این بررسی به‌صورت طرح بلوک‌های کامل تصادفی و در سه تکرار در اراضی ایستگاه تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی داراب اجرا شد. به‌منظور انتخاب ژنوتیپ‌های برتر از نظر عملکرد دانه و سایر صفات اندازه‌گیری شده، از شاخص فاصله ژنوتیپ-ایدئوتیپ چند صفتی (MGIDI) و شاخص پایداری چند صفتی (MTSI) استفاده شد. نتایج تجزیه واریانس مرکب برای صفات مورد مطالعه نشان داد که اثرات محیط، ژنوتیپ و ژنوتیپ × محیط برای تمامی صفات مورد مطالعه معنی‌دار می‌باشد. محیط منبع اصلی تنوع برای صفات تعداد روز تا ظهور سنبله (DHE)، تعداد روز تا رسیدگی (DMA)، سرعت پر شدن دانه (GFR)، وزن هزار دانه (TKW) و عملکرد دانه (YLD) بود. برای صفات ارتفاع بوته (PLH)، دوره پر شدن دانه (GFP)، تعداد دانه در سنبله (NGS)، شاخص باروری سنبله (SFLm) و وزن خوشه (SPW) منبع اصلی تغییرات اثرات ژنوتیپی بود. در مجموع نتایج تجزیه به عامل‌ها در هر محیط و همه محیط‌ها نشان داد که ارتباط نزدیکی بین YLD، GFP، GFR، SHI (شاخص برداشت سنبله) و SFLm وجود دارد و انتخاب غیرمستقیم از طریق این صفات در شرایط بدون‌تنش و تنش خشکی می‌تواند باعث افزایش عملکرد دانه در ژنوتیپ‌های جو شود. بر مبنای شاخص MGIDI، در شرایط بدون تنش (1403-1401)، ژنوتیپ‌های G16، G2، G20 و G1 از سایر ژنوتیپ‌ها برتر بودند و ژنوتیپ‌های G16، G18، G10 و G14 در شرایط تنش خشکی (1403-1401) جزو ژنوتیپ‌های ایده‌آل بودند. برمبنای شاخص MSTI در همه محیط‌ها، ژنوتیپ‌های G5، G8 و G3 جزو پایدارترین ژنوتیپ‌ها از نظر تعدادی از صفات مورد بررسی بودند. در شرایط بدون‌تنش دیفرانسیل انتخاب برای همه صفات به‌جزء DHE مثبت بود. از طرفی، بیشترین مقدار دیفرانسیل انتخاب به‌ترتیب مربوط صفات YLD (6/12)، SFLm (64/8) و GFP (19/8) بود که نشان داد، روش MGIDI در انتخاب ژنوتیپ‌های با عملکرد بالا و با صفات زراعی مطلوب کارآمد است. در شرایط تنش خشکی، دیفرانسیل انتخاب برای صفات DHE، DMA و PLH منفی بود و از طرفی بیشترین مقدار دیفرانسیل انتخاب به‌ترتیب مربوط صفات SFLm (90/13)، YLD (7/10) و GFR (35/9) بود که نشان داد این روش در انتخاب ژنوتیپ‌های زودرس با عملکرد بالا، سرعت پر شدن دانه بالا و شاخص باروری سنبله بیشتر در شرایط تنش خشکی کارآمد بوده است. در همه محیط‌های مورد بررسی و هم‌چنین در شرایط تنش خشکی و بدون‌تنش در مجموع دو سال، بیشترین مقدار درصد پیشرفت حاصل از انتخاب مربوط به صفات عملکرد دانه، سرعت پر شدن دانه و شاخص باروری سنبله بود که نشان از شناسایی ژنوتیپ‌هایی با پتانسیل عملکرد دانه بالا، سرعت بالای پر شدن دانه و هم‌چنین افزایش درصد شاخص باروری سنبله می‌باشد. در مجموع، نتایج نشان داد که ژنوتیپ‌های منتخب در شرایط بدون‌تنش (G16، G2، G20 و G1) دارای ترکیبی از صفات طول دوره پر شدن و سرعت پر شدن دانه بالا، عملکرد دانه بالا، تعداد دانه در سنبله بالا، شاخص بارری سنبله بالا و در نهایت وزن خوشه بالا هستند و ژنوتیپ‌های منتخب در شرایط تنش خشکی (G16، G8، G10 و G14) دارای ترکیبی از صفات طول دوره پر شدن بالا، عملکرد دانه بالا و شاخص باروری سنبله بالا بودند. بنابراین، هر کدام از این ژنوتیپ‌ها می‌تواند کاندید معرفی در شرایط بدون‌تنش و تنش خشکی انتهای فصل باشند و از آنجایی که ژنوتیپG16 در هر دو شرایط جزو ژنوتیپ‌های منتخب بود، می‌تواند به‌عنوان ژنوتیپ برتر معرفی شود. هم‌چنین، برمبنای شاخص MSTI، ژنوتیپ G3 جزو پایدارترین ژنوتیپ‌ها با عملکرد دانه بالاتر از متوسط کل بود.

کلیدواژه‌ها

• پایداری عملکرد
• دیفرانسیل گزینش
• شاخص MGIDI
• شاخص MSTI
• صفات زراعی

موضوعات

• A: تنش محیطی یا زیستی

عنوان مقاله [English]

Multi-traits selection for agronomic performance in genotypes of barley under drought stress conditions

نویسندگان [English]

• Hassan Zali ¹
• Mansoor Jafari Zare ²
• Ali Asghari ²
• Omid Sofalian ²
• Alireza Pour-Aboughadareh ³

¹ Fars Agricultural and Natural Resources Research and Education Center

² Department of Plant Production and Genetics engineering, Faculty of Agricultural and Natural Resources, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran

³ Seed and Plant Improvement Institute, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Karaj, Iran

چکیده [English]

Introduction

Barley is one of the important crops in the cereal family and has a wide range of adaptation to various environmental conditions and abiotic stresses, particularly drought, salinity, and cold. Crop plants are often exposed to environmental stresses. Since barley cultivars in semi-arid regions face drought stress in their growth stages, and considering the importance of identifying the best cultivars for these areas, this research aims to investigate barley cultivars in terms of morphological and phenological characteristics, as well as to identify traits related to grain yield in order to select the best cultivars.



Materials and methods

In this experiment, 17 promising barley genotypes along with four control genotypes were tested under two conditions: non-stress irrigation and terminal drought stress, during crop years 2022-2024. This tool place in a randomized complete block design with three replications at the Darab Agricultural and Natural Resources Research Station. The multi-trait genotype-ideotype distance index (MGIDI) and multi-trait stability index (MTSI) were utilized to select superior genotypes based on grain yield and other measured traits. The measured traits included of number of days to heading (DHE), number of days to maturity (DMA), plant height (PLH), grain filling period (GFP), grain filling rate (GFR), thousand grain weight (TGW), grain yield (YLD), number of grains per spike (NGS), spike harvest index (SHI), spike fertility index (SFIm), and spike weight (SPW).



Results and Discussion

The combined analysis of variance for the studied traits indicated that the effects of environment, genotype, and genotype × environment were significant for all the examined traits. The environment was the primary source of variation for the traits DHE, DMA, GFR, TKW, and YLD, whereas genotypic effects were the main source of variation for the traits PLH, GFP, NGS, SFLm, and SPW. Results from factor analysis in each environment and across all environments revealed a strong relationship between YLD and traits such as GFP, GFR, SHI and SFLm. Indirect selection through these traits under both non-stress and drought stress conditions may enhance grain yield in barley genotypes. Based on the MGIDI index under non-stress conditions (2021-2023), genotypes G16, G2, G20, and G1 outperformed the others, while genotypes G16, G18, G10, and G14 were identified as ideal genotypes under drought stress conditions (2021-2023). According to the MSTI index across all environments, genotypes G5, G8, and G3 were among the most stable for various studied traits. Under non-stress conditions, the selection differential was positive for all traits except DHE, with the highest selection differential values were observed for traits YLD (12.6), SFLm (8.64), and GFP (8.19). This indicates the MGIDI method’s effectiveness in selecting high-yielding genotypes with desirable agronomic traits. Conversely, under drought stress conditions, the selection differential was negative for traits DHE, DMA, and PLH, while the highest selection differential values were for traits SFLm (13.90), YLD (10.7), and GFR (9.35). This suggests the method effectively select early-maturing genotypes with high grain yield, grain filling rate, and spike fertility index under drought stress conditions. Across all studied environments and under both non-stress and drought stress conditions throughout the two years, the highest gain was observed for traits such as grain yield, grain filling rate, and spike fertility index. This indicates the identification of genotypes with high grain yield potential, high grain filling rate, and increased spike fertility index.



Conclusion

Overall, results indicated that the selected genotypes under non-stress conditions (G16, G2, G20, and G1) exhibited a combination of traits such as long grain filling period, high grain filling rate, high grain yield, maximum number of grains per spike, high spike fertility index, and ultimately high spike weight. On the other hand, selected genotypes under drought stress conditions (G16, G8, G10, and G14) displayed traits such as long grain filling period, high grain yield, and high spike fertility index. Therefore, each of these genotypes could be a potential candidate for introduction under both non-stress and late-season drought stress conditions. Since genotype G16 was selected under both conditions, it can be introduced as the top genotype. Moreover, based on the MSTI index, genotype G3 was one of the most stable, displaying a grain yield higher than the overall average.

کلیدواژه‌ها [English]

• Agronomic traits
• MGIDI index
• MSTI index
• Selection differential
• Yield stability