تجزیه پایداری فامیلهای ناتنی و ارزیابی تحمل به خشکی ژنوتیپهای گزینش شده از جوامع حاصل از پلی کراس در دو گونه Bromus inermisو Dactylis glomerata

STUDENT

DEGREE

YEAR

Drought stress is one of the most important factors limiting the survival and growth of plants in many regions of the world such as Iran. Therefore there is a need for grasses which have the ability to survive summer, recover in autumn, and growth actively during the cooler rainy seasons. This research was conducted in four different studies. In the first study, half-sib families derived from polycross of 25 orchardgrass and 25 smooth bromegrass genotypes, were evaluated under normal and drought stress environments during five years. In both species, considerable variation for genetic (additive variance) and genotype by environment (GE) (additive × environment variance) interactions were found among half-sib families indicated that it is possible to find the most desirable parental genotypes for developing synthetic varieties with high stability and yield. The contribution of additive genetic factors for forage yield was low, indicating that both additive and non-additive effects played a role in the genetic control of it. From the stability analysis based on AMMI model and regression method the stable families with high GCA, which can transmit high yield and stability to their progenies were identified for development of synthetic cultivars. In the second study, thirty-six genotypes of orchardgrass and thirty-six genotypes of smooth bromegrass were randomly selected and evaluated in terms of morphologic, agronomic, and physiological traits, summer dormancy, persistence and recovery after drought. Low heritability for forage yield suggested that indirect selection based on components of forage yield which have high heritability and high correlation with yield, would be more effective. However, different order of priority of these components and direct and indirect effects of them under normal and drought stress conditions indicated that indirect selection for improvement of high yielding drought tolerant varieties should be performed with a specific model under each of these two environments. On the other hand, results showed that genotypes of this germplasm had incomplete dormancy. These genotypes had better survival of drought and persistence than cultivars with no dormancy, confirming that summer dormancy is a powerful trait for drought tolerance. In the third study, seed traits of selected genotypes of orchardgrass and smooth bromegrass were evaluated under normal and drought stress environments. In both species, high variation was observed among genotypes for seed yield and its components indicating high potential for improving these traits through targeted selection in breeding programs. The significant association among seed yield and forage yield in both species indicated that it is possible to select superior genotypes based on seed and forage yield in both normal and water stress environments, simultaneously. These genotypes can be used in development of genetic populations for simultaneous improvement of seed and forage yield in future studies. In forth study, association analysis of SRAP primers was done in smooth bromegrass under both normal and drought stress environments. Results showed that under the normal conditions the primers of MIE3-15, M4E2-12, M4E1-17 and MIE5-11, and under the drought stress conditions the primers of MIE5-11, M1E5-23 and M2E4-16 had significant association with the dry matter yield. Moreover, significant associations were also found between MIE5-11 and MIE3-15 markers with the MP, GMP and STI indices, based on both GLM and MLM models. From these markers, M1E5-11 which had association with all of these three indices as well as with the dry matter yield under both normal and drought stress conditions has high validity in the selection of drought tolerant genotypes in smooth bromegrass. Keywords: Orchardgrass, Smooth bromegrass, General combining ability (GCA), Drought stress, Synthetic variety, Clonal evaluation, Persistence, Recovery.

این پژوهش در قالب چهار مطالعه مجزا انجام شد. در مطالعه اول، به منظور تجزیه پایداری فامیل های نیمه خواهری علف باغ و علف پشمکی، 25 فامیل علف باغ و 25 فامیل علف پشمکی طی پنج سال تحت شرایط بدون تنش و تنش خشکی (آبیاری پس از تخلیه 50 و 90 درصد رطوبت قابل استفاده خاک) از نظر صفت عملکرد علوفه مورد ارزیابی قرارگرفتند. در هر دو گونه مورد بررسی تنوع ژنتیکی قابل ملاحظه‌ای برای اثر ژنوتیپ (واریانس افزایشی) و اثرات متقابل ژنوتیپ و محیط (واریانس افزایشی × محیط) در بین فامیل‌های نیمه خواهری مشاهده شد. بنابراین امکان انتخاب ژنوتیپ های مطلوب والدی به منظور توسعه ارقام ساختگی دارای عملکرد و پایداری بالا وجود دارد. سهم اثرات ژنتیکی افزایشی (وراثت پذیری خصوصی) برای عملکرد علوفه در هر دو گونه پایین بود که بیانگر این است که هر دو اثر افزایشی و غیر افزایشی ژن نقش مهمی در کنترل ژنتیکی این صفت دارند. از طریق تجزیه پایداری فامیل های نیمه خواهری علف باغ و علف پشمکی، با کمک روش امی و رگرسیون ابرهارت و راسل فامیل های پایدار دارای GCA بالا شناسایی شدند که می توانند عملکرد علوفه بالا و پایداری را به نتاج خود در راستای ایجاد رقم ترکیبی منتقل کنند. در مطالعه دوم به منظور ارزیابی تحمل به خشکی ژنوتیپ های بازترکیب دو گونه علف باغ و علف پشمکی، 36 ژنوتیپ علف باغ و 36 ژنوتیپ علف پشمکی به صورت تصادفی از بین نتاج حاصل از پلی کراس 25 ژنوتیپ والدی (فامیل های نیمه خواهری مطالعه اول) انتخاب و کلون شدند و از نظر صفات مورفولوژیک، زراعی، فیزیولوژیک، خواب تابستانه، دیرزیستی و برگشت پذیری پس از خشکیدگی کامل، مورد ارزیابی قرار گرفتند. برای اکثر صفات مورد مطالعه تنوع ژنتیکی بالایی بین ژنوتیپ های هر دو گونه مشاهده شد. تنش خشکی آثار منفی بر روی اکثر صفات مورد مطالعه داشت و تنوع ژنتیکی صفات را کاهش داد. وراثت پذیری پایین عملکرد علوفه نشان دهنده این است که انتخاب غیر مستقیم براساس اجزای عملکرد که وراثت پذیری نسبتاً بالایی دارند و از همبستگی بالایی با عملکرد علوفه برخوردار هستند، مؤثر می باشد. با این وجود، ترتیب این اجزاء و آثار مستقیم و غیر مستقیم شان تحت شرایط بدون تنش و تنش خشکی متفاوت بود. این نشان می دهد که انتخاب غیر مستقیم برای توسعه ارقام دارای عملکرد بالا و متحمل به خشکی بایستی تحت هر یک از دو محیط بر اساس یک مدل خاص صورت گیرد. از طرف دیگر نتایج نشان داد که ژنوتیپ های این ژرم پلاسم با مشخصه مهار تولید علوفه در طی تابستان دارای خواب ناقص بودند. همچنین نتایج این مطالعه نشان داد که گیاهان دارای خواب تابستانه بالاتر، بقاء، رشد مجدد و دیرزیستی بهتری نسبت به گیاهان دارای خواب تابستانه پایین داشتند که نشان دهنده این است که خواب تابستانه صفت مهمی در اصلاح برای تحمل به خشکی است. بعلاوه امتیاز برگشت پذیری، درصد برگشت پذیری و دیرزیستی با شاخص خواب تابستانه و عملکرد پاییزه همبستگی مثبت و معنی دار داشتند که بیانگر نقش خواب تابستانه در بهبود برگشت پذیری و دیرزیستی گونه های مورد مطالعه است. در مطالعه سوم، صفات بذری ژنوتیپ های منتخب دو گونه علف باغ و علف پشمکی تحت شرایط بدون تنش و تنش خشکی مورد ارزیابی قرار گرفتند. در هر دو گونه مورد مطالعه تنوع ژنتیکی قابل ملاحظه ای در بین ژنوتیپ ها از نظر عملکرد بذر و اجزای آن مشاهده شد که نشان دهنده پتانسیل بالا برای بهبود این صفات از طریق انتخاب هدفمند در برنامه های اصلاحی می باشد. تنش خشکی آثارمنفی بر روی عملکرد بذر و اجزای آن داشت و موجب کاهش تنوع ژنتیکی اکثر صفات شد. اکثر صفات مورد مطالعه در هر دو گونه مورد بررسی از وراثت پذیری نسبتاً بالایی برخوردار بودند و بنابراین بهبود این صفات از طریق انتخاب دوره ای امکان پذیر است. همبستگی بالا و معنی دار بین عملکرد بذر و عملکرد علوفه در هر دو گونه مورد بررسی نشان داد که امکان انتخاب همزمان برای عملکرد بذر و علوفه در هر دو شرایط بدون تنش و تنش خشکی وجود دارد. در هر دو گونه و در هر دو محیط بدون تنش و تنش خشکی ژنوتیپ های برتر از نظر عملکرد بذر و علوفه شناسایی شدند. این ژنوتیپ ها می توانند به عنوان والدین برتر برای ایجاد جمعیت های ژنتیکی، به منظور بهبود همزمان عملکرد بذر و عملکرد علوفه در برنامه های آتی مورد استفاده قرار گیرند. در مطالعه چهارم، تجزیه ارتباطی نشانگر های SRAP با در نظر گرفتن ساختار جمعیت و روابط خویشاوندی ژنوتیپ‌های علف پشمکی، در دو شرایط بدون تنش و تنش خشکی انجام شد. نتایج نشان داد که در شرایط نرمال نشانگر های M1E3-15، M4E2-12، M4E1-17 و M1E5-11 و در شرایط تنش نشانگر های M1E5-11، M1E5-23 و M2E4-16 با صفت عملکرد علوفه ارتباط دارند. بعلاوه، بر اساس مدل MLM نشانگر های M1E5-11 و M1E3-15 با شاخص MP، نشانگر های M1E5-11، M1E3-15 و M5E4-7 با شاخص GMP و نشانگر های M1E5-11، M5E4-7 و M1E3-15 با شاخص STI ارتباط معنی داری نشان دادند. نشانگر M1E5-11 با هر سه شاخص تحمل به تنش و همچنین با عملکرد علوفه در هر دو شرایط بدون تنش و تنش ارتباط معنی دار داشت، بنابراین این نشانگر در گزینش ژنوتیپ های متحمل به تنش علف پشمکی از اعتبار بالایی برخوردار است. کلمات کلیدی : علف باغ، علف پشمکی، قابلیت ترکیب پذیری عمومی، تنش خشکی، رقم ساختگی، ارزیابی کلونی، دیرزیستی، برگشت پذیری