شاخص کارایی عملکرد دانه، معیاری برای انتخاب ژنوتیپ‌های برتر لوبیا در شرایط تنش خشکی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

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

چکیده

در توسعه برنامه اصلاحی تولید ارقام کارآمد از نظر مصرف آب در شرایط کمبود آب، شناسایی ژنوتیپ­های لوبیا اهمیت دارد. برای شناخت بهتر واکنش ارقام به کمبود آب، از شاخص­های مختلف استفاده می­شود. یکی از شاخص­هایی که می­تواند در انتخاب ژنوتیپ­های برتر در شرایط تنش به برنامه اصلاحی کمک کند، شاخص کارایی عملکرد است. بنابراین، برای تعیین عملکرد، اجزای عملکرد و شاخص کارایی عملکرد لوبیا در شرایط تنش کمبود آب، این آزمایش به­صورت کرت­های خرد شده و در قالب طرح بلوک­های کامل تصادفی با چهار تکرار اجرا شد. شرایط آبیاری (نرمال و تنش) در کرت­های اصلی و هشت ژنوتیپ لوبیا در کرت­های فرعی بررسی شدند. تجزیه واریانس صفات نشان داد که دوره رشد، عملکرد و اجزای عملکرد در ژنوتیپ­های مورد بررسی تفاوت معنی­دار داشتند. تنش کمبود آب باعث کاهش 47 درصدی عملکرد دانه ژنوتیپ­ها شد. ژنوتیپ­های AND1007 و COS16 به­ترتیب بیشترین شاخص کارایی عملکرد دانه را داشتند. این دو ژنوتیپ به­همراه WA4502-1 و MCD4011 به­عنوان مصرف کنندگان کارآمد آب گروه­بندی شدند. بر اساس شاخص‌های حساسیت و مقاومت به خشکی، بهترین ژنوتیپ‌ها AND1007، COS16 و MCD4011 بودند. با توجه به نتایج این آزمایش، شاخص کارایی عملکرد دانه، معیار مناسبی برای تعیین واکنش ژنوتیپ­های لوبیا به تنش کمبود آب است. ارقامی که در شرایط تنش، عملکرد بیشتری تولید می­کنند و به آبیاری مطلوب واکنش خوبی نشان می­دهند، مطلوب­ترین ژنوتیپ­ها هستند، زیرا قادر به حفظ پتانسیل عملکرد بالای خود در طیف گسترده­ای از آب قابل دسترس ‌می‌باشند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Grain yield efficiency index, a criterion for selecting the best bean genotypes in drought stress conditions

نویسنده [English]

  • Ali Akbar Ghanbari
Seed and Plant Improvement Institute (SPII), Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Karaj, Iran
چکیده [English]

Identification of bean genotypes in terms of water use efficiency is important in developing a breeding program to improve cultivars efficient in water use under water deficit conditions. Different indicators are used to better understand the response of cultivars to water scarcity. One of the indicators that can help in selecting the best genotypes under stress conditions is the yield efficiency index. Therefore, to determine the yield, yield components and efficiency index of beans under water deficit condition, this experiment was performed as split plots in a randomized complete block design with four replications. Irrigation conditions (normal and stress) in the main plots and eight bean genotypes in the sub-plots were investigated. Analysis of variance of traits showed that growth period, yield and yield components were significantly different in the evaluated genotypes. Water deficit stress reduced grain yield of genotypes by 47%. AND1007 and COS16 genotypes had the highest grain yield efficiency index, respectively. These two genotypes, along with MCD4011 and WA4502-1, were classified as efficient water consumers. Based on susceptibility and resistance indices, the best genotypes were AND1007, COS16 and MCD4011. In general, the grain yield efficiency index is a good criterion for determining the response of bean genotypes to water deficit stress. Cultivars that produce higher yields under stress conditions and respond well to optimal irrigation are the most desirable genotypes because they are able to maintain their high yield potential over a wide range of available water.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Common bean
  • genotype
  • GYEI
  • yield
  • water deficit

مقدمه

لوبیا (Phaseolus vulgaris L.) یکی از مهم‏ترین گونه‌های حبوبات است که در ایران جایگاه ویژه‌ای دارد. در سال 2018، سطح زیر کشت انواع لوبیا خشک در جهان 5/34 میلیون هکتار با میانگین عملکرد 882 کیلوگرم در هکتار بوده است. در همین سال، سطح زیر کشت این گیاه در ایران، 105113 هکتار با میانگین عملکرد 2100 کیلوگرم در هکتار بود (FAO, 2018). عوامل مختلفی در افزایش یا کاهش عملکرد لوبیا مؤثر هستند و موجب تغییرات رشد و عملکرد شوندمی‌شوند. شرایط محیطی و مدیریت مزرعه و گیاه ممکن است بر خصوصیاتی از رشد و نمو این گیاه اثر مثبت گذارد و در نتیجه منجر به افزایش عملکرد و یا با تأثیر منفی بر آن موجب کاهش عملکرد شوند.

از عوامل مهم در تغییرات و افزایش عملکرد لوبیا، انتخاب رقم متحمل به عوامل نامساعد مانند تنش‌های محیطی از جمله خشکی می‌باشد (Ghanbari & Taheri Mazandarani, 2003). در توسعه برنامه اصلاحی تولید ارقام برتر و کارآمد از نظر مصرف آب در شرایط کمبود آب، شناسایی ژنوتیپ­های لوبیا از لحاظ کارایی مصرف آب اهمیت دارد. توسعه ارقام جدید با راندمان مصرف آب بالاتر، به­همراه مدیریت زراعی بهینه، به توسعه نظام­های کشاورزی پایدار کمک قابل توجهی خواهد کرد. کاشت ارقام با راندمان بالای استفاده از آب، راهبرد مهمی در بهبود عملکرد دانه لوبیا است و استفاده از ارقام کارآمد از نظر مصرف آب، باعث کاهش هزینه تولید از طریق کاهش آب مصرفی خواهد شد؛ همچنین، روش مدیریتی مهم برای تولید پایدار محصول در مناطق کم آب است.

تقریباً دو سوم تولید لوبیا در جهان در شرایط تنش خشکی انجام می­شود (Serraj & Sinclair, 1998; Beebe et al., 2008). گزارش شده است که تنش خشکی خفیف تا زیاد، باعث کاهش رشد گیاه، عملکرد دانه و کیفیت لوبیا می­شود (Frahm et al., 2004).

شاخص کارایی عملکرد دانه[1] (GYEI) در ارقام گیاهان زراعی، تحت تاثیر ژنوتیپ و عوامل محیطی قرار دارد و به‌نظر می­رسد که شاخص خوبی در شناسایی ارقام لوبیا خشک از نظر قابلیت تولید عملکرد دانه و شاخص کارایی آن‌ها در استفاده از منابع و نهاده­ها باشد. شاخص GYEI برای شناسایی ارقام برنج (Fageria & Barbosa Filho, 1981; Fageria, 2001)، گندم (Noureldin et al., 2013; Solomon & Anjulo, 2017)، لوبیا (Fageria et al., 2010; Fageria et al., 2015) و سایر گیاهان زراعی از نظر کارآمدی و یا ناکارآمدی در بهره برداری از عناصر غذایی (N، P، K، عناصر کم مصرف) مورد استفاده قرار گرفته است.

هدف از مطالعه حاضر، بررسی سه نوع لوبیا (چیتی، قرمز و سفید) در شرایط آبیاری مطلوب و تنش آبی و گروه­بندی ژنوتیپ­ها بر اساس شاخص کارایی عملکرد دانه براساس مصرف آب بود.

 

مواد و روش­ها

برای ارزیابی دوره رشد، عملکرد و اجزای عملکرد و تعیین شاخص عملکرد دانه لوبیا معمولی در شرایط تنش کمبود آب و گروه­بندی ژنوتیپ­های لوبیا بر اساس این شاخص، این آزمایش به­صورت کرت­های خرد شده و در قالب طرح بلوک­های کامل تصادفی با چهار تکرار به مدت دو سال (1389-1388) در مزرعه تحقیقاتی موسسه تحقیقات اصلاح و تهیه نهال و بذر اجرا شد. شرایط آبیاری (نرمال و تنش خشکی) در کرت­های اصلی و هشت ژنوتیپ لوبیا (لوبیا چیتی MCD4011، COS16 و KS21486، لوبیا قرمز AND1007، اختر و افق و لوبیا سفید WA4502-1 و WA4531-17) در کرت­های فرعی بررسی شدند.

در شرایط آبیاری نرمال، آبیاری بر اساس 60-55 میلی‌متر تبخیر از سطح تشتک تبخیر انجام شد. اعمال تنش آبی پس از استقرار کامل گیاهچه و از زمان ظهور سومین سه برگچه­ لوبیا تا مرحله رسیدگی بر اساس 110-100 میلی‌متر تبخیر از سطح تشتک تبخیر بود. عملیات آماده‌سازی زمین شامل شخم عمیق پائیزه، شخم سطحی بهاره، دیسک و لولر و توزیع کود شیمیایی بر اساس آزمون خاک انجام شد. قبل از کاشت، 70 کیلوگرم در هکتار کود فسفره (P2O5) از منبع فسفات آمونیوم و 25 کیلوگرم در هکتار نیتروژن خالص از منبع اوره در سطح مزرعه توزیع شد. هم­زمان با آغاز گلدهی، 12 کیلوگرم در هکتار نیتروژن خالص از منبع اوره به­صورت سرک و قبل از آبیاری به خاک مزرعه افزوده شد. برای کنترل علف‌های هرز، از علف­کش پیش کاشت تریفلورالین به میزان دو لیتر در هکتار استفاده شد و طی دو مرحله در مدت اجرای آزمایش، وجین دستی نیز انجام شد.

بذرهای هر یک از ژنوتیپ‌ها بر روی شش خط به طول پنج متر و با فواصل ردیف 50 سانتی‌متر کشت شد و فواصل بوته‌ها در روی ردیف، پنج سانتی‌متر در نظر گرفته شد. در زمان رسیدن کامل دانه­ها، پنج بوته از خطوط میانی هر کرت به‌طور تصادفی برداشت شد و عملکرد بوته و اجزای عملکرد (تعداد غلاف در بوته، تعداد دانه در غلاف و وزن صد دانه) هر تیمار تعیین شد. برای تعیین عملکرد هر تیمار، تمام کرت برداشت شد و پس از جداکردن دانه­ها از غلاف­ها، وزن دانه­ها ثبت شد.

شاخص کارایی عملکرد دانه (GYEI) برای گروه­بندی ژنوتیپ­ها از نظر راندمان مصرف آب آن‌ها، بر اساس روش استفاده شده برای تعیین کارایی مصرف فسفر (Fageria & Barbosa Filho, 1981) و طبق رابطه زیر محاسبه شد:

در این رابطه، YS و YN: عملکرد دانه در شرایط تنش و عادی، و و: میانگین ​​عملکرد دانه هشت ژنوتیپ در شرایط تنش و نرمال است. ژنوتیپ­های دارای مقادیر GYEI بزرگ­تر از یک به­عنوان مصرف کنندگان کارآمد[2] (E)، ژنوتیپ­های دارای مقادیر GYEI بین 5/0 تا یک به­عنوان مصرف کنندگان نسبتاً کارآمد[3] (ME) و ژنوتیپ­های با مقادیر GYEI کمتر از 5/0به­عنوان مصرف کنندگان ناکارآمد[4] (IE) از نظر مصرف آب گروه­بندی شدند.

شاخص‌های شدت خشکی (DII)[5]، حساسیت به خشکی (DSI)[6]، تحمل خشکی (DTI)[7]، تحمل (TOL)[8]، میانگین هندسی تولید (GMP)[9] و بهره­وری متوسط (MP)[10]، از جمله شاخص­هایی هستند که مورد ارزیابی قرار گرفتند. این شاخص­ها که بر اساس عملکرد ژنوتیپ­ها استوار هستند، طبق روابط پیشنهادی محققین مربوطه (Fischer & Maurer, 1978; Rosielle & Hamblin, 1981; Fernandez, 1992; Porch, 2006) محاسبه شدند.

برای گروه­بندی ژنوتیپ­ها از لحاظ کارایی آبیاری، از نمودار دو طرفه GYEI و عملکرد دانه در شرایط تنش استفاده شد. این نوع گروه­بندی برای کارایی مصرف عناصر غذایی ارقام گیاهان زراعی پیشنهاد شده است (Fageria et al., 2008).

تجزیه واریانس و مقایسه میانگین صفات و ترسیم نمودارها با استفاده از نرم افزارهای آماری SAS 9.1، SPSS 16 و Excel انجام شد. برای تجزیه واریانس، اثر سال، تصادفی و اثرات آبیاری و ژنوتیپ، ثابت در نظر گرفته شد. مقایسه میانگین­ها با استفاده از آزمون چند دامنه دانکن و در سطح احتمال پنج درصد انجام شد.

 

نتایج و بحث

محاسبه پارامترهای آماری شامل میانگین، بیشترین، کمترین، انحراف استاندارد و ضریب تغییرات برای صفات مورد بررسی (جدول 1) نشان داد که ژنوتیپ­های مورد مطالعه از تنوع بالایی برخوردار بودند و از این تنوع می­توان به عنوان ذخیره ژنتیکی مناسب، در اصلاح ارقام جدید استفاده کرد.

تحت هر دو شرایط نرمال و تنش، تفاوت ژنوتیپی قابل توجهی از نظر دوره رشد، اجزای عملکرد، عملکرد دانه در بوته و عملکرد در واحد سطح مشاهده شد (جدول 2). میانگین کاهش صفات تعداد غلاف در بوته، تعداد دانه در غلاف و وزن صد دانه متأثر از تنش آبی، به‌ترتیب 2/21، 1/12 و 5/6 درصد بود. در شرایط نرمال، ژنوتیپ­های WA4502-1 و AND1007 و در شرایط تنش، ژنوتیپ­های COS16 و AND1007، بیشترین تعداد غلاف در بوته، تعداد دانه در غلاف و وزن صد دانه را داشتند. لوبیا قرمز افق در هر دو شرایط آبیاری، زودرس­ترین ژنوتیپ بود (جدول 3).



جدول1- پارامترهای آماری صفات مورد بررسی در ژنوتیپ­های لوبیا

Table 1. Statistical parameters of studied traits in bean genotypes

Trait

Range

Min.

Max.

Mean

Std. Deviation

Variance

R9 (days to maturity)

47.00

61.00

108.00

95.57

1.13

29.94

Pods per plant

16.30

3.20

19.50

10.15

3.24

10.54

Seeds per pod

3.22

1.90

5.12

3.43

0.67

0.45

100 seed weight

25.85

26.85

52.70

38.77

5.82

33.98

Yield (g per plant)

21

0.15

21.15

10.6

6.58

43.29

Yield (g m-2)

361

63

424

243.5

1.74

3.05

 

جدول2- تجزیه واریانس صفات مورد بررسی در ژنوتیپ­های لوبیا در شرایط مختلف آبیاری

Table 2. Variance analysis of studied traits in bean genotypes under different irrigation conditions

S.O.V.

df

Mean of squares

R9 (days to maturity)

Pods per plant

Seeds per pod

100 seed weight

Yield (g per plant)

Yield (g m-2)

Year (Y)

1

273.19 **

82.72 **

2.27 **

1132.88 **

35.91 **

36.57 **

Rep (year)

6

2.65

1.10

0.14

15.12

0.21

0.31

Irrigation (I)

1

1.32 ns

130.81 **

6.28 **

231.98 *

95.46 **

229.05 **

Y*I

1

106.94 **

3.95 *

0.03 ns

76.13 **

6.38 *

11.1 **

Error a

42

1.19

1.45

0.30

4.31

2.42

1.12

Genotype (G)

7

2015.25 **

70.64 *

4.34 **

298.91 **

14.77 **

9.36 **

Y*G

7

218.25 **

34.96 **

0.12 ns

24.71 **

4.70 **

1.66 **

I*G

7

28.41 ns

9.90 ns

0.37 *

9.61 ns

1.07 **

1.61 **

Y*I*G

7

28.11 **

9.51 **

0.18 ns

9.57 *

0.35 ns

0.25 ns

Error b

84

0.77

2.68

0.14

3.41

0.27

0.22

CV (%)

0.92

16.14

10.98

5.41

10.18

11.72

ns، * و **: به‌ترتیب غیرمعنی‌دار و معنی‌دار در سطوح پنج و یک درصد (آزمون چند دامنه دانکن و در سطح احتمال پنج درصد).

ns, * and **: non-significant and significant at the 5% and 1% levels of probability, respectively based on DMRT (P≤0.05).

 

 

در این مطالعه، کاهش عملکرد دانه در بوته در مقایسه با عملکرد دانه در واحد سطح  در اثر تنش خشکی، کمتر بود (جدول 4). محققین معتقدند که مقاومت ارقام گیاهان زراعی به خشکی، به مکانیزم­های مختلفی بستگی دارد که به واکنش­های متفاوتی منجر می­شود ((Chaves et al., 2002.

 

 

جدول3- میانگین دوره رشد و اجزای عملکرد ژنوتیپ­های لوبیا در شرایط نرمال و تنش آبی

Table 3. Mean growth period and yield components of bean genotypes under normal (N) and water stress (S) conditions

Genotype

Bean type

R9 (days to maturity)

Pods per plant

Seeds per pod

100 seed weight (g)

N

S

N

S

N

S

N

S

COS16

Chitti

104.6 a

103.0 b

13.62 b

11.15 a

3.55 bc

3.44 bc

35.75 d

32.78 e

KS21486

Chitti

72.0 e

72.1 g

9.54 def

7.47 c

3.22 cd

3.08 c

35.49 d

31.17 e

MCD4011

Chitti

96.1 c

94.1 e

10.18 de

9.43 ab

2.92 d

2.34 d

43.51 b

42.31 a

WA4502-1

White

105.5 a

105.3 a

15.60 a

10.36 a

4.38 a

3.31 bc

36.55 d

35.57 d

WA4531-17

White

103.5 b

103.5 ab

12.79 bc

10.66 a

3.72 b

3.42 bc

39.58 c

38.38 bc

AND1007

Red

103.0 b

101.1 c

11.23 cd

9.82 a

4.27 a

3.89 a

47.14 a

43.55 a

Ofogh

Red

88.0 d

86.5 f

7.80 f

7.95 bc

3.10 d

2.58 d

43.83 b

39.22 b

Akhtar

Red

98.0 c

98.8 d

8.59 f

6.33 c

4.11 a

3.67 ab

38.55 c

36.48 cd

Mean

96.4

95.1

11.16

9.14

3.65

3.21

40.05

37.43

میانگین‌های دارای حروف مشترک در هر ستون، با هم اختلاف معنی‌داری در سطح پنج درصد و بر اساس آزمون چند دامنه‌ای دانکن ندارند.

Means with the same letters in the same column are not significantly different based on DMRT (P≤0.05).

جدول4- میانگین عملکرد دانه در شرایط نرمال (N) و تنش آبی (S)، درصد کاهش عملکرد (PR) و شاخص کارایی عملکرد دانه (GYEI) ژنوتیپ­های لوبیا

Table 4. Mean seed yield under normal (N) and water stress (S) conditions, percentage reduction (PR), and grain yield efficiency index (GYEI) of bean genotypes

Genotype

Bean type

Grain yield (g per plant)

 

Grain yield (g m-2)

 

GYEI

N

S

PR (%)

 

N

S

PR (%)

 

COS16

Chitti

13.1 cd

9.7 b

25.5

 

389 a

227 a

41.6

 

1.64

KS21486

Chitti

5.8 f

3.2 f

43.9

 

151 c

73 c

51.7

 

0.21

MCD4011

Chitti

9.1 e

7.0 d

22.3

 

299 b

213 b

28.8

 

1.19

WA4502-1

White

17.1 b

11.7 a

31.8

 

365 b

223 b

38.9

 

1.52

WA4531-17

White

15.0 c

8.8 c

41.3

 

273 b

133 b

51.3

 

0.68

AND1007

Red

21.1 a

11.7 a

44.5

 

408 a

247 a

39.5

 

1.88

Ofogh

Red

8.0 e

5.7 e

28.1

 

368 a

114 bc

69.0

 

0.78

Akhtar

Red

12.3 d

5.3 e

56.6

 

290 b

121 b

58.3

 

0.65

Mean

12.6

8.7

30.9

 

318

169

47.4

 

1.07

میانگین‌های دارای حروف مشترک در هر ستون، با هم اختلاف معنی‌داری در سطح پنج درصد و بر اساس آزمون چند دامنه‌ای دانکن ندارند.

Means with the same letters in the same column are not significantly different based on DMRT (P≤0.05).

 

 

عملکرد دانه به‌عنوان مهم­ترین صفت در لوبیا، از نظر ژنتیکی تحت تنش آبی تفاوت نشان می­دهد (Teran & Singh, 2002). در آزمایش حاضر، کمبود آب، میانگین عملکرد دانه را بیش از 47% کاهش داد (جدول 4). محققان دیگر، کاهش 47 تا 69 درصدی عملکرد لوبیا را در شرایط تنش خشکی گزارش کرده اند (Munoz-Perea et al., 2006; Singh, 2007; Urrea et al., 2009). در مطالعه حاضر، کاهش عملکرد بین ژنوتیپ­ها متفاوت بود که نشان دهنده واکنش­ متفاوت آن‌ها به شرایط خشکی و حساسیت آن‌ها به کمبود آب بود. کاهش عملکرد ژنوتیپ­ها به­دلیل کمبود آب، 28 تا 69 درصد بود. بیشترین تأثیر تنش آبی بر کاهش عملکرد در بوته، به لوبیا قرمز اختر تعلق داشت، در‌حالی‌که لوبیا قرمز افق، بیشترین کاهش عملکرد در متر مربع را داشت. لوبیا چیتی MCD4011، مقاومت بیشتری نسبت به کمبود آب با کمترین درصد کاهش در عملکرد دانه نشان داد (جدول 4).

بر اساس افت عملکرد، ارقام AND1007، COS16 و MCD4011 نسبت به ارقام دیگر، متحمل­تر به خشکی بودند. لوبیا چیتی KS21486 کمترین عملکرد دانه در هر دو شرایط آبیاری را نشان داد و لوبیا قرمز AND1007 بیشترین عملکرد تک بوته را در شرایط آبیاری مناسب داشت، اما در شرایط تنش، WA4502-1 نسبت به سایر ژنوتیپ­ها عملکرد بوته بیشتری تولید کرد. کمبود آب، عملکرد دانه ژنوتیپ­ها را بین 69% (افق) و 8/28% MCD4011)) کاهش داد (جدول 4). برخی دیگر از محققین، کاهش عملکرد 52 تا 62 درصدی را در ارقام مختلف لوبیا خشک تحت تنش کمبود آب گزارش کرده­اند (Teran & Singh, 2002; Singh, 2007).

در یک آزمایش، عملکرد و اجزای عملکرد لوبیا در دو شرایط آبیاری بررسی و مشاهده شد که تنش خشکی باعث کاهش طول دوره رشد زایشی لوبیا می‌شود. ارقامی که بیشترین عملکرد را در شرایط تنش داشتند، دارای بیشترین تعداد غلاف و دانه در بوته بودند. علت تفاوت عملکرد دانه ارقام تحت شرایط تنش، عمدتاً ناشی از تفاوت در توزیع ماده خشک در شرایط تنش بیان شد (Acosta et al., 2004). در بررسی دیگری که عملکرد و برخی صفات مؤثر بر آن در شرایط تنش خشکی بررسی شد، تنش سبب بروز خسارت زیادی به عملکرد، تعداد غلاف و دانه در بوته و عملکرد بیولوژیک شد (Habibi & Bihamta, 2007).

اثر خشکی روی اجزای عملکرد (تعداد غلاف در هر بوته، تعداد دانه در هر غلاف و وزن صد دانه) ژنوتیپ­های لوبیا در رومانی در دو شرایط نرمال و تنش کمبود آب بررسی شد و نتایج آن نشان داد که تنش خشکی، تعداد غلاف هر بوته را تا 60%، تعداد دانه‌های هر غلاف را تا 26%، وزن صد ‌دانه را تا 13% و عملکرد دانه را تا 80% کاهش می­دهد (Szilagyi, 2003). در مطالعه دیگری مشخص شد که کمبود آب، باعث کاهش 14 درصدی وزن دانه لوبیا می­شود
(Singh, 2007). بر اساس نتایج یک تحقیق، تنش آبی تأثیر معنی‌داری روی وزن دانه نداشت، اما اثر آن بر روی تعداد غلاف در بوته و تعداد دانه در غلاف معنی‌دار بود و باعث کاهش این صفات شد (Lizana et al., 2006). علت اصلی کاهش تعداد غلاف در بوته، ریزش زیاد گل‌ها و غلاف­­‌ها تحت تنش کمبود آبی بود که برخی محققان (Castaneda-Saucedo et al., 2009) نیز این امر را تأیید کرده­اند. این کاهش در رقم حساس نسبت به رقم مقاوم، بیشتر بود.

شاخص‌های حساسیت و مقاومت به خشکی ژنوتیپ­ها که بر مبنای عملکرد دانه در تیمارهای آبیاری محاسبه می‌شوند، متفاوت بودند. شاخص DSI، برآوردی از پایداری عملکرد است؛ ژنوتیپ‌هایی که مقادیر DSI کمتری دارند را می‌توان مقاوم به خشکی در نظر گرفت (Ahmad et al., 2003). این شاخص نشان‌دهنده ژنوتیپ‌هایی است که عملکرد بالقوه کمی دارند، اما در شرایط تنش، عملکرد آن‌ها زیاد است. مقادیر کوچک این شاخص، نشانه تحمل بیشتر نسبت به تنش است. شاخص DTI، ژنوتیپ‌هایی را گزینش می‌کند که در هر دو شرایط، عملکرد بالایی دارند. مقادیر بالای DTI نشانه تحمل تنش و عملکرد بالا است. ارقامی که مقدار TOL کمتری دارند، تفاوت عملکرد دانه آن‌ها در محیط‌های تنش‌زا و عادی کمتر است. مقادیر بالای این شاخص، نشانه حساسیت نسبی ژنوتیپ‌ها به تنش است؛ بنابراین مقادیر کوچک آن مطلوب است. شاخص GM، برای مقایسه عملکرد ژنوتیپ‌ها در محیط‌های مختلف به‌کار می‌رود؛ این شاخص معیار انتخاب مؤثر برای مقاومت به خشکی در لوبیا گزارش شده است (Samper, 1984; Abebe et al., 1998). کمترین مقادیر شاخص­های MP، GMP و TOL، در لاین KS21486 مشاهده شد (جدول 5) و لاین­های AND1007 و COS16، بیشترین میزان MP، GMP و DTI را داشتند . بیشترین میزان TOL و DSI به لاین افق تعلق داشت و کمترین میزان شاخص DSI از لاین MCD4011 به‌دست آمد.

 

 

جدول5- میانگین عملکرد ژنوتیپ­های لوبیا و شاخص­های حساسیت و مقاومت به خشکی

Table 4. Mean grain yield of bean genotypes and drought resistance and susceptibility indices

GYEI

DTI

DSI

TOL

GMP

MP

YS

YN

Genotype

1.64

0.87

0.89

162

297

308

227

389

COS16

0.21

0.11

1.10

78

105

112

73

151

KS21486

1.19

0.63

0.61

86

252

256

213

299

MCD4011

1.52

0.80

0.83

142

285

294

223

365

WA4502-1

0.68

0.36

1.09

140

190

203

133

273

WA4531-17

1.88

0.99

0.83

161

317

327

247

408

AND1007

0.78

0.41

1.47

254

205

241

114

368

Ofogh

0.65

0.35

1.24

169

187

205

121

290

Akhtar

DII=0.47; =318; = 169.

 

 

بر اساس نتایج همبستگی بین شاخص‌های حساسیت و مقاومت به خشکی و عملکرد در شرایط آبیاری نرمال و تنش خشکی (جدول 6)، بهترین شاخص‌ها با توجه به ضرایب همبستگی آن‌ها انتخاب شدند.

 

 

جدول 6- همبستگی ساده بین عملکرد دانه، شاخص کارایی عملکرد و شاخص­های حساسیت و مقاومت به خشکی

Table 6. Correlations between grain yield, GYEI and drought resistance and susceptibility indices

DTI

DSI

TOL

GMP

MP

YS

YN

Index

 

 

 

 

 

 

0.76 *

YS

 

 

 

 

 

0.92 **

0.95 **

MP

 

 

 

 

0.99 **

0.96 **

0.90 **

GMP

 

 

 

0.21

0.35

-0.04

0.62

TOL

 

 

0.65

-0.57

-0.46

-0.77 *

-0.17

DSI

 

-0.61

0.14

0.98 **

0.96 **

0.97 **

0.85 **

DTI

0.99 **

-0.61

0.14

0.98 **

0.97 **

0.97 **

0.86 **

GYEI

* و **: معنی‌داری همبستگی در سطوح پنج و یک درصد.

* and **: Correlation is significant at the 0.05 and 0.01 levels, respectively.

 

بر اساس شاخص‌های GMP، MP و DTI، بهترین ژنوتیپ‌ها شامل AND1007 و COS16 بود. نتایج همبستگی صفات نشان داد که بین GYEI و شاخص­های حساسیت و مقاومت به خشکی، همبستگی معنی­دار وجود داشت؛ در نتیجه می­توان با استفاده از شاخص کارایی عملکرد، نسبت به گزینش ژنوتیپ­های برتر در شرایط تنش خشکی اقدام نمود.

گروه­بندی ژنوتیپ­ها از لحاظ کارایی آبیاری، بر اساس GYEI و عملکرد دانه در شرایط تنش نشان داد که ژنوتیپ­ها در چهار گروه قرار گرفتند (شکل 1).

 

 

شکل1- گروه­بندی ژنوتیپ­های لوبیا از نظر کارایی آبیاری (E: کارآمد، EPI: کارآمد با شاخص کارایی عملکرد ضعیف، IEGI: ناکارآمد با شاخص کارایی عملکرد خوب، IE: ناکارآمد)

Figure 1. Bean genotypes classification based on irrigation efficiency (E: efficient, EPI: efficient and poor GYEI, IEGI: inefficient and good GYEI, IE: inefficient).

 

 

گروه اول شامل ژنوتیپ­های کارآمد (E)[11] بود؛ ژنوتیپ­هایی AND1007، COS16، WA4502-1 و  MCD4011که عملکرد بیشتر از میانگین عملکرد در شرایط تنش تولید کردند و شاخص کارایی عملکرد بالاتر از متوسط داشتند،​​ در این گروه قرار گرفتند. گروه دوم شامل ژنوتیپ­هایی WA4531-17 افق، اختر و KS21486 بود که عملکرد کمتر از میانگین عملکرد در شرایط تنش و شاخص کارایی عملکرد کمتر از متوسط داشتند. این نوع ژنوتیپ­ها در گروه ناکارآمد (IE)[12] گروه­بندی شدند. دو گروه دیگر که در مطالعه حاضر هیچ عضوی نداشتند، شامل گروه کارآمد با شاخص کارایی عملکرد ضعیف (EPI)[13] و گروه ناکارآمد با شاخص کارایی عملکرد خوب (IEGI)[14] بودند. ژنوتیپ­های متعلق به گروه EPI، عملکرد بیشتر از میانگین عملکرد کل ژنوتیپ­ها در شرایط تنش تولید می­کنند، اما واکنش آن‌ها (شاخص کارایی عملکرد) به آبیاری کمتر از متوسط است. ژنوتیپ­هایی که عملکرد کمتر از میانگین عملکرد کل ژنوتیپ­ها در شرایط تنش تولید می­کنند، اما واکنش آن‌ها به آبیاری بالاتر از متوسط است، در گروه IEGI قرار می­گیرند.

به­طور‌کلی، ژنوتیپ­هایی که در گروه E قرار می­گیرند، مطلوب­ترین ژنوتیپ­ها هستند، چرا که این ارقام می­توانند در شرایط تنش، عملکرد بیشتری تولید کنند و به آبیاری نیز به­خوبی واکنش معنی­دار نشان دهند. دومین گروه مطلوب، ژنوتیپ­های EPI هستند. این نوع ژنوتیپ­ها را می­توان در شرایط آبیاری کم کاشت و عملکرد بیش از میانگین عملکرد تولید کرد. از ژنوتیپ­های IEGI گاهی می­توان در برنامه اصلاحی جهت بهره­برداری از ویژگی شاخص کارایی عملکرد آن‌ها استفاده کرد. نامطلوب­ترین ژنوتیپ­ها انواع IE هستند.

 

نتیجه­ گیری کلی

نتایج نشان داد که ، برای گزینش ژنوتیپ­های برتر در شرایط تنش خشکی، شاخص کارایی عملکرد دانه ، شاخص مناسبی است. به­طورکلی، لوبیا قرمز AND1007، لوبیا چیتی COS16 و MCD4011 و لوبیا سفید WA4502-1 بیشترین GYEI را داشتند و بهترین ژنوتیپ­ها از نظر تولید دانه در شرایط تنش خشکی بودند. این ژنوتیپ­ها به­عنوان مصرف‌کنندگان کارآمد آب بر اساس GYEI گروه­بندی شدند.

 

سپاسگزاری

این مقاله از پروژه پژوهشی موسسه تحقیقات اصلاح و تهیه نهال و بذر به شماره 88067– 03– 03– 2 استخراج شده است. از تمامی کسانی که در تصویب و اجرای پروژه تحقیقاتی همکاری داشته­اند، سپاسگزاری می­نمایم.

 

REFERENCES

  1. Abebe, A., Brick, M. A. & Kirkby, R. A. (1998). Comparison of selection indices to identify productive dry bean lines under diverse environmental conditions. Field Crops Research, 58, 15-23.
  2. Acosta-Diaz‚‚ Lopez‚ T. C., Posadas R. & Ramirez, P. (2004). Adaptation of common bean to drought stress during the reproductive stage. Terra, 22, 49-58.Ahmad, R., Qader, S., Ahmad, N. & Shah, K. H. (2003). Yield potential and stability of nine wheat varieties under water stress conditions. International Journal of Agriculture and Biology, 5, 7-9.
  3. Ahmad, R., Qader, S., Ahmad, N. & Shah, K.H. (2003). Yield potential and stability of nine wheat varieties under water stress conditions. International Journal of Agriculture and Biology, 5, 7-9.
  4. Beebe, S. E., Rao, I. M., Cajiao C. & Grajales, M. (2008). Selection for drought resistance in common bean also improves yield in phosphorus limited and favorable environments. Crop Science, 48, 582-592.
  5. Castaneda-Saucedo, M. C., Cordova-Tellez, L., Gonzalez-Hernandez, V. A., Delgado-Alvarado, A., Santacruz-Varela, A. & Garcia-de los Santos, G. (2009). Physiological performance, yield, and quality of dry bean seeds under drought stress. Interciencia, 34, 748-754.
  6. Chaves, M. M., Pereira, J. S., Maroco, J., Rodrigues, M. L., Ricardo, C. P. P., Osorio, M. L., Carvalho, I., Faria, T. & Pinheiro, C. (2002). How plants cope with water stress in the field. Photosynthesis and growth. Annals of Botany, 89, 907-916.
  7. Fageria, N. K. & Barbosa Filho, M. P. (1981). Screening rice cultivars for higher efficiency of phosphorous absorption. Pesquisa Agropecuaria Brasileira, 16, 777-782.
  8. Fageria, N. K. (2001). Screening method of lowland rice genotypes for zinc uptake efficiency. Scientia Agricola, 58(3), 623-626.
  9. Fageria, N. K., Baligar, V. C. & Li, Y. C. (2008). The role of nutrient efficient plants in improving crop yields in the Twenty First Century. Journal of Plant Nutrition, 31, 1121‑1157.
  10. Fageria, N. K., Baligar, V. C., Moreira, A. & Portes, T. A. (2010). Dry bean genotypes evaluation for growth, yield components and phosphorus use efficiency. Journal of Plant Nutrition, 33, 2167-2181.
  11. Fageria, N. K., Melo, L. C. & Carvalho, M. C. S. (2015). Influence of nitrogen on growth, yield, and yield components and nitrogen uptake and use efficiency in dry bean genotypes. Communications in Soil Science and Plant Analysis, 46, 2395-2410.
  12. Fernandez, C. G. J. (1992). Effective selection criteria for assessing plant stress tolerance. In: Proceedings of the International Symposium on adaptation of food crops in temperature and water stress. 13-18 Agu., AVRDC, Shanhua, Taiwan, pp. 257-270.
  13. Fischer, R. A. & Maurer, R. (1978). Drought resistance in spring wheat cultivars I. Grain yield responses. Australian Journal of Agricultural Research, 29, 897-912.
  14. Food and Agriculture Organization. (2018). Retrieved May 8, 2020, from http://www.fao.org/faostat.
  15. Frahm, M. A., Rosas, J. C., Mayek-P´erez, N., Lopez-Salinas, E., Acosta-Gallegos, J. A. & Kelly, J. D. (2004). Breeding beans for resistance to terminal drought in the lowland tropics. Euphytica, 136, 223-232.
  16. Ghanbari, A.A. & Taheri Mazandarani, M. (2003). Effects of planting arrangement and weed control on yield and yield components of red bean (Phaseolus vulgaris) cv. Akhtar. Seed and Plant Journal, 19, 37-47. (In Persian)
  17. Habibi, G. R. & Bihamta, M. R. (2007). Study of seed yield and some associate characteristics in pinto bean under reduced irrigation. Pajouhesh & Sazandegi, 74, 34-46. (In Persian)
  18. Lizana, C., Wentworth, M., Martinez, J. P., Villegas, D., Meneses, R., Murchie, E. H., Pastenes, C., Lercari, B., Vernieri, P., Horton, P. & Pinto, M. (2006). Differential adaptation of two varieties of common bean to abiotic stress. I: Effects of drought on yield and photosynthesis. Journal of Experimental Botany, 57, 685-697.
  19. Munoz-Perea, C. G., Teran, H., Allen, R. G., Wright, J. L., Westermann D. T. & Singh, S. P. (2006). Selection for drought resistance in dry bean landraces and cultivars. Crop Science, 46, 2111-2120.
  20. Noureldin, N. A., Saudy, H. S., Ashmawy, F. & Saed, H. M. (2013). Grain yield response index of bread wheat cultivars as influenced by nitrogen levels. Annals of Agricultural Science, 58(2), 147-152.
  21. Porch, T. G. (2006). Application of stress indices for heat tolerance screening of common bean. Journal of Agronomy and Crop Science, 192, 390-394.
  22. Rosielle, A. A. & Hamblin, J. (1981). Theoretical aspects of selection for yield in stress and non-stress environments. Crop Science, 21, 943-946.
  23. Samper, C. (1984). Effects of water stress imposed at mid-pod filling upon yield and dry matter partitioning in dry beans (Phaseolus vulgaris ). M.Sc. Thesis. Michigan State University, East Lansing.
  24. Serraj, R. & Sinclair, T. R. (1998). N2 fixation response to drought in common bean (Phaseolus vulgaris). Annals of Botany, 82, 229-234.
  25. Singh, S.P. (2007). Drought resistance in the race Durango dry bean landraces and cultivars. Agronomy Journal, 99, 1219-1225.
  26. Solomon, W. & Anjulo, A. (2017). Response of bread wheat varieties to different levels of nitrogen at Doyogena, Southern Ethiopia. International Journal of Scientific and Research Publications, 7 (2), 452-459.
  27. Szilagyi‚ (2003). Influence of drought on seed yield components in common bean. Bulgarian Journal of Plant Physiology, Special Issue, 320-330.Teran, H. & Singh, S. P. (2002). Comparison of sources and lines selected for drought resistance in common bean. Crop Science, 42, 64-70.
  28. Urrea, C. A., Yonts, C. D., Lyon D. J. & Koehler, A. E. (2009). Selection for drought tolerance in dry bean derived from the Mesoamerican gene pool in western Nebraska. Crop Science, 49, 1-6.

 

[1] Grain yield efficiency index

[2] Efficient

[3] Moderately efficient

[4] Inefficient

3 Drought intensity index

4 Drought susceptibility index

5 Drought tolerance index

6 Tolerance

7 Geometric mean productivity

8 Mean productivity

[11] Efficient

[12] Inefficient

[13] Efficient and poor grain yield efficiency index

[14] Inefficient and good grain yield efficiency index