مطالعه ژنتیکی و قابلیت ترکیب پذیری برای برخی صفات زراعی کنجد در دو رژیم رطوبتی

STUDENT

DEGREE

YEAR

The experiments was conducted at the research farm of Isfahan University of Technology in 2014 and 2015 to evaluatecombining ability and agro-morphogical, physiological and biochemical traits of some sesame genotypes at two irrigation regimes oftress and non-stress conditions. In this study, 28 sesame genotypes isolated from different local populations along with the F 2 and F 3 populations of 36 crosses from a diallel cross design (9×9) were evaluated at two irrigation regimes, using a simple latice design with two replications at two years. The normal and water deficit irrigation regimes were determined based upon the depletion of 60% and 90% of soil moisture content, respectively. Analysis of variance showed significant differences among the genotypes for all studied traits. The GCA and SCA effects were significant for the traits in both F 2 and F 3 generations. The results also showed that additive action of genes had greater effects on inheritance of number of seeds/capsules, Chl a , Chl b and total chlorophyll content in leaves. However, it was implied that days to maturity, plant height, shoot diameter, number of branches/plant, number of capsules/plant, 1000 seed weight, biological yield, harvest index and carotenoid content of leaves were mostly controlled by non-additive effects of the genes. Whereas, both additive and non-additive gene actions were important in genetic control of days to flowering and seed yield. The best combiner among the parental genotypes for seed yield, capsule/plant, 1000 seed weight, Chl a , Chl b and total Chl. content in both moisture regimes and for carotenoid content in drought stress condition was Iraq 22. The results showed that the effect of irrigation regimes was significant (p 0.01) on most of the traits. Averaged over two-years, mean of seed yield was 2186 kg ha -1 and 1231 kg ha -1 in normal and water deficit irrigation condition, respectively. Based upon the data of two years, the genotype Shiraz 5 had the highest seed yield in normal irrigation condition, however, genotype of Markazi 1 and Shiraz 5 had higher seed yield in water deficit condition. Investigation of different tolerance and sensitivity indices to drought stress (TOL, SSI, STI, MP, GMP, HARM, DRI, I, I and ATI) showed that STI, MP, GMP, HARM and I were more suitable indices to recognize drought tolerant sesame genotypes. This study was also conducted to investigate the response of sesame to water deficit and the association of some physiological traits with seed yield and drought tolerance indices. The RWC, MSI, chl a , chl b , total chlorophyll content, harvest index, maturity time, plant height, seed yield and its components, quercetin content , seed oil content and sesamine content were significantly decreased due to water stress, whereas the antioxidant enzymes, carotenoid content of leaves, H 2 O 2 , MDA, sesamolin content in oil, RSA, TPC, TFC, coumaric, cafeic, gallic, elagic, chlorogenic, luteolin, apigeni, ferolic acids and rutin were significantly increased at this condition. Our finding showed that selection for increasing the number of capsules per plant and seeds per capsule can be effective for improving seed yield potential. In addition, it seemed that drought tolerance in sesame was mostly due to a relatively high level of APX, carotenoids, TFC, TPC, RSA. The drought-tolerant genotypes including Markazi1 exhibited higher chlorogenic, ellagic, and p -coumaric acids as well as TFC, RSA, APX and rutin. Keywords: Sesame, Water stress, Antioxidant enzymes, Photosynthetic pigments, Polyphenols, Seed color, Sesamin and Sesamolin

پژوهش حاضر با هدف بررسی قابلیت ترکیب پذیری عمومی (GCA) و خصوصی (SCA) و آثار متقابل آنها با محیط برای صفات مورفوفنولوژی، زراعی و فیزیولوژی مختلف با ارزیابی نسل های F 2 و F 3 حاصل از تلاقی 9 لاین داخلی و خارجی کنجد در یک طرح دای آلل در دو محیط رطوبتی نرمال و تنش خشکی انجام شد. همچنین ارزیابی 28 لاین داخلی و خارجی کنجد تحت دو محیط رطوبتی مختلف و شناسایی مکانیسم های تحمل به خشکی و ارائه راهکارهایی برای کاهش آثار منفی تنش در شرایط مزرعه با استفاده از صفات مورفوفنولوژی، زراعی، فیزیولوژی و بیوشیمیایی طی سال های 96-1393 در دانشگاه صنعتی اصفهان به اجرا در آمد. نتایج تجزیه واریانس نشان داد که ژنوتیپ ها از نظر اکثر صفات اختلاف معنی داری دارند. نتایج تجزیه ژنتیکی، قابلیت ترکیب پذیری عمومی و خصوصی معنی داری را برای صفات مختلف در نسل های F 2 و F 3 نشان داد. لاین خارجی عراقی 22 بهترین ترکیب شونده عمومی از نظر عملکرد دانه و صفات تعداد کپسول در بوته، وزن هزار دانه، محتوای کلروفیل a ، b و کل در هر دو محیط رطوبتی و همچنین محتوای کاروتنوئید در محیط تنش بود. بر اساس نسبت میانگین مربعات GCA به SCA آثار افزایشی نقش بیشتری در کنترل صفات تعداد دانه در کپسول، محتوای کلروفیل a ، b و کل داشتند که حاکی از کارایی بیشتر انتخاب مستقیم در بهبود این صفات بود. در حالی که آثار غیرافزایشی سهم بیشتری در ایجاد واریانس ژنتیکی برای صفاتی نظیر تعداد روز تا رسیدگی، ارتفاع بوته، قطر ساقه، تعداد انشعاب فرعی در بوته، تعداد کپسول در بوته، وزن هزار دانه، عملکرد بیولوژیک، شاخص برداشت و محتوای کاروتنوئید ایفا نمودند. صفات روز تا گلدهی، عملکرد دانه در بوته و عملکرد دانه در واحد سطح از هر دو آثار افزایشی و غیر افزایشی ژنها به میزان تقریباً مساوی بهره بردند. تلاقی داراب 1 × Tn234 در محیط نرمال رطوبتی و تلاقی ورامین 2822 × عراقی 22 و ورامین 2822 × داراب 1 در محیط تنش رطوبتی به عنوان برترین تلاقی ها از نظر عملکرد دانه بودند. دو تلاقی داراب 1 × Tn234 و ورامین 2822 × داراب 1 علاوه بر عملکرد دانه از نظر صفات زودرسی، پاکوتاهی و تعداد دانه در کپسول نیز مناسب بودند. تنش خشکی در مقایسه با شاهد موجب کاهش معنی دار صفات تعداد روز تا گلدهی کامل، تعداد روز تا رسیدگی، ارتفاع بوته، قطر ساقه، تعداد انشعاب فرعی در بوته، تعداد کپسول در بوته، تعداد دانه در کپسول، وزن هزار دانه، عملکرد دانه در بوته، عملکرد دانه در واحد سطح، عملکرد بیولوژیک، شاخص برداشت، محتوای کلروفیل a ، b ، کل، محتوای نسبی آب برگ، محتوای روغن و سزامین شد از طرف دیگر افزایش صفات آنزیم های آنتی اکسیدانی کاتالاز، آسکوربات پراکسیداز، پراکسیداز، محتوای کاروتنوئید، مالون دآلدئید، هیدروژن پراکسید، ترکیبات فنولی و فلاونوئیدی کل، فعالیت آنتی اکسیدانی، ترکیبات پلی فنول و سزامولین را به همراه داشت. بررسی روابط بین صفات نشان داد که عملکرد دانه در بوته در محیط نرمال رطوبتی با تعداد کپسول در بوته و تعداد دانه در کپسول و در محیط تنش رطوبتی با صفات تعداد کپسول در بوته، محتوای کاروتنوئید و فعالیت ویژه آسکوربات پراکسیداز همبستگی دارد و بدین ترتیب انتخاب غیر مستقیم برای این صفات به ویژه تعداد کپسول در بوته، از کارایی بالایی در برنامه های به نژادی این گیاه برخوردار است. بررسی شاخص های مختلف TOL، MP، GMP، HARM، STI، SSI، YSI، YI، I، I، ATI، RDI، DI، DRI و MSTI نشان داد که شاخص های STI، MP، GMP و HARM جهت انتخاب ژنوتیپ های مطلوب کنجد در هر دو محیط رطوبتی و شاخص YI جهت شناسایی ژنوتیپ های مناسب در محیط کم آبیاری مناسب تر هستند و بر اساس این شاخص ها ژنوتیپ های شیراز 5 و مرکزی 1 متحمل به تنش خشکی تشخیص داده شدند. ژنوتیپ شیراز 5 از نظر تعداد دانه در کپسول در هر دو محیط و فعالیت آنزیم های کاتالاز، آسکوربات پراکسیداز، مقدار کلروژنیک اسید و پی-کوماریک اسید نسبت به سایرین برتر بود. ژنوتیپ مرکزی 1 که عملکرد بهتری در محیط تنش نسبت به سایر ژنوتیپ های دارا بود از نظر تعداد دانه در کپسول، محتوای کاروتنوئید، RWC، محتوای روغن دانه، فعالیت آنتی اکسیدانی، مقدار الاژیک اسید، گالیک اسید، کافئیک اسید، کلروژنتیک اسید، پی-کوماریک اسید، روتین و اپیژنیک نیز در محیط تنش بهتر بود و کمترین درصد کاهش عملکرد دانه و تعداد کپسول در بوته، همچنین بیشترین درصد افزایش فلاونوئید کل را داشت. دانه های تیره تر کنجد مقدار بیشتر الاژیک اسید، فرولیک اسید، کافئیک اسید، اپیژنیک، کوئرستین، ترکیبات فنولی و فلاونوئید کل و فعالیت آنتی اکسیدانی را دارا بودند در حالی که دانه های روشن تر از نظر پی-کوماریک اسید، گالیک اسید، کلروژنیک اسید، سزامین و سزامولین بهتر بودند.ژنوتیپ های برتر انتخاب شده از نظر قابلیت ترکیب پذیری مناسب در یک محیط رطوبتی برای صفات تعداد روز تا گلدهی، ارتفاع بوته، قطر ساقه و تعداد انشعاب فرعی قابل استفاده برای محیط رطوبتی دیگر نیز هستند. برای بهبود صفات تعداد دانه در کپسول و محتوای انواع کلروفیل می توان از مزایای انتخاب در نسل های اولیه و در نتیجه افزایش عملکرد دانه استفاده کرد. کلمات کلیدی: ترکیبات پلی فنول، تنش خشکی، خاصیت آنتی اکسیدانی، رنگ دانه های کنجد و رنگیزه های فتوسنتزی