مقدمه

فستوکای پابلند  با نام  علمی Festuca arundinacea و نام انگلیسی  Tall fescue مشهور است. گیاهی پابلند چند ساله با ریشه اصلی ضخیم و عمیق است. این گیاه ساقه زیر زمینی(ریزوم) کوتاهی دارد و بعنوان گیاه افراشته تلقی می شود (حیدری و دری، 1382). برگ این گیاه به رنگ سبز تیره یا براق می باشد. خوشه پانیکول آن 10 تا 30 سانتی متر طول دارد و در هر خوشه چه تعداد 5تا 7 بذر وجود دارد(علیزاده، 1389). این گیاه یکی از گراس های مهم علوفه ای چندساله مناسب مناطق سردسیری است، که در مناطق معتدل جهان در سطح وسیعی می روید، که با توجه به تحمل بالای آن در شرایط متنوع آب و هوایی و سازگاری آن با شرایط متفاوت محیطی (Ervin, 1995)، و همچنین نقش آن در در تولید علوفه، تغذیه دام، احیاء مراتع و جلوگیری از فرسایش آبی و بادی می تواند در برنامه های احیاء مراتع گزینه بسیار مناسبی باشد(پیمانی فرد و همکاران، 1373).  با توجه به اینکه تعداد زیادی از جنس های خانواده گرامینه که در تامین علوفه مراتع، سهم عمده ای دارند، به عنوان گونه‌های کم شونده در مراتع محسوب می‌گردند(رستگار، 1386)، بنابراین توسعه گراس های علوفه ای پر تولید و پر بنیه و استفاده صحیح و اصولی از بذور اصلاح شده که از تنوع ژنتیکی بالا و قدرت سازگاری مناسب به شرایط مختلف محیطی برخوردارند، می تواند روند احیا و توسعه مراتع را تسریع نماید.

از صفات مهم گیاهان مرتعی که برای برنامه های بذرکاری جهت احیاء مراتع انتخاب می شوند، این است که، قابلیت هضم بالا وتولید علوفه خوب، داشته باشند (سندگل، 1368). از خصوصیات گونه فستوکای بلند تولید علوفه بالا می باشد، به طوری که از جمله گراس های پر تولید و پر بنیه محسوب شده، که با داشتن سیستم ریشه ای قوی و دیرزیستی بالا به عنوان یکی از اجزای اصلی مراتع محسوب شده و در کشت زراعی نیز به لحاظ کمی و کیفی علوفه مطلوبی تولید می کند. در اصلاح گراس ها، علاوه بر افزایش عملکرد علوفه، افزایش کیفیت علوفه نیز از اهمیت ویژه ای برخوردار است و به عنوان یکی از اهداف اصلی در معرفی ارقام اصلاح شده می باشد، و می توان به صفات دیواره سلولی منهای همی سلولز(ADF)، پروتئین خام، ماده خشک قابل هضم(DMD) به عنوان عوامل تعیین کننده کیفیت علوفه اشاره نمود(ارزانی و همکاران، 1385). از طرف دیگر ارزیابی و تعیین میزان تنوع ژنتیکی یکی از شاخص‌های مهم برای انتخاب والدین در برنامه‌های اصلاحی است (فرشادفر و فرشادفر، 1383). گروه بندی ژنوتیپ ها بر اساس فاصله ژنتیکی، وقتی در یک برنامه اصلاحی موثر است که به طور همزمان چندین صفت مورد بررسی قرار گیرند(جعفری و همکاران، 1386).

هدف از تحقیق حاضر بررسی تنوع ژنتیکی 36 اکسشن از گونه Festuca arundinacea با تاکید بر عملکرد و کیفیت علوفه در شرایط دیم می باشد، که در مرحله اول وجود تنوع ژنتیکی با تجزیه واریانس و بررسی مولفه های واریانس مورد مطالعه قرار گرفته و سپس اکسشن های برتر با توجه به مقایسه میانگین ها و تجزیه های چند متغیره معرفی می گردند. 

مواد و روش ها

در این تحقیق 36 اکسشن تهیه شده از بانک ژن موسسه تحقیقات جنگلها و مراتع (جدول 1) برای گونه Festuca arundinacea ، در قالب طرح بلوک  کامل تصادفی با 3 تکرار تحت شرایط دیم مورد بررسی قرار گرفت. محل اجرای آزمایش مزرعة تحقیقاتی، مرکز تحقیقات کشاورزی ومنابع طبیعی استان کرمانشاه واقع در شهرستان اسلام آبادغرب، با طول جغرافیایی ^´59،^º46، عرض جغرافیایی ^´08، ^º34، ارتفاع از سطح دریا 1260 متر، میانگین بارندگی سالانه 400 میلیمتر و متوسط دما 20 درجه سانتی گراد بود، که دارای خاک لوم (بافت متوسط) می باشد. بیشترین میزان بارندگی، براساس آمار هواشناسی در اسفند ماه و کمترین تغییرات بارندگی در فروردین ماه می باشد. بارندگی انتهائی از مهمترین عوامل موثر بر کشت دیم و عملکرد مرتع در این منطقه می باشد.

هر کرت آزمایشی دارای 4 خط با فاصله 50 سانتی متر از یکدیگر بود و طول هر کرت 2 متر انتخاب شد. فاصله بین دو کرت 75 سانتیمتر و فاصله بین دو تکرار(ردیف) 1 متر در نظر گرفته شد، و در هر ردیف 5 بوته با فاصله 50 سانتیمتر از همدیگر قرار گرفت. کشت به صورت خطی و در تاریخ اول آبان ماه 1383 با دست انجام شد. در سال اول به منظور استقرار گیاه از صفات یادداشت برداری انجام نشد، و در سال 1385 پس از برداشت علوفه کرت ها، عملکرد وزن  خشک علوفه برحسب گرم در کرت اندازه گیری شد، وسپس با محاسبه، عملکرد برحسب کیلوگرم در هکتار بدست آمد.

جدول1---------------

هر کرت آزمایشی دارای 4 خط با فاصله 50 سانتی متر از یکدیگر بود و طول هر کرت 2 متر انتخاب شد. فاصله بین دو کرت 75 سانتیمتر و فاصله بین دو تکرار(ردیف) 1 متر در نظر گرفته شد، و در هر ردیف 5 بوته با فاصله 50 سانتیمتر از همدیگر قرار گرفت. کشت به صورت خطی و در تاریخ اول آبان ماه 1383 با دست انجام شد. در سال اول به منظور استقرار گیاه از صفات یادداشت برداری انجام نشد، و در سال 1385 پس از برداشت علوفه کرت ها، عملکرد وزن خشک علوفه برحسب گرم در کرت اندازه گیری شد، وسپس با محاسبه، عملکرد برحسب کیلوگرم در هکتار بدست آمد.

صفات درصد قابلیت هضم (Digestibility Dry Mates)، درصد پروتئین خام (Crude Protein)، درصد فیبر محلول در شوینده اسیدی(Acid Detergent Fiber)، درصد فیبر محلول در شوینده خنثی                            (Neutral Detergent Fiber)، درصد خاکستر کل(Ashes) و درصد کربوهیدرات های محلول در آب                (Water Solution Carbohydrate) اندازه گیری و محاسبه گردید. این اندازه گیریها با استفاده از دستگاه طیف سنج مادون قرمز NIR بر اساس روش ارائه شده توسطJafari  و همکاران (2003) انجام شد.

 با استفاده از میانگین مربعات اکسشن(Msg) و خطا(Mse) اجزاء واریانس ژنتیکی(Vg) و محیطی(Ve) ناشی از واریانس فنوتیپی(Vp)، ضریب تغییرات ژنتیکی(GCV) و محیطی(ECV) و وراثت پذیری عمومی(H_b) محاسبه شد(فرشادفر، 1377).

با استفاده از نرم افزارهای SAS ، SPSS  و  EXCEL تجزیه واریانس، برآورد اجزاء واریانس، وراثت پذیری، همبستگی فنوتیپی، تجزیه کلاستر، تجزیه تابع تشخیص و نمودارهای مربوط تهیه شد.

نتایج

نتایج تجزیه واریانس صفات تحت شرایط دیم، اجزاء واریانس ژنتیکی و محیطی ناشی از واریانس فنوتیپی، ضریب تغییرات ژنتیکی، ضریب تغییرات محیطی و وراثت پذیری عمومی در جدول شماره 2 ارائه شده است. با توجه به تجزیه واریانس برای تمام صفات تنوع معنی دار در سطح 1%  مشاهده شد که فقط برای کربوهیدرات های محلول در آب در سطح 5% تنوع معنی دار مشاهده شد(جدول 2). عملکرد علوفه خشک و درصد فیبر محلول در شوینده خنثی بیشترین میزان وراثت پذیری را داشتند. کمترین میزان وراثت پذیری به صفت کربوهیدرات های محلول در آب اختصاص داشت.

جدول 2--------------------

با استفاده از روش Ward اکسشن های مورد بررسی، بر اساس مربع فاصله اقلیدوسی برای صفات گروه بندی شدند (شکل1) و آزمون دانکن برای گروه های حاصل در سطح 5% انجام شد(جدول3). گروه ₁C شامل جمعیت های 15، 31، 6، 32، 20، 24، 26، 22 و 34 بود، که بر اساس آزمون دانکن بیشترین عملکرد علوفه، را داشت و فیبر محلول در شوینده خنثی و درصد خاکستر نسبتا پایینی داشت. همچنین این گروه کمترین میزان قابلیت هضم، فیبر محلول در شوینده اسیدی، پروتئین خام و کربوهیدرات محلول در آب را داشت. گروه ₂C شامل جمعیت های 13، 30، 3، 16، 21، 19، 14، 33، 2، 23، 17 و 29 بود، که بر اساس آزمون دانکن این گروه تنها پروتئین خام متوسطی داشت و برای دیگر صفات کیفی ضعیف ترین گروه بود، همچنین عملکرد علوفه این گروه نیز در رده نسبتا ضعیف قرار گرفت. گروه ₃C شامل جمعیت های 5، 8، 12، 9، 11 و 25 بود، این گروه بر اساس آزمون دانکن کمترین عملکردعلوفه را داشت، اما برای دیگر صفات کیفی در رده مطلوبی قرار گرفت. گروه ₄C شامل جمعیت های 18، 35، 1، 36، 7، 27، 28، 10 و 4 بود، که بر اساس آزمون دانکن این گروه کمترین میزان پروتئین خام را نسبت یه دیگر گروه ها داشت و برای  دیگر صفات تظاهر بسیار مطلوبی نسبت به سایر گروه ها داشت.

شکل 1--------------

جدول 3------------------

همبستگی فنوتیپی صفات(جدول4) عدم وجود رابطه معنی دار بین عملکرد علوفه با هریک از صفات کیفی را نشان داد. همچنین قابلیت هضم ماده خشک با فیبر محلول در شوینده اسیدی و فیبر محلول در شوینده خنثی به ترتیب در سطح 1% و 5% همبستگی منفی و با کربوهیدرات های محلول در آب در سطح 5% همبستگی مثبت معنی دار نشان داد، از طرف دیگر برای پروتئین خام  همبستگی مثبت و بسیار معنی دار (01/0>P) با صفت خاکستر مشاهده شد.

جدول 4-------------

به منظور بررسی ساختار تنوع بین جمعیت ها برای صفات از تجزیه به عامل ها استفاده شد(جدول5). همچنانکه ملاحظه می گردد  790/76 درصد از تنوع موجود بین ساختار چند متغیره داده ها با سه عامل اول بیان گردید، که مقادیر ویژه بالاتر از 1 داشتند. ضرایب عامل ها بعد از دوران واریماکس نشان داد که عامل اول قابلیت هضم ماده خشک و کربوهیدرات محلول در آب بالا و فیبر محلول در شوینده اسیدی پایین را بیان نمود، عامل دوم نیز به پروتئین خام، درصد خاکستر و فیبر محلول در شوینده خنثی بالا اختصاص داشت و عامل سوم به عملکرد علوفه و کربوهیدرات محلول در آب بالا اختصاص پیدا کرد. میزان اشتراک در عامل ها به استثناء دو صفت کربوهیدرات محلول در آب و فیبر محلول در شوینده خنثی، برای دیگر صفات بالا بود. کربوهیدرات محلول در آب در دو عامل اول و سوم نقش متوسطی داشت.

جدول 5--------------------------

نمودار پراکنش جمعیت های مورد بررسی بر اساس عامل اول(عامل قابلیت هضم ماده خشک و کربوهیدرات محلول در آب بالا و فیبر محلول در شوینده خنثی پائین)، و عامل سوم(عامل عملکرد علوفه بالا) که در آن گروه بندی حاصل از تجزیه کلاستر صفات به روش Ward نیز مشخص شده است(شکل2) نشان داد که جمعیت های 1، 4، 7، 18 و 36 از کلاستر چهارم  دارای عامل عملکرد علوفه، قابلیت هضم ماده خشک و کربوهیدرات محلول در آب بیشتر و فیبر محلول در شوینده خنثی کمتری نسبت به دیگر جمعیت ها داشتند. نمودار پراکنش بر اساس عامل دوم(پروتئین خام، درصد خاکستر و فیبر محلول در شوینده خنثی بالا)، و عامل سوم(عامل عملکرد علوفه بالا) نشان داد(شکل 3) که جمعیت های 32، و 6 از کلاستر اول، جمعیت های 19، 16، 33 و 23 از کلاستر دوم و جمعیت  7 از کلاستر چهارم عملکرد علوفه و پروتئین خام مطلوبی داشتند، این جمعیت ها خاکستر و فیبر محلول در شوینده خنثی بیشتری نیز نسبت به دیگر جمعیت ها داشتند. در شکل شماره 3 نیز نمودار پراکنش جمعیت های مورد بررسی بر اساس عامل اول و عامل دوم ارائه شده است، که با توجه به این نمودار می توان تمام جمعیت های کلاستر 3  و جمعیت 7 از کلاستر 4 را به عنوان جمعیت هایی که کیفیت علوفه مطلوبی بدون در نظر گرفتن عملکرد علوفه دارند معرفی نمود.

شکل 3-4-----------------------

بحث

برای دستیابی به اطلاعات و ابزار اصلاحی در گراس های علوفه ای چند ساله، باید اطلاعاتی در رابطه با چگونگی و میزان تنوع ژنتیکی در دسترس باشد. نتایج تحقیق حاضر حاکی از وجود تنوع بالا در بین جمعیت ها می باشد. بالا بودن تنوع معنی دار دربین ژنوتیپ ها باعث افزایش کارایی برنامه های اصلاحی خواهد شد(مرادی و جعفری، 1385). همچنین وراثت پذیری مطلوبی برای صفات، خصوصا" صفات عملکرد علوفه خشک و درصد فیبر محلول در شوینده خنثی به ترتییب برابر 35/55% و 22/56% مشاهده شد. در تحقیقی بر روی 21 جمعیت علف باغ برای عملکرد علوفه خشک میزان وراثت پذیری 89/63% گزارش گردید و وجود تنوع ژنتیکی و میزان قابلیت توارث نسبتا بالا برای صفات را عامل فراهم شدن امکان بهبود صفات ازطریق برنامه های اصلاحی بیان نمودند(محمدی و همکاران، 1387). جعفری و جاورسینه(1384) برای عملکرد علوفه و صفات کیفی در گونه Festuca arundinacea میزان وراثت پذیری عمومی متوسط تا زیاد گزارش کردند، و بیان داشتند که در بین صفات کیفی مقدار وراثت پذیری خصوصی برای درصد قابلیت هضم و قندهای محلول در آب کم و برای سایر صفات کیفی در حد متوسط تا زیاد بود که اهمیت ژن های غیر افزایشی در کنترل درصد قابلیت هضم و قندهای محلول و نقش ژن های افزایشی را در کنترل سایر صفات کیفی نشان می داد.

همبستگی فنوتیپی صفات نشان داد که صفت عملکرد علوفه با هیچکدام از صفات کیفی ارتباط معنی دار نداشته و این امر گزینش همزمان برای عملکرد و کیفیت علوفه را پیچیده نمود، گزارشات متعددی در زمینه عدم وجود رابطه معنی دار بین عملکرد علوفه و صفات کیفی در گیاهان مختلف علوفه ای ارائه شده است(جعفری و گودرزی، 1385؛ ایمانی و همکاران، 1387؛ محمدی و همکاران،1385). از طرف دیگر صفات کیفی نیز دارای دو روند متفاوت بودند، به این شرح که پروتئین خام با خاکستر ارتباط مثبت و با کربوهیدرات محلول در آب ارتباط منفی داشت و در روند دوم نیز قابلیت هضم با فیبر محلول در شوینده اسیدی ارتباط منفی نشان داد. بنابراین این امر باعث پیچیده تر شدن گزینش گردید. گروه بندی بر اساس تجزیه کلاستر و آزمون دانکن گروه ها نیز روندهای حاصل را کاملا تایید نمود، و هرچند تنوع معنی دار در بین گروه های ایجاد شده برای صفات ملاحظه شد، اما گروه اول حاصل از تجزیه کلاستر بعنوان گروه برتر برای عملکرد علوفه، گروه دوم برای درصد قابلیت هضم، پروتئین خام و همچنین گروه چهارم برای کربوهیدرات محلول در آب قابل معرفی بودند، و در دیگر گروه ها در صورت برتری صفات کیفی، عملکرد علوفه قابل توجهی نداشتند. برای عملکرد و اجزای عملکرد در در توده های طبیعی و ارقام خارجی فستوکا مقایسه میانگین با روش دانکن بر روی گروه بندی حاصل از تجزیه کلاستر به روش UPGMA  برای تمام صفات وجود تنوع معنی دار در بین گروه ها را نشان            داد(مجیدی، 1388).

با توجه به اینکه در یک ساختار چند متغیره، تجزیه های چندمتغیره قادر به تفسیر آسانتر ساختار موجود در میان داده ها می باشند(Gauch, 1992)، به همین دلیل مشاهده شد که تجزیه عاملی و دوران واریماکس به خوبی ساختار داده ها را مشخص نمود، به این شرح که عامل اول به قابلیت هضم ماده خشک و به کربوهیدرات های محلول در آب بالا اختصاص یافت و عامل دوم به  پروتئین خام، خاکستر و فیبر محلول در شوینده خنثی پائین اختصاص داشت، در نتیجه می توان این دو عامل را به عنوان عامل های کیفی بیان کرد و عامل سوم  به عملکرد علوفه خشک و کربوهیدرات های محلول در آب اختصاص داشت، بنابراین ساختار واقعی موجود در میان داده ها با 79/76 درصد از واریانس بیان شده توسط این سه عامل به خوبی نمایان شد. از تجزیه چند متغیره، در گروه بندی ارقام و اکوتیپ های گونه های مختلف گراس ها استفاده شده است.(Srivastava, 2002) جعفری و همکاران(1386) در بررسی تنوع ژنتیکی عملکرد بذر و اجزای عملکرد برای علف گندمی(Agropyron desertorum) از طریق تجزیه به عاملها متغیر های مرتبط با عملکرد علوفه و بذر را شناسایی نموند، و ارتباط عامل اول با عملکرد علوفه و عامل دوم با عملکرد بذر را گزارش کردند.

با استفاده از نمودار پراکنشی عامل اول و سوم مشخص شد که جمعیت های 4، 7، 18 و 36 علاوه بر عملکرد علوفه بالا دارای قابلیت هضم ماده خشک بالا، کربوهیدرات های محلول در آب بیشتر و فیبر محلول در شوینده اسیدی کمتری نسبت به دیگر جمعیت ها بودند.  بر اساس نمودار پراکنشی عامل دوم  و سوم  جمعیت های 6، 32، 7، 16، 19، 33 و 23 علاوه بر عملکرد علوفه مطلوب، دارای پروتئین خام و خاکستر و کربوهیدرات محلول در آب بیشتر و فیبر محلول در شوینده خنثی بیشتری نسبت به دیگر جمعیت ها بودند و در نهایت بر اساس نمودار پراکنشی عامل اول و دوم که می توان آنرا به عنوان نمودار پراکنشی صفات کیفی نامگذاری کرد. جمعیت های 5، 8، 9، 11، 12 و 25 از کلاستر سوم و جمعیت  7 از کلاستر چهارم برای تمام صفات کیفی مطلوب بودند. نکته جالب توجه این بود که گروه بندی تجزیه کلاستر صفات در نمودار پراکنشی صفات کیفی نسبت به دو نمودار دیگر به خوبی تفکیک شده بود، دلیل این امر را می توان به سهم 2/58درصدی عامل های کیفی(عامل اول و دوم) از تنوع موجود در ساختار داده نسبت داد و بنابراین تجزیه کلاستر نیز بیشتر متاثر از صفات کیفی بود تا عملکرد علوفه. در یک جمع بندی کلی با توجه به مقایسه میانگین ها و تجزیه عاملی، می توان بیان داشت که جمعیت های 5، 7، 8، 9، 11 و 25 برای صفات کیفی و عملکرد نسبت به دیگر جمعیت ها برتر بودند.