SUPERVISOR
Mohammad Mehdi Majedi,Aghafakhr Mirlohi
محمد مهدی مجیدی (استاد راهنما) اقافخر میرلوحی فلاورجانی (استاد راهنما)
STUDENT
Maryam Safari
مریم صفاری
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده کشاورزی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1392
TITLE
Evaluation of Drought Tolerance in Cultivated and Wild Species of Barley Using Drought Tolerance and Susceptibility Indices
Drought stress respresents the most limiting factor for agricultural productivity in arid and semiarid regions of the world. This study was performed to evaluate the drought tolerance of cultivated and wild species of barley using drought tolerance and susceptibility indices (TOL, MP, GMP, SSI and STI) and some physiological traits. Genetic materials of first study involved 90 cultivated ( Hordeum vulgare . vulgare L) and wild ( H. vulgare . spontaneum C. Koch) barley genotypes. The second study was performed using 64 genotypes belonged to 15 wild species of genus Hordeum. Three water environments (control, mild stress and intense stress) were used to evaluate morphological traits, yield and its components of genotypes according to a completely randomized block design with three replications in each environments. Analysis of variance in the first study showed high variation between cultivated and wild barley genotypes for grain yield and drought and susceptibility indices. The highest and the lowest grain yield was observed in control and intense stress condition, respectively. The yield reduction caused by drought stress in cultivated genotypes were more than wild barley genotypes. Genotypes 64 and 78 from cultivated sub-species had the highest yield in control and mild stress conditions, respectively. Genotype 14 from H. spontaneum sub-species had the highest yield in intense stress condition. Results of second study showed considerable variation among genotypes of wild barley species. In this study, grain yield of all genotypes increased in mild and intense stress conditions than control. Genotypes 29, 39 from H. maranium and genotype 4 from H. murinum had the highest yield, in control, mild and intense stress conditions, respectively. Results of correlation analysis between mesured indices in both studies showed that three indices of MP, GMP and STI had high positive correlation with grain yield in normal and drought stress conditions and identified as the best indices. Based on these three indices, in the first study under mild drought stress condition, genotype 78 and under intense drought stress genotype 82 of cultivated suecies were identified as suitable genotypes. In the second study, based on the same indeices in both stress levels genotype 4 of H. murinum were found as the most tolerant genotypes and genotypes 54 and 48 as the most sensitive ones mild and intense stress conditions, respectively. Results from biplot of principle components analysis (PCA), in the first study showed that genotypes 76, 79 and 78 in mild stress and genotypes 82, 55, 64, 76 in intense stress conditions categorized in group A (high performance in both stress and control conditions) with high performance and low sensitivity to drought stress. In the second study, in both drought stress levels genotypes 6 and 4 were identified as the best genotypes with high performance and low sensitivity to drought stress which while genotype 57 had low yield potential and sensitive to drought stress. Results obtained from cluster analysis was a confirmation of the results of biplot of PCA. Results of variance analysis for physiological traits in both studies showed, significant differences among genotypes. Genotype by environment interaction for most traits was significant, suggesting various genotypes responses to moistures. In the first study mean of some physiological traits including relative water content (RWC), chlorophyll a (Chla), chlorophyll b (Chlb), total chlorophyll (Tchl) and carotenoids was reduced in mild stress conditions than control and intense stress than mild stress condition. In the second studyChla, Chlb, Tchl, carotenoids and proline increased under drought stress conditions. In the first study in mild drought stress level, harvest index showed a positive correlation with Chla, Chlb, Tchl and carotenoids while spike length had negative correlation with these traits. In the second study, in intense drought stress level, days to heading was positively correlated with Chla, Chlb, Tchl. The associations of traits can be usful for further indirect selection programs.
خشکی یکی از مهم ترین عوامل کاهش تولید گیاهان زراعی در مناطق خشک و نیمه خشک محسوب می شود. این مطالعه به منظور ارزیابی تحمل به تنش خشکی گونه های اهلی و وحشی جو از طریق شاخص های تحمل و حساسیت به تنش (TOL، MP، GMP، SSI و STI) و برخی از صفات فیزیولوژیک انجام شد. مواد ژنتیکی در مطالعه اول شامل 90 ژنوتیپ جو زراعی ( Hordeum vulgare . vulgare L) و اسپانتانئوم ( H. vulgare . spontaneum C. Koch) و در مطالعه دوم 64 ژنوتیپ متعلق به 15 گونه وحشی جنس Hordeum بودند که در قالب سه محیط رطوبتی از نظر صفات مورفولوژیک، عملکرد و اجزای عملکرد به صورت تجزیه مرکب در قالب طرح بلوک کامل تصادفی با سه تکرار در مزرعه مورد ارزیابی قرار گرفتند. نتایج تجزیه واریانس نشان داد که تنوع بالایی بین ژنوتیپ های جو زراعی و اسپانتانئوم از نظر عملکرد دانه در شرایط تنش و عدم تنش و شاخص های تحمل و حساسیت به خشکی وجود داشت. میانگین عملکرد دانه در شرایط عدم تنش بیشترین و در شرایط تنش شدید کمترین مقدار را داشت، هرچند میزان کاهش میانگین عملکرد دانه در شرایط تنش خشکی در ژنوتیپ های جو زراعی بیشتر از ژنوتیپ های جو اسپانتانئوم بود. ژنوتیپ های 64 و 78 از زیر گونه زراعی به ترتیب در شرایط عدم تنش و تنش متوسط و ژنوتیپ 14 از زیر گونه اسپانتانئوم در شرایط تنش شدید بیشترین عملکرد را داشتند. در مطالعه دوم نیز تنوع قابل توجهی بین ژنوتیپ های وحشی جو مشاهده گردید. در این مطالعه میانگین عملکرد دانه برای کلیه ژنوتیپ ها در سطوح تنش متوسط و تنش شدید نسبت به عدم تنش افزایش نشان دادند. ژنوتیپ 29 و 39 از گونه H. maranium و ژنوتیپ 4 از گونه H. murinum به ترتیب در شرایط عدم تنش، تنش متوسط و شدید بیشترین عملکرد را به خود اختصاص دادند. نتایج ضرایب همبستگی بین شاخص ها در هر دو مطالعه نشان داد که سه شاخص MP، GMP و STI دارای همبستگی مثبت و بالایی با عملکرد دانه در هر سه شرایط رطوبتی تنش شدید، تنش متوسط و عدم تنش بودند و به عنوان بهترین شاخص ها معرفی گردیدند. براساس این سه شاخص در مطالعه اول در سطح تنش خشکی متوسط ژنوتیپ 78 و در سطح تنش خشکی شدید ژنوتیپ 82 از زیرگونه زراعی به عنوان ژنوتیپ های مناسب برای کشت در مناطق خشک پیشنهاد شدند. در مطالعه دوم براساس همین شاخص ها در هر دو سطح تنش ژنوتیپ 4 از گونه H. murinum به عنوان متحمل ترین ژنوتیپ و ژنوتیپ های 54 و 48 به ترتیب در شرایط تنش متوسط و تنش شدید به عنوان حساس ترین ژنوتیپ ها شناخته شدند. ترسیم نمودار بای پلات بین عملکرد در شرایط عدم تنش و تنش به منظور گروه بندی ژنوتیپ ها و نتایج بای پلات شاخص ها و تجزیه به مولفه های اصلی در مطالعه اول نشان داد ژنوتیپ های 76، 79 و 78 در شرایط تنش متوسط و ژنوتیپ های 82، 55، 64 و 76 در شرایط تنش شدید که در گروه A ( دارای عملکرد بالا در شرایط تنش و عدم تنش) قرار گرفتند، دارای پتانسیل عملکرد بالا و حساسیت کم به تنش بودند. در مطالعه دوم در هر دو سطح تنش خشکی ژنوتیپ 6 و 4 از گونه H. murinum که به عنوان بهترین ژنوتیپ از نظر عملکرد بالا و حساسیت پایین به تنش خشکی شناخته شدند، در گروه A جای گرفته بودند در حالی که ژنوتیپ 57 دارای پتانسیل عملکرد پایین و حساس به تنش بود. نتایج بدست آمده از نمودار خوشه ای تاییدی بر نتایج حاصل از نمودار بای پلات بود. نتایج تجزیه واریانس صفات فیزیولوژیک در هر دو مطالعه نشان داد که بین ژنوتیپ ها از نظر کلیه صفات مورد اندازه گیری تفاوت معنی داری وجود داشت. هم چنین اثر متقابل ژنوتیپ و محیط برای همه صفات معنی دار شد که حاکی از واکنش متفاوت ژنوتیپ ها به محیط های رطوبتی می باشد. در مطالعه اول میانگین اکثر صفات فیزیولوژیک (محتوای نسبی آب برگ، کلروفیل a، کلروفیلb، کلروفیل کل و کارتنوئید) در شرایط تنش متوسط نسبت به عدم تنش و تنش شدید نسبت به تنش متوسط کاهش یافت در حالی که در مطالعه دوم میانگین کلروفیل a، کلروفیل b، کلروفیل کل، کارتنوئید و پرولین افزایش نشان دادند. در مطالعه اول در سطح تنش خشکی متوسط شاخص برداشت با کلروفیل a، کلروفیل b، کلروفیل کل و کارتنوئید همبستگی مثبت نشان داد در حالی که طول سنبله با این صفات همبستگی منفی داشت. در مطالعه دوم در سطح تنش خشکی شدید روز تا سنبله دهی با کلروفیل a، کلروفیل b و کلروفیل کل همبستگی منفی داشت. بنابراین احتمالا بتوان با انتخاب غیر مستقیم به ژنوتیپ هایی با عملکرد مطلوب دست یافت. واژه های کلیدی : جو، تنش خشکی، شاخص های خشکی، صفات فیزیولوژیک