Skip to main content
SUPERVISOR
سیدابوالقاسم محمدی (استاد مشاور) مهدی رحیم ملک (استاد راهنما) اسعد رخزادی (استاد مشاور) احمد ارزانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Fatemeh Ebrahimnajafabadi
فاطمه ابراهیم نجف آبادی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده کشاورزی
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1392

TITLE

Evaluation salinity tolerance of wild barley (Hordeum vulgare spp. spontaneum) and generations of derived from crossing with cultivated barley
The gene pool of wild barley species is relatively rich during natural selection and evolution in fertile crescent-shaped areas under conditions of abiotic stresses such as drought and high salinity. This study was conducted in three separate experiments with the ultimate goal of evaluating the salinity tolerance of the lines resulting from the backcrossing of the cultivated barley ( Hordeum vulgare . vulgare ) and the wild barley ( H. vulgare . spontaneum ) and identification of microsatellite-associated markers related with salinity tolerance. The first study evaluated diversity of 47 spontaneum genotypes along with Rihan 03 and 6 hybrid F1 (crossing with cultivated with wild barley). The results of the first experiment emphasized the importance of the species spontaneum as a resource of valuable breeding genes for salinity tolerate in barley. The second study evaluated 47 spontaneum genotypes and 6 cultivated barley for salinity tolerance at the vegetative stage in the greenhouse conditions (control and 300 mM) and in the reproductive stage under field conditions (control and 23 dS m –1 ). In greenhouse conditions, the dry weight of roots and shoot, plant height, membrane stability index, malondialdehyde, proline, sodium, potassium and calcium elements on the roots and shoots, potassium to sodium ratio and chlorophyll fluorescence were measured. The results showed that the genotypes of spantaneum (wild) barley had a higher salinity tolerance than cultivated barley and identified the top 7 salinity tolerant genotypes of wild barley. Evaluation of salinity tolerance in the field under normal conditions and salinity stress was performed using lattice 8 × 8 design with 2 replications in two years. The results of field experiments also showed the superiority of spontaneum barley over barley cultivars in terms of having the lowest yield reduction and sodium concentration and the highest ratio of potassium to sodium. Despite having the lowest yield among cultivars, the Mona cultivar (two-rowed barley) ranked second in yield reduction due to its early maturity and escaping from salinity stress. The average maturity date in the two-rowed barley was less than the six-row barley. Based on the results, four wild genotypes including genotype numbers 23, 27, 42 and 43 were recognized as the best salinity tolerant ones at both the vegetative and reproductive stages. On the other hand, six cultivars along with several wild genotypes were grouped as salinity-sensitive genotypes. In the third experiment, the BC2F2 population derived from cross between the wild barley and cultivated barley was used. DNA samples from the BC2F2 population (142 lines) were used to genotype microsatellite markers. The phenotypic data were obtained from the 142 BC2F2 lines along with parents using a lattice 12 × 12 design in two normal and salt-stressed environments under field conditions. Cluster analysis of BC2F2 lines in normal and saline environments was divided the genotypes studied into three distinct groups, with one group having the highest grain yield, biological yield, harvest index, 1000-grain weight, and potassium to sodium ratio under saline conditions as well as the lowest yield reduction due to salinity. Twenty-one SSR and EST-SSR marker in the population amplified 77 loci , which were used to genotype 142 BC2F2 lines, which result in 7 linkage groups. The markers covered 1321.5 CM from the entire genome, with an average distance of two markers covering about 17.2 map unit (CM). QTL locations and effects for various attributes were obtained by two methods of single marker analysis and location of composite composite distance spacing (ICIM). The results of single marker analysis in salinity stress conditions, found the length of the spike, the weight of the spike, the weight of 1000 grains, the number of graier spike and the days to heading, proline and potassium with R2 10. In the ICIM method, a total coverage of 31 and 28 QTLs with a LOD above 2.5 were detected under normal conditions and salinity stress for physiological traits including sodium, potassium, potassium to sodium ratio, proline, peroxidized hydrogen and malondialdehyde, respectively. A genomic region at the end of a 1H chromosome contained six traits that were effective in tolerating salinity, indicating the importance of this region of genome for the simultaneous manipulation of several traits related to salinity tolearnce. The markers found to be related to salinity tolerance in this study can be further verified for marker-assisted selection in improving salinity tolerance in barley. Keywords Backcrossing, Hordeium spantaneum , QTL mapping, Salinity tolerance, Wild barley
خزانه ژنی گونه های وحشی جو در طی انتخاب طبیعی و تکامل در نواحی هلال حاصلخیز تحت شرایط تنش های غیر زیستی نظیر خشکی و شوری بالا نسبتاً غنی شده است. این پژوهش در سه آزمایش جداگانه با هدف غائی ارزیابی تحمل به شوری لاین های حاصل از تلاقی برگشتی جو زراعی ( Hordeum vulgare . vulgare ) و جو وحشی ( H. vulgare . spontaneum ) و شناسائی نشانگر‌های ریز ماهواره همبسته با مکان‌های ژنی مرتبط با تحمل به شوری اجرا گردید. مطالعه اول شامل ارزیابی تنوع 47 ژنوتیپ های اسپونتانئوم به همراه رقم زراعی ریحان 03 و 6 هیبرید F 1 حاصل از تلاقی جوزراعی با جو وحشی بود. نتایج آزمایش اول بر اهمیت گونه اسپونتانئوم به عنوان مخزنی از ژن های با ارزش اصلاح برای تحمل به شوری در جو می باشد تاکید داشت. مطالعه دوم شامل ارزیابی 47 ژنوتیپ های اسپونتانئوم و 6 ژنوتیپ جو زراعی برای تحمل به شوری در دو مرحله رویشی در شرایط گلخانه (معمول و300 میلی‌مولار) و در مرحله زایشی درشرایط مزرعه (معمول و 23 دسی زیمنس بر متر) بود. در شرایط گلخانه صفات وزن خشک ریشه و اندام هوایی، ارتفاع بوته، شاخص پایداری غشا، مالون‌دی‌آلدئید، پرولین و عناصر سدیم پتاسیم و کلسیم ریشه واندام هوایی، نسبت پتاسیم به سدیم و کلروفیل فلورسنس اندازه‌گیری شد. نتایج این آزمایش نشان داد که ژنوتیپ‌های جو وحشی اسپونتانئوم نسبت به جو زراعی از تحمل به شوری بالاتری برخوردار بوده و تجزیه به مولفه‌های اصلی 6 ژنوتیپ برتر جو وحشی اسپونتانئوم را شناسائی نمود. ارزیابی تحمل به شوری در مزرعه تحت شرایط معمول و تنش شوری به صورت طرح لاتیس 8×8 با 2 تکرار در دو سال زراعی در مزرعه اجرا شد. نتایج آزمایش مزرعه ای هم حاکی از برتری جو اسپونتانئوم درمقایسه با ارقام زراعی به لحاظ دارا بودن کمترین کاهش عملکرد و غلظت سدیم و بیشترین نسبت پتاسیم به سدیم داشت. رقم زراعی مونا علی‌رغم دارا بودن کمترین عملکرد در بین ارقام زراعی، رتبه دوم کاهش عملکرد را کسب کرد که دلیل آنرا می توان به زودرسی و فرار از تنش شوری در این جو دو-ردیفه نسبت داد. میانگین روز تا رسیدگی در جو دو ردیفه کمتر از جو شش ردیفه بود. بر اساس نتایج تجزیه به مولفه‌های اصلی چهار ژنوتیپ وحشی با شماره‌های 23، 27، 42 و 43 بعنوان برترین متحمل به شوری در هر دو مرحله رویشی وزایشی شناخته شدند. از طرفی شش رقم زراعی نیز به همراه چند ژنوتیپ وحشی به عنوان ژنوتیپ‌های حساس به شوری در یک گروه قرار گرفتند. در آزمایش سوم جمعیت BC 2 F 2 حاصل از تلاقی جو وحشی اسپونتانئوم با رقم ریحان مورد استفاده قرار گرفت. نمونه‌های DNA جمعیت BC 2 F 2 برای ژنوتیپ‌یابی نشانگر‌های ریزماهواره استفاده شد و ارتباط آن با داده های فنوتیپی 142 فامیل BC 2 F 2 به همراه والدین براساس طرح لاتیس 12×12 در دو محیط معمول و تنش شوری در مزرعه مورد بررسی قرار گرفت. تجزیه خوشه‌ای جمعیت BC 2 F 2 در محیط معمول وتنش شوری به سه گروه کاملا مجزا تفکیک شدند و یک گروه که دارای بیشترین عملکرددانه، عملکرد بیولوژیک، شاخص برداشت، وزن هزار دانه و نسبت پتاسیم به سدیم و کمترین کاهش عملکرد را داشت بعنوان متحمل‌ترین شناخته شد. بیست و سه نشانگر SSR و EST-SSR چند شکل در جمعیت 77 مکان ژنی را تکثیر نمودند که برای ژنوتیپ یابی 142 BC 2 F 2 استفاده و مکان‌یابی کنترل کننده صفات مختلف با استفاده از روش تجزیه تک نشانگری انجام شد و مکان‌های احتمالی مرتبط با صفات مشخص گردید. طول سنبله با نشانگر‌های GMS027، Xpea129، HVRCABG و Bmac0040، وزن سنبله با نشانگر‌های Bmac0040، BE240888 و Bmag0347، وزن هزار دانه با نشانگر‌های Bmac0032 و EC906222، عملکرد بیولوژیک با نشانگر‌های Bmac0032 وBE240888، ارتفاع بوته با نشانگر‌های Bmac0032، Bmag0347 و HVRCABG، روزتا سنبله‌دهی با نشانگر‌Bmag0347، روز تا گرده‌افشانی با نشانگر‌های Xcfd9و Bmac0032، روز تا رسیدگی با نشانگر Bmac0032، شاخص برداشت با نشانگر‌های Bmag0131 و Bmag0211، عملکرد دانه با نشانگر‌های P9 و Bmac0040 تعداد سنبله با نشانگر‌های Bmac0134 و Xcfd183 تعداد دانه در سنبله با نشانگر‌های Bmag0131، Bmac0040، Xcinau167 و GMS027، نسبت پتاسیم به سدیم با نشانگر‌هایBmac0040 ، P9، Bmag0770، EC906222، Xgwm312 و Xpea129 پتاسیم با نشانگر‌های BE240888و Bmag0211، سدیم با نشانگر‌های Xgwm205 و Xgwm261، پرولین با نشانگر‌های HVM49، Bmag0347 و Xgwm261، پراکسیدهیدروژن با نشانگر ‌Xcinau167، مالون‌دی‌آلدئید با نشانگر‌های Bmac0134 و Xcinau167 بیشترین ارتباط معنی‌دار را در دو محیط معمول و تنش داشتند. نشانگر‌های مرتبط با تحمل به شوری شناسایی شده می تواند مورد مطالعه بیشتر جهت استفاده در گزینش به کمک نشانگر بمنظور افزایش تحمل به شوری در جو قرار گیرد. کلمات کلیدی : تحمل شوری، جو وحشی اسپانتانئوم، جمعیت تلاقی برگشتی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی