نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
1 دانش آموخته کارشناسی ارشد اصلاح نباتات، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شاهد، تهران، ایران
2 دانشیار، دانشکده کشاورزی دانشگاه شاهد
3 استادیار پژوهش، مؤسسه تحقیقات اصلاح و تهیه نهال و بذر، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، ایران.
4 دانشیار پژوهش، مؤسسه تحقیقات اصلاح و تهیه نهال و بذر، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، ایران
چکیده
کلیدواژه‌ها
عنوان مقاله [English]
نویسندگان [English]
Given the importance of estimating combinability, heritability, genetic variance components and gene performance in designing breeding programs, an experiment based on the line×tester method with fifteen hybrids of oilseed rape derived from crosses of five average yielding cultivars includes SPN3, SPN9, SPN36, SPN30, DH4, with three spring and high yielding testers (SPN34, RGS003, SPN1) was performed using a randomized complete blocks design with two replications. The differences between hybrids for all traits, except flowering time, were significant. In the genetic control of traits, the importance of addictive effect of genes for all studied traits were estimated except for stem diameter and grain yield. The general heritability of the traits was very high and was estimate from 86.03% for stem diameter to 98.53% for the days to end of flowering. Minimum and maximum of the private heritability were also moderately high for the studied traits were56.83% and 91.63% for stem diameter and number of branches, respectively. Among the studied genotypes, SPN1 as a tester and DH4 and SPN30 as lines had the most combinability. Due to the superiority of DH4×RGS003، RGS003×SPN36 and SPN30×RGS003 hybrids, they can be recommended for hybrid cultivars production in the future breeding programs.
کلیدواژه‌ها [English]
مقدمه
دانه‌های روغنی، از تولیدات مهم محصولات کشاورزی می‌باشند که با توجه به بازار مصرف وسیع و اهمیت تغذیه‌ای بالا، تولید آن‌ها در سطح ملی، از اولویت خاصی برخوردار می‌باشد (Mostafivarad et al., 2013). برای تامین روغن نباتی کشور، کلزا (Brassica napus L. ) انتخاب اول از میان دانه‌های روغنی است. به دلیل تناسب بیشتر با اقلیم نقاط مختلف کشور و دارا بودن روغنی با کیفیتی بالاتر نسبت به سایر محصولات دانه‌های روغنی، توسعه کشت کلزا مورد توجه قرار گرفته است (Omidi et al., 2005). کلزا سومین گیاه روغنی عمده جهان پس از سویا و نخل روغنی است و مهمترین گیاه روغنی در بین گونه‌های متعلق به جنس براسیکا است (Thiyam-Holländer et al., 2012)، به‌طوری‌که حدود 8/14% از میزان کل تولید جهانی دانه‌های روغنی (بالغ بر 68 میلیون تُن) را به خود اختصاص داده است (FAO, 2017)؛ بنابراین افزایش تولید این گیاه می‌تواند به کاهش واردات روغن‌های خوراکی کمک کند (Nassimi et al., 2006a ). با توجه به اهمیت گیاه روغنی کلزا، تحقیقات به‌نژادی و به‌زراعی آن از اهمیت زیادی برخوردار بوده است و با انتخاب و مقایسه عوامل مناسب می‌توان عملکرد کیفی و کمی آن را افزایش داد. اطلاع از نحوه وراثت و نوع عمل ژن‌های کنترل‌کننده صفات، مبنای طراحی یک روش اصلاحی مناسب برای دستیابی به اهداف اصلاح ژنتیکی می‌باشد (Mohammadi, 2010). به‌نژادگرها می‌توانند با استفاده از طرح‌های مختلف تلاقی، اجزای ژنتیکی کنترل کننده صفات را در جمعیت گیاهان مورد مطالعه را برآورد کنند (Ashraf & Neilly, 2004). گرچه طرح دای‌آلل (Griffing, 1956)، بیشترین کاربرد را در تعیین ساختار ژنتیکی صفات دارد، اما به انجام تلاقی‌های زیاد و صرف وقت و هزینه زیاد در اجرای آن نیاز است (Eraja et al., 1997)؛ بنابراین محققین با استفاده از طرح‌هایی مانند لاین×تستر (Kempthorne, 1957)، جمعیت مورد مطالعه خود را کاهش می‌دهند که این امر، از سرعت و اطمینان بیشتری نیز برخوردار می‌باشد. از این روش، خصوصاً برای ارزیابی قابلیت ترکیب عمومی و خصوصی استفاده می‌شود. همچنین برای برآورد اثرات ژن می‌توان از این روش استفاده نمود. تعیین ترکیب‌پذیری و اجزای واریانس ژنتیکی، از مهمترین کارهاى هر برنامه اصلاحی برای دورگ‌گیری است (Fehr, 1993) و به به‌نژادگران کمک می‌نماید تا نحوه عمل ژن یا ژن‌های دخیل در تظاهر صفات کمی مهم را تعیین کنند و والدین با ترکیب‌پذیری عمومی مثبت و هیبریدهایی با ترکیب‌پذیری خصوصی بالا را شناسائی نمایند (Eraja et al., 1997). بسیاری از دانشمندان از تجزیه لاین در تستر برای بررسی ژنتیکی صفات زراعی، مورفولوژیکی و برآورد اثرات GCA و SCA در گیاهان مختلف از جمله آفتابگردان (Khan et al., 2009) ، پنبه (Panhwar et al., 2008) ، نخود (Ceyhan et al., 2008) ، گندم (Saeed et al., 2001) و کلزا (Rameeh, 2011; Farshadfar et al., 2013) استفاده کرده‌اند.
Amiri oghanet al (2010) با استفاده از تجزیه لاین×تستر در کلزا، تنوع ژنتیکی بالایی در بین ژنوتیپ‌ها و همچنین رابطه مثبت و معنی‌داری بین تعداد خورجین در بوته با عملکرد دانه مشاهده نمودند و گزارش کردند که سهم اثر غیرافزایشی ژن‌ها در کنترل عملکرد دانه، بالاتر است و تعداد شاخه های فرعی و تعداد خورجین در بوته نیز بیشتر تحت تاثیر اثر افزایشی ژن‌ها هستند. Rameeh et al (2003) در بررسی هشت ژنوتیپ کلزا، ترکیب‌پذیری خصوصی و عمومی معنی‌داری برای خصوصیات مورد مطالعه گزارش نمودند که نشان دهنده اثرات افزایشی و غیرافزایشی در کنترل ژنتیکی آن‌ها بود. Amiri oghan (2000) با مطالعه ژنوتیپ‌های نسل F2با روش دای‌الل هفت در هفت با روش دوم گریفینگ و هیمن در کلزا نشان داد که در کنترل ژنتیکی عملکرد دانه، هر دو اثر افزایشی و غیر افزایشی ژن‌ها، تقریبا به یک اندازه با اهمیت هستند؛ حال آن‌که اثرات افزایشی ژن‌ها در کنترل صفت تعداد روز تا گلدهی مهم‌تر بودند. Jindal & Labana (1982) با مطالعه عملکرد و اجزای عملکرد کلزا در یک طرح دی‌آلل پنج در پنج دریافتند که صفاتی چون ارتفاع بوته، تعداد خورجین در بوته و عملکرد دانه، با عمل فوق غالبیت ژنی کنترل می‌شوند و همچنین گزارش کردند که ارتفاع بوته، از وراثت‌پذیری خصوصی بالایی برخوردار است. Thukral & Singh (1987) بیان داشتند که شروع گلدهی در کلزا، بیشتر تحت کنترل اثر افزایشی ژن‌هاست، ولی صفات زمان رسیدن و عملکرد دانه، تحت کنترل اثر غیر افزایشی ژن‌ها قرار دارد. در مطالعه Sagwal & Thakur (1997) صفاتی مانند عملکرد و اجزای آن و درصد روغن، تحت کنترل اثر افزایشی و غیر افزایشی ژن‌ها بودند. Duhoon et al (1982) گزارش‌هایی مبنی بر کنترل افزایشی ژن‌ها برای ارتفاع بوته ارائه دادند. همچنین بیان داشتند که در شکل‌گیری تعداد شاخه‌های اولیه و ثانویه، ژن‌ها اثر غیرافزایشی داشته‌اند و انتخاب دوره‌ای را برای اصلاح عملکرد و اجزای آن پیشنهاد نمودند. اهداف مطالعه حاضر ،کسب اطلاعات پیرامون تنوع ژنتیکی، اثر و نوع عمل ژن‌ها، وراثت‌پذیری و سایر پارامترهای ژنتیکی مربوط به تعدادی از صفات فنولوژیک و ریخت‌شناسی موثر بر عملکرد دانه و اجزای آن در کلزا بود.
مواد و روش‌ها
این آزمایش در مزرعه تحقیقاتی مؤسسه تحقیقات اصلاح و تهیه نهال و بذر کرج، با طول جغرافیایی 51 درجه و عرض جغرافیایی 35 درجه و 48 دقیقه و 1231 متر از سطح دریا اجرا شد. متوسط بارندگی، دمای منطقه و خاک، براساس آمار 35 ساله به‌ترتیب 242 میلی‌متر، 5/13 و 5/14 درجه سانتی‌گراد بود. در این تحقیق، 15 دورگ بهاره کلزا که حاصل تلاقی پنج لاین با عملکرد متوسط برای کشت در اقلیم گرم کشور (SPN3، SPN9، SPN36، SPN30 و DH4) و سه تستر پرمحصول (SPN34، RGS003 و SPN1)، در قالب طرح بلوک‌های کامل تصادفی با دو تکرار، با توجه به محدودیت بذر، در نیمه اول مهر در مزرعه تحقیقاتی کشت شدند و مورد ارزیابی قرار گرفتند. از آن‌جا که گرادیان تغییرات حاصلخیزی خاک و عناصر و مواد مهم موجود در آن در انتخاب نوع آزمایش اهمیت به‌سزایی دارد، آزمایش عناصر ماکرو، اسیدیته، هدایت الکتریکی و بافت خاک انجام گرفت که نتایج آن در جدول 1 آمده است. سایر خصوصیات خاک از جمله واکنش خاک، بافت و هدایت الکتریکی خاک در سال آزمایش، در حد قابل قبول بودند که نشان‌دهنده وضعیت مناسب خاک مزرعه از لحاظ ظرفیت تبادل کاتیونی و فراهم بودن عناصر غذایی برای گیاه بود.
جدول 1- خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک محل آزمایش.
Table 1. Physiochemical properties of the experiment site soil.
|
Sampling depth |
Specifications
|
|
|
30-60 |
0-30 |
|
|
1.190 |
1.390 |
Electrical conductivity (dS/m) |
|
7.100 |
7.300 |
pH |
|
8.380 |
8.190 |
Percentage of neutralizing substances |
|
38 |
36 |
Moisture percentage of saturated soil |
|
0.970 |
0.870 |
Organic carbon percentage |
|
0.040 |
0.090 |
Percentage of total nitrogen |
|
15.600 |
14.700 |
Absorbable Phosphorus (mg/kg) |
|
139 |
171 |
Absorbable Potassium (mg/kg) |
|
26 |
31 |
Clay percentage |
|
45 |
44 |
Silt percentage |
|
29 |
25 |
Sand percentage |
|
Loamy clay |
Loamy clay |
Soil texture |
همزمان با آماده‌سازی بستر بذر، بر اساس آزمون خاک و توصیة کودی، مقدار فسفر و پتاسیم مورد نیاز، به‌ترتیب از منابع کودی سوپر فسفات تریپل (100 کیلوگرم در هکتار) و سولفات پتاسیم (200 کیلوگرم در هکتار) در پاییز به زمین داده شد. اوره نیز هنگام کاشت و همچنین در دو نوبت به صورت سرک، در مرحله ساقه‌رفتن و شروع گلدهی، به‌ترتیب به میزان 150 و 100 کیلوگرم در هکتار مصرف شد. وجین علف‌های‌هرز به روش دستی و آبیاری نیز به صورت نشتی و با کمک سیفون در شش مرحله (کاشت، ساقه‌دهی، شروع و اواسط گلدهی، خورجین‌دهی، پر شدن دانه) انجام شد. هر واحد آزمایشی شامل دو پشته سه متری با دو ردیف کاشت روی هر پشته به فاصلة 30 سانتی‌متر از هم بود. صفات مورد بررسی شامل تعداد روز تا سبز شدن، تعداد روز تا شروع گلدهی و روز تا خاتمه گلدهی، طول دوره گلدهی، تعداد روز تا رسیدن فیزیولوژیک، ارتفاع بوته، تعداد شاخه فرعی، قطر ساقه در ارتفاع 20 سانتی‌متری، تعداد خورجین در بوته و عملکرد دانه بود. اندازه‌گیری صفات مورد مطالعه در هر کرت، بر اساس پنج بوته رقابت کننده، به‌طور تصادفی پس از حذف 15 سانتی‌متر از ابتدا و انتهای خطوط به‌عنوان حاشیه انجام شد.
برای تجزیه آماری طرح، تجزیه لاین در تستر (Kempthorne, 1957) با استفاده از نرم‌افزار SPAR 2.0 انجام شد. در این نوع تجزیه، امکان برآورد ترکیب‌پذیری خصوصی دورگ‌ها و ترکیب‌پذیری عمومی والدین، برآورد عمل ژن و تعیین وراثت‌پذیری عمومی و خصوصی صفات وجود دارد. برآورد ترکیب‌پذیری عمومی لاین‌ها و تسترها و ترکیب‌پذیری خصوصی دورگ‌ها با استفاده از معادلات 1، 2 و 3 انجام شد.
GCAline =- معادله (1)
GCAtester = معادله (2)
SCAline×tester =
معادله (3)
برای محاسبه اجزای واریانس ژنتیکی با توجه به خالص بودن ژنوتیپ‌ها و استفاده از نسل F1، از ضریب خویش‌آمیزی یک استفاده شد. واریانس افزایشی (VA) و واریانس غالیبت (VD) با توجه به ثابت بودن لاین‌ها، از معادلات 4 و 5 بهدست آمد (Singh & Chaudhary, 2007):
VA= [(MSpooled - MSe)/r]×[4/(1+F)] معادله (4)
VD= [(MSL×T- MSe)/r]×[2/(1+F)]2 معادله (5)
که در آن، r: تعداد تکرار، MSe: میانگین مربعات خطای آزمایشی، F: ضریب خویش‌آمیزی و MSpooled: عبارت از میانگین مربعات ادغام شده است که از طریق معادله 6 محاسبه شد:
MSpooled=(SSL+SST)/(dFL+dFT) معادله (6)
نحوه عمل ژن، از نسبت میانگین مربعات ترکیب‌پذیری عمومی به مربعات ترکیب‌پذیری خصوصی تعیین شد. میانگین درجه غالبیت نیز از جذر دو برابر واریانس غالبیت تقسیم بر واریانس افزایشی به دست آمد. مقادیر وراثت‌پذیری عمومی (B2h) و وراثت‌پذیری خصوصی (N2h) صفات در واحد میانگین تیمارها نیز به‌ترتیب از معادلات 7 و 8 محاسبه شدند:
h2B=)VA+VD)/)VA+VD+M`e)×100 معادله (7)
h2N=VA/)VA+VD+M`e))×100 معادله (8)
که در این معادلات، VA و VD: به ترتیب واریانس افزایشی و واریانس غالیبت و M`e: میانگین مربعات خطای آزمایشی تقسیم بر تعداد تکرار است. برای آزمون کمّیت‌های مختلف محاسبه شده، از آزمون t با استفاده از فرمول کلی کمیت تقسیم بر اشتباه معیار کمیت استفاده شد و سپس مقدار t محاسبه شده با مقدار t جدول در سطح احتمال مورد نظر و درجه آزادی خطای آزمایشی برای تعیین معنی‌دار بودن آن مقایسه شد (Sendecor & Cochran, 1980).
در این فرمول، SSLو SST: به‌ترتیب مجموع مربعات لاین و تستر و dFL و dFT: به‌ترتیب درجات آزادی لاین و تستر است.
نتایج و بحث
تجزیه واریانس صفات (جدول 2) نشان داد که دورگ‌ها، از لحاظ صفات روز تا سبز شدن، روز تا شروع گلدهی، روز تا خاتمه گلدهی، روز تا رسیدن فیزیولوژیک، ارتفاع بوته، تعداد خورجین در کل بوته و عملکرد دانه، دارای اختلاف بسیار معنی‌دار و برای صفات تعداد شاخه فرعی و قطر ساقه در ارتفاع 20 سانتی‌متری، دارای اختلاف معنی‌داری بودند که این امر، نشان‌دهنده وجود تفاوت‌های ژنتیکی بین دورگ‌ها از لحاظ صفات مورد مطالعه بود که امکان بررسی کامل‌تر و شناسایی تفاوت‌های ژنتیکی را از طریق تجزیه لاین×تستر ممکن میسازد. وجود تنوع ژنتیکی بین صفات مورد مطالعه، توسط Rameeh (2012) و Shahzad et al. (2015) نیز گزارش شده است.
جدول 2- تجزیه واریانس صفات بر اساس تلاقی لاین×تستر و برآورد سهم نسبی لاین‌ها، تسترها و اثرمتقابل لاین×تستر از واریانس کل، برای صفات مورد مطالعه در ژنوتیپ‌های کلزا.
Table 2. Analysis of variance based on the line × tester crossing and estimation of relative contribution of lines, testers and their interaction from total variance for traits studied in oilseed genotypes.
|
S. O. V |
DF |
Mean Square (MS) |
|||||||||
|
Days to germination |
Days to flowering |
Day to end flowering |
Flowering duration |
Days to maturity |
Plant height |
Number of branches |
Stem diameter |
Number of pods per plant |
Grain yield |
||
|
Block |
1 |
0.133 ns |
10.800ns |
10.800** |
0.0001 ns |
10.800** |
8.533ns |
0.161 ns |
0.422ns |
151.425ns |
7363.333* |
|
Crosses |
14 |
13.033** |
23.205** |
19.248** |
1.062 ns |
8.133** |
92.333** |
0.384* |
1.300* |
1684.901** |
11631.905** |
|
line |
4 |
4.117 ns |
11.383* |
8.617** |
0.717 ns |
4.483* |
151.500** |
0.505* |
1.190ns |
3645.911** |
6695.000* |
|
tester |
2 |
60.933** |
92.233** |
84.033** |
0.233 ns |
36.433** |
25.233ns |
1.241** |
1.479* |
688.729ns |
17203.333** |
|
Line × Tester |
8 |
5.517ns |
11.585* |
8.367** |
1.442 ns |
2.683ns |
79.525** |
0.110 ns |
1.310* |
953.439* |
12707.500** |
|
Error |
14 |
2.348 |
3.157 |
1.086 |
1.357 |
1.086 |
9.533 |
0.150 |
0.424 |
336.680 |
1577.619 |
|
CV % |
11.91 |
1.09 |
0.56 |
4.91 |
0.46 |
2.98 |
9.20 |
7.73 |
15.01 |
18.59 |
|
ns و * و **: به ترتیب نشان دهنده عدم معنی‌داری و معنی‌داری در سطوح پنج درصد و یک درصد.
ns, * and **: Not significant and significant at 5% and 1% of probability levels, respectively.
واریانس ژنتیکی برای کلیه صفات مورد مطالعه به واریانس افزایشی و واریانس غالبیت تفکیک شد (جدول 3). مقدار واریانس افزایشی تمامی صفات مورد مطالعه، بیشتر از واریانس غالبیت بود. به‌طور‌کلی، وراثت‌پذیری عمومی صفات خیلی زیاد بود و در محدوده 03/86 % برای قطر ساقه در ارتفاع 20 سانتی‌متری تا 53/98% برای روز تا خاتمه گلدهی قرار داشت که می‌تواند نشان‌دهنده کم بودن واریانس محیطی در این بررسی و اهمیت بسیار بیشتر واریانس ژنتیکی نسبت به واریانس محیطی باشد. کم بودن نسبی ضریب تغییرات صفات نیز دال بر تاثیر کم محیط است. با این وجود و به علت انجام آزمایش در یک‌سال، احتمالا بخشی از واریانس ژنتیکی، مربوط به واریانس اثر متقابل ژنوتیپ با محیط است. همچنین عدم تعادل در پیوستگی ژن‌ها نیز بخشی از تفاوت در برآورد وراثت‌پذیری صفات را توجیه می‌کند.Falconer (1989) نیز معتقد است که در صورت عدم تعادل در پیوستگی ژن‌ها، اثر غالبیت، سبب اریبی در برآورد وراثت‌پذیری می‌شود. از آن‌جا که وراثت‌پذیری خصوصی در محاسبه واکنش صفات به انتخاب دلالت دارد، بنابراین از اهمیت بیشتری نسبت به وراثت‌پذیری عمومی برخوردار است. به‌طور‌کلی، درصد وراثت‌پذیری خصوصی برای صفات مورد مطالعه، متوسط به بالا بود و از 83/56% برای قطر ساقه تا 63/91% برای تعداد شاخه فرعی تفاوت داشت (جدول3). et al Amiri oghan (2010) نیز با استفاده از تجزیه لاین×تستر در کلزا، مقدار وراثت‌پذیری عمومی را برای کلیه صفات را بالا و مقدار وراثت‌پذیری خصوصی را برای اکثر صفات را کم یا متوسط گزارش کردند. چنین برآوردهایی توسط سایر محققین برای برخی از اجزای عملکرد دانه در کلزا گزارش شده است (Labana et al.,1982 Duhoon et al., 1982;). et al Malik (1995) نیز در بررسی وراثت‌پذیری عملکرد دانه و سایر صفات در کلزا اظهار داشتند که تعداد شاخه فرعی، دارای وراثت‌پذیری خصوصی بالا، ولی عملکرد دانه و تعداد خورجین در بوته، دارای وراثت‌پذیری پایین هستند. . et al (1995) Virender برای تعداد شاخه فرعی وراثت‌پذیری عمومی بالایی برآورد کردند. (1996) Brown et al نیز با مطالعه جمعیت‌های F2 و F1 کلزا در مکان‌ها و سال‌های مختلف اظهار داشتند که صفات ارتفاع بوته و عملکرد دانه، دارای وراثت‌پذیری خصوصی پایینی هستند. مطالعه .Pal et al(1981) نیز حاکی از برآورد وراثت‌پذیری خصوصی متوسط روز تا شروع گلدهی بود
جدول 3- برآورد اجزای واریانس، متوسط درجه غالبیت و وراثت‌پذیری برای صفات مورد مطالعه در ژنوتیپ‌های کلزا.
Table 3. Variance components estimations of average degree of dominance and heritability of studied traits in oilseed genotypes.
|
Grain yield |
Number of pods per plant |
Stem diameter |
Number of branches |
Plant height |
Days to maturity |
Day to end flowering |
Days to flowering |
Days to germination |
|
|
8620.159 |
2323.504 |
)
دوره 52، شماره 1
|