نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
1 استادیار پژوهشی موسسه تحقیقات برنج کشور، معاونت مازندران، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، آمل، ایران
2 پژوهشگر پژوهشگاه علوم و فنون هستهای، پژوهشکده کشاورزی هستهای، کرج،
چکیده
کلیدواژهها
مقدمه
تنوع و انتخاب دو رکن اصلی هر برنامه اصلاحی است و موفقیت یک پروژه اصلاحی منوط به وجود تنوع مطلوب و هدف مشخص میباشد (Kiani & Nematzadeh, 2013). موتاسیون با ایجاد تنوع ژنتیکی بیشتر، در بخشی از فرآیند دوقسمتی تکامل که شامل تنوع و انتخاب میباشد، نقش دارد و بهاینترتیب در اصلاح و تکامل گیاهان بسیار حائز اهمیت است (Esfahani & Fotokian, 2003).
پرتوهای یونیزه کننده از جمله اشعه گاما، با اثرات موتاژنی خود، خزانه ژنی متنوعتری را در منابع گیاهی ایجاد کرده و بهعنوان یک ابزار تکمیلی در فرآیندهای اصلاحی بهکار گرفته میشوند (Khialparast, 1991; Bagheri et al., 2014). با وجود بعضی از محدودیتها در اصلاح موتاسیونی، همچنان از القای جهش به میزان قابلتوجهی در اصلاح گیاهان استفاده میشود. مزیت اصلاح موتاسیونی، پتانسیل اصلاح یک یا چند صفت بدون تغییر دیگر قسمتهای ژنوم میباشد (Wani & Anis, 2008).
تولید ارقام برنج مناسب برای کاشت در اراضی شالیزاری با شناسایی و بررسی ذخایر ژنتیکی این گیاه امکانپذیر است. برای ارزیابی و بهکارگیری مواد ژنتیکی گیاهی، ضروری است ماهیت ژنتیکی ژرمپلاسم بررسی شود. استفاده از صفات زراعی اولین گام برای ارزیابی مواد ژنتیکی میباشد (Bajracharya, et al., 2006). البته انتخاب در صورتی دارای کارایی بالایی است که صفت موردنظر توارثپذیری ژنتیکی مناسبی داشته و جمعیت مورد بررسی هم به اندازه کافی بزرگ باشد (Falconer and Mackay, 1996).
محققان متعددی با استفاده از صفات مورفولوژیکی مختلف، تنوع ارقام برنج ایرانی را بررسی کردهاند (Rahim Sorosh et al., 2005; Behpouri et al., 2006). Oladi et al(2014) با ارزیابی 126 لاین F3 از طریق صفات زراعی نتیجه گرفتند 28 لاین دارای عملکرد بیشتر و معنیداری نسبت به رقم شاهد قائم بودند. Kiani & Nematzadeh (2013) 35 لاین برنج خارجی را همراه با دو لاین برنج ایرانی ازنظر 8 صفت زراعی ارزیابی کردند و بیان داشتند سه مولفه زراعی در مجموع 68 درصد تنوع کل دادهها را توجیه کردند، که دراینبین، مولفه پر شدن دانه بیشترین تاثیر را داشت.
Babaei et al (2011) در بررسی میزان تنوع ژنتیکی حاصل از موتاسیون اشعه گاما در ژنوتیپهای مختلف برنج، گزارش نمودند که در نسل دوم حاصل از موتاسیون، 80 درصد صفات زراعی مورد مطالعه در موتانتهای رقم نعمت تنوع معنیدار داشتند، در مقابل، این مقدار در رقم طارم هاشمی و سنگ طارم به ترتیب 50 و 10 درصد بود. Esfahani & Fotokian (2003) در مطالعه تاثیر پرتو گاما بر برنج دمسیاه، به یک لاین موتانت برخوردند که 15 روز زودرستر از لاین شاهد بود. Majad et al (2003) نیز از طریق القای موتاسیون بهوسیله پرتودهی گاما، یک لاین متحمل به خوابیدگی را از رقم موسی طارم معرفی کردند. Kademian & Babaiean Jelodar (1999) با پرتودهی رقم طارم محلی در دزهای 250 و 350 گری و اداره نسلها تا M5، به یک لاین موتانت زودرس، پاکوتاه و کیفی دست یافتند.
ارقام محلی برنج در ایران که شامل نامهای مشهوری همچون طارم، هاشمی، دمسیاه و ... میباشند، به دلیل داشتن عطروطعم خاص خود، بازارپسندی مطلوبی داشته و علیرغم پایین بودن عملکردشان نسبت به ارقام پرمحصول، از اقبال قابلتوجهی نزد کشاورزان و مصرفکنندگان ایرانی برخوردارند. با توجه به استقبال قابلتوجه از این ارقام، یکی از موثرترین راهکارها برای بهبود عملکرد در مزارع برنج کشور را باید در اصلاح عملکرد و رفع ضعفهای عمده ارقام محلی بدون افت کیفیت آنها جستجو کرد. معمولا، موتاسیون باعث بروز تغییر در تعداد اندکی از صفات گیاه برنج میشود، درنتیجه میتواند راهکار مناسبی برای اصلاح ارقام بومی برنج باشد. هدف این آزمایش، استفاده از موتاسیون برای بهبود عملکرد و ساختار بوته ارقام محلی برنج بدون کاهش کیفیت آنها، از طریق انتخاب لاینهای برتر برنج در بین موتانتهای نسل چهارم ارقام برنج محلی مازندران با مقایسه صفات زراعی در مزرعه بود.
مواد و روش
برای دستیابی به لاینهای مناسب برای اراضی شالیزاری، ابتدا بذور ارقام طارم محلی، حسنی و عنبربو توسط دستگاه گاما سل با دزهای 350، 300، 250، 200، 100 گری در سال 1389 در پژوهشکده کشاورزی هستهای کرج، پرتوتابی شدند. با آزمایش جوانهزنی و اندازهگیری صفات رشدی و درصد بقای بذر، دزهای 200، 250 و 300 گری بهعنوان دز مناسب انتخاب شد. انتخاب لاینها در نسل دوم موتانت ((M2 ارقام طارم محلی، حسنی و عنبربو بر اساس زودرسی، تیپ خوشه و ارتفاع بوته، عملکرد کپه و تحمل نسبی به آفات و بیماریها صورت گرفت. در 20 فروردین 93، بذور حاصل از موتانتهای منتخب نسل سوم ارقام طارم محلی (66 ژنوتیپ)، حسنی (38 ژنوتیپ) و عنبربو (29 ژنوتیپ)، بهصورت تکخوشه در خزانه ایستگاهی معاونت موسسه تحقیقات برنج کشور در مازندران (آمل) کاشته شدند. بذر ارقام شاهد طارم محلی، حسنی و عنبربو نیز در سطحی معادل 2 مترمربع بذرپاشی شد. مراقبت از خزانه به مدت یک ماه صورت گرفت. زمین اصلی در نیمه اول اردیبهشت شخم زده و سپس با آبیاری و شخم دوم و سوم عمود برهم مزرعه گلآب شد. عملیات تسطیح زمین توسط ماله چوبی انجام گرفت. طرح آزمایشی بهصورت بلوکهای حجیمشده (آگمنتد)[1] با 6 بلوک اجرا شد که سه رقم شاهد (طارم محلی، حسنی و عنبربو) در هر بلوک بهصورت تصادفی قرار گرفتند. هرکدام از موتانتهای نسل چهارم نیز فقط یکبار در بلوکها واقع شدند.
نشاکاری در تاریخ 21/2/93 انجام گرفت. هر ژنوتیپ بهصورت تک بوته و با فاصله کاشت 25×25 سانتیمتر و در سطحی معادل یک مترمربع نشاکاری شد. فاصله بین بلوکها 75 سانتیمتر بود. سه نوع کود سولفات آمونیوم، کلرور پتاسیم و سوپر فسفات تریپل به میزان یک کیلوگرم بر اساس مقدار توصیهشده، در دو نوبت، 20 و 40 روز بعد از نشاکاری داده شد. برای مبارزه با علفهای هرز دو بار وجین دستی انجام شد. سمپاشی فقط یکبار علیه بلاست و کرم ساقهخوار در حدود مرحله 50% گلدهی مزرعه انجام شد.
صفات مورداندازهگیری شامل تاریخ 50% گلدهی، ارتفاع بوته، تعداد پنجه بارور، عملکرد دانه، تعداد دانه در خوشه، تعداد دانههای پر، پوک و کل در خوشه بودند. صفات ارتفاع بوته و تعداد پنجه بارور در مرحله گلدهی اندازهگیری شدند. تعداد دانه پر، پوک و کل در خوشه بر اساس ده بوته تصادفی از هر کرت و عملکرد با برداشت یک مترمربع و تبدیل به هکتار با رطوبت 14 درصد، اندازهگیری شدند.
تجزیهوتحلیلهای آماری برای تیمارهای شاهد بر اساس مدل طرح بلوکهای کامل تصادفی با استفاده از نرمافزار SAS انجام شد. مقایسه میانگین به روش حداقل اختلاف معنیدار انجام گردید (LSD5%). برای مقایسه میانگین لاینهای موتانت، برآورد انحراف معیار با کمک رابطه Sd=√MSE(2c+1)/c انجام شد که در آن MSE میانگین مربعات خطایآزمایش برای ارقام شاهد برای هر صفت و C تعداد شاهد است. بهمنظور گروهبندی موتانتهای نسل چهارم حاصل از هر شاهد، تجزیه خوشهای بر اساس صفات اندازهگیری شده به روش وارد (Ward) و با نرمافزار SPSS 16 انجام شد.
نتایج و بحث
جدول تجزیه واریانس مربوط به ارقام شاهد (جدول 1) نشان داد که اثر ژنوتیپ برای همه صفات بهغیر از عملکرد معنیدار بود. در مقابل، اثر بلوک برای هیچیک از صفات مورد ارزیابی معنیدار نشده و درنتیجه دادهها نیاز به تصحیح نداشتند. مقایسه میانگین ارقام شاهد (جدول 2)، نشان داد که ارتفاع بوته، تعداد پنجه بارور، تعداد دانه پر و تعداد دانه کل در خوشه رقم حسنی کمتر از رقم طارم محلی و عنبربو بود. تعداد روز تا 50% گلدهی رقم حسنی و طارم محلی مشابه (95 روز)، ولی در رقم عنبربو بیشتر بود (108 روز). میزان عملکرد ارقام بومی طارم محلی، حسنی و عنبربو؛ از نظر آماری تفاوت معنیداری نسبت به هم نداشتند (جدول 2).
جدول 1----- و 2
تعداد روز تا 50% گلدهی: مقایسه میانگینهای این صفت موردمطالعه برای موتانتهای نسل چهارم (M4) نشان داد که در بین 66 موتانت طارم محلی، 49 موتانت زودرستر از شاهد خود (95 روز) بودند. در بین موتانتها، دو موتانت تعداد روز تا 50% گلدهی آنها، 84 روز بود. تمامی 38 موتانت رقم حسنی نسبت به شاهد (96 روز) زودرستر بودند. فقط یک موتانت حاصل از رقم حسنی تعداد روز تا 50% گلدهی آن، معادل 80 روز بود. تمامی 29 موتانت عنبربو نیز نسبت به شاهد (108 روز) زودرستر بودند. پنج موتانت رقم عنبربو 24 روز از والد خود زودرستر بوده و دارای 84 روز تا مرحله 50% گلدهی بودند. Esfahani & Fotokian (2003) در مطالعه تاثیر اشعه گاما بر برنج دمسیاه، لاین موتانتی ایجاد کردند که 15 روز زودرستر از شاهد بود. داشتن لاینهای زودرس، علاوه بر کاهش دوره رشد و مصرف آب آبیاری، امکان کشت مجدد برنج در یک سال زراعی را در شمال کشور میسر مینماید.
ارتفاع بوته: تعداد 18 موتانت طارم محلی بهطور معنیداری کوتاهتر از خود طارم محلی بودند. ارتفاع بوته این موتانتها بین 135-127 سانتیمتر بود درحالیکه متوسط ارتفاع بوته شاهد طارم محلی به 154 سانتیمتر میرسید. در بین موتانتهای حسنی، چهار موتانت بهطور معنیداری ارتفاع بوته کمتری از شاهد حسنی (132 سانتیمتر) داشتند. کمترین ارتفاع بوته در موتانت شماره 2317 با مقدار 25/96 سانتیمتر دیده شد. در بین موتانتهای عنبربو 17 موتانت بهطور معنیدار ارتفاع بوته کمتری نسبت به شاهد عنبربو (157 سانتیمتر) داشتند. کمترین ارتفاع بوته در موتانت شماره 3227 با مقدار 25/102 سانتیمتر بود (جدول 3).
به نظر میرسد که جهش القایی از پتانسیل بالایی در تولید لاینهای پاکوتاه در برنج برخوردار باشد (Ahmadikhah et al., 2014). Babaei et al (2011) نتیجه گرفتند که کاهش ارتفاع بوته سنگ طارم در تیمارهای مختلف گاما نسبت به شاهد معنیدار بود. Torang (2011) دو لاین برتر موتانت برنج حاصل از رقم دمسیاه را با رقم دمسیاه محلی مقایسه نمود و نتیجه گرفت که این دو لاین ازنظر ارتفاع بوته نسبت به شاهد کاهش معنیداری را نشان دادند. Kademian & Babaiean Jelodar(1999) با پرتوتابی طارم محلی در دزهای 250 و 350 گری و اداره نسلها تا M5 به لاینهای موتانت زودرس، پاکوتاه و کیفی رسیدند. داشتن ارتفاع بوته کمتر در مقایسه با ارقام بومی، علاوه بر کاهش احتمال ورس یا خوابیدگی ساقه برنج، میزان سرعت انتقال مواد فتوسنتزی به دانه را بهبود میبخشد.
عملکرد و صفات موثر در عملکرد: در بین موتانتهای طارم محلی و حسنی، دو موتانت بیشترین تعداد پنجه بارور را دارا بودند (1%=α) ولی در موتانتهای عنبربو تنوع این صفت معنیدار نبود (جدول 3). ازنظر طول خوشه فقط یک موتانت طارم محلی تفاوت معنیداری با سایر موتانتها داشت، ولی این صفت برای موتانتهای حسنی و عنبربو دارای تنوع معنیدار نبود. صفت تعداد دانه پر در موتانتهای طارم محلی و حسنی نسبت به شاهد بهبود معنیدار نداشت ولی در عنبربو یک موتانت با داشتن 163 دانه پر در خوشه نسبت به شاهد برتری معنیدار داشت (جدول 3).
در بین موتانتهای طارم محلی 9 موتانت دارای تعداد دانه پوک در خوشه بیشتری از شاهد و 21 موتانت دارای دانه پوک کمتری از شاهد بوده و بقیه مشابه شاهد بودند. در بین موتانتهای حسنی هیچ موتانتی تعداد دانه پوک کمتر از شاهد حسنی نداشت ولی در عنبربو تعداد 11 موتانت دارای دانه پوک کمتر از شاهد عنبربو بودند (جدول 3). یک موتانت عنبربو با دارا بودن 173 دانه در خوشه نسبت به بقیه موتانتها و شاهد برتری معنیداری نشان داد، ولی در طارم محلی و حسنی موتانتها نسبت به شاهد اختلاف معنیداری نداشتند (جدول 3).
ازنظر میزان عملکرد، اختلاف عملکرد هیچکدام از موتانتها با ارقام شاهد معنیدار نشد. ولی جهت مقایسه در بین موتانتهای حاصل از طارم محلی، نتایج نشان داد که 5 تا از موتانتهای حاصل از طارم محلی بین 12-10 درصد و دو تا از موتانتها، 22 درصد نسبت به رقم شاهد طارم محلی، عملکرد بالاتری داشتند. متوسط عملکرد شاهد طارم محلی 7630 کیلوگرم در هکتار بود. در بین موتانتهای حسنی، شمارههای 231 و 2313 به ترتیب 17 و 11 درصد افزایش عملکرد نسبت به شاهد حسنی داشتند. متوسط عملکرد شاهد حسنی 6751 کیلوگرم در هکتار بود. در بین موتانتهای حاصل از عنبربو، همه موتانت حدود 14 درصد ولی یکی از موتانتها حدود 27% نسبت به رقم شاهد عنبربو، عملکرد بیشتر داشتند. متوسط عملکرد شاهد عنبربو 6/7530 کیلوگرم در هکتار بود (جدول 3).
Oladi et al (2014) گزارش کردند که حداقل افزایش عملکرد لاینهای انتخابی آنها نسبت به شاهد 25 درصد و معنیدار بوده است. بیشتر این افزایش عملکرد از طریق افزایش تعداد خوشه و بالا رفتن تعداد دانه پر صورت گرفت (Oladi et al., 2014; Ahmadikhah et al., 2014). این نتایج با یافته این تحقیق مطابقت دارد، زیرا لاینهای دارای عملکرد بالاتر نسبت به شاهد، از تعداد دانه در خوشه و تعداد دانه پر بالاتری برخوردار بودهاند (جدول 3). Torang (2011) گزارش کرد که دو لاین موتانت پاکوتاه وی ازنظر صفات زمان رسیدن کامل، تعداد پنجه بارور، خصوصیات کیفی و عملکرد دانه، همانند دمسیاه محلی بودند. Wani & Anis (2008) با کاربرد اشعه گاما در نخود به سه لاین موتانت با عملکرد بالا از طریق افزایش صفات مورفولوژیکی نظیر اندازه و تعداد دانه، برگچه، گلها و غلاف دست یافتند. محققین با بررسی صفات مورفولوژیک در دو جمعیت نسل سوم برنج اشاره کردند که انتخاب بر اساس تعداد دانه پر در خوشه، طول خوشه و تعداد خوشه در کپه اثر بالایی در بهبود عملکرد در برنامههای اصلاحی برنج دارد (et al., 2013 Eidi Kohnaki).
تجزیه خوشهای: تجزیه خوشهای موتانتهای حاصل از عنبربو (29 موتانت همراه با شاهد) را به 4 گروه یا خوشه تقسیم کرد (شکل 1). گروه اول شامل 11 موتانت بود. گروه دوم 5 موتانت همراه با شاهد عنبربو را در خود داشت و گروه سوم دارای 10 موتانت بود. گروه چهارم تنها شامل موتانت شماره 322 بود که کمترین عملکرد را داشت (2969 کیلوگرم در هکتار).
نتایج تجزیه خوشهای موتانتهای حاصل از حسنی (38 موتانت همراه با شاهد) تعداد 3 گروه یا خوشه را نشان داد (شکل 2). خوشه اول 21 لاین همراه با شاهد رقم حسنی است. 13 لاین با موتانت نسل چهارم حسنی در گروه دوم قرار دارند. خوشه سوم شامل 8 موتانت بوده و لاین شماره 2312 جزو آخرین لاین در تجزیه کلاستر بود و با عملکرد 7121 کیلوگرم در هکتار و 87 روز تا 50% گلدهی جز لاین انتخابی بود (شکل 2).
تجزیه خوشهای موتانتهای حاصل از طارم محلی (66 موتانت همراه با شاهد) را به 5 خوشه یا گروه تقسیم کرد (شکل 3). رقم شاهد طارم محلی به همراه 13 لاین در گروه سوم قرار گرفت. گروه چهارم با 4 لاین شماره 1114، 1218، 1120، 1212 بیشترین عملکرد را داشتند. لاین 1320 در گروه پنجم ازنظر ژنتیکی با سایر لاینها فرق دارد. نتایج گروهبندی با تجزیه کلاستر نشان داد لاینهای انتخابی ما تا حدودی با خوشهبندی همخوانی دارد. اولادی و همکاران (Oladi et al., 2014) نیز با تجزیه کلاستر 28 لاین گزینششده، آنها را به هفت گروه تقسیمبندی کردند و گروه چهارم و پنجم را خوشه برتر انتخاب کردند. (Kiani & Nematzadeh, 2013) نیز 38 ژنوتیپ برنج را تجزیه کلاستر کرده و ژنوتیپها را در سه گروه قرار دادند. همچنین زینعلینژاد و همکاران (Zeinalinejad et al., 2003)، 100 ژنوتیپ برنج را بر اساس صفات مورفولوژیک با معیار 10 فاصله در تجزیه کلاستر به چهار گروه تقسیم کردند.
جدول 3---------- شکل 1- 3-------
نتیجهگیری کلی
نتایج این تحقیق نشان داد که القای موتاسیون توانسته است باعث کاهش ارتفاع بوته و زودرسی ژنوتیپها شود. همچنین، تعدادی از ژنوتیپها از نظر عملکرد و صفات ظاهری برتر از والدین بودند. یکی از برتریهای روش اصلاح موتاسیونی نسبت به روش اصلاح کلاسیک، سریعتر بودن آن است، زیرا با توجه به اینکه لاینهای موتانت نسبت به لاینهای حاصل از تلاقی میزان هتروزیگوسیتی بسیار کمتری دارند، در نتیجه زودتر از آنها به خلوص میرسند. در نتیجه، لاینهای مورد ارزیابی در این آزمایش را میتوان برای آزمایشات مقدماتی عملکرد مورد استفاده قرار داد. هشت ژنوتیپ برتر در این آزمایش شامل شمارههای 1120، 1218، 1316، 1320، 2212، 231، 327 و 3226 بودند که متوسط عملکرد در هکتار آنها معادل 5/9-5/8 تن در هکتار بود. این لاینها همراه با 12 ژنوتیپ زودرس برای آزمایشات تکمیلی و بررسیهای کیفی انتخاب شدند.
سپاسگزاری
بدینوسیله از پژوهشگاه علوم و فنون هستهای، پژوهشکده کشاورزی هستهای و معاونت موسسه تحقیقات برنج کشور (آمل) بهخاطر تقبل هزینههای پژوهشی تشکر و قدردانی میشود.