ارزیابی تحمل به تنش کم‌آبی در ژنوتیپ‌های سیب‌زمینی در سطوح مختلف آبیاری با استفاده از شاخص DTI مبتنی بر صفات رشدی و زراعی

نوع مقاله : مقاله کامل علمی- پژوهشی

نویسنده

بخش تحقیقات زراعی و باغی، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان اردبیل (مغان)، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی،

10.22069/ejcp.2026.24630.2738

چکیده

سابقه و هدف: کم‌آبیاری به عنوان یک راهبرد مدیریتی آب، با هدف تعادل بین حفظ عملکرد و افزایش کارایی مصرف آب توسعه یافته است. مطالعات اخیر نشان داده‌اند که تنظیم زمان و شدت آبیاری می‌تواند کارایی مصرف آب را افزایش داده و تأثیرات منفی تنش بر عملکرد غده را کاهش دهد. با توجه به تشدید تنش‌های خشکی ناشی از بحران آب و تغییرات اقلیمی، توسعه راهبرد‌های بهینه آبیاری و شناسایی ژنوتیپ‌های متحمل به کم‌آبی، برای حفظ عملکرد غده و افزایش بهره‌وری مصرف آب، امری ضروری است. این امر به ویژه در مناطق با محدودیت منابع آب اهمیت دوچندان می‌یابد.
مواد و روش‌ها: این پژوهش طی سال‌های زراعی ۱۴۰۳ و ۱۴۰۴ در مزرعه ایستگاه تحقیقات ملی سیب‌زمینی شهرستان اردبیل اجرا شد. آزمایش به‌صورت طرح اسپلیت‌بلوک در قالب بلوک‌های کامل تصادفی با سه تکرار انجام گرفت. در این طرح، سه سطح تأمین آب (۶۰، ۸۰ و ۱۰۰ درصد نیاز آبی گیاه) به‌عنوان فاکتور اصلی (کرت افقی) و ۱۶ ژنوتیپ پرمحصول سیب‌زمینی به‌عنوان فاکتور فرعی (کرت عمودی) در نظر گرفته شدند. صفات عملکرد غده، ارتفاع بوته، تعداد ساقه اصلی در بوته، تعداد و وزن غده در بوته، مقدار آب مصرفی و کارایی مصرف آب، در طول دوره رشد و پس از برداشت اندازه‌گیری شدند. همچنین، شاخص‌های رشد مانند نرخ رشد نسبی (RGR)، نرخ رشد محصول (CGR)، شاخص سطح برگ (LAI)، دوام سطح برگ (LAD) و نرخ جذب خالص فتوسنتز (NAR) به‌صورت دوره‌ای (هر ۱۵ روز یک‌بار از ۳۰ روز پس از کاشت تا پایان دوره رشد) پایش گردیدند. برای ارزیابی تحمل ژنوتیپ‌ها به تنش خشکی، از شاخص تحمل به خشکی (DTI) استفاده شد. تحلیل مؤلفه‌های اصلی (PCA) به‌منظور تلفیق و گروه‌بندی ویژگی‌های فیزیولوژیکی، رشدی و عملکردی به‌کار رفت تا چارچوبی یکپارچه برای شناسایی ژنوتیپ‌های متحمل به خشکی و بهینه‌سازی عملکرد در شرایط محدود آب ارائه شود.
یافته‌ها: نتایج نشان داد که ژنوتیپ‌های G1043 وEurostarch در تمام سطوح آبیاری، مقادیر بالایی از شاخص DTI را از خود نشان دادند و به‌عنوان ژنوتیپ‌های متحمل به کم‌آبی و پایدار شناسایی شدند. این ژنوتیپ‌ها توانستند عملکرد غده، تجمع ماده خشک و کارایی مصرف آب را در شرایط تنش آبیاری ملایم و شدید حفظ نمایند. برتری قابل توجه این دو ژنوتیپ G1043) و (Eurostarchدر تمامی سطوح آبیاری، حاکی از وجود مکانیسم‌های فیزیولوژیکی مؤثری برای مقابله با تنش خشکی در آن‌ها است. مقادیر بالای DTI در این ژنوتیپ‌ها احتمالاً ناشی از پایداری شاخص‌های رشدی مانند LAI، CGR و LAD و همچنین تخصیص مؤثر ماده خشک به غده‌ها در شرایط خشکی بوده است. در مقابل، ژنوتیپ‌های Arsenal، Babilon و Shergaبه‌طور قابل‌توجهی به تنش خشکی حساس بودند. به نظر می‌رسد ژنوتیپ‌های متحمل، با حفظ رشد گیاه و تداوم فتوسنتز، قادر به کاهش حداقل عملکرد خود تحت شرایط تنش هستند. کاهش تدریجی مقادیر نهایی DTI با افزایش شدت تنش خشکی، بیانگر این مطلب است که پاسخ سیب‌زمینی به تنش خشکی به شدت تنش و مراحل رشد وابسته است. در مجموع، ترکیب ارزیابی عملکرد غده و شاخص‌های رشد با شاخص DTI، ابزار کارآمدی برای شناسایی ژنوتیپ‌های متحمل به خشکی در سیب‌زمینی و مدیریت بهینه آبیاری در شرایط کم‌آبی فراهم می‌آورد.
نتیجه‌گیری: نتایج این پژوهش نشان داد که تلفیق شاخص تحمل به خشکی (DTI) با شاخص‌های رشد و صفات زراعی، چارچوبی جامع و قابل‌اعتماد برای ارزیابی تحمل ژنوتیپ‌های سیب‌زمینی به کم‌آبی فراهم می‌کند. بر این اساس، ژنوتیپ‌های G1043 وEurostarch به دلیل حفظ پایداری رشد، عملکرد غده و کارایی مصرف آب، به‌عنوان مناسب‌ترین ژنوتیپ‌ها برای شرایط کم‌آبی معرفی شدند، در حالی که ژنوتیپ‌های Arsenal،Babilon وSherga حساسیت بیشتری به محدودیت آب نشان دادند. بنابراین، استفاده از این رویکرد تلفیقی می‌تواند دقت انتخاب ژنوتیپ‌های متحمل را افزایش داده و در برنامه‌های اصلاحی و مدیریت بهینه آبیاری، به‌ویژه در مناطق دارای محدودیت منابع آب، مورد استفاده قرار گیرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Evaluation of Water Deficit Tolerance in Potato Genotypes under Irrigation Different Levels Using a Drought Tolerance Index (DTI) Based on Growth and Agronomic Traits

نویسنده [English]

  • Davoud Hassanpanah
Department of Horticulture Crops Research, Ardabil Agricultural and Natural Resources Research Centre,Agricultural Research, Education and Extension Organization, Ardabil, Iran
چکیده [English]

Background and objectives: Water deficit irrigation, as a water management strategy, is a method where irrigation is set below the plant’s full requirement to achieve a balance by minimizing yield reduction against increased water use efficiency. Recent studies have shown that adjusting the timing and intensity of irrigation can enhance water use efficiency and mitigate the negative impacts of stress on tuber yield. Given the intensification of drought stresses due to the water crisis and climate change, developing optimal irrigation strategies and identifying genotypes tolerant to water deficit are essential for maintaining tuber yield and increasing water use efficiency. This is particularly crucial in regions with limited water resources.
Materials and Methods: This research was conducted during the 2024–2025 growing seasons at the farm of the National Potato Research Station in Ardabil. The experiment was performed as a split-block design within a randomized complete block design (RCBD) with three replications. Traits such as tuber yield, plant height, number of main stems per plant, number and weight of tubers per plant, water consumed, and water use efficiency were measured throughout the growth period and after harvest. Additionally, growth indices such as Relative Growth Rate (RGR), Crop Growth Rate (CGR), Leaf Area Index (LAI), Leaf Area Duration (LAD), and Net Assimilation Rate (NAR) were monitored periodically (every 15 days from 30 days after planting until the end of the growth period). To evaluate the tolerance of genotypes to drought stress, the Drought Tolerance Index (DTI) was used. Principal Component Analysis (PCA) was employed to integrate and group physiological, growth, and yield characteristics, providing a unified framework for identifying drought-tolerant genotypes and optimizing yield under water-limited conditions.
Results:The results indicated that genotypes G1043 and Eurostarch demonstrated high Drought Tolerance Index (DTI) values across all irrigation levels, identifying them as water deficit-tolerant and stable genotypes. These genotypes were able to maintain tuber yield, dry matter accumulation, and water use efficiency under both mild and severe irrigation stress conditions. The significant superiority of these two genotypes (G1043 and Eurostarch) across all irrigation levels suggests the presence of effective physiological mechanisms for coping with drought stress. The high DTI values in these genotypes are likely due to the stability of growth indices such as LAI, CGR, and LAD, as well as efficient allocation of dry matter to tubers under drought conditions. In contrast, genotypes Arsenal, Babilon, and Sherga were significantly sensitive to drought stress. It appears that tolerant genotypes, by maintaining plant growth and photosynthesis, are capable of minimizing their yield loss under stress conditions. The gradual decrease in final DTI values with increasing drought stress intensity indicates that potato response to drought stress is highly dependent on the stress intensity and growth stages. Overall, combining the evaluation of tuber yield and growth indices with the DTI provides an efficient tool for identifying drought-tolerant potato genotypes and optimizing irrigation management under water-scarce conditions.
Conclusion: The results of this study demonstrated that integrating the Drought Tolerance Index (DTI) with growth indices and agronomic traits provides a comprehensive and reliable framework for evaluating drought tolerance in potato genotypes. Based on this integrated approach, the genotypes G1043 and Eurostarch were identified as the most suitable for water-limited conditions due to their ability to maintain growth stability, tuber yield, and water use efficiency. In contrast, the genotypes Arsenal, Babilon, and Sherga exhibited greater sensitivity to water deficit. Therefore, the proposed integrated approach can improve the accuracy of selecting drought-tolerant genotypes and serve as an effective tool for potato breeding programs and the optimization of irrigation management, particularly in regions facing limited water resources.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Principal Component Analysis (PCA)
  • Drought Tolerance Index
  • Physiological Traits
  • Deficit Irrigation
  • Potato (Solanum tuberosum L.)

مراجع

  1. Salehi-Soghadi, Z., Islam, M. S., Manschadi, A. M., & Kaul, H. P. (2023). Transpiration efficiency of some potato genotypes under drought. Agronomy, 13(4). https://doi.org/ 10.3390/agronomy13040996
  2. Shoukat, S., & Tufail, A. (2025). Drought stress management in potatoes: Physiological, biochemical, and agronomic strategies. Applied Agriculture Sciences Review, 3(1), 1–8. https://doi.org/10.25163/agriculture.3110053
  3. Blum, A. (2011). Drought resistance – Is it really a complex trait? Functional Plant Biology, 38(10), 753–757. https://doi.org/10.1071/FP11101
  4. Farooq, M., Wahid, A., Kobayashi, N., Fujita, D., & Basra, S. M. A. (2009). Plant drought stress: Effects, mechanisms and management. Agronomy for Sustainable Development, 29, 185–212. https://doi.org/10.1051/agro:2008021
  5. Nasir, M., &Tóth, G. (2022). Physiological and morphological traits as predictors of drought tolerance in potato (Solanum tuberosum L.). Journal of Plant Physiology, 272, 153894. https://doi.org/10.1016/j.jplph.2022.153894
  6. Niu, Z., Zhang, Y., Li, M., Wang, J., & Zhao, X. (2024). Deficit irrigation as an effective way to increase potato water use efficiency: A meta‐analysis. Agronomy, 14(7), 1533. https://doi.org/10.3390/agronomy14071533
  7. Zhang, H., Liu, X., Wang, Y., Li, J., & Chen, F. (2024). Dry matter accumulation, water productivity and quality of potato in response to regulated deficit irrigation. Plants, 13(14), 1927. https://doi.org/10.3390/plants13141927
  8. Shi, X., Jia, L., Yang, H., Wu, L., Qin, Y., & Fan, M. (2021). Determination of suitable deficit irrigation stage in potato production. Journal of Plant Sciences, 9(5), 262–271. https://doi.org/10.3923/jps.2021.262.271
  9. Li, X., Luo, L., Shi, X., Li, S., Wang, L., Li, D., & Li, F. (2025). Screening drought tolerance in potato germplasm resources in the northwestern region of China. BMC Plant Biology, 25, 777. https://doi.org/10.1186/s12870-025-06716-2
  10. Gervais, S., Nair, R., & Prasad, P. (2021). Potato response to drought stress: Physiological and growth basis. Frontiers in Plant Science, 12, 698060. https://doi.org/ 10.3389/fpls.2021.698060
  11. Gardner, F. P., Pearce, R. B., & Mitchell, R. L. (1985). Physiology of crop plants (pp. 31–36). Iowa State University Press.
  12. Hill, D., Koryzis, A., Nelson, D., Hammond, J., & Bell, L. (2024). Investigating the utility of potato (Solanum tuberosum L.) canopy temperature and leaf greenness responses to water restriction for the improvement of irrigation management. Agricultural Water Management, 303, 109063. https://doi.org/10.1016/j.agwat.2024.109063
  13. Rai, A., & Dong, Y. (2025). A scoping review of irrigation scheduling methods in potato (Solanum tuberosum L.) production. American Journal of Potato Research, 102, 348–371. https://doi.org/10.1007/s12230-025-09997-3
  14. Ma, Y. Z., Pan, N., Su, W., Zhang, F. J., Ye, G. J., Pu, X. Q., Zhou, Y., & Wang, J. (2024). Soil water stress effects on potato tuber starch quality formation. European Potato Journal, 67, 1829–1848. https://doi.org/10.1007/s11540-024-09720-5
  15. Flexas, J., & Medrano, H. (2002). The response of photosynthesis to water stress: From leaf to whole plant. Annual Review of Plant Biology, 53, 221–248. https://doi.org/10.1146 /annurev.arplant.53.081601.173250
  16. Monneveux, P., Ramírez, D. A., & Pino, M. T. (2013). Drought tolerance in potato (Solanum tuberosum L.): Can we learn from drought tolerance research in cereals? Plant Science, 205–206, 76–86. https://doi.org/10.1016/j.plantsci.2013.01.011
  17. Ramírez, D. A., Rolando, J. L., Yactayo, W., Monneveux, P., Mares, V., & Quiroz, R. (2015). Improving potato drought tolerance through the induction of long-term water stress memory. Plant Science, 238, 26–32. https://doi.org/10.1016/j.plantsci.2015.05.016
  18. Gervais, T., Creelman, A., Li, X.-Q., Bizimungu, B., De Koeyer, D., & Dahal, K. (2021). Potato response to drought stress: Physiological and growth basis. Frontiers in Plant Science, 12, 698060. https://doi.org/10.3389/fpls.2021.698060
  19. Hill, D., Nelson, D., Hammond, J., Bell, L., et al. (2021). Morphophysiology of Potato (Solanum tuberosum) in Response to Drought Stress: Paving the Way Forward. Frontiers in Plant Science, 11, 597554. DOI: 10.3389/fpls.2020.597554
  20. Nasir, M. W., &Tóth, Z. (2022). Effect of drought stress on potato production: A review. Agronomy, 12(3), 635. https://doi.org/10.3390/agronomy12030635
  21. Allen, R. G., Pereia, L. S., Raes, D. & Smith, M. (1998). Crop evapotranspiration: Guidelines for computing crop water requirements (FAO Irrigation and Drainage Paper No. 56). Food and Agriculture Organization of the United Nations
  22. Hair, J. F., Black, W. C., Babin, B. J., & Anderson, R. E. (2010). Multivariate Data Analysis (7th ed.). Pearson Education Limited. ISBN: 978-0138132637
  23. Johnson, R. A., & Wichern, D. W. (2007). Applied Multivariate Statistical Analysis (6th ed.). Pearson Prentice Hall. ISBN:978-0131877153
  24. Abdi, H., & Williams, L. J. (2010). Principal Component Analysis. WIREs Computational Statistics, 2(4), 433–459. https://doi.org/10.1002/wics.101
  25. Krishnamurthy, L., Vadez, V., Jyotsna Devi, J. M., Serraj, R., Nigam, S. N., Upadhyaya, H. D., & Kashiwagi, J. (2010). Sources of tolerance to terminal drought in the chickpea (Cicer arietinum L.) minicore germplasm. Field Crops Research, 119(2), 322–330. https://doi.org/10.1016/j.fcr.2010.08.002
  26. Fischer, R. A., & Maurer, R. (1978). Drought resistance in spring wheat cultivars. I. Grain yield responses. Australian Journal of Agricultural Research, 29(5), 897–912. https://doi.org/10.1071/AR9780897
  27. Ahmadi, S. H., Andersen, M. N., Plauborg, F., Poulsen, R. T., Jensen, C. R., Sepaskhah, A. R., & Hansen, S. (2010). Effects of irrigation strategies and soils on field‐grown potatoes: Yield and water productivity. Agricultural Water Management, 97(11), 1923–1930. https://doi.org/10.1016/j.agwat.2010.07.007
  28. Kashyap, P. S., & Panda, R. K. (2003). Effect of irrigation scheduling on potato crop parameters under water stress. Agricultural Water Management, 59, 49–66.https://doi.org/10.1016/S0378-3774(02)00131-0
  29. 29. Levy, D., & Veilleux, R. E. (2007). Adaptation of potato to high temperatures and salinity a review. American Journal of Potato Research, 84, 487–506. https://doi.org/ 10.1007/BF02987885
  30. Sharma, S., & Singh, R. (2020). Water use efficiency in crops under drought stress: A review. Agricultural Water Management, 232, 106012. https://doi.org/10.1016/ j.agwat.2020.106012
  31. Fernandez, G. C. J. (1992).Effective selection criteria for assessing plant stress tolerance. In Proceedings of the International Symposium on Adaptation of Vegetables and Other Food Crops in Temperature and Water Stress.
  32. Flexas, J., & Medrano, H. (2002a). Drought inhibition of photosynthesis in C3 plants: Stomatal and non‐stomatal limitations. Journal of Experimental Botany, 53, 2461–2473. https://doi.org/10.1093/jxb/erf027
  33. He, Y., Zhang, H., & Li, H. (2025). Studies on the response of water regulation to growth and physiological traits in potato under water deficit. Global Potato Research Proceedings, 1(1), 99–117.
  34. Huang, J., & Zhang, Y. (2021). Physiological indices for drought tolerance assessment in crops. Crop Science, 61(4), 1234–1245. https://doi.org/10.1002/csc2.20123
  35. Mora‐Sanhueza, R., Tighe‐Neira, R., López‐Olivari, R., &Inostroza‐Blancheteau, C. (2025). Assessment of different irrigation thresholds to optimize the water use efficiency and yield of potato (Solanum tuberosum L.) under field conditions. Plants, 14(11), 1734. https://doi.org/10.3390/plants14111734
مجله تولید گیاهان زراعی
دوره 19، شماره 2
تیر 1405
صفحه 131-154

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار