بررسی صفات مناسب جهت گزینش لاین‌های کینوا (Chenopodium quinoa Willd.) در شرایط شور

نوع مقاله : مقاله کامل علمی- پژوهشی

نویسندگان

1 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد فیزیولوژی گیاهان زراعی، گروه اگروتکنولوژی ، دانشکده کشاورزی ، دانشگاه فردوسی، مشهد، ایران.

2 دانشیار مرکز ملی تحقیقات شوری، سازمان تحقیقات آموزش و ترویج کشاورزی- یزد- ایران

10.22069/ejcp.2026.24164.2720

چکیده

سابقه و هدف: کینوا به ‌دلیل تنوع ژنتیکی بسیار بالا، سازگاری گسترده، ارزش تغذیه‌ای قابل‌توجه و متحمل بودن در برابر تنش‌های محیطی به‌عنوان یکی از گزینه‌های بالقوه و راهبردی برای تقویت امنیت غذایی و پایداری تولید در مناطق خشک و نیمه‌خشک شناخته می‌شود. با‌توجه‌به بحران کم‌آبی و کاهش کیفیت منابع آبی در ایران، شناسایی لاین‌های متحمل به شوری از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. ازاین‌رو، این پژوهش با‌هدف شناسایی، ارزیابی و معرفی صفات مؤثر در گزینش لاین‌های زودرس، پرمحصول و متحمل به شوری در بین ژرم‌پلاسم‌های متنوع کینوا انجام شد.
مواد و روش‌ها: برای این منظور، 49 لاین کینوا در مرداد سال 1401 در ایستگاه تحقیقات شوری صدوق واقع در مرکز ملی تحقیقات شوری یزد، در قالب طرح لاتیس با دو تکرار و تحت شرایط شوری آب آبیاری موردبررسی قرار گرفتند. صفاتی از جمله ارتفاع بوته، طول و وزن پانیکول، عملکرد دانه، وزن هزار دانه، زیست‌توده و محتوای ساپونین اندازه‌گیری شدند. داده‌ها با استفاده از تجزیه واریانس، تحلیل همبستگی، خوشه‌بندی و تجزیه به مؤلفه‌های اصلی مورد ارزیابی قرار گرفتند.
یافته‌ها: نتایج تجزیه واریانس نشان داد که اثر لاین‌ها بر تمامی صفات در سطح احتمال یک درصد معنی‌دار بود. لاین‌های 47 و 49 بیشترین عملکرد دانه (به ترتیب 11/281 و 43/277 گرم بر مترمربع) و لاین‌های 7 و 33 بالاترین وزن هزار دانه را (به ترتیب 2/73 و 2/74 گرم) داشتند. در‌حالی‌که لاین ۳ پایین‌ترین عملکرد دانه و بیشترین ارتفاع کف ساپونین (6/20 سانتی‌متر) را نشان داد. تحلیل خوشه‌ای، لاین‌ها را در شش گروه متمایز قرار داد و خوشه سوم (لاین‌های 5، 47 و 49) بیشترین عملکرد و زیست‌توده را نشان داد. سه مؤلفه اصلی اول حدود 72 درصد از واریانس کل داده‌ها را تبیین کردند. نتایج وراثت‌پذیری نشان داد که صفات ارتفاع بوته، وزن پانیکول و عملکرد دانه به‌طور قابل‌توجهی تحت کنترل ژنتیکی قرار داشته و دارای پتانسیل بالایی برای بهبود از طریق گزینش هستند.
نتیجه‌گیری: به‌طورکلی، این مطالعه وجود پتانسیل ژنتیکی قابل‌توجهی را در بین لاین‌های زودرس کینوا برای کشت در شرایط شور تأیید کرد. صفات مرتبط با پانیکول و زیست‌توده به‌عنوان شاخص‌های کلیدی برای گزینش لاین‌های پرمحصول معرفی شدند. لاین‌های ۴۷ و ۴۹ به‌دلیل دارابودن بالاترین عملکرد، زیست‌توده مطلوب و محتوای ساپونین پایین، به‌عنوان ارقام برتر برای معرفی مستقیم یا استفاده در برنامه‌های دورگ‌گیری به‌منظور تولید ارقام متحمل به شوری پیشنهاد می‌گردند. وراثت‌پذیری بالای اکثر صفات مهم، موفقیت برنامه‌های اصلاحی را نوید می‌دهد. در نهایت، این یافته‌ها می‌تواند نقش مؤثری در توسعه کشت کینوا و افزایش امنیت غذایی در مناطق خشک و شور ایران ایفا کند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Evaluation of Suitable Traits for Selecting Quinoa (Chenopodium quinoa Willd.) Lines under Saline Conditions

نویسندگان [English]

  • Mahdi Khosrowshiri 1
  • Masoumeh Salehi 2
1 Faculty of Agriculture, Ferdowsi University of Mashahd, Iran
2 National Salinity Research Center, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Yazd, Iran.
چکیده [English]

Background and Objective:
Quinoa (Chenopodium quinoa Willd.), owing to its remarkable genetic diversity, broad ecological adaptability, high nutritional value, and considerable tolerance to various environmental stresses, has been recognized as a promising and strategic crop for enhancing food security and ensuring sustainable agricultural production in arid and semi-arid regions. Given the increasing challenges of water scarcity and the deterioration of irrigation water quality in Iran, the identification and characterization of salt-tolerant lines hold particular significance. Accordingly, this study was conducted to identify, evaluate, and determine the most influential agro-morphological traits contributing to the selection of early-maturing, high-yielding, and salt-tolerant quinoa lines among a diverse set of germplasm accessions.
Materials and Methods
For this purpose, 49 quinoa lines were evaluated in a lattice design with two replications under saline irrigation water conditions in August 2022 at the Sadough Salinity Research Station of the National Salinity Research Center in Yazd. Traits including plant height, panicle length and weight, grain yield, 1000-seed weight, biomass, and saponin content were measured. The data were analyzed using analysis of variance (ANOVA), correlation analysis, clustering, and principal component analysis (PCA).
Findings: The results of the ANOVA revealed that the effect of lines was significant (p < 0.01) for all traits. Lines 47 and 49 had the highest grain yield (281.11 and 277.43 g m⁻², respectively), while lines 7 and 33 exhibited the highest 1000-seed weight (73.2 and 74.2 g, respectively). In contrast, line 3 showed the lowest grain yield and the highest saponin content (20.6%). Cluster analysis grouped the lines into six distinct clusters, with cluster III (lines 5, 47, and 49) demonstrating the highest yield and biomass. The first three principal components accounted for approximately 72% of the total data variance. Heritability results indicated that traits such as plant height, panicle weight, and grain yield were significantly under genetic control and possess high potential for improvement through selection.
Conclusion
Overall, this study confirmed the presence of considerable genetic potential among early-maturing quinoa lines for cultivation under saline conditions. Traits associated with panicle and biomass were identified as key indicators for selecting high-yielding lines. Lines 47 and 49, due to their superior grain yield, desirable biomass, and low saponin content, are recommended as promising candidates for direct release or for use in hybridization programs aimed at developing salt-tolerant cultivars. The high heritability of the most important traits highlights the potential success of future breeding programs. Ultimately, these findings can contribute to the expansion of quinoa cultivation and improvement of food security in arid and saline regions of Iran.

کلیدواژه‌ها [English]

  • early maturity
  • genetic diversity
  • grain yield
  • panicle length
  • panicle weight

مراجع

  1. Peterson, A.J., & Murphy, K.M. (2015). Quinoa cultivation for temperate North America: Considerations and areas for investigation. Quinoa: Improvement and sustainable production, 17, 173-192. https://doi.org/10.1002/9781118628041.ch10

    1. Vita, F., Ghignone, S., Bazihizina, N., Rasouli, F., Sabbatini, L., Kiani-Pouya, A., Kiferle, C., Shabala, S., Balestrini, R., & Mancuso, S. (2021). Early responses to salt stress in quinoa genotypes with opposite behavior. Physiologia Plantarum, 173(4), 1392–1420. https://doi.org/10.1111/ppl.13425
    2. 3. Melini, V., & Melini, F. (2021). Functional components and anti-nutritional factors in gluten-free grains: A focus on quinoa seeds. Foods, 10(2), 351. https://doi.org/10.3390/foods10020351
    3. Akram, M.Z., Libutti, A., & Rivelli, A.R. (2023). Evaluation of vegetative development of quinoa under water stress by applying different organic amendments. Agronomy, 13(5), 1412. https://doi.org/10.3390/agronomy13051412
    4. FAO. (2013). Home-International Year of Quinoa 2013. https://www.fao.org/quinoa/en/
    5. Alandia, G., Rodriguez, J.P., Jacobsen, S.E., Bazile, D., & Condori, B. (2020). Global expansion of quinoa and challenges for the Andean region. Global Food Security, 26, 100429. https://doi.org/10.1016/j.gfs.2020.100429
    6. FAO. (2020). Quinoa: Worldwide promotion and cultivation challenges. FAO Reports.
    7. Emrani, N., Maldonado-Taipe, N., Hasler, M., Patiranage, D.S., & Jung, C. (2024). Early flowering and maturity promote the successful adaptation and high yield of Quinoa (Chenopodium quinoa Willd.) in temperate regions. Plants, 13(20), 2919.https://doi.org/10.3390/plants13202919
    8. Matías, J., Rodríguez, M.J., Carrillo-Vico, A., Casals, J., Fondevilla, S., Haros, C.M., & Reguera, M. (2024). From ‘farm to fork’: Exploring the potential of nutrient-rich and stress-resilient emergent crops for sustainable and healthy food in the Mediterranean region in the face of climate change challenges. Plants, 13(14), 1914. https://doi.org/10.3390/plants13141914
    9. Ruiz, K.E.F. (2013). Quinoa biodiversity and sustainability for food security under climate change. A review. Agronomy for Sustainable Development. https://doi.org/10.1007/s13593-013-0195-0
    10. Flubacher, M., Sedlmeier, K., Lechthaler, F., Rohrer, M., Cristobal, L., & Vinogradova, A. (2017, April). Socio-economic vulnerability, adaptation to agro-climatic risk and the potential of user-tailored climate services for the Andean Highlands: The case of quinoa production in the region of Puno. In EGU General Assembly Conference Abstracts(p. 17580).
    11. Hasegawa, T., Sakurai, G., Fujimori, S., Takahashi, K., Hijioka, Y., & Masui, T. (2021). Extreme climate events increase risk of global food insecurity and adaptation needs. Nature Food, 2(8), 587-595. https://doi.org/10.1038/s43016-021-00335-4
    12. Bazile, D., Jacobsen, S.E., & Verniau, A. (2016). The global expansion of quinoa: trends and limits. Frontiers in Plant Science, 7, 622. https://doi.org/10.3389/fpls.2016.00622
    13. Bertero, H.D., De la Vega, A.J., Correa, G., Jacobsen, S.E., & Mujica, A. (2004). Genotype and genotype-by-environment interaction effects for grain yield and grain size of quinoa (Chenopodium quinoa Willd.) as revealed by pattern analysis of international multi-environment trials. Field Crops Research, 89(2-3), 299-318. https://doi.org/10.1016/j.fcr.2004.02.006
    14. Gamboa, C., Van den Broeck, G., & Maertens, M. (2018). Smallholders’ preferences for improved quinoa varieties in the Peruvian Andes. Sustainability, 10(10), 3735. https://doi.org/10.3390/su10103735
    15. Thiam, E., Allaoui, A., & Benlhabib, O. (2021). Quinoa productivity and stability evaluation through varietal and environmental interaction. Plants, 10(4), 714. https://doi.org/10.3390/plants10040714
    16. Mizuno, N., Toyoshima, M., Fujita, M., Fukuda, S., Kobayashi, Y., Ueno, M., & Fujita, Y. (2020). The genotype-dependent phenotypic landscape of quinoa in salt tolerance and key growth traits. DNA Research, 27(4), dsaa022. https://doi.org/10.1093/dnares/dsaa022
    17. Fuentes, F.F., Bazile, D., Bhargava, A., & Martinez, E.A. (2012). Implications of farmers’ seed exchanges for on-farm conservation of quinoa, as revealed by its genetic diversity in Chile. The Journal of Agricultural Science, 150(6), 702-716. https://doi.org/10.1017/S0021859612000056
    18. Jacobsen, S.E. (2003). The worldwide potential for quinoa (Chenopodium quinoa Willd.). Food Reviews International, 19(1-2), 167-177. https://doi.org/10.1081/FRI-120018883
    19. Salehi, M., Dehghany, F., Soltani Gerdfaramarzi, V., & Besharat, N. (2021). Identify the effective traits for the selection of quinoa (Chenopodium quinoa Willd.) lines in spring cultivation under saline condition. Environmental Stresses in Crop Sciences, 14(4), 1041–1054. https://doi.org/10.22077/escs.2021.3287.1837 [In Persian, with English abstract]
    20. Koziol, M.J. (1991). Afrosimetric estimation of threshold saponin concentration for bitterness in quinoa (Chenopodium quinoa Willd). Journal of the Science of Food and Agriculture, 54(2), 211-219. https://doi.org/10.1002/jsfa.2740540206
    21. Hussain, M.I., Al-Dakheel, A.J., & Reigosa, M.J. (2018). Genotypic differences in agro-physiological, biochemical and isotopic responses to salinity stress in quinoa (Chenopodium quinoa Willd.) plants: Prospects for salinity tolerance and yield stability. Plant Physiology and Biochemistry, 129, 411-420. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2018.06.023
    22. Kaboodkhani, M., Salek Mearaji, H., Aghaei, K., & Tavakoli, A. (2024). Effects of salinity stress on some morpho-physiological traits and grain yield of quinoa cultivars under greenhouse conditions. Plant Productions, 47(2), 213–227. https://doi.org/10.22055/ppd.2024.46220.2145 [In Persian, with English abstract]
    23. Adolf, V. I., Shabala, S., Andersen, M.N., Razzaghi, F., & Jacobsen, S.E. (2012). Varietal differences of quinoa’s tolerance to saline conditions. Plant and Soil, 357(1), 117-129. https://doi.org/10.1007/s11104-012-1133-7
    24. Khosroshiri, M., Kafi, M., Salehi, M., & Ebrahimi, S. H. (2024). Comparison of yield and fodder quality of six genotypes of quinoa (Chenopodium quinoa Willd.) in different stages of harvesting and irrigation with saline water. Journal of Crop Production, 17(4), 107–124. https://doi.org/10.22069/ejcp.2025.23034.2653 [In Persian, with English abstract]
    25. 2 Bhargava, A., Shukla, S., & Ohri, D. (2007). Genetic variability and interrelationship among various morphological and quality traits in quinoa (Chenopodium quinoa Willd.). Field Crops Research, 101(1), 104-116. https://doi.org/10.1016/j.fcr.2006.10.001
    26. 2 Benlhabib, O., Boujartani, N., Maughan, P.J., Jacobsen, S.E., & Jellen, E.N. (2016). Elevated genetic diversity in an F2:6 population of quinoa (Chenopodium quinoa wild.) developed through an inter-ecotype cross. Frontiers in Plant Science, 7, 1222. https://doi.org/10.3389/fpls.2016.01222
    27. 2 Naim, J., Khatun, S.M., Das, B., Mim, M.H., Akter, S., Shakil, M.R., Islam, M.A., Hossain, M.A., (2024). Phenotyping of quinoa (Chenopodium quinoa Willd.) genotypes for morphological, yield and nutritional quality traits. Phyton, 93(12). http://dx.doi.org/10.32604/phyton.2024.058786
    28. 2 Maldonado-Taipe, N., Barbier, F., Schmid, K., Jung, C., & Emrani, N. (2022). High-density mapping of quantitative trait loci controlling agronomically important traits in quinoa (Chenopodium quinoa Willd.). Frontiers in Plant Science, 13, 916067. https://doi.org/10.3389/fpls.2022.916067
مجله تولید گیاهان زراعی
دوره 18، شماره 4
دی 1404
صفحه 143-158

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار