SUPERVISOR
محمدرضا سبزعلیان دستجردی (استاد راهنما) سیدعلی محمد میرمحمدی میبدی (استاد راهنما) مهدی رحیم ملک (استاد مشاور)
STUDENT
Sara Vaziri kate shoor
سارا وزیری کته شوری
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده کشاورزی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1396
TITLE
Genetic variation and inbreeding depression in S1 and S2 generations of mint (Mentha spp) populations
Medicinal plants are considered as a genetic reservoir in Iran. Among these, mint scientifically named Mentha of the Lamiaceae family, is a perennial and one of the most economically and medicinally important plants that is widely distributed throughout the world, especially in the Mediterranean region. Mint is naturally outcrossing; however, production of selfed seeds may have many economic and breeding benefits. The aim of this study was to investigate selfed-seed production in previously selfed offspring of mint genotypes and seedling production of selfed seeds, as well as evaluation of populations resulting from mint selfing and genetic variation and degree of inbreeding depression effect on morphological traits in two successive generations. In this regard, 4 clonal populations of mint were utilized that were originally collected from Ahvaz, Lorestan, Karaj and Hamadan in the previous research. The populations of this study consisted of two genotypes of Mentha spicata and two genotypes of Mentha longifolia that were self-pollinated for two generations and were evaluated along with their parental clones. This research was conducted in two parts, during the years 2018-2019. In the first part, the S 1 populations were evaluated in a randomized complete block design with three replications in the field located at the Lavark Research station of Isfahan University of Technology. In this evaluation, the best self-pollinating plants (S 1 ) were selected for re-selfing (S 2 ) using principal component analysis based on seed traits. The second and main part was to investigate the rate of depression induced on morphological traits, included S 1 , S 2 and parental populations (controls) that was performed cording to a preliminary Augmented design (incomplete block design). Results of ANOVA showed that the effect of adjusted genotypes was significant for most of the traits including height, spike length, leaf width, spike number, leaf area, fresh weight, dry weight, height to branch number ratio and fresh weight to dry weight ratio, indicating high variation among the genotypes. In the study of the rate of depression, in Ahvaz genotype of M. spicata , most of the traits, especially fresh and dry weight, leaf area, height, spike number and lateral branches in S 1 and S 2 populations had higher values compared to their parents indicating genetic improvement in these traits due to selfing. In Lorestan genotype of M. spicata , fresh and dry weight, leaf area and canopy diameter in S 1 and S 2 populations were significantly higher than those in their parents showing the genetic improvement in Lorestan genotype in both generations. There was a considerable variation in S 2 population regarding these traits. In Karaj genotype of M. longifolia , only in fresh and dry weight, there was a significant variation compared to their parents. In the Hamadan genotype of M. longifolia species, self-pollination made some improving variation in the populations obtained, especially in S 2 , although some traits were also depressed. In analysis of the principle components of Ahvaz genotype of M. spicata , it was led to the selection of the best lines derived from self-pollination including lines #3, #4 and #5 which were those with high fresh and dry weights and high leaf area and with suitablity for medicinal and vegetable uses. They could be suggested instead of Ahwaz clonal genotype for cultivation. In Lorestan genotype of M. spicata , lines #3 and #4 were selected as superior lines, again having more fresh and dry weight and especially high leaf area compared to the preliminary parent. In Karaj genotype of M. longifolia , lines #6 and #7 and in Hamadan, line #2 were selected as the superior lines for the most traits. The results of cluster analysis in all S 1 and parental populations indicated that in some traits, M. spicata and M. longifolia are similar, possibly due to their similar genetic background. This study showed that it is possible to exploit from the high variation made by selfing in mint genotype to select the superior genotype for furthure breeding programs. Keywords: Mentha , self-pollinating, inbreeding depression, Genetic diversity, Genetic improvement
گیاهان دارویی به عنوان یکی از ذخایر ژنتیکی در ایران محسوب می شوند. از جمله این گیاهان، گیاه نعناء با نام علمی Mentha از خانواده نعناییان Lamiaceae))، چندساله و از مهم ترین گیاهان از لحاظ دارویی و اقتصادی می باشد که در سراسر جهان بخصوص نواحی مدیترانه ای توزیع گسترده ای دارد. جنس نعنا به طور طبیعی دگرگرده افشان است. با این حال تولید بذر خودگشن در این گیاه می تواند مزایای زیادی از لحاظ به نژادی و اقتصادی داشته باشد. این پژوهش به منظور بررسی تولید بذر خودگشن در ژنوتیپهای خودگشن شده نعنا و تولید گیاهچه بذور خودگشن و همچنین ارزیابی جمعیتهای حاصل از خودگشنی نعنا و بررسی تنوع ژنتیکی و میزان تاثیر خویشآمیزی بر صفات مورفولوژیک در دو نسل متوالی صورت گرفت. در این راستا از 4 جمعیت نعنا که از مناطق اهواز، لرستان، کرج و همدان جمع آوری شده بودند استفاده گردید. جمعیت ها شامل دو ژنوتیپ از گونه Mentha spicata و دو ژنوتیپ از گونه Mentha longifolia بودند که طی دو نسل، خودگشنی در آنها انجام گرفته بود و به همراه کلونهای هر جمعیت به عنوان شاهد ارزیابی شدند. این پژوهش در دو بخش، طی سال های 1398-1397 اجرا گردید. در بخش اول جمعیت ها در قالب طرح بلوک کامل تصادفی با سه تکرار در مزرعه تحقیقاتی لورک دانشگاه صنعتی اصفهان ارزیابی شدند. در این ارزیابی با استفاده از تجزیه به مولفه های اصلی بر اساس صفات بذری، بهترین بوته های خودگشن (S 1 ) برای خودگشنی مجدد (S 2 ) گزینش شدند. بخش دوم و اصلی که به منظور بررسی میزان پسروی ناشی از خویش آمیزی روی صفات مورفولوژی انجام شد، شامل جمعیت های S 1 ، S 2 و والدین (شاهد) بود که در قالب طرح ارزیابی مقدماتی عملکرد آگمنت (طرح بلوک های ناقص)، مورد بررسی قرار گرفتند. اثر ژنوتیپ تصحیح شده برای صفات ارتفاع، طول سنبله، عرض برگ، تعداد سنبله، سطح برگ، وزن تر، وزن خشک، نسبت ارتفاع به تعداد شاخه فرعی و نسبت وزن تر به وزن خشک معنی دار بود که نشان دهنده وجود تنوع بالا بین ژنوتیپ ها از لحاظ بیشتر صفات بود. در بررسی میزان پسروی ناشی از خویش آمیزی، در ژنوتیپ اهواز از گونه M. spicata ، بیشتر صفات بخصوص وزن تر و خشک، سطح برگ، ارتفاع، تعداد سنبله و شاخه جانبی در جمعیت های S 1 وS 2 نسبت به والدین برتری و پیشرفت قابل ملاحظه ای داشتند و از نظر این صفات تنوع زیادی در نسل های خودگشن ایجاد گردید. در ژنوتیپ لرستان از گونه M. spicata ، صفات وزن تر و خشک، سطح برگ و قطر تاج پوش در جمعیت های S 1 و S 2 نسبت به والدین برتری و پیشرفت قابل ملاحظه ای داشتند و خویش آمیزی در ژنوتیپ لرستان در هر دو نسل به ویژه S 2 باعث ایجاد تنوع قابل ملاحظه ای از نظر این صفات گردید. در ژنوتیپ کرج از گونه M. longifolia خویش آمیزی تنها در صفات وزن تر و خشک باعث تنوع گردید و در سایر صفات تنوعی نسبت به والدین مشاهده نگردید. در ژنوتیپ همدان از گونه M. longifolia ، خویش آمیزی باعث مقداری تنوع در جمعیت های حاصل از خودگشنی به ویژه S 2 شد، با این حال از نظر برخی صفات هم پسروی مشاهده گردید. تجزیه به مولفه های اصلی در نتاج ژنوتیپ اهواز از گونه M. spicata ، منجر به انتخاب بهترین لاین های حاصل از خودگشنی گردید که شامل لاین های شماره 3، 4 و 5 بودند که این لاین ها وزن تر و خشک و سطح برگ بالایی داشتند و از نظر صفات مطلوب دارویی و تولید سبزی احتمالا مناسب بوده و می توانند به جای ژنوتیپ کلون اولیه اهواز پیشنهاد گردند. در ژنوتیپ لرستان از گونه M. spicata ، لاین های شماره 3 و 4 به عنوان لاین برتر انتخاب گردیدند که مجددا دارای وزن تر و خشک و به ویژه سطح برگ بالایی بودند. در ژنوتیپ کرج از گونه M. longifolia ، لاین های شماره 6 و7 و در ژنوتیپ همدان، یک لاین به عنوان لاین برتر انتخاب گردیدند که احتمالا می توانند به جای کلون اولیه پیشنهاد گردند. بر اساس نتایج تجزیه خوشه ای احتمالا در برخی ویژگی ها، نتاج گونه M. spicata و گونه M. longifolia با هم شبیه هستند که احتمالا نشان دهنده و تایید کننده زمینه ژنتیکی مشابه در بین آنها است. نتایج این مطالعه امکان ایجاد تنوع گسترده و انتخاب بوته های برتر در جوامع خودگشن شده نعنا به منظور استفاده در برنامه های به نژادی را نشان می دهد. کلمات کلیدی: نعنا، خودگشنی، پسروی ناشی از خویش آمیزی، تنوع ژنتیکی، پیشرفت ژنتیکی