Evaluation of variability and heritability of effective traits on yield in bean (Phaseolus vulgaris L.) under non-stress and moisture stress conditions before pod formation

مقدمه
      حبوبات پس از غلات، دومین منبع غذایی جوامع بشری می‌باشند که دربین آنها لوبیای زراعی ازنظر میزان و سطح زیرکشت مقام نخست را در جهان دارد. سطح زیرکشت لوبیا در ایران 90844  هکتار با مجموع عملکرد دانه در حدود 194111 تن می‌باشد (1FAO،2010). گیاه لوبیا به شرایط آب و خاک و کیفیت آن بسیار حساس است و عملکرد آن حتی در دوره های کوتاه مدت تنش تحت تأثیر قرار می گیرد(Jolaei,2005). از نظر (Mass و Hoftman ،1977) تنش خشکی زمانی افزایش می‌یابد که تقاضای بالا‌ی تبخیر اتمسفر‌ی برگ‌ها (تبخیر-تعرق‌بالقوه) از ظرفیت و توانایی ریشه ها برای استخراج آب از خاک (تبخیر-تعرق حقیقی) فراتر رود. یکی ازعوامل مهم در افزایش عملکرد لوبیا انتخاب رقم پرمحصول و متحمل به تنش های زیستی و غیر زیستی می باشد (Ghanbari و همکاران،2004). عملکرد گیاهان زراعی تحت تأثیر شرایط محیطی، ساختار ژنتیکی و اثر متقابل آن ها است. اگر چه کلیه تنش های زیستی و غیر زیستی از عوامل مهم کاهش تولید محسوب می شوند ( Entzو Foler ،1995)ولی نتایج بررسی ها نشان می دهند که تنش رطوبتی، مهم ترین تنش غیرزیستی است که باعث کاهش عملکرد ژنوتیپ ها و ارقام مختلف لوبیا می گردد. دوره های طولانی تنش خشکی منجربه کاهش شدید عملکرد درنواحی خشک ونیمه خشک می شود.  اصلاح ارقام مقاوم به خشکی از مهم ترین راه حل برای مبارزه با مشکل خشکی است ( Rebtezk و همکاران،2006).  (Richards ،1999) بیان کرد که انتخاب در هر دو شرایط تنش وعدم تنش سبب تجمع آلل های مطلوب و انتخاب ژنوتیپ هایی با عملکرد بالاتر می شود. تکامل گیاهان از زمان اهلی شدن آن ها، به وسیله گزینش فنوتیپی صفات سازگارتر انجام شده است. باوجود این، گزینش مستقیم درمورد عملکرد در شرایط تنش خشکی با توجه به وراثت پذیری کم، کنترل چندژنی، اپیستازی و اثرمتقابل محیط در ژنوتیپ مختل می شود) Cattivelli  و همکاران، 2008).
      منابع ژنتیکی گیاهی، علاوه برنقش زیر بنایی برای توسعه کشاورزی، به عنوان منبعی از ژن های مفید برای مقاومت به تنش های زیستی و غیرزیستی و گسترش سازگاری ژنتیکی در برابرتغییرات محیطی به حساب می آیند که در صورت بهره برداری صحیح ازآن ها، واریته های جدید و مطلوبتر گیاهی را می توان تولید کرد Amini) و همکاران،2002).
 وجود تنوع ژنتیکی کافی لازمه انتخاب برای هر هدف اصلاحی می باشد که جهت ارزیابی این تنوع ژنتیکی از تجزیه و تحلیل های ژنتیکی استفاده می شود و معمولا در این بررسی ها، واریانس ژنتیکی،  واریانس فنوتیپی،  ضرایب تنوع ژنتیکی،  ضرایب تنوع فنوتیپی و وراثت پذیری برآورد می شوند. همچنین از تجزیه و تحلیل های آماری از جمله از روش تجزیه رگرسیون گام به گام به منظور تفسیر روابط موجود میان صفات و گروه بندی آنها بر مبنای این روابط استفاده می گردد، تا از این راه مهم ترین صفات مؤثر بر عملکرد که موجب پدید آمدن همبستگی میان صفات گردیده شناسایی شوند (Johnson ،1982). گلباشی و همکاران(1389) با انجام تجزیه رگرسیون گام به گام در  ارقام لوبیا سفید تحت شرایط تنش رطوبتی اظهار کردندکه صفات وزن غلاف، شاخص برداشت، وزن صد دانه و تعداد دانه در بوته و در شرایط عدم تنش رطوبتی صفات وزن غلاف، شاخص برداشت و عملکرد زیست توده به عنوان مهمترین صفات مؤثر بر عملکرد دانه می باشند. خاقانی و همکاران(1388) نیز در لوبیا قرمز صفات وزن صد دانه، تعداد دانه در بوته و تعداد روز تا ظهور برگ های اولیه را تحت شرایط تنش از جمله مهمترین صفات مؤثر بر عملکرد دانه دانستند. خشکی سبب کاهش بیوماس، عملکرد دانه، شاخص برداشت و وزن دانه می شود(German و Teran، 2006). نامبردگان، همچنین گزارش کردند که عملکرد دانه در شرایط عدم تنش رطوبتی و تنش رطوبتی همبستگی مثبتی با هم نشان دادند. Albayrak  و Tongel (2006) بیان کردند که بین عملکرد و  صفات تعداد دانه در غلاف و شاخص برداشت همبستگی مثبت و معنی داری وجود دارد. دوره های طولانی تنش خشکی منجربه کاهش شدید عملکرد در نواحی خشک ونیمه خشک می شود. اصلاح ارقام مقاوم به خشکی مهم ترین راه حل برای مبارزه با مشکل خشکی است (Rebtezk و همکاران،2006). از طرف دیگر افزایش عملکرد در شرایط کمبود آب نیازمند شناسایی ژنوتیپ های مقاوم به خشکی و کارهای مدیریتی برای حداکثر کردن آب قابل دسترس است (Passioura ،2006). در اصلاح صفات زراعی، میزان پاسخ به گزینش از رابطه R = iδh2 محاسبه می گردد.  براساس این رابطه مهمترین عوامل  مؤثر بر پاسخ به گزینش عبارت است از شدت گزینش (i)، انحراف معیار فنوتیپی صفت (δP) و وراثت پذیری  آن (h2) می باشد (Falconer ،1989). لذا با توجه به رابطه فوق، یکی ازمهمترین عوامل دخیل در پاسخ به گزینش انحراف معیار فنوتیپی(δP) صفت مورد نظر می باشد که هر اندازه مقدار تنوع صفتی بیشتر باشد میزان پاسخ به گزینش آن بیشتر خواهد بود. از طرفی دیگر با توجه به پیچیدگی توارث پذیری صفت عملکرد بویژه تحت شرایط تنش رطوبتی، تعیین و شناسایی مهم ترین عوامل مؤثر بر آن لازم و ضروری می باشد و این امر کمک قابل توجهی به برنامه های اصلاحی می نماید. بنابراین مهمترین اهداف این تحقیق شامل؛ تعیین میزان تنوع پذیری و وراثت پذیری عملکرد و صفات مهم زراعی مؤثر بر آن تحت شرایط معمولی و تنش رطوبتی، شناسایی مهم ترین صفات مؤثر بر افزایش عملکرد تحت هر دو شرایط معمولی و بویژه شرایط تنش رطوبتی، ارزیابی پاسخ ژنوتیپ های مختلف با تیپ های مختلف رشدی به شرایط متفاوت رطوبتی و شناسایی مطلوبترین ژنوتیپ ها با عملکرد بالا می باشد.

مواد و روش ها
    این پژوهش در سال 1391 تحت شرایط عدم تنش رطوبتی و تنش رطوبتی قبل ازغلاف دهی در قالب طرح بلوک های کامل تصادفی با سه تکرار بر روی 9 رقم لوبیا، شامل 5 رقم لوبیای قرمز (اختر، درخشان، صیاد، گلی، ناز) و 4 رقم لوبیا سفید (پاک، درسا، دانشکده، شکوفا) اجرا گردید. دورآبیاری درشرایط عدم تنش رطوبتی به صورت میانگین حدود 7 روز ( براساس 80 میلی‌متر تبخیر از تشتک تبخیرکلاس A)  و درخصوص شرایط تنش رطوبتی دور آبیاری به طور متوسط حدود 11 روز ( براساس100 میلی‌متر تبخیر ازتشتک تبخیر کلاسA) پیاده شد. کشت بذر‌ها به صورت دستی در کرت‌های به ابعاد 4×2 متر انجام شد که هر کرت شامل 4 ردیف به فاصله 50 سانتی‌متر از یکدیگر بود. فاصله بذر‌ها بر روی ردیف‌ها 10 سانتی‌متر در نظرگرفته شد. به منظور ممانعت از نشت آب  بین تکرار‌ها دو متر فاصله در نظر گرفته شد. عملیات زراعی شامل مبارزه با علف های هرز، مبارزه با آفات گیاهی، آبیاری و سایر موارد ضروری در طول اجرای طرح بر حسب ضرورت انجام گرفت. در پایان فصل رشد، 20بوته جهت اندازه‌گیری صفات مختلف به غیر از عملکرد، به صورت تصادفی انتخاب گردید ولی جهت محاسبه عملکرد اقتصادی و زیست توده، کل بوته ها برداشت و اندازه گیری شد. تجزیه و تحلیل داده ها، پس از انجام آزمون نرمال بودن باقیمانده داده ها و آزمون یکنواختی واریانس تیمارها، با نرم افزارSAS 9.1 وMINITAB 14 انجام شد. سپس با بررسی فرض های مستقل بودن خطاهای مدل رگرسیونی و نرمال بودن توزیع آنها، از رگرسیون گام به گام به روشForward، برای شناسایی صفاتی که بیشترین میزان تنوع عملکرد دانه را توجیه می کنند استفاده شد. از تقسیم واریانس ژنوتیپی به فنوتیپی برآوردی از درصد وراثت پذیری عمومی2H^2  هرصفت به دست آمد. ضریب تغییرات ژنوتیپی3 (GCV)و ضریب تغییرات فنوتیپی4(PCV) به ترتیب با استفاده از واریانس ژنوتیپی〖σ_g〗^2 و واریانس فنوتیپی〖σ_ph〗^2    و همچنین میانگین صفات (¯x)،  براساس رابطه های زیر محاسبه شدند.
معادله 1

نتایج و بحث
نتایج تجزیه واریانس و مقایسه میانگین ها
    نتایج تجزیه واریانس (جدول2) نشان داد که تفاوت ارقام درشرایط معمولی رطوبتی برای کلیه صفات به غیر از صفت تعداد دانه در بوته، در سطوح مختلف آماری تفاوت معنی دار (p<0.05) بود، همچنین نتایج این تجزیه  درشرایط تنش رطوبتی (جدول3) نیز نشاندهنده وجود تفاوت معنی دار(p<0.05) ارقام  در بیشتر صفات مورد بررسی بود که این بیانگر اهمیّت این صفات در ایجاد تنوع در بین ارقام در شرایط معمولی و تنش رطوبتی می باشد. نتایج  مقایسه میانگین ها تحت  شرایط عدم تنش و تنش رطوبتی(جداول5 و3)، نشان داد که رقم گلی دارای بیشتری مقدار از نظر صفات روز از کاشت تا 50% غلاف دهی، روز از کاشت تا رسیدگی فیزیولوژیک و طول دوره پرشدن غلاف بود و این در حالی بود که این رقم دارای کمترین عملکرد تحت هر دو شرایط بود. بنابراین اظهار می گردد که افزایش بی رویه این صفات، بویژه در شرایط تنش رطوبتی، باعث اثر نامطلوب بر عملکرد می گردد. بعبارتی دیگر بالا بودن میانگین این سه صفت، سبب کاهش اجزای اصلی عملکرد یعنی تعداد غلاف در بوته، وزن غلاف، وزن صددانه در بوته و همچنین کاهش میزان زیست توده می گردد که در کل عملکرد دانه کاهش خواهد یافت. این در حالی است که ارقام درسا و دانشکده، که دارای عملکرد بالا و مطلوبی به ترتیب در شرایط معمولی و تنش رطوبتی بودند، میزان کمتری از سه صفت فوق و میزان بیشتری از اجزای مهم عملکرد  را داشتند و به همین دلیل عملکرد بالا و قابل قبولی را داشتند. اهمیّت صفات بالا به عنوان صفات مؤثر بر عملکرد در تجزیه رگرسیون گام به گام نیز(جدول6) تأیید شد. از نظر صفات اجزای عملکرد، دو صفت تعداد غلاف در بوته و وزن غلاف بیشترین اثر مثبت در افزایش عملکرد ارقام درسا و دانشکده و بیشترین اثر منفی در کاهش عمکرد رقم گلی را در هر دو شرایط داشت. صفت تعداد غلاف در بوته، یکی از متغیرترین اجزای عملکرد در حبوبات می باشد و از طرفی چون توانمندی حبوبات در تشکیل جوانه های گل، گل ها و غلاف ها بسیار بالاست، که لازمه دستیابی به این توانمندی وجود شرایط محیطی مناسب است، لذا در شرایط تنش رطوبتی به دلیل پسابیده شدن دانه های گرده و پژمردگی کلاله، رشد لوله های گرده متوقف شده، تعداد غلاف دربوته و نهایتا وزن غلاف در بوته کاهش می یابد که این منجر به کاهش عملکرد نهایی می گردد (Mouhouche و همکاران ،1998).  کاهش زیست توده در رقم گلی بیانگر این است که کاهش توانایی گیاه در جذب عناصر غذایی و ساخت و انتقال مواد پرورده در اثر کمبود آب، سبب کاهش تجمع ماده خشک می گردد و این کاهش اثر مستقیمی بر روی عملکرد دانه گذاشته، نهایتا سبب کاهش میزان سطح فتوسنتزکننده و کاهش عملکرد اقتصادی می گردد (Broughton و همکاران،2003). بیشترین مقدار عملکرد اقتصادی در شرایط عدم تنش رطوبتی مربوط به ارقام درسا و دانشکده و در شرایط تنش رطوبتی مربوط به رقم دانشکده می باشد این در حالیست که رقم گلی در هر دو شرایط،کمترین عملکرد را دارد. در مقایسه عملکرد رقم مطلوب دانشکده و رقم نامطلوب گلی تحت هر دو شرایط معمولی و تنش رطوبتی، می توان اظهار داشت که افزایش مقدار صفات تعداد روز از کاشت تا 50% غلاف دهی و روز از کاشت تا رسیدگی فیزیولوژیک تحت شرایط تنش، اثر نامطلوبتری بر عملکرد در مقایسه با شرایط عدم تنش داشت و در نتیجه اجزای مهم عملکرد را بیشتر تحت تأثیر خود قرار داد که نهایتاً منجر به اختلاف بیشتر عملکرد این دو رقم در شرایط تنش رطوبتی در مقایسه با شرایط عدم تنش شد. نتایج جدول (5 و 3) نشان داد که تحت هر دو شرایط رطوبتی، رقم درخشان دارای بالاترین میانگین از نظر صفت وزن صد دانه بود که شاید یکی از دلایل عملکرد مطلوب و بالای آن در شرایط عدم تنش، بذر درشت این رقم است و این در حالی است که کمترین میانگین وزن صد دانه متعلق به رقم گلی بود که کاهش وزن صد دانه در این رقم عمدتاً به دلیل توانایی کمتر آن در ساخت و تولید مواد فتوسنتزی و انتقال مواد پرورده بود (بیّات و همکاران،1389).  
نتایج تجزیه رگرسیون و همبستگی ساده صفات
       به منظور شناسایی صفات با بیشترین تأثیر بر روی عملکرد دانه به عنوان متغیر وابسته در مدل رگرسیونی، از روش رگرسیون گام به گام استفاده شد (جدول 6). نتایج نشان داد که درشرایط معمولی رطوبتی،  شش صفت وزن غلاف، شاخص برداشت، زیست توده، تعداد دانه در بوته، وزن صد دانه و تعداد غلاف در بوته به ترتیب وارد مدل رگرسیونی شدند و در مجموع 99/99 درصد از تغییرات عملکرد دانه را توجیه کردند. نتایج به دست آمده با نتایج همبستگی نیز مطابقت داشت. در شرایط تنش رطوبتی قبل از غلاف دهی،  سه صفت وزن غلاف، شاخص برداشت و زیست توده وارد مدل رگرسیونی شدند و در مجموع 85/98 درصد تغییرات عملکرد دانه را توجیه نمودند که نشاندهنده این است که با افزایش هریک از این اجزاء عملکرد نیز افزایش می یابد، این نتایج با نتایج سایرمحققین نیز مطابقت داشت (ابراهیمی و همکاران،1389؛ امینی و همکاران،1377؛ حبیبی،1385). نتایج همبستگی ساده صفات در شرایط معمولی (جدول 7) نشان داد که عملکرد دانه با صفات تعداد غلاف در بوته، وزن غلاف، تعداد دانه در بوته، زیست توده و شاخص برداشت همبستگی مثبت و معنی دار بود. صفت روز از کاشت تا 50% غلاف دهی دارای همبستگی منفی و غیر معنی داری با عملکرد تحت شرایط معمولی رطوبتی (n.s095/0r = ) داشت. این در حالی است که با عملکرد تحت شرایط تنش رطوبتی همبستگی منفی و معنی داری در سطح 1%  (**47/0r = ) داشت، بطوریکه در شرایط عدم تنش این صفت وارد مدل رگرسیونی نشد(جدول6). بنابراین اهمیّت این صفت تحت شرایط عدم تنش رطوبتی قابل توجه می باشد که با کاهش نسبی آن میزان عملکرد افزایش خواهد یافت.  وزن غلاف بیشترین همبستگی را در هر دو شرایط با عملکرد دانه داشت که با توجه به نتایج رگرسیون به عنوان اولین صفت تأثیرگذار در هر دو شرایط وارد مدل شد. بنابراین این صفت اهمیّت خاصی از جنبه اصلاحی جهت افزایش عملکرد دارد. عملکرد دانه در هر دو شرایط همبستگی بالایی با وزن غلاف، تعداد غلاف در بوته، زیست توده، شاخص برداشت و تعداد دانه در غلاف داشت که این نتایج با یافته های ناصح غفوری و همکاران(1389) مطابقت داشت، بطوریکه آن ها اظهار داشتند که  مطالعه تعداد غلاف در گیاه و وزن غلاف ها در هر گیاه مهمترین نقش را در عملکرد دانه دارند که این نشاندهنده اهمیت این صفات برای ژنوتیپ مقاوم به خشکی است. درحالیکه Chalik و همکاران (2004)،  بیشترین همبستگی عملکرد دانه را با تعداد دانه در غلاف دانستند. حبیبی و همکاران (2008) بیشترین همبستگی عملکرد دانه را با وزن غلاف، تعداد غلاف در بوته و شاخص برداشت گزارش کردند. Ludlow و همکاران (1990) نیز پیشنهاد دادند که شاخص برداشت بالا بهترین استراتژی برای بهبود عملکرد در شرایط محدود آبیاری است. باتوجه به جدول (7) وزن صد دانه با روز از کاشت تا 50% غلاف دهی و طول دوره پرشدن غلاف همبستگی منفی داشت که این موضوع مبین این نکته است که با افزایش این دو صفت وزن صددانه کاهش می یابد و این باعث کاهش عملکرد در برخی از ارقام مانند رقم درخشان خواهد شد.

ضرایب تنوع ژنوتیپی، فنوتیپی و وراثت پذیری عمومی در شرایط تنش و عدم تنش رطوبتی
       جهت تعیین میزان تنوع موجود در صفات مختلف، ضریب تغییرات ژنوتیپی و فنوتیپی محاسبه گردید. در کلیه صفات ضریب تغییرات فنوتیپی بزرگ تر از ضریب تغییرات ژنوتیپی بود.  براساس جدول (9) بالا ترین ضرایب تغییرات ژنوتیپی را در هر دو شرایط صفات تعداد غلاف در بوته و وزن غلاف به خود اختصاص دادند. ضریب تغییرات ژنوتیپی صفات نشان می دهند که تنوع موجود در صفات مختلف متفاوت است. در برخی از صفات تنوع زیاد و در بعضی صفات تنوع کمی وجود دارد. مسلما هر چه تنوع موجود در صفات بیشتر باشد انتخاب در آن ها  منجر به پاسخ به گزینش بهتری خواهد شد (Falconer، 1989). بالاترین میزان وراثت پذیری در هر دوشرایط به ترتیب متعلق به صفات روز ازکاشت تا 50%غلاف دهی و تعداد غلاف دربوته بود و کمترین میزان وراثت پذیری متعلق به صفت تعداد دانه در بوته در هر دو شرایط بود که در ارتباط با این صفت اثرات محیطی قسمت اعظم تغییرات فنوتیپی این صفت را به وجود آورده اند و در نتیجه انتخاب ژنوتیپ براساس این صفت چندان میسر نیست. به طور کلی در محیط معمولی در اکثر صفات میزان وراثت پذیری بالاتر از محیط دارای تنش رطوبتی است، به جز درصفاتی مثل روز ازکاشت تا 50% غلاف دهی و تعداد غلاف در بوته که علت آن را می توان عدم اثر محیط بر روی تظاهر این صفات دانست (حبیبی و همکاران،1386). در کلیه صفات ضریب تغییرات فنوتیپی بزرگتر از ضریب تغییرات ژنوتیپی بود (حبیبی و همکاران،1386)، بنابراین بالاترین ضریب تغییرات ژنوتیپی و فنوتیپی را صفت تعداد غلاف در بوته به خود اختصاص داد که این دلالت برنقش تعیین کننده این صفت در تنوع ژنتیکی و فنوتیپی می باشد (غفوری و همکاران، 1389).
نتیجه گیری
   براساس نتایج حاصله می توان اظهار داشت علی رغم اینکه اعمال تنش در مرحله قبل از غلاف دهی باعث کاهش چشمگیر عملکرد در بیشتر ژنوتیپ ها گردید ولی رقم دانشکده با حفظ عملکرد خود یکی از مطلوبترین ژنوتیپ های مناسب شرایط تنش رطوبتی و شرایط معمولی می باشد. بالا بودن میانگین تعداد غلاف در بوته از یک طرف و وزن بالای غلاف  و نیز رونده بودن و تیپ رویشی نامحدود در رقم  دانشکده دلیلی بر بالا بودن میزان عملکرد دانه در شرایط تنش رطوبتی بود چرا که  رونده بودن،  به دلیل سایه اندازی،  سبب کاهش میزان تبخیر و تعرق گردیده است. اما این در حالیست که  در رقم گلی،  به دلیل بالا بودن میانگین صفات روز از کاشت تا 50 درصد غلافدهی، روز از کاشت تا رسیدگی فیزیولوژیک و طول دوره پرشدن غلاف عملکرد دانه کاهش یافته است. نتایج همبستگی صفات با عملکرد دانه و تجزیه رگرسیون گام به گام نشان دهنده تأثیرگذاری صفات وزن غلاف، شاخص برداشت و زیست توده به طور مشترک درهردو شرایط و تعداد دانه در بوته، تعداد غلاف در بوته و وزن صددانه در شرایط عدم تنش رطوبتی بر عملکرد دانه بودند. بالا بودن میزان وراثت پذیری صفت روز از کاشت تا50% غلاف دهی می تواند آن را به عنوان صفت مطلوب در برنامه های اصلاحی معرفی کند.
پاورقی ها
Food & Agriculture Organization of the United  Nations
Heritability
Genotypic coefficient of variation
Phenotypic coefficient of variation