ارزیابی تحمل به شوری نسل پنجم (M5) لاین های گندم نان، با استفاده از برخی شاخص های تحمل به تنش

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان

2 پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای، پژوهشگاه کشاورزی هسته‌ای کرج

چکیده

سابقه و هدف: اساس برنامه‌های اصلاحی، وجود تنوع ژنتیکی می‌‌باشد. نقش پرتوتابی هسته‌ای برای ایجاد تنوع ژنتیکی به‌ خوبی اثبات شده است. موتاسیون‌‌های القا شده حاصل از پرتوتابی با اشعه گاما، در بهبود بسیاری از صفات مهم زراعی گیاهان نقش بسزایی داشته‌اند. از آنجا که عملکرد محصولات در اثر تنش شوری بطور قابل توجهی کاهش می‌یابد، از این رو تولید و معرفی ارقام پرمحصول و متحمل به شوری می-تواند تأثیر این پدیده را به حداقل برساند. تنش شوری همه ساله کشت گیاهان زراعی را در مناطق وسیعی از کشور تحت تأثیر قرار می‌دهد.
مواد و روش‌ها: به منظور تعیین برخی شاخص‌های پایداری مرتبط با عملکرد دانه گندم، نسل پنجم (M5) در شرایط شوری، 15 لاین انتخابی از نسل چهارم به همراه دو ژنوتیپ والدی (ارگ و بم) و دو ژنوتیپ تولید شده منطقه یزد (سیوند و نارین) در دو شرایط بدون تنش (2 دسی زیمنس بر متر) و تنش شوری (10 دسی زیمنس بر متر) در مزرعه تحقیقاتی مرکز ملی تحقیقات شوری واقع در شهرستان یزد کشت گردید. هر کرت کشت دو خط یک متری با فاصله 20 سانتی‌متر در نظر گرفته شد. در طول فصل رشد، جهت تعیین شوری خاک در منطقه توسعه ریشه تا عمق 0-90 سانتی‌متری نمونه‌برداری خاک انجام گرفت. متوسط شوری در شرایط بدون تنش و تنش به ترتیب 3/2 و 7/9 دسی زیمنس بر متر بدست آمد. تجزیه واریانس طرح بلوک کامل تصادفی بر روی صفات عملکرد دانه و اجزای عملکرد و
یون‌های سدیم و پتاسیم انجام و مقایسه میانگین با آزمون حداقل تفاوت معنی‌دار انجام شد. شاخص‌های تحمل شامل میانگین بهره‌وری حسابی (MP)، میانگین بهره‌وری هندسی (GMP)، تحمل به تنش (STI)، حساسیت به تنش (SSI) و شاخص تحمل (TOL) جهت بررسی میزان حساسیت و تحمل لاین‌ها محاسبه گردید. همچنین همبستگی پیرسون ، تجزیه پایداری (مدل فرناندز) و تجزیه و تحلیل خوشه ای انجام شد.
یافته‌ها: نتایج تجزیه واریانس عملکرد دانه و اجزای عملکرد، تنوع ژنتیکی در بین لاین‌ها را نشان داد. لاین دو (ارگ-200 گری، 67/246 گرم در متر‌مربع) و لاین یک ( بم-150 گری، 55/165 گرم در متر‌مربع) بیشترین عملکرد دانه، یون پتاسیم و نسبت پتاسیم به سدیم و کمترین یون سدیم را در دو شرایط دارا بودند. همچنین لاین‌های متحمل به شوری، سطح کمتری از سدیم، سطح بالایی از پتاسیم و نسبت بیشتری از پتاسیم به سدیم در شرایط تنش شوری نسبت به لاین‌های حساس داشتند. با توجه به همبستگی مثبت و معنی‌دار عملکرد دانه در هر دو شرایط با شاخص‌های MP ، GMP و STI این شاخص‌ها به عنوان مطلوب‌ترین شاخص تحمل انتخاب شدند. با توجه به نمودار سه بعدی فرناندز لاین‌های یک، دو و هشت به عنوان متحمل‌ترین لاین‌ها نسبت به تنش شوری معرفی شدند.
نتیجه‌گیری: نتایج آزمایش نشان داد شاخص‌های MP ، GMP و STI به عنوان مناسب‌ترین شاخص‌ها برای گزینش لاین‌های متحمل به تنش شوری می‌باشند. لاین‌های یک، دو و هشت از عملکرد دانه بالایی در هر دو شرایط برخوردار بودند. بنابراین بر اساس نتایج می‌توان لاین‌های یک، دو و هشت را به عنوان لاین‌های پایدار و با عملکرد بالا در شرایط تنش شوری و نسل پنجم انتخاب و جهت کشت در نسل ششم معرفی نمود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Evaluation of salinity tolerance of the fifth generation (M5) of bread wheat lines using some indices of stress tolerance

چکیده [English]

Background and Objectives: The basis of breeding programs is the presence of genetic diversity. The role of nuclear radiation to create genetic diversity has been well documented. Mutations induced by irradiation with gamma rays has had a significant role in improving the lot of important agronomic traits in plants. Salinity stress every year affects crops in large areas of the country. Since crops' yield is reduced due to the salt toxicity, hence the production and introduction of high yielding salinity tolerant varieties can minimize the phenomenon effect.
Materials and Methods: In order to determine some stability indices related to wheat grain yield the fifth generation (M5) under salinity conditions, 15 selected lines from the fourth generation (M4) with two parents' genotypes (‘Arg’ and ‘Bam’) and two genotypes produced in Yazd region (‘Sivand’ and ‘Narin’) were planted under both conditions of non-stress )2 dsm-1) and salinity stress )10 dsm-1) in research field of the National Salinity Research Center (NSRC) in Yazd province. Each plot included two rows in 1 m long with a row spacing of 20 cm. During the growing season, to determine the soil salinity in the root growth zone the soil sampling was carried out to a depth of 0-90 cm. The average salinity under conditions of non-stress and stress was obtained 2.3 and 9.7 dsm-1, respectively. Analysis of variance for a complete random block design was performed on grain yield, yield components and sodium and potassium ions traits and the Comparison of means was conducted by least significant difference (LSD) test. Tolerant indices of mean productivity (MP), geometric mean productivity (GMP), stress tolerance index (STI), Stress stability index (SSI), Tolerance index (TOL) were calculated to investigation salinity. Also, Pearson correlation, stability analysis and cluster analysis was performed
Results: The results of analysis of variance for grain yield and yield components showed the genetic diversity among lines. Line two (Arg-200 gray, 246.67 g m-1) and one (Bam-150 gray, 165.55g m-1) had the highest grain yield, K+ and K+/NA+ ratio and the lowest and NA+ ions under both conditions. Also, lines tolerant to salinity had a lower level of NA+, high level of K+ and a higher K+/NA+ ratio under salinity stress conditions to sensitive lines. Regarding the positive and significant correlation between grain yield in both conditions and indices of MP, GMP and STI, the indices were selected as the most desirable tolerance indices. According to three-dimensional graph Fernandez were introduced that lines one, two and eight as the most tolerant lines to salinity stress.
Conclusion: The experiment results showed, indices of MP, GMP and STI are the most suitable indices for selection of lines tolerant to salinity. Lines one, two and eight had high grain yield under both conditions. So, according to the results lines one, two and eight can be introduced as stable lines and with high yield under salinity stress conditions and the fifth generation and it is recommended to introduce these three lines for cultivation in the sixth generation.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Wheat
  • Grain yield
  • Salt stress
  • K+/Na+
  • Tolerance indices
1. Blumwald, E. 2004. Sodium transport
and salt tolerance in plants. Curr. Opin.
Cell. Biol., 12: 431–434.
2. Bradford, K.J., and Haigh, A.M. 1994.
Relationship between accumulated
hydrothermal time during seed priming
and subsequent seed germination rates.
Seed Sci. Res., 4: 63-63.
3. Chen, Z., Newman, I., Zhuo, M.,
Mendham, N., Zhang, G., and Shabala,
S. 2005. Screening plants for salt
tolerance by measuring K+ flux: a case
study for barely. Plant Cell. Environ. J.,
28: 1230-1246.
4. Cramer, G., Alberico, G., and Schmidt,
C. 1994. Salt tolerance is not associated
with the sodium accumulation of two
maize hybrids. Funct. Plant Biol., 21:
675-692.
5. El-Hendawy, S.E., Hu, Y., Y-akout,
G.M., Awad, A.M., Hafiz, S.E., and
Schmidhalter, U. 2005. Evaluating salt
tolerance of wheat genotypes using
multiple parameters. Eur. J. Agr., 22:
243-253.
6. FAO. 2013. Available
http://faostat.fao.org. Last accessed 12
October.
7. Fernandez, G.C.J. 1992. Effective
selection criteria for assessing stress
tolerance. In: Kuo C.G. (Ed.),
Proceedings of the International
Symposium on Adaptation of
Vegetables and Other Food Crops in
Temperature and Water Stress,
Publication, Tainan, Taiwan.
8. Fischer, R.A., and Maurer, R. 1978.
Drought resistance in spring wheat
cultivars. I. Grain yield responses. Aust.
J. Agric. Res., 29: 897-912.
9. Flowers, T.J., and Yeo, A.R. 1989.
Effects of salinity on plant growth and
crop yield. In: Environmental Stress in
Plants, ed. Cherry, J.H., Nato Ast series,
Verlag Berlin Heidelberg, Germany.
370-410p.
10. Gholizadeh, A., Dehghani, H., and
Dvorak, J. 2013. Evaluating salt
tolerance of bread wheat genotypes
using stress tolerance indices. Cereal
Res., 2: 103-114.
11. Golabadi, M., Arzani, A., and Maibody,
S.M. 2006. Assessment of drought
tolerance in segregating populations in
durum wheat. Afr. J. Agric. Res., 1:
162-171.
12. Grieve, C., Lesch, S., Maas, E., and
Francois, L. 1993. Leaf and spikelet
primordia initiation in salt-stressed
wheat. Crop Sci., 33: 1286-1294.
13. Heidari Sharif Abad, H. 2001. Plant and
Salinity. Research Institute of Forests
and Rangelands Press, 55p. (In Persian)
14. Heinnrich, G.M., Francis, C.A., and
Eastin, J.D. 1983. Stability of grain
sorghum yield components across
diverse environments. Crop Sci., 23:
209-212.
15. Hosseini, S.J., Tahmasebi Sarvestani, Z.,
and Pirdashti, H. 2012. Analysis of
tolerance indices in some rice (Oryza
sativa L.) genotypes at salt stress
condition. Int. Res. J. Appl. Basic Sci.,
3: 1-10.
16. Izaddoost, H., Samizadeh, H., Rabiei,
B., and Abdollahi, S. 2013. Evaluation
of salt tolerance in rice (Oryza sativa L.)
cultivars and lines with emphasis on
stress tolerance indices. Cereal Res., 3:
167-180. (In Persian)
17. Janzen, H., and Chang, C. 1987. Cation
nutrition of barley as influenced by soil
solution composition in a saline soil.
Can. J. Soil Sci., 67: 619-629.
18. Jeschke., W. 1984. K+-Na+exchange at
cellular membranes, intracellular
compartmentation of cations, and salt
tolerance. In: Salinity Tolerance in
Plants. New York, Pp: 37-65
19. Kafi, M., Kamkar, B., and Mahdavi
Damghani, A. 2003. Responses crops to
growth ambient. Ferdowsi University of
Mashhad Press, 298p. (in Persian)
20. Kanafi, M.A., and Dehghani, H. 2015.
Evaluation of Salt Tolerance of bread
wheat using stress tolerance indices.
Cereal J., 4: 103-114. (In Persian)
21. Maas, E.V., and Grieve, C.M. 1990.
Spike and leaf development in saltstressed
wheat. Crop Sci., 30: 1309–
1313.
22. Maluszynski, M., Ahloowalia, B.S., and
Sigurbjörnsson, B. 1995. Application
ofin vivo and in vitro mutation
techniques for crop improvement.
Euphytica. J., 85: 303–315.
23. Mass, E.V. 1993. Plant growth response
to salt stress. In: Towards the Rational
Use of High Salinity Tolerant Plants.
Boca Raton, CRC Press. Pp: 279-291.
24. Mohammad nezhad, Y., Galeshi, S.,
Soltani, A., Ghaderifar, F., and
Nourinia, A.A. 2016. Study of stress
indices for selecting tolerant wheat
genotypes in rain-fed conditions and
moderate and severe salinity stress in
Golestan province. J. Crop Prod., 9:
124-144. (In Persian)
25. Mohammadi, R., Haghparast, R., and
Aghaee, M. 2005. Evaluation of bread
wheat genotypes for drought tolerance
under rainfed conditions. Theme 10.
Application of new technologies and
technology transfer and crop
improvement for dry areas. The
8thInternational Conference on
Development of Drylands, Bejing,
China. 236p.
26. Munns, R., and James, R.A. 2003.
Screening methods for salinity
tolerance: a case study with tetraploid
wheat. Plant Soil., 253: 201-218.
27. Munns, R., James, R.A., and Läuchli, A.
2006. Approaches to increasing the salt
tolerance of wheat and other cereals. J.
Exp. Bot., 57: 1025-1043.
28. Najaphy, A., and Geravandi, M. 2011.
Assessment of indices to identify wheat
genotypes adapted to irrigated and rainfed
environments. Adv. Environ. Biol.,
5: 3212-3218.
29. Noor Mohammadi, Gh., Siadat, S.A.,
and Kashani, A. 2007. Agronomy
Cereal. Shaid ChamranUniv, Press.
446p. (In Persian)
30. Normand Moayed, F., Rostami, M., and
Ghanadha, M.R. 1998. Determine the
best index of drought resistance in
wheat. I.R.I Crop Sci. Congress., 242p.
(In Persian)
31. Orcutt D.M., and Nilsen E.T. 2000. The
physiology of Plants Under Stress, Soil
and Biotic Factors. John Wiley and
Sons, New York, Pp: 177-235.
32. Parida A.K., and Das, A.B. 2005. Salt
tolerance and salinity effects on plants.
A review, Ecotoxicol. Environ. Saf., 60:
324-349.
33. Rosielle, A.A., and Hamblin, J. 1981.
Theoretical aspect of selection for yield
in stress and non- stress environment.
Crop Sci., 21: 943-946.
34. Sanjay Singh, R.S., Sengar Neeraj
Kulshreshtha, D., Datta , R.S., Tomar,
V.P., Rao, D., and Ashish, O. 2015.
Assessment of multiple tolerance indices
for salinity stress in bread wheat
(Triticum aestivum L.). J. Agric. Sci., 7:
49-57.
35. Schnider, K.A., Rosales-Serna, R.,
Ibarra-Perez, F., Cazares-Enriques, B.,
Acosta Gallegos, J.A., Ramirez-vallejo,
P., Wassimi, N., and Kelly, J.D. 1997.
Improving common bean performance
under drought stress. Crop Sci., 37: 43-
50.
36. Stadler, L.J. 1928. Muation in barley
induced by X-rays and radium. Sci., 68:
186-187.
37. Talebi, R., Fayaz, F., and Naji, A.M.
2009. Effective selection criteria for
assessing drought stress toler tolerance in
durum wheat (Triticum durum Desf.).
Gen. Appl. Plant Physiol., 35: 64-74.
38. Wani, A., and Anis, M. 2008. Gamma
ray- and EMS-induced bold-seeded
high-yielding mutants in chickpea
(Cicer arietinum). Turk. J. Biol., 32:
161-166.
39. Wu, H., Shabala, L., Liu, X., Azzarello,
E., Zhou, M., Pandolfi, C., Chen, Z.H.,
Bose, J., Mancuso, S., and Shabala, S.
2015. Linking salinity stress tolerance
with tissue-specific Na+sequestration in
wheat root. Front. Plant Sci., 6: 71.
40. Zarin kafsh, M. 1997. Principles of Soil
Science and Environment in Relation to
the Plant. Islamic Azad University,
Center of Scientific Publications Press,
808p. (In Persian)