SUPERVISOR
Mohammad Mehdi Majedi,Ghodratollah Saeidi
محمد مهدی مجیدی (استاد راهنما) قدرت اله سعیدی (استاد راهنما)
STUDENT
Soheila Espanani
سهیلا اسپنانی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده کشاورزی
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1393
TITLE
Selection for seed yield and drought tolerance in generations derived from inter-specific crosses of safflower
The genetic basis of most crops, including safflower, has been narrowed by genetic bottlenecks and domestication. Today, wild genomes play an important role in restoring lost diversity. To solve some of safflower breeding challenges, this study was performed by focusing on three populations derived from three interspecific crosses (among two wild and one cultivated species) in four studies. Inter-specific hybridizations were performed between C. tinctorius × C. palaestinus (TP), C. palaestinus × C. oxyacanthus (PO), and C. tinctorius × C. oxyacanthus (TO) and the derived lines developed from F3 to F7 generations. The first study was conducted to investigate the effect of drought stress on morphological, agronomical and physiological traits of the above mentioned lines under field conditions. The results showed that there was considerable variation for most of the traits between and within three studied populations of TP, PO and TO. Genetic variation was higher in F5 generation (compared to F3 and F4), and these indicate the success of interspecific crosses to extend the variation. In addition to high drought tolerance, the C. palaestinus showed high stability of performance in terms of seed yield (almost similar to C. oxyacanthus ) under drought stress. Among populations derived from interspecific hybridization, TP population had more tolerance to drought stress (due to high STI) and TO population showed high stability (due to high YSI). The study of physiological traits showed that TO population exhibited lower increase in malondialdehyde and more protection against oxidative stresses under drought stress. The second study was conducted to investigate the diversity of oil fatty acids, tocopherol and phytosterol traits in wild species and their progenies. Considerable variation was observed for fatty acid profile in oil, tocopherol and phytosterol components. The range of all qualitative traits in populations was higher than the parental species, indicating the importance of inter-specific hybridization to increase genetic diversity. The oil of PO population showed the highest amount of palmitic, stearic and oleic acid (6.93%, 2.59% and 19.12%, respectively). On the other hand, TO population showed higher linoleic acid and U/T index in its oil relative to other populations, indicating that this population is more suitable for edible oil production. For tocopherol and its components, the TO population had the highest amount of total tocopherol and beta-tocopherol (94.91 mg/kg and 2.50%, respectively) and the PO population had the highest mean of alpha-tocopherol (98.40%). For total phytostrol, the highest amount was observed in TP population. The third study was performed to investigate the effect of selection methods such as direct, indirect, selection in target and combined environments on seed yield. Different selection methods including direct selection (based on seed yield), indirect selection (based on index selection), selection in favorable environment (selection in normal environment for developing cultivars adapted to the normal condition), selection in target environment (selection in drought environment for developing cultivars adapted to drought condition) and selection based combined of both environments were assessed. Selection was performed in F3 generation and progenies derived from different selection methods were evaluated in F4 and F5 generations. The results showed that the realized response to indirect selection was higher than the other selection methods. Therefore, indirect selection for seed yield was most effective method to develop superior lines in breeding programs. Also, the results showed that for developing cultivars for drought areas, selection in the target environment was more effective than selection in combined environments. The fourth study was conducted to evaluate the compatibility of safflower recombinant inbred lines (in F6 and F7 generations), Iranian cultivars and stable varieties to winter conditions by fall date sowing in 2017 and 2018 in Isfahan region. According to the results, the selected lines from the populations showed higher variability and superiority in terms of seed yield relative to the check varieties. Also, the studied populations had more seed yield in fall sowing compared to spring. The results of this study showed that transgressive segregants lines derived from interspecific crosses, have a good potential for improvement of agronomic and seed quality traits, drought tolerance and adaptability to fall planting. Keywords: Inte-rspecific crosses, Drought, Selection, Oil fatty acid profile, Cold, Fall planting
پایه ژنتیکی اکثر گیاهان زراعی، از جمله گلرنگ، در اثر تنگانای تکاملی و اهلیسازی باریک شده است. امروزه ژنومهای وحشی نقش بارزی در بازگرداندن تنوعات از دست رفته ایفا میکنند. این پژوهش به منظور حل برخی از چالشهای اصلاحی گلرنگ با تمرکز بر سه ژرمپلاسم حاصل از سه تلاقی بینگونهای (دو گونه وحشی و یک گونه زراعی) در قالب چهار مطالعه انجام شد. تلاقیهای بینگونهای به صورت (TP) C. tinctorius × C. palaestinus ، × C . oxyacanthus (TO) C. tinctorius ، C. oxyacanthus (PO) × C. palaestinus بودند که نتاج حاصل از آنها از نسل F3 تا F7 پیش برده شدند. مطالعه اول به منظور بررسی اثر تنش خشکی بر ویژگیهای مورفولوژیک، زراعی و فیزیولوژیک در لاینهای سه جمعیت مذکور در شرایط مزرعه انجام شد. نتایج نشان دادکه بین و درون جمعیتهای مورد بررسی تفاوت معنیداری برای صفات مورد بررسی وجود دارد. تنوع ایجاد شده در هر جمعیت در نسل F5 نسبت به نسل F3 و F4 در هر دو شرایط نرمال و تنش خشکی افزایش یافت که نشان دهندهی موفقیت تلاقی بینگونهای برای ایجاد تنوع است. گونهی C. palaestinus علاوه بر تحمل به خشکی بالا، پایداری بالایی (تقریبا مشابه به C. oxyacanthus ) از خود نشان داد. در میان جمعیتهای حاصل از تلاقی بینگونهای جمعیت TP متحملترین جمعیت (به دلیل شاخص STI بالا) و جمعیت TO پایدارترین جمعیت (به دلیل شاخص YSI بالا) شناخته شد. نتایج بررسی صفات فیزیولوژیک نشان داد که در شرایط تنش خشکی جمعیت TO حفاظت بهتری در مقابل تنشهای اکسیداتیو دارد که این برتری از افزایش کمتر در صفت مالوندیآلدئید مشهود است. مطالعه دوم به منظور بررسی میزان تنوع در گونههای وحشی و نتاج حاصل از تلاقی آنها از نظر پروفایل اسیدهای چرب، میزان توکوفرول و فیتوسترول دانه انجام شد. جمعیتهای مورد بررسی از نظر پروفایل اسیدهای چرب روغن، اجزای توکوفرول و اجزای فیتوسترول روغن دانه تنوع قابل ملاحظهای نشان دادند. دامنه تمام صفات کیفیتی در جمعیتهای بینگونهای بیشتر از والدین آنها بود که موفقیت تلاقیها برای افزایش تنوع را نشان میدهد. جمعیت PO برای سه اسید چرب پالمیتیک، استئاریک و اولئیک اسید (به ترتیب 93/6 ، 59/2 و 12/19درصد) بیشترین میانگین را نشان داد. از طرفی روغن جمعیت TO مقدار لینولئیک اسید و شاخص U/T (نسبت اسیدهای چرب غیر اشباع به کل اسیدهای چرب) بالایی را نسبت به دو جمعیت نشان داد که نشان دهندهی مفید بودن این جمعیت جهت تولید روغنهای خوراکی است. برای صفات توکوفرول و اجزای آن، جمعیت TO بیشترین میانگین توکوفرول کل و بتا توکوفرول در روغن ( به ترتیب 91/294 میلیگرم بر کیلوگرم و 50/2 درصد) و جمعیت PO بیشترین میانگین آلفا-توکوفرول در روغن (40/98 درصد) را نسبت به دو جمعیت دیگر نشان دادند. بیشترین میانگین برای صفت فیتوسترول کل در جمعیت TP مشاهده شد. مطالعه سوم به منظور بررسی اثر انتخاب شامل روش مستقیم و غیرمستقیم و همچنین انتخاب در محیط هدف و ترکیبی بر عملکرد دانه انجام شد. این روشها شامل انتخاب مستقیم (از طریق عملکرد دانه) و غیرمستقیم (به وسیله شاخص انتخاب) و همچنین انتخاب در محیط مناسب (انتخاب در محیط نرمال برای ایجاد ارقام سازگار به شرایط آبی معمول)، انتخاب در محیط هدف (انتخاب در محیط تنش برای ایجاد ارقام سازگار به شرایط کمآبی) و انتخاب ترکیبی (بر اساس هر دو محیط) بودند. انتخاب در نسل F3 انجام شد و نتاج گروههای انتخابی در نسلهای F4 و F5 مورد بررسی قرار گرفت. بر اساس نتایج این مطالعه انتخاب غیرمستقیم برای عملکرد دانه روشی موثر برای ایجاد لاینهای برتر در برنامههای اصلاحی است. همچنین انتخاب در محیط هدف برای بهبود عملکرد دانه موثرتر از انتخاب برای محیطهای ترکیبی است. مطالعه چهارم به منظور بررسی سازگاری لاینهای نوترکیب گلرنگ و ارقام زراعی و پایدار به کشت پاییزه گلرنگ طی دو سال 96 و 97 (نسلهای F6 و F7) در منطقه اصفهان انجام شد. نتایج این مطالعه نشان داد لاینهای انتخاب شده از درون جمعیتهای مورد بررسی برتری قابل توجهی نسبت به ارقام زراعی شاهد نشان دادند. همچنین جمعیتهای مورد بررسی درکشت پاییزه در مقایسه با کشت بهاره از عملکرد دانه بیشتری برخوردار بودند. در مجموع نتایج این پژوهش نشان داد لاینهای تفکیک یافته متجاوز، منتخب از درون جمعیتهای حاصل از تلاقی بینگونهای، پتانسیل قابل توجهی برای بهبود ویژگیهای کمی، کیفی، تحمل به خشکی و سازگاری در کشت پاییزه دارند که میتوانند در مطالعات آتی مورد استفاده قرار گیرند. کلمات کلیدی: تلاقیهای بینگونهای، خشکی، انتخاب، ویژگیهای بیوشیمیایی روغن، سرما، کشت پاییزه