ارزیابی لاین های برنج سبز برتر (GSR) از نظر عملکرد و خصوصیات مطلوب

مقدمه

برنج از نظر تولید در سطح جهان دومین محصول زراعی بوده است و بعد از گندم و ذرت سومین محصول عمده زراعی از نظر سطح زیر کشت است (FAO، 2012). برنج از غلات اصلی است که رشد آن در سیستم های تحت آبیاری انجام می شود (Rang و همکاران، 2011). برآورد می شود که نیمی از جمعیت جهان، تماماً یا به طور نسبی از برنج امرار معاش می کنند. افزایش سریع مصرف برنج، عمدتاً بواسطه افزایش جمعیت انسانی در کشور های در حال رشد می باشد. پیش بینی می شود که جمعیت دنیا دائماً افزایش خواهد یافت و از 6 میلیارد و 900 میلیون نفر به 8 میلیارد نفر در سال 2030 خواهد رسید. براساس مستندات فائو، خسارت سالیانه به زمین در اثر عواملی همچون فرسایش، پیشروی کویر و دخالت بی رویه بشر حدود 10 تا 35 میلیون هکتار در سال برآورد شده، که نیمی از این زمین ها مربوط به اراضی کشاورزی است. بر اساس آخرین ارزیابی به عمل آمده از سوی سازمان فائو، امروزه بالغ بر ٩٦٩ میلیون نفر در جهان با هزینه ای کمتر از یک دلار در روز زندگی می کنند و حدود سه چهارم از آن ها برای بقا خود به کشاورزی وابسته اند. در واقع فقر و تنگدستی شدید این افراد خروج از این وضعیت را برای آن ها غیر ممکن ساخته است. طبق این گزارش، در تعیین موقعیت تولید غذای جهانی عوامل جدیدی نقش دارند .رشد درآمد، جهانی شدن، توسعه شهری، قیمت بالای انرژی و تغییرات آب و هوایی به سرعت در حال تغییر وضعیت تقاضا، عرضه و دسترسی به غذا در جهان می باشند. بر اساس پیش بینی های صورت گرفته، افزایش جمعیت و همچنین افزایش رشد اقتصادی کشورهای در حال توسعه در دهه های آتی به رشد تقاضای غذا منجر خواهد شد. علاوه بر این، تقاضای جهانی غذا نه تنها افزایش می یابد، بلکه از لحاظ ماهیتی نیز دچار تغییرات عمده خواهد شد. گسترش شهرسازی و تغییر ذائقه های غذایی موجب شده است تقاضا برای تولیدات گران قیمت غذایی در کشورهای در حال توسعه افزایش یاید. علاوه بر موارد مذکور، مساله عدم دسترسی به غذا مشکل دیگری است که باید آن را رفع کرد. دلیل گرسنگی یک میلیارد نفر از جمعیت جهان در زمان حاضر، کمبود غذا نیست، دلیل اصلی در واقع عدم دسترسی به غذا است. رقابت بر سر زمین های کشاورزی و منابع آب، قیمت بالای انرژی و تغییرات آب و هوایی همگی بدان معنا است که جهان باید با منابع کمتر، غذای بیشتری تولید کند. رشد پایدار در بخش کشاورزی، عاملی حیاتی برای تغذیه جهان در دهه های آتی است. بنابراین طرح های مختلفی در این زمینه ارائه شده است، مگا پروژه ¹ GSRبا هدف توسعه ارقام زراعی با حداقل نهاده های شیمیایی با عملکرد بالا، متحمل به بیماری های مهم همچون بلاست، لکه قهوه ای و آفاتی همچون ساقه خوار برنج، برگ خوار و تنش های محیطی در سال 2008 توسط دانشکده علوم زراعی چین²  با همکاری مرکز تحقیقات بین المللی برنج ³IRRI آغاز گردید. هدف بلند مدت در این طرح افزایش 30 درصدی تولید برنج در مناطق دیمکاری و تحت شرایط آبیاری در 7 کشور آسیایی بود. از آنجائی که پژوهشکده ژنتیک و زیست فناوری طبرستان (برنج و مرکبات سابق) طی تفاهم نامه ای همکاری تحقیقاتی با IRRI دارد و با مبادله مواد آزمایشی و تحقیقاتی بخشی از ارقام پروژه GSR را در مزارع پژوهشی دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری مورد ارزیابی قرار داده است. در ایران نیز به دلیل عدم تکافوی برنج تولیدی با سطح زیر کشت بالغ بر 480000 هکتار (FAO، 2012) و با ارقام فعلی، هر ساله مقادیر قابل توجهی برنج از خارج وارد می گردد. این امر باعث خروج مقادیر قابل توجهی ارز از کشور شده است. خودکفایی و تثبیت قیمت در تولید برنج، موضوع بسیار مهم در کشورهای با درآمد پایین بوده و سیاست گذاری های کلانی در این بخش صورت می گیرد. برنج به عنوان غذای ضروری، زمینه ایجاد امنیت غذایی، اشتغال و درآمد را برای مردم فقیر فراهم می کند. آسیا 90% از برنج دنیا را تولید و مصرف می کند (Yushitola و همکاران، 2004). با توجه به چالش رشد جمعیت و کاهش اراضی کشاورزی، بدیهی است که تنها راه حل این مشکل، اصلاح عملکرد محصول غلات عمدتاً برنج، گندم، ذرت و غیره باشد (Yuan و Peng، 2005). با توجه به پتانسیل ارقام محلی و بومی کشور در یک برنامه اصلاحی به منظور دستیابی به ارقام پرمحصول کیفی، طرحی از تلاقی ارقام پرمحصول با کیفیت پخت و خوراک پایین و ارقام محلی کیفی با عملکرد پایین توسط نعمت زاده و همکاران انجام گردید که پس از ارزیابی لاین های مختلف، طی نسل های پیشرفته لاین ندا به عنوان رقم پرمحصول معرفی شد ( Nematzadehو همکاران، 2011). همچنین با هدف اصلاح ارقام پرمحصول و کیفی با استفاده از تلاقی برگشتی-شجره ای رقم قائم و پردیس پس از گذشت 5 نسل از بین 13 لاین برتر خالص انتخاب و معرفی گردید (Nematzadeh و همکاران، 2011؛  Nematzadeh و همکاران، 2010). هدف از این تحقیق ارزیابی لاین های برنج سبز برتر GSR اصلاح شده با عملکرد و خصوصیات مطلوب می باشد.

مواد و روش ها

مواد گیاهی در این تحقیق شامل 27 لاین خالص شده توسط  IRRIبه همراه یک رقم شاهد بین المللی به نام IR64 و 2 رقم شاهد محلی به نام های پژوهش (زودرس با عملکرد بالا) و فجر (متوسط رس با عملکرد بالا) بوده که در جدول 1 آمده است. این تحقیق در قالب طرح بلوک های کامل تصادفی با 3 تکرار در مزرعه پژوهشی پژوهشکده ژنتیک و زیست فناوری کشاورزی طبرستان در سال زراعی 1391 به اجرا در آمد. بذرپاشی در تاریخ 27 فروردین 1391 و متعاقباً 30 روز بعد از بذر پاشی انتقال نشاها با فاصله کاشت 25×25 و بصورت کپه ای (به تعداد 3 الی 4 بوته در کپه) و در کرت هایی به طول 75/1 متر و عرض 1 متر و به تعداد 40 بوته در هر کرت انجام گردید. تمامی مراحل داشت طبق عرف منطقه صورت پذیرفت. یادداشت برداری برخی صفات مهم زراعی و مورفولوژیکی همچون تعداد روز تا 50 درصد گلدهی، ارتفاع بوته (cm)، تعداد دانه پر در خوشه، طول خوشه (cm)، تعداد پنجه بارور و عملکرد دانه برحسب گرم بر متر مربع طبق دستورالعمل ثبت صفات ⁴ SESدر مزرعه انجام و ارزیابی گردید (IRRI، 2002). همچنین به منظور یافتن روابط میان صفات مختلف، ضرایب همبستگی صفات محاسبه و تجزیه و تحلیل داده ها با استفاده از نرم افزار SAS، SPSS و Excel انجام گردید. جهت مقایسه میانگین ها از آزمون چند دامنه ای دانکن در سطح احتمال 5 درصد استفاده شده است. همچنین جهت تجزیه کلاستر ژنوتیپ ها، بر اساس تمامی صفات اندازه گیری شده از روش وارد (Ward method) و با ضریب تشابه مربع فاصله اقلیدسی استفاده گردید.

نتایج و بحث

نتایج تجزیه واریانس صفات مهم مورفولوژیکی اندازه گیری شده در 30 ژنوتیپ برنج نشان داد که بین ژنوتیپ ها از نظر صفات ارتفاع بوته، تعداد روز تا 50 درصد گلدهی، تعداد پنجه بارور، تعداد دانه در خوشه، طول خوشه و عملکرد دانه اختلاف بسیار معنی داری وجود دارد (جدول 2). پاشا و همکاران در بررسی تنوع ژنتیکی روی 16 ژنوتیپ برنج نشان دادند ژنوتیپ های مورد مطالعه براساس صفات مختلف زراعی و مورفولوژیکی اندازه گیری شده اختلاف معنی داری داشتند که نشان دهنده تنوع ژنتیکی بین ژنوتیپ ها بود (pashaو همکاران، 2011). مقایسه میانگین عملکرد دانه و صفات وابسته به آن برای سه لاین شاهد برنج مورد مطالعه در این تحقیق نشان داد که رقم IR64 با متوسط تولید دانه شلتوک 71/411 گرم بر متر مربع بیشترین عملکرد دانه را در بین ارقام شاهد دارا بوده است. بالا بودن عملکرد این رقم به دلیل بالا بودن تعداد دانه در خوشه (44/244) می باشد. همچنین این رقم با 33/105 روز تا 50 درصد گلدهی، جزء دیررس ترین رقم در میان ارقام شاهد و ژنوتیپ های بکار رفته در این تحقیق محسوب می شود. در بین ارقام شاهد محلی رقم فجر با عملکرد 68/375 گرم بر متر مربع دارای عملکرد بالاتری در مقایسه با رقم پژوهش بوده است. از میان ژنوتیپ های مورد مطالعه، بلندترین ارتفاع بوته مربوط به ژنوتیپ HEXI41 با ارتفاع 78/124 و کوتاه ترین آن مربوط به ژنوتیپ D100 با ارتفاع 56/80 سانتی متر بوده است این ژنوتیپ همچنین با 67/70 روز از بذرپاشی تا 50 درصد گلدهی زودرس ترین ژنوتیپ شناسایی گردید. رقم فجر بیشترین تعداد پنجه بارور (67/15) را در میان تمامی ژنوتیپ ها به خود اختصاص داده است. ژنوتیپ SAGC-02 با دارا بودن 55/302 دانه بیشترین تعداد دانه در خوشه را داشته است. دامنه تغییرات تعداد دانه در خوشه 13/213 بوده است که نشان از تنوع بالا در این صفت بین ژنوتیپ های مورد مطالعه است. بلندترین طول خوشه را نیز ژنوتیپ SAGC-029 با طول خوشه 58/28 سانتی متر دارا بوده است (جدول 3). بررسی های انجام شده در گذشته، نشان داد که سیستم های ژنتیکی متفاوتی در کنترل صفات فوق وجود دارد که اهمیت مطالعه ای صفات را تأیید می نماید (Surek  وهمکاران2004؛  Swatiو همکاران 2002). با توجه به نتایج حاصل از مقایسه ژنوتیپ های مورد مطالعه و ارقام شاهد بین المللی و محلی مشخص گردید که 2 لاین KCD1 وWTR1 دارای عملکرد بالاتری نسبت به رقم شاهد بین المللی IR64 بودند، ولی بین آنها اختلاف معنی داری وجود نداشته است. بالاترین مقدار عملکرد در بین تمامی ژنوتیپ های مورد مطالعه متعلق به ژنوتیپ های KCD1، WTR1 و  LH1بود که به ترتیب دارای عملکرد 10/432، 13/379 و 76/362 گرم در متر مربع بودند. این سه ژنوتیپ نیز از نظر آماری اختلاف معنی داری با یکدیگر نداشتند. همچنین دو رقم شاهد IR64 و فجر نیز در گروه ارقام با عملکرد بالا قرار گرفتند. ژنوتیپ KCD 1 از نظر مقبولیت فنوتیپی ضعیف و تیپ دانه متوسط وWTR1  از نظر مقبولیت فنوتیپی ضعیف و تیپ دانه، متوسط به پایین و LH1 از نظر مقبولیت فنوتیپی خوب و دانه بلند بودند. ژنوتیپ LH1 با توجه به خصوصیات یاد شده به عنوان لاین امید بخش با سازگاری خوب انتخاب گردید (جدول 4). تورنگ و همکارن در مقایسه عملکرد ارقام، با بررسی 24 لاین انتخابی به همرا دو رقم شاهد هاشمی و بینام به منظور مقایسه عملکرد گزارش کردند که لاین ها به لحظ عملکرد اختلاف زیادی دارند و لاین های
IR70444-87-2-1 و IR70418-112-1-2 به ترتیب با 715/7 و 062/7 تن در هکتار بیشترین عملکرد را داشتند (Torang و همکاران، 2011) نتایج حاصل از گروهبندی ژنوتیپ های مورد مطالعه نشان داد که تمامی ژنوتیپ ها به 5 گروه تقسیم شدند که ژنوتیپ هایKCD1 ، WTR1،ZX788  و LH1 در یک گروه قرار گرفته و به عنوان گروه برتر از تجزیه کلاستر انتخاب گردیدند. ارقام شاهد پژوهش و فجر در گروه دوم قرار گرفتند. بیش از 36 درصد از ژنوتیپ ها به همراه رقم IR64 در گروه پنجم قرار گرفته اند. این گروه از نظر تعداد ژنوتیپ ها، دارای بیشترین تعداد بوده است. ژنوتیپ هایی که در یک گروه قرار می گیرند از نظر صفات اندازه گیری شده دارای تشابه ژنتیکی بیشتری نسبت به دیگر گروه ها می باشند (شکل 1). گروه اول از تجزیه کلاستر بالاترین عملکرد دانه در بین پنج گروه را دارا بوده است و از میانگین گروه ها نیز عملکرد دانه بیشتری داشته است. زودرس ترین ارقام مورد مطالعه با کمترین تعداد روز تا 50 درصد گلدهی در گروه سوم از تجزیه کلاستر قرار گرفتند و دارای کمترین میزان عملکرد دانه بوده است (جدول 5). بر اساس یافته ها، تجزیه خوشه ای توانایی منحصر به فردی در تشخیص میزان تشابه ژنتیکی بین ژنوتیپ های مورد مطالعه و گروهبندی آن ها با استفاده از دندروگرام دارد ( Ogunbayoو همکاران 2005؛ Aliyu و همکاران، 2000). ضریب همبستگی، اندازه و شدت ارتباط بین دو متغیر را نشان می دهد. ضرایب همبستگی صفات مختلف مورفولوژیکی نشان دهنده این مطلب است که تعداد روز تا 50 درصد گلدهی با تعداد دانه در خوشه  (70/0= r)، طول خوشه (60/0= r) و ارتفاع بوته (56/0= r) و همچنین تعداد دانه در خوشه با صفت طول خوشه (55/0r =) رابطه مثبت معنی داری داشته است (جدول 6). نتایج مشابهی توسط سایر محققین گزارش شده است (Buu و Troung،1988 ؛ Zafar و همکاران 2004).