ارزیابی تحمل به شوری در گیاهچه‌های لاین‌های نوترکیب برنج ایرانی

مقدمه

برنج (Oryza sativa L.) محصول عمده بیشتر کشورهای آسیایی است که زراعت آن در بیش از نیمی از زمین­های کشاورزی در این قاره رواج دارد. مردم این منطقه، روزانه 30 تا 80 درصد کالری مورد نیاز خود را از این محصول دریافت می­کنند (Majidimehr & Amiri-Fahliani, 2016). افزایش سریع جمعیت، نیاز به 87 درصد بیشتر از محصولات مانند برنج، گندم، سویا و ذرت را از طریق استفاده از منابع خاک و آب ایجاد کرده است (Kromdijk & Long, 2016).

داده­های اخیر نشان می­دهد که به‌طور متوسط، 2000 کیلومتر مربع از زمین­های آبی از 75 کشور، به‌علت شوری به‌طور مداوم در حال تخریب هستند.(Reddy et al., 2017) شوری به‌عنوان یک عامل محیطی محدودکننده رشد و نمو و تولید محصول در گیاهان می­باشدRahnama & Ebrahimzadeh, 2004., Molassitotis et al., 2006)). تنش شوری با کاهش در تقسیم، سرعت طویل شدن و تورژسانس سلولی و همچنین سخت و ضخیم شدن دیواره سلول­ها، موجب کاهش کلی رشد می‌شود ((Deivanai et al., 2011.

Zhang et al (2010) گزارش کردند که افزایش غلظت یون سدیم در اطراف ریشه و درون گیاه برنج، باعث کاهش فتوسنتز می­شود و کاهش فتوسنتز، سبب کاهش انرژی و تولید مواد اولیه لازم برای فرایند آنابولیسم خواهد شد. Shannon et al  . (1987) نشان دادند که با افزایش شوری، وزن خشک ساقه، تراکم بوته و زیست‌توده کاهش می­یابند. آن‌ها کاهش وزن خشک ساقه در محیط­های مختلف رشدی (شن و رس) را به افزایش تجمع سدیم در بافت مرتبط دانستند. Lee et al (2003) ارقام برنج ایندیکا و ژاپونیکا را از نظر تحمل به شوری با هم مقایسه نمودند و مقدار جذب پتاسیم در ساقه گیاهچه­هایی که تحت تنش شوری 12 دسی­زیمنس بر متر بودند را اندازه­گیری کردند. ارقام ایندیکا کاهش بیشتری را از نظر تمام خصوصیات رشد نسبت به ارقام ژاپونیکا نشان دادند و مقدار سدیم را به نحو بهتری دفع نمودند و با جذب پتاسیم بیشتر، نسبت سدیم به پتاسیم را در ساقه­های خود پایین نگه داشتند.Shiro et al.  (2002) ارتباط بین توزیع و تجمع سدیم و آسیب وارد شده ناشی از شوری را در برگ­های گیاهچه­های برنج بررسی نمودند. این محققان نشان دادند که تجمع سدیم در برگ­های مسن، بیشتر است. نتایج این مطالعه نشان داد که در مقایسه با غلظت سدیم برگ، ارتباط بین سن برگ با آسیب ناشی از شوری قوی­تر است.

Sabouri et al (2008) عنوان کردند که ارقام متحمل، نمک را جذب می‌کنند، اما آن را در واکوئل­های سلول‌های برگ انباشته می‌کنند و در نتیجه از صدمات نمک اضافی مصون می‌مانند. این امر در نتیجه فعالیت ناقل‌های آنتی­پورتر­سدیم- پروتون در سطح تونوپلاست می­باشد. برگ­های ضخیم­تر، دارای بافت پارنشیمی بیشتر و تعداد واکوئل بیشتری هستند و در نتیجه بهتر می­توانند نمک­ها را در واکوئل ذخیره کنند. نتایج تحقیق Kibria et al.  (2017) نشان داد که میزان کلروفیل a و b با افزایش شوری در 40 و 60 ملی­مولار NaCl کاهش می­یابد. با این حال، الگوهای کاهش کل کلروفیل برای ارقام مقاوم و حساس به شوری متفاوت بود.

 Kibria et al. (2017) و Kumar et al. (2007) با مطالعه عکس‌العمل ارقام برنج ایندیکا نشان دادند که در تنش شوری، درصد جوانه‌زنی، رشد گیاه و مقدار رنگیزه کلروفیلی کاهش می­یابد. اثر تنش بر گیاهچه­های برنج در مطالعه­ Prajuabmon et al. (2009) نشان داد که نسبت سدیم به پتاسیم و پرولین کاهش می­یابد، به‌طوری‌که واریته متحمل، بالاترین محتوای پرولین و پایین‌ترین نسبت سدیم به پتاسیم را نشان داد. بررسی تنوع ژنتیکی ژنوتیپ­های برنج در رابطه با تنش شوری در مرحله­ گیاهچه­ای نشان داد که گروه متحمل، دارای درصد سدیم و نسبت سدیم به پتاسیم کم، وزن خشک ریشه، ساقه، زیست‌توده و طول ریشه و ساقه زیاد بودند. با توجه به این‌که کنترل شوری، یکی از مهم­ترین عوامل مدیریت کشاورزی و منابع طبیعی است و تنش شوری، منجر به افزایش هزینه تولید و کاهش قابل ملاحظه محصول می­شود، بنابراین تحقیقات در زمینه معرفی ارقام متحمل به شوری از اهمیت خاصی برخوردار است، این آزمایش به‌منظور بررسی روابط بین صفات گیاهچه­های برنج تحت تنش شوری و تعیین مهم‌ترین صفات موثر بر رشد و نمو گیاهچه­های برنج در شرایط تنش شوری حاصل از یون­های NaCl طراحی شد.

مواد و روش

به منظور بررسی واکنش 74 لاین خالص نوترکیب نسل هشتم برنج حاصل از تلاقی ارقام اهلمی ­طارم × ندا به تنش شوری، آزمایشی به‌صورت مرکب و در قالب طرح کاملا تصادفی با سه تکرار، در دو شرایط کشت نرمال و شوری حاصل از NaCl، در آزمایشگاه گیاهشناسی دانشکده کشاورزی دانشگاه گنبد کاووس در سال 1395 اجرا شد. برای کشت، بر اساس دستورالعمل موسسه بین المللی برنج (Gregorio, 1997)، از صفحات یونولیت با ابعاد 25/1×32×28 و ظروف پلاستیکی هشت لیتری ضدعفونی شده،استفاده شد. ابتدا بذرها به­مدت چهار روز در دمای 25 درجه سانتی‌گراد در اتاقک رشد مدل 1600 SP (ساخت شرکت WEISS TECHNIK) جوانه­دار شدند. بذرهای جوانه‌زده در روز پنجم به‌داخل ظروف پلاستیکی حاوی محلول یوشیدا، انتقال داده شدند. سپس سینی­ها در اتاق کشت آزمایشگاه گیاه­شناسی با دمای روز و شب 21/29 و رطوبت نسبی 70 درصد و نور طبیعی (16 ساعت روشنایی و هشت ساعت تاریکی) قرار داده شدند. محلول غذایی هر هفت روز تعویض ­شد و pH محلول، هفته­ای سه بار کنترل و به‌وسیله HCl و NaOH یک نرمال و با استفاده از pH متر مدل  3010(JENWAY) روی عدد 5/5 ثابت نگه داشته شد. بر اساس روش Grigorio et al. (1997) و مطالعات قبلی نگارندگان (Sabouri, 2008; Sabouri et al., 2010) ابتدا گیاهچه­ها به مدت 14 روز در شرایط نرمال کشت داده شدند. سپس تنش شوری با افزودنNaCl  به محلول یوشیدا به میزان شش دسی زیمنس بر متر اعمال شد (شکل 1).

شکل 1- گیاهچه­های لاین­های برنج در شرایط نرمال (راست) و تحت تنش شوری با EC=12dS.m^-1 (چپ).

Figure 1. Seedlings of rice lines under normal (right) conditions and salinity stress in EC=12dS.m^-1 (left).

جهت گزینش بهتر ارقام  برای تحمل به تنش شوری، ارقام به مدت هفت روز نیز تحت هدایت الکتریکی 12 دسی­زیمنس بر متر قرار گرفتند. بعد از اعمال تنش شوری، واکنش لاین‌ها ارزیابی شد و امتیاز لاین‌ها برای تحمل به شوری بر اساس روش Grigorio et al. (1997) برای هر لاین در سه تکرار تعیین شد. با استفاده از دستگاه کلروفیل متر دستی (SPAD 502 Minolta) برای هر برگ و در سه نقطه پهنک برگ، میزان کلروفیل، قبل و بعد از اعمال تنش، اندازه‌گیری شد. درصد سدیم و پتاسیم ساقه و ریشه با استفاده از روش هضم تر (Thomas et al., 1967) برای گیاچه­ها تعیین شد.

جدول 1- ارزیابی استاندارد تغییر شکل یافته برای تعیین میزان صدمه گیاهچه­های برنج در مرحله گیاهچه­ای
 (Grigorio et al., 1975).

Table 1. Modified standard evaluation score (SES) of visual salt injury at seedling stage
 (Grigorio et al., 1997).

برای اندازه‌گیری روزنه از روش Miskin et al. (1972) استفاده شد. سطح برگ (Yoshida et al.,1976) و قطر و چگالی سطح ریشه (Hajabbasi, 2001) با استفاده از روابط زیر محاسبه شدند:

معادله (1) ^5/0((π×طول ریشه)×(وزن تر ریشه×4))=قطر ریشه  

معادله (2) (π×قطر ریشه×طول ریشه)=چگالی سطح ریشه

معادله (3) طول برگ×عرض برگ×75/0=سطح برگ

صفات یادداشت‌برداری شده به‌طور جداگانه تجزیه واریانس شدند و سپس روی داده­های کلی، تجزیه مرکب انجام شد. برای تجزیه واریانس و مقایسه میانگین، از نرم­افزار SAS Ver.9.2 استفاده شد. میانگین­ها با آزمون توکی (HSD) و در سطح احتمال پنج درصد مورد مقایسه قرار گرفتند. همچنین نرم­افزار SPSS 23 برای محاسبه همبستگی­ها و تجزیه کلاستر (روش Ward)  به‌کار رفت.

نتایج و بحث

تجزیه واریانس و مقایسه میانگین

تجزیه واریانس صفات مورد بررسی در مجموع شرایط نرمال و تنش شوری نشان داد که اختلاف بین لاین­ها برای کلیه صفات معنی‌دار بود (جدول 2). این نتیجه بیانگر وجود تنوع فنوتیپی برای صفات ارزیابی شده در مرحله گیاهچه­ای در شرایط تنش شوری و نرمال در لاین­های مورد بررسی است.

جدول2- تجزیه واریانس مرکب صفات مورد بررسی در شرایط نرمال و تنش شوری در گیاهچه­های F₈ حاصل از تلاقی ندا و اهلمی­طارم.

Table 2. Combined variance analysis of the studied traits in F₈ seedling obtained from the Neda × Ahlami Tarom under normal and salinity stress.

ns، *و**: به‌ترتیب غیر معنی‌دار ومعنی­دار بودن در سطح احتمال پنج و یک درصد.

ns, *,**: Non significant and significant at 0.05 and 0.01 of probability levels, respectively.

ادامه جدول2- تجزیه واریانس مرکب صفات مورد بررسی در شرایط نرمال و تنش شوری در گیاهچه­های F₈ حاصل از تلاقی ندا و اهلمی­طارم.

Table 2. Combined variance analysis of the studied traits in F₈ seedling obtained from the Neda × Ahlami Tarom under normal and salinity stress.

ns، *و**: به‌ترتیب غیر معنی‌دار ومعنی­دار بودن در سطح احتمال پنج و یک درصد

. ns, *,**: Non significant and significant at 0.05 and 0.01 of probability levels, respectively.

ادامه جدول2- تجزیه واریانس مرکب صفات مورد بررسی در شرایط نرمال و تنش شوری در گیاهچه­های F₈ حاصل از تلاقی ندا و اهلمی­طارم.

Table 2. Combined variance analysis of the studied traits in F₈ seedling obtained from the Neda × Ahlami Tarom under normal and salinity stress.

ns، *و**: به‌ترتیب غیر معنی‌دار ومعنی­دار بودن در سطح احتمال پنج و یک درصد

. ns, *,**: Non significant and significant at 0.05 and 0.01 of probability levels, respectively.

واکنش متفاوت ژنوتیپ­های مورد بررسی نسبت به تنش موجب شد که اثر متقابل لاین × شرایط کشت برای اکثر صفات، به‌جز زیست‌توده خشک، نسبت سدیم به پتاسیم ساقه و نسبت سدیم به پتاسیم ریشه در سطح احتمال یک درصد معنی‌دار شود. معنی‌دار بودن اثر متقابل، نشان‌دهنده رفتار متفاوت لاین­ها در شرایط نرمال و تنش شوری از نظر صفات مورد بررسی است و احتمالا مکانسیم­های متفاوت بین آن­ها را در واکنش به شرایط مختلف کشت نشان می­دهد که می­تواند در انتخاب ارقام مناسب برای هر شرایط کشت، به‌صورت جداگانه (تنش و نرمال) مورد استفاده قرار گیرند. میانگین صفات ارزیابی شده برای پنج درصد لاین­های برتر در شرایط نرمال (جدول 3) نشان داد که لاین '32 از نظر صفات طول ساقه، طول بزرگترین برگ، مساحت برگ، زیست‌توده تر، وزن خشک ساقه و زیست‌توده خشک، بیشترین مقادیر را دارا است. در شرایط تنش شوری، لاین­های 36، '32، 30 و 116 برترین لاین­ها از نظر زیست‌توده بودند. لاین 36 از نظر وزن تر ریشه، وزن تر و خشک ساقه، زیست‌توده تر و قطر ریشه، جزو گروه­های برتر در بین لاین­های مورد بررسی بود (جدول 4). شوری از رشد طولی ساقه و برگ ممانعت می­کند؛ به همین دلیل اولین علائم شوری، کاهش گسترش برگ­ها و در نهایت مرگ بافت است (Flowers & Yeo, 1988). محققان با مطالعه بر روی برنج نشان دادند که برگ­های کاملا توسعه یافته قبل از برگ­های جوان، تحت تاثیر شوری قرار می­گیرند و مساحت برگ به عنوان اولین عکس العمل گیاه کاهش می­یابد (Alam et al., 2004).

جدول 3- میانگین صفات ارزیابی شده برای پنج درصد لاین­های برتر در شرایط نرمال.

Table 3. Mean evaluated traits of best lines (5%) in normal conditions.

ادامه جدول 3- میانگین صفات ارزیابی شده برای پنج درصد لاین­های برتر در شرایط نرمال.

Table 3. Mean evaluated traits of five percent of best lines in normal conditions. Continued

ادامه جدول 3- میانگین صفات ارزیابی شده برای پنج درصد لاین­های برتر در شرایط نرمال.

Table 3. Mean evaluated traits of five percent of best lines in normal conditions. Continued

با افزایش شوری به 12 دسی­زیمنس، لاین­های 32، 11، 85 و 21 جزو برترین لاین­ها بودند. لاین 32 بیشترین عرض برگ و پتاسیم ساقه نیز دارا بود و کمترین مقدار سدیم ریشه را داشت. لاین 85 نیز از نظر محتوای کلروفیل و عرض برگ، مساحت برگ و نسبت سدیم به پتاسیم ساقه، دارای بیشترین مقدار بود (جدول 4).   Yeo& Flowers (1984) معتقدند که ارقامی که مقدار کمتری یون سدیم و با غلظت کمتر در اندام هوایی خود انباشته می­کنند، از ساز و کار رقیق­سازی نمک و تجمع آن­ها در واکوئل­ها برخوردارند و موفق می­شوند که از اثرات سوء نمک تا حدودی مصون بمانند. یکی از دلایل تحمل بیشتر ارقام پابلند مانند پوکالی نیز همین مکانیسم است. یکی از اثرات ثانویه غلظت بالای Na⁺ در محیط ریشه، جلوگیری از جذب مواد غذایی ضروری پتاسیم و کلسیم می­باشد. اثرات مستقیم شوری در سطوح فعالیت آنزیمی، عمل غشا و در فرایندهای مختلف متابولیکی قابل مشاهده است (Moradi & Abdelbagi, 2007). پتاسیم یکی از عناصری است که در تنش شوری در گیاهان متحمل انباشته می­شود. ((Shiro et al., 2002 پژوهش روی برنج و جو، بیانگر نقش مثبت یون پتاسیم در تحمل به تنش شوری و کاهش اثرات منفی یون­هایی مانند سدیم و کلر است، زیرا یون پتاسیم در شرایط تنش شوری، موجب حفظ پایداری غشای سلولی، حفظ کارایی فتوسنتزی و بهبود وضعیت رطوبتی گیاه تحت شایط تنش می­شود
 (Asch et al. 2000., Carden et al., 2003).

همبستگی و روابط بین صفات

همبستگی صفات در شرایط نرمال نشان داد که زیست‌توده با صفات طول ساقه، تعداد ریشه، مساحت برگ، قطر ریشه و چگالی سطحی ریشه همبستگی بالا و معنی­داری داشت. 

جدول 4- میانگین صفات ارزیابی شده برای پنج درصد لاین­های برتر در شرایط تنش.

Table 4. Mean evaluated traits of five percent of best lines in stress conditions.

ادامه جدول 4- میانگین صفات ارزیابی شده برای پنج درصد لاین­های برتر در شرایط تنش.

Table 4. Mean evaluated traits of five percent of best lines in stress conditions. Continued

ادامه جدول 4- میانگین صفات ارزیابی شده برای پنج درصد لاین­های برتر در شرایط تنش.

Table 4.Mean evaluated traits of five percent of best lines in stress conditions. Continued

همبستگی صفات در شرایط تنش شوری نشان داد که  امتیاز ارقام در شوری شش و 12 دسی­زیمنس بر متر، همبستگی بالا و معنی­دار با صفات محتوی کلروفیل، طول ساقه و مساحت برگ داشت. از آن‌جا که لاین­های متحمل (دارای امتیاز ژنوتیپی پایین)، وزن خشک و طول ریشه بالاتر و مساحت برگ و محتوای کلروفیل بیشتری دارند، همبستگی­های فوق منطقی به نظر می­رسد. Aslam et al (1993) نشان دادند که وزن خشک و تر ساقه و درصد سبز بودن گیاه برنج می­تواند معیار مناسبی جهت ارزیابی تحمل گیاه به شوری باشد. از جمله صفات مهم برای تشخیص تحمل گیاه به تنش شوری غلظت سدیم و پتاسیم است. بر اساس جدول 5، همبستگی بین این صفات، پایین و غیر معنی­دار بود. به‌نظر می­رسد که در شرایط تنش شوری، جذب سدیم و پتاسیم، مستقل از یکدیگر و از مسیرهای متفاوتی صورت می­گیرد و از این نظر رقابتی با هم نداشته باشند. یون سدیم طی مکانیسم جریان تعرقی و از مسیر بین سلولی جذب می­شود، درحالی‌که یون پتاسیم به‌وسیله ناقل­ها و کانال­ها جذب می­شود. ممانعت از جذب سدیم در برنج می­تواند از طریق خارج سازی نمک و ذخیره سازی یون­ها در واکوئل انجام گیرد (Yeo & Flowers, 1984). در هر دو شرایط آزمایش، می­توان همبستگی بالای صفات طول ساقه و مساحت برگ را با صفات مهمی همچون زیست‌توده و امتیاز تحمل تنش مشاهده کرد که نشان دهنده تاثیر بالای این صفات بر تحمل لاین­­ها بود.          

جدول 5- همبستگی صفات ارزیابی شده در شرایط نرمال و شوری (اعداد بالای قطر برای شرایط نرمال و اعداد پایین قطر برای شرایط شوری می­باشد).

Table 5. Correlation among evaluated traits under normal and saline conditions (The numbers above and below diagonal are for normal saline conditions, respectively).

ns،*و**: به‌ترتیب غیر معنی­دار، معنی­دار بودن در سطح احتمال پنج و یک درصد.                                                      ns, * and **:non significant and significantly at 1 and 5% of probability level, respectively.

Chlorophyll content(1), Stem length (2), Root length (3), Number of root (4), Leaf area (5), Dry biomass (6), Score (6dS/m))7(, Score (12 dS/m)(8), Root diameter (9), Root Density , (10) Na⁺ shoot content) 11(  , Na⁺ root content (12)،  K⁺ Stem content (13)، K⁺ root  content (14)،  Na⁺/K⁺ shoot (15)،  Na⁺/K⁺ root (16)،  Stomata length (17)،  Stomata width (18), Number of stomata (19)

رگرسیون مرحله­ای

جهت گزینش صفاتی که نقش مهم­تری در توجیه زیست‌توده خشک و امتیاز ارقام در دو حالت نرمال و تنش شوری دارند، از رگرسیون مرحله­ای به روش پیش رونده استفاده شد. نتایج رگرسیون پیشرو در شرایط تنش نرمال نشان داد که زمانی که زیست‌توده خشک، به‌عنوان متغیر وابسته و سایر صفات، به‌عنوان متغیر مستقل در نظر گرفته شوند، به‌ترتیب قطر ریشه،  طول ساقه، طول ریشه وچگالی سطح ریشه، بیشترین تغییرات (1/92 درصد) را توجیه کردند (جدول6).

جدول 6- نتایج رگرسیون مرحله­ای زیست‌توده خشک به‌عنوان متغیر وابسته و سایر صفات به‌عنوان متغیر مستقل در جمعیت F₈ حاصل از تلاقی ارقام اهلمی­طارم × ندا در شرایط نرمال.

Table 6. Results of stepwise regression of dry biomass as dependent variable and other traits as independent variables in F8 population obtained from Ahlami Tarom × Neda cross under normal conditions.

*و**: به‌ترتیب معنی­دار در سطح احتمال پنج و یک درصد.

*,**: significant at 0.05 and 0.01 of probability levels, respectively.

با توجه به نتایج حاصل از تجزیه رگرسیون، برای دستیابی به لاین­هایی با زیست‌توده بیشتر، می­توان انتخاب را بر اساس قطر و طول ریشه، طول ساقه و مساحت برگ انجام داد. زمانی که امتیاز ارقام در شوری شش دسی­زیمنس بر متر، به‌عنوان متغیر وابسته و سایر صفات، به‌عنوان متغیر مستقل در نظر گرفته شوند، به‌ترتیب صفات محتوای کلروفیل، مساحت برگ و طول ریشه، بیشترین تغییرات (37 درصد) را توجیه کردند (جدول 7).

جدول 7- نتایج رگرسیون مرحله­ای تحمل تنش شوری  در شش دسی زیمنس بر متر به‌عنوان متغیر وابسته و سایر صفات به‌عنوان متغیر مستقل در جمعیت F₈ حاصل از تلاقی ارقام اهلمی­طارم × ندا.

Table 7. Results of stepwise Regression of salt tolerance score in 6 dS.m^-1 as dependent variable and other traits as independent variables in F₈ population obtained from Ahlami Tarom × Neda cross.

*و**: به‌ترتیب معنی­دار در سطح احتمال پنج و یک درصد.

*,**: significant at 0.05 and 0.01 of probability levels, respectively.

زمانی‌که امتیاز ارقام در شوری 12 دسی_­زیمنس بر متر، به‌عنوان متغیر وابسته و سایر صفات، به‌عنوان متغیر مستقل در نظر گرفته شدند، به‌ترتیب صفات محتوای کلروفیل و مساحت برگ، بیشترین تغییرات (5/45 درصد) را توجیه کردند (جدول 8). بر اساس نتایج تجزیه رگرسیون در شوری 12 دسی­زیمنس بر متر، می­توان انتخاب را بر اساس محتوای کلروفیل و مساحت برگ انجام داد. سایر صفات مورد مطالعه، تاثیر معنی­داری بر مدل نداشتند و به همین دلیل، اختلاف بین لاین­ها از نظر امتیاز تحمل به تنش شوری را می­توان به تفاوت در صفات فوق نسبت داد (جدول 8). در مطالعه  Sabouri ( 2008) صفت امتیاز ارقام به‌عنوان متغیر وابسته و سایر صفات به عنوان متغیر مستقل در نظر گرفته شد که صفت طول اندام هوایی، 506/0 درصد از تغییرات توجیه نمود و همبستگی بین صفت امتیاز ارقام و طول اندام هوایی گیاه، برابر با 415/0- گزارش شد. در مطالعه اخیر نیز همبستگی بین صفت امتیاز تحمل و ارتفاع بوته برابر با 373/0- مشاهده شد. انجام تجزیه رگرسیون گام به گام توسط Farahmandfar et al.  (2009) جهت انتخاب صفات مرتبط با تحمل به تنش شوری در مرحله گیاهچه­ای برنج، به‌ترتیب وزن خشک اندام هوایی و ریشه را به عنوان صفات موثر بر زیست‌توده گزارش نمود.

جدول 8- نتایج رگرسیون مرحله­ای تحمل تنش شوری در 12 دسی‌زیمنس بر متر بهه‌عنوان متغیر وابسته و سایر صفات به‌عنوان متغیر مستقل در جمعیت F₈ حاصل از تلاقی ارقام اهلمی طارم × ندا.

Table .- Results of stepwise Regression of salt tolerance score in 12 dS.m^-1 as dependent variable and other traits as independent variables in F₈ population obtained from Ahlami Tarom × Neda cross.

*و**: به‌ترتیب معنی­دار در سطح احتمال پنج و یک درصد.

*,**: significant at 0.05 and 0.01 of probability levels, respectively.

تجزیه علیت

به‌منظور ارزیابی میزان اثر هر یک از صفات بر زیست‌توده و کد ژنوتیپی بر گیاهچه­ها در شرایط نرمال و تنش، از روش تجزیه علیت استفاده شد و همبستگی­های ژنوتیپی بین صفات زیست‌توده و کد ژنوتیپی با دیگر صفات، به اثرات مستقیم و غیر مستقیم تفکیک شد. برای انجام تجزیه علیت در شرایط نرمال، زیست‌توده به‌عنوان متغیر وابسته (معلول) و صفات موجود در مدل رگرسیونی گام به گام به‌عنوان متغیرهای مستقل (علت) در نظر گرفته شد. نتایج نشان داد که بیشترین اثر مستقیم، مربوط به طول ساقه (391/0) بود و طول ریشه، اثر مستقیم منفی بر زیست‌توده داشت. در این مطالعه، قطر ریشه دارای اثر مستقیم و بالا (315/0) و همچنین این صفت از طریق طول ریشه (006/0)، اثر غیر مستقیم منفی بر زیست‌توده داشت (جدول 9).

جدول 9- اثرات مستقیم و غیر مستقیم صفات بر زیست‌توده در جمعیت F₈ برنج حاصل از تلاقی ارقام اهلمی­طارم و ندا در شرایط نرمال.

Table 9. Direct and indirect effects of traits on biomass in the F₈ population of rice obtained from Ahlami Tarom and Neda cultivars crossing under normal condition.

برای انجام تجزیه علیت، امتیاز تحمل به شوری شش دسی­زیمنس بر متر به‌عنوان متغیر وابسته (معلول) و صفات موجود در مدل رگرسیونی گام به گام به‌عنوان متغیرهای مستقل (علت) در نظر گرفته شد. نتاج، نشان دهنده تاثیر مستقیم و منفی محتوای کلروفیل، مساحت برگ و طول ریشه بر امتیاز تحمل شوری بود (جدول 10). تجزیه علیت در شوری 12 دسی­زیمنس بر متر نشان داد که محتوای کلروفیل، بیشترین تاثیر مستقیم و منفی (530/0-) را بر امتیاز ارقام داشت (جدول 11).

جدول 10- اثرات مستقیم و غیر مستقیم امتیاز ارقام در شوری شش دسی­زیمنس بر متر در جمعیت F₈ برنج حاصل از تلاقی ارقام اهلمی­طارم و ندا.

Table 10- Direct and indirect effects of traits on biomass in the F₈ population of rice obtained from Ahlami Tarom and Neda cultivars crossing under 6 dS.m^-1 condition.

جدول 11- اثرات مستقیم و غیر مستقیم امتیاز ارقام در شوری 12 دسی­زیمنس بر متر در جمعیت _F8 برنج حاصل از تلاقی ارقام اهلمی­طارم و ندا.

Table 11. Direct and indirect effects of traits on biomass in the F₈ population of rice obtained from Ahlami Tarom and Neda cultivars crossing under 12 dS.m^-1 conditions.

تجزیه خوشه­ای در دو حالت (بر اساس امتیاز ارقام در شوری 12 دسی­زیمنس بر متر و مجموع صفات گیاهچه­ای) بررسی شد. بر اساس شکل 2، تجزیه خوشه­ای در شرایط نرمال و بر اساس مجموع صفات گیاهچه­ای، لاین­های مورد بررسی را در دو گروه قرار داد (جدول 12). لاین­های واقع در گروه اول از نظر صفات غلظت سدیم و پتاسیم ساقه، نسبت سدیم به پتاسیم ریشه، طول روزنه و تعداد روزنه نسبت به گروه دوم، دارای مقادیر بالاتری بودند. در سایر صفات مورد مطالعه، لاین­های گروه دوم دارای مقادیر بالاتری بودند و از این جهت، به‌عنوان گروه برتر انتخاب شدند. تجزیه خوشه­ای در شوری 12 دسی­زیمنس بر متر، لاین­های مورد بررسی را در سه گروه قرار داد (جدول 13). گروه سوم با دارا بودن کمترین میانگین، گروه متحمل و گروه اول با بیشترین امتیاز، گروه حساس در نظر گرفته شد. گروه دوم، حدواسط دو گروه مذکور بودند و واکنش متعادلی را نشان دادند (شکل 3).

تجزیه خوشه­ای به روش وارد و بر اساس مجموع صفات گیاهچه­ای، لاین­های مورد بررسی را در چهار گروه حساس، نیمه حساس، نیمه متحمل و متحمل قرار داد (جدول 14). گروه سوم از نظر امتیاز ارقام در شوری­های شش و 12 دسی­زیمنس، دارای متحمل­ترین لاین­ها است. گروه اول با دارا بودن کمترین میانگین، گروه حساس در نظر گرفته شد و گروه دوم با داشتن ویژگی­هایی مثبتی همچون طول ساقه ، طول ریشه و زیست‌توده خشک بالا، گروه نیمه متحمل شناخته شدند.

بر طبق تجزیه خوشه­ای، لاین­های 11، 102 ،39 و 85  دارای بیشترین تحمل به تنش شوری بودند. این لاین­ها از نظر امتیاز ارقام، دارای کمترین امتیاز تحمل شوری بودند و از نظر زیست‌توده، جزو لاین­های گروه برتر قرار گرفتند و از نظر مجموع صفات گیاهچه­ای، از متحمل­ترین لاین­ها در پژوهش حاضر بودند (شکل 3). et al Beheshtizadeh (2013) در تحقیقی با عنوان ارزیابی تنوع ژنتیکی در واریته­های گندم نان با استفاده از روش­های چند متغیره آماری نشان دادند که واریته­های گندم نان، با استفاده از تجزیه خوشه­ای و بر مبنای روش حداقل واریانس وارد، در سه گروه کلاستر بندی شدند. نتایج حاصل از این پژوهش نشان داد که  می­توان از لاین­های متحمل و حساس، جهت تلاقی، برنامه­های اصلاحی و تهیه جمعیت­های مناسب استفاده نمود.

شکل 2- تجزیه خوشه­ای جمعیت F₈  برنج حاصل از تلاقی ندا × اهلمی­طارم در شرایط نرمال.

Figure 2. Cluster analysis of F₈ rice population obtained from Neda × Ahlami Tarom cross under normal conditions.

جدول12- میانگین صفات گروه­های حاصل از تجزیه خوشه­ای در جمعیت F₈  برنج حاصل از تلاقی اهلمی­طارم × ندا در شرایط نرمال.

Table 12. Mean traits of cluster analysis groups in F8 population of rice obtained from the intersection of Ahlami Tarom and Neda in normal conditions.

گروه‌های دارای حداقل یک حرف مشترک، اختلاف معنی‌داری با یکدیگر ندارند.

Groups with the same letter(s) are not significantly different.

                            (الف)                                                                           (ب)

شکل 3- تجزیه خوشه­ای جمعیت F₈  برنج حاصل از تلاقی ندا × اهلمی­طارم بر اساس امتیاز ارقام در شوری 12 دسی­زیمنس بر متر (الف) و صفات گیاهچه­ای (ب) در شرایط تنش شوری.

Figure 3. Cluster analysis of F₈ rice population obtained from Neda × Ahlami Tarom cross based on the score of cultivars of 12 dS.m^-1 salinity (A) and seedling traits (B) under salinity stress conditions.

جدول13- میانگین امتیاز تحمل شوری 12 دسی­زیمنس بر متر گروه­های حاصل از تجزیه خوشه­ای در جمعیت F₈  برنج حاصل از تلاقی اهلمی­طارم × ندا.

Table 13. Mean of 12 dS/m salt tolerance score derived from cluster analysis groups in the F8 population of rice obtained from the intersection of Ahlami Tarom × Neda.

گروه‌های دارای حداقل یک حرف مشترک، اختلاف معنی‌داری با یکدیگر ندارند.

 Groups with the same letter(s) are not significantly different

نتیجه گیری کلی

مقایسه میانگین نشان داد که لاین 32 از نظر امتیاز ارقام، متحمل­ترین لاین به تنش شوری می­باشد. در بین صفات مورد بررسی، بیشترین همبستگی بین قطر ریشه و چگالی سطحی ریشه (945/0) مشاهده شد. رگرسیون مرحله­ای نشان داد که در شرایط تنش شوری، صفات قطر ریشه، طول ساقه و چگالی سطحی ریشه، رابطه معنی­داری با زیست‌توده دارند. همچنین رگرسیون مرحله­ای برای امتیاز ارقام در شوری­های شش و 12 دسی­زیمنس بر متر به‌عنوان متغیر وابسته و سایر صفات به‌عنوان متغیر وابسته نشان داد که صفات محتوای کلروفیل و مساحت برگ، رابطه معنی­داری با امتیاز ارقام داشتند. نتایج تجزیه علیت نشان داد که در شوری 12 دسی­زیمنس، محتوای کلروفیل و مساحت برگ، تاثیر منفی بر امتیاز ارقام داشتند. نتایج تجزیه خوشه­ای نشان داد که لاین­های 11، 102 ،39 و 85 دارای بیشترین تحمل به تنش شوری و امتیاز تحمل شوری و غلظت سدیم پایین­تری هستند. با توجه به نتایج به‌دست آمده از این پژوهش، می­توان از لاین­های متحمل برای تلاقی و تهیه جمعیت­های مناسب برای برنامه­های اصلاحی استفاده نمود.

جدول 14- میانگین صفات گروه­های حاصل از تجزیه خوشه­ای در جمعیت F₈  برنج حاصل از تلاقی اهلمی­طارم × ندادر شرایط تنش شوری.

Table 14. Mean traits derived from cluster analysis groups in F8 population of rice obtained from the interspecific cross-sectionunder salinity stress conditions.

گروه‌های دارای حداقل یک حرف مشترک، اختلاف معنی‌داری با یکدیگر ندارند.

Groups with the same letter(s) are not significantly different.

REFERENCES

1. Alam, M. Z., Stuchbury, T., Naylor, R. E. L. & Rashid, M. A. (2004). Effect of salinity on growth of some modern rice cultivars. Journal of Agronomy, 3(1), 1-10.
2. Asch, F., Dingkuhn, M. & Dorffling, K. (2000). Salinity increases CO2 assimilation but reduces growth in field grown, irrigated rice. Plant Soil, 218, 1-10.
3. Aslam, M., Qureshi, R. H. & Ahmed, N. (1993). A rapid screening for salt tolerance in rice. Plant and Soil, 15, 99-107.
4. Beheshtizadeh, H., Resaaie, A. H., Resaaie, A. M. & Ghandi, A. (2013). Genetic variability assessment in bread wheat (Triticum aestivum) cultivars using multivariate statistical analysis. International Journal of Farming Allied Sciences, 2(16), 520-523.
5. Carden, D. , Walker D. J., Flowers T. J. & Miller, A. J. (2003). Single-cell measurements of the contributions of cytosolic Na⁺ and K⁺ to salt tolerance. Plant Physiology, 131, 676–683.
6. Deivanai, S., Xavier, R., Vinod, V., Timalata, K. & Lim, O. F. (2011). Role of Exogenous Proline in Ameliorating Salt Stress at Early Stage in TwoRice Cultivars. Journal of Stress Physiology and Biochemistry, 7(4), 157-174.
7. Farahmandfar, A., Poustini, K., Fallah, A., Tavakol Afshari, R. & Moradi, F. (2009). Effects of salt stress on seed germination and seedling growth of some Iranian rice (Oryza sativa) genotypes and cultivars. Iranian Journal of Field Crop Science, 3(40), 71-94.
8. Flowers, T. J. & Yeo, A. R. (1988). Salinity and rice: A Physiological approach to breeding for resistance. Proc. Inter. Cong. Plant Physiology. New Delhi, India.
9. Gregorio, G. B. (1997). Tagging salinity tolerance genes in rice using Amplified Fragment Length Polymorphism (AFLP). Ph.D. thesis. University of Philippines in Los Banos.
10. Hajabbasi, M. A. (2001). Tillage effects on soil compactness and wheat root Journal of Agricultural Science Technology, 3, 67-77.
11. Kibria, M. G., Hossain, M., Murata, Y. and Hoque, M. A. (2017). Antioxidant defense mechanisms of salinity tolerance in rice genotypes. Rice Science, 24, 155-162.
12. Kromdijk, J. and Long, S. P. (2016). One crop breeding cycle from starvation? How engineering crop photosynthesis for rising CO2 and temperature could be one important route to alleviation. Proceedings of the Royal Society of Biological Sciences, 283, 1-8.
13. Kumar, R., Venuprasad, R. & Atlin, G. N. (2007). Genetic analysis of rainfed lowland rice drought tolerance under naturally-occurring stress in eastern India: Heritability and QTL effects. Field Crops Research, 103, 42-52.
14. Lee, S. Y., Ahn,J. K., Lee, S. Y., Ahn, S. Y. & Kwon, J. H. (2003). Evaluation and classification of selected rice varieties for salinity tolerance at seedling stage. Korean Journal of Weed Science, 48, 339-344.
15. Majidimehr, A., Amiri-Fahliani, R. (2016). Analysis of salinity effect on chlorophyll rate, florescence indices and grain yield of some rice cultivars. Journal of Crop Breeding, 8, 183-190. (In Persian).
16. Miskin, K. E., Rasmusson, D. C. & Moss, D. N. (1972). Inheritance and physiological effects of stomatal frequency in barley. Crop Science, 12, 780-783.
17. Molassitotis, A. N., Sotriopoulos, T., tanou, G., kofidis, G., Diamantidis, G. & Therios, I. (2006). Antioxidant and anatomical responses in shoot cultur of the apple root stock MM 106 treated with NaCl, KCl, mannitol or sorbitol. Biologia Plantarum, 50 (1), 61-68.
18. Moradi, F. & ABDelbagi, M. I. (2007). Responses of photosynthesis, chlorophyll fluorescence and ROS-scavengingsystems to salt stress during seedling and reproductive stages in rice. Annals of Botany, 1-13.
19. Prajuabmon, A., Theerakulpisut, P., Kijwijan, B. & Muangsan, N. (2009). In vitro investigation on salt tolerant characteristics of rice seedings (Orzya sativa). Research Journal of Agriculture and Biological Sciences, 5 (4), 423-427.
20. Rahnama, H. & Ebrahimzadeh, H. (2004). The effect of NaCl on proline accumulation in potato seedling and calli. Acta Physiologiae Plantarum, 26 (3), 263-270.
21. Reddy, I. N. B. L., Kim, B., Yoon, I., Kim, K. and Kwon, T. (2017). Salt tolerance in rice: focus on mechanisms and approaches. Rice Science, 24, 123-144.
22. Sabouri, H. (2008). Evaluation of genetic variety of iranain rice germplasma plants for tolerance to salinity and location of related QTL. PhD. thesis. Isfahan University of Technology. (In Persian).
23. Sabouri, H., Rezaei, A. & Momeni, A. (2008). Evaluation of salinity tolerance in indigenous and modified Iranian rice cultivars. Journal of Agricultural Science and Technology, 12 (45), 67-47.
24. Sabouri, H., Rezaei, A., Moemeni, A., Kavousi, M., Shokri, H., Allahgholipour, M. & Jafarian, H. (2010). Evaluation of relationship between some traits of Iranian rice (Oryza sativa.) seedlings under saline conditions. Electronics Journal Crop Production, 2 (4), 1-22. (In Persian).
25. Shannon, M. C., Gronwald, J. W. & Tal, M. (1987). Effect of salinity on growth and accumulation of organic and inorganic ions in cultivated and wild tomato species. Journal of the American Society for Horticultural Science, 112, 516-523.
26. Shiro, M., Katsuya, Y., Michio, K., Mitsutaka, T. & Hiroshi, M. (2002). Relationship between the distribution of Na and the damages caused by salinity in the leaves of rice seedling grown under a saline condition. Plant Production Science, 5, 269-274.
27. Thomas, R. L., Sheard, R. W. & Moyer, J. R. (1967). Comparison of conventional and automated procedures for nitrogen, phosphorus, and potassium analysis of plant material using a single digestion, Agronomy Journal, 59, 240-243.
28. Yeo, A. R. & Flowers, T. J. (1984). Mechanism of salinity resistance in rice and their role as physiological criteria in plant breeding. Plant Production, 151-170.
29. Yoshida, S., Forno, D. A., Cock, J. H. & Gomez, K. A. (1976). Laboratory manual for physiological studies of rice IRRI, Los Banos, Philippines.
30. Zhang, Z. H., Liu, Q., Song, H. X., Rong, X. M. & Abdelbagi, M. I. (2010). Responses of different rice (Oryza sativa) genotypes to salt stress and relation to carbohydrate metabolism and chlorophyll content. African Journal of Agricultural Research, 7 (1), 19-27.