Skip to main content
SUPERVISOR
Ghodratollah Saeidi,Mohammad Mehdi Majedi,Mahdi Gheysari
قدرت اله سعیدی (استاد راهنما) محمد مهدی مجیدی (استاد راهنما) مهدی قیصری (استاد مشاور)
 
STUDENT
Fatemeh Pirnajmoddin Kelicheh
فاطمه پیرنجم الدین کلیچه

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده کشاورزی
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1393

TITLE

Genetic analysis of adaptive strategies to drought stress in tall fescue genotypes
Drought stress is one of the most important abiotic stress limiting the survival, persistence, growth and production of plants in many regions of the world such as Iran. Therefore in breeding program of forage grasses, information on the extent and nature of genetic variation, heritability, genetic control of the major traits associated with drought tolerance and correlations among traits is crucial for identifying and selecting favorable genotypes (with high drought tolerance, recovery and persistence) and finally, creating drought tolerant cultivar. This research was conducted in three different studies. In the first study, a total of 72 genotypes of tall fescue (24 medium, 24 late, 24 early flowering) were assessed for persistence and recovery under normal and intense drought stress conditions. Based on the field results several genotypes were chosen to evaluate their root traits at two irrigation levels (normal and intense drought stress) in pots and assess the effect of salicylic acid on drought tolerance of them in the field. The results indicated that the genotypes with greater persistence had higher recovery after the final severe drought at field. Most of the late flowering genotypes were superior in this regard. Persistence and recovery were positively correlated with root length (RL), root area (RA), root volume (RV), root weight (RW) and root to shoot ratio (R/S) under both soil moisture. Moreover, genotypes with higher recovery after drought had more RL, RA, RV and R/S than others. Salicylic acid improved the tolerance of tall fescue genotypes against drought and increased dry forage yield in both normal and drought stresses conditions, this was due to increasing yield components, photosynthetic pigments and the activity of anti-oxidant enzymes. In second study, sixteen half-sib families derived from polycross design along with their corresponding parental genotypes of tall fescue were assessed in a pot experiment for root and physiological characteristics under three irrigation levels (normal, mild and intense). These half sib families and parental genotypes along with some other grass species were evaluated in terms of summer dormancy and morphological traits in the field experiment. The results showed that drought stress decreased dry forage yield (DFY), relative water content and total chlorophyll and increased carotenoid and proline in both parental genotypes and half-sib families. Intense drought stress decreased most of the root traits at 0-30cm soil depth while at 30–60 cm depth length, area, volume and dry weight of roots were increased. A broad range of general combining ability (GCA) was observed for DFY, root and physiological characteristics at three irrigation levels. Moderate to high estimates of narrow sense heritability as well as genetic variation for root and physiological traits, indicated that phenotypic selection can be successful to attain genetic progress. Indirect selection to improve DFY was more effective through selection for root and some physiological traits. In the field experiment, high variation was observed for all measured traits in this germplasm. Variation in summer dormancy indices suggests a level of incomplete summer dormancy in this germplasm. Low narrow-sense heritability for forage yield suggested that indirect selection based on yield components and summer dormancy which have high heritability and high correlation with yield, can be more effective. Superior genotypes and families across environments were identified based on principle component analysis that would be desirable in future breeding programs. In the third study, genetic diversity of 24 tall fescue genotypes (including 16 parental genotypes and 8 other genotypes) was assessed with twenty EST-SSR markers and then the best primer combinations including four primers NFA012, NFA021, NFA033 and NFA047 was used for detection the most likely male parent in the polycross progenies. Cluster analysis of EST-SSR marker distances divided the 24 genotypes in to five groups. The EST-SSR markers allowed the identification of the most likely male parent in 177 of the offspring from a total of 926 half sib genotypes and also detection probable contaminations. These 177 genotypes were divided to 66 full-sib families which could use in future breeding programs. Key words: Drought, tall fescue, persistence, recovery, genetic analysis, root, EST-SSR marker
خشکی یکی از مهم ترین تنش های غیر زیستی محدود کننده بقا، دیرزیستی، رشد و تولید گیاهان در بسیاری از مناطق جهان از جمله ایران است. بنابراین در برنامه های اصلاحی گیاهان علوفه ای، اطلاع در مورد تنوع ژنتیکی، نحوه توارث و کنترل ژنتیکی صفات مرتبط با تحمل به خشکی و ارتباط بین آن ها جهت شناسایی و انتخاب ژنوتیپ های مطلوب در جهت تولید ارقام متحمل به خشکی ضروری است. در مطالعه اول، تعداد 72 ژنوتیپ فسکیوی بلند (24 ژنوتیپ زودرس، 24 ژنوتیپ میانرس و 24 ژنوتیپ دیررس) از نظر صفات دیرزیستی و برگشت پذیری در دو محیط تنش و عدم تنش خشکی در مزرعه مورد ارزیابی قرار گرفتند. سپس بر اساس نتایج حاصل از آزمایش مزرعه، تعدادی ژنوتیپ گزینش و سیستم ریشه ای آن ها در دو محیط تنش و عدم تنش خشکی در آزمایش گلدانی و همچنین تاثیر محلول پاشی سالیسیلیک اسید در تحمل به خشکی آن ها در شرایط مزرعه بررسی شد. نتایج نشان داد که ژنوتیپ های دارای دیرزیستی بیشتر، برگشت پذیری بیشتری پس از تنش خشکی طولانی مدت در مزرعه نشان دادند. اکثر ژنوتیپ های گروه دیررس در این زمینه برتر بودند. در هر دو محیط رطوبتی، دیرزیستی و برگشت پذیری همبستگی مثبت و معنی داری با صفات طول، سطح، حجم، وزن ریشه و نسبت ریشه به اندام هوایی داشتند. ژنوتیپ های دارای برگشت پذیری بالاتر از نظر خصوصیات ریشه ای از جمله طول، سطح، حجم و نسبت ریشه به اندام هوایی، نسبت به ژنوتیپ های بدون برگشت پذیری، برتر بودند. کاربرد سالیسیلیک اسید منجر به افزایش تحمل به خشکی ژنوتیپ های فسکیوی بلند گردید و عملکرد علوفه را در محیط های تنش و عدم تنش خشکی از طریق افزایش اجزای عملکرد، پیگمان های فتوسنتزی و فعالیت آنزیم های آنتی اکسیدانی افزایش داد. در مطالعه دوم، در آزمایش گلدانی تعداد 16 فامیل نیمه خواهری فسکیوی بلند به همراه 16 ژنوتیپ والدی آن ها در سه محیط رطوبتی از نظر صفات ریشه ای و فیزیولوژیک ارزیابی شدند. در آزمایش مزرعه ای فامیل های نیمه خواهری و ژنوتیپ های والدی مذکور به همراه برخی دیگر از گونه های گراس از نظر صفات خواب تابستانه و مورفولوژیک مورد ارزیابی قرار گرفتند. نتایج نشان داد که در هر دو گروه ژنوتیپ های والدی و فامیل های نیمه خواهری فسکیوی بلند، تنش خشکی منجر به کاهش عملکرد علوفه، محتوای نسبی آب برگ و کلروفیل کل و افزایش کارتنوئید و پرولین گردید. تنش خشکی شدید منجر به کاهش اکثر صفات ریشه ای از جمله طول، سطح، حجم و وزن ریشه در عمق 30- 0 سانتی متر و افزایش آن ها در عمق 60- 30 سانتی متر شد. دامنه وسیعی از قدرت ترکیب پذیری عمومی برای عملکرد علوفه، صفات ریشه ای و فیزیولوژیک در هر سه محیط رطوبتی مشاهده گردید. وراثت پذیری خصوصی متوسط تا بالا و تنوع ژنتیکی موجود برای صفات ریشه ای و فیزیولوژیک نشان می دهد که انتخاب فنوتیپی بر اساس این صفات می تواند منجر به پیشرفت ژنتیکی گردد. بیشترین کارایی نسبی انتخاب غیر مستقیم جهت بهبود عملکرد علوفه از طریق انتخاب صفات ریشه ای و برخی از صفات فیزیولوژیک حاصل شد. در آزمایش مزرعه ای، برای اکثر صفات مورد مطالعه تنوع ژنتیکی زیادی مشاهده شد. تنوع در شاخص های خواب تابستانه نشان داد که ژنوتیپ های این ژرم پلاسم با مشخصه مهار تولید علوفه در طی تابستان دارای خواب ناقص بودند. وراثت پذیری پایین عملکرد علوفه نشان دادکه انتخاب غیر مستقیم بر اساس اجزای عملکرد و خواب تابستانه که وراثت پذیری نسبتا بالایی دارند و از همبستگی بالایی با عملکرد علوفه برخوردار هستند، مؤثرتر می باشد. بر اساس تجزیه به مؤلفه های اصلی ژنوتیپ های والدی و فامیل های نیمه خواهری برتر شناسایی شدند که می توانند در مطالعات ژنتیکی آینده مورد استفاده قرار گیرند. در مطالعه سوم، با استفاده از 20 آغازگر مولکولی EST-SSR تنوع ژنتیکی 24 ژنوتیپ فسکیوی بلند (شامل 16 ژنوتیپ والدی و 8 ژنوتیپ دیگر) بررسی شد و سپس بهترین ترکیب آغازگری شامل چهار آغازگر NFA012، NFA021، NFA033 و NFA047 جهت تعیین محتمل ترین والد پدری در نتاج حاصل از پلی کراس مورد استفاده قرار گرفت. بر اساس تجزیه خوشه ای داده های حاصل از نشانگرهای EST-SSR، ژنوتیپ های مورد مطالعه به 5 گروه تفکیک شدند. چهار آغازگر انتخاب شده قادر به شناسایی والد پدری در 177 ژنوتیپ از 926 ژنوتیپ نیمه خواهری فسکیوی بلند بودند. این 177 ژنوتیپ مذکور به 66 فامیل تمام خواهری تفکیک شدند که می توانند در برنامه های اصلاحی بعدی مربوط به فسکیوی بلند مورد استفاده قرار گیرند. کلمات کلیدی: خشکی، فسکیوی بلند، دیرزیستی، برگشت پذیری، تجزیه ژنتیکی، ریشه، نشانگر EST-SSR

ارتقاء امنیت وب با وف بومی