ارزیابی تحمل به تنش رطوبتی در اکوتیپ‌های زیره سبز با استفاده از شاخص‌های تحمل تنش

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

1 پردیس ابوریحان-دانشگاه تهران

2 دانشگاه تهران- پردیس ابوریحان- گروه علوم زراعی و اصلاح نباتات

3 پردیس ابوریحان- دانشگاه تهران

4 دانشگاه تهران-پردیس ابوریحان

چکیده

سابقه و هدف: زیره سبز به‌عنوان مهم‌ترین گیاه دارویی اهلی در ایران شناخته شده‌است که هر ساله بر اهمیت و سطح زیر کشت آن افزوده می‌شود. میزان عملکرد دانه زیره سبز در اکثر مناطق ایران به علت بروز تنش رطوبتی کاهش می‌یابد. تاکنون عمدة ارزیابی‌ها بر روی تعداد محدودی اکوتیپ زیره سبز و یا عمدتاً در شرایط آبیاری نرمال در کشور صورت گرفته است؛ لذا این آزمایش با هدف ارزیابی توام متنوع-ترین اکوتیپ‌های زیره سبز رایج و مورد کشت در نقاط عمده زیره‌کاری کشور از نظر عملکرد دانه و تعیین اثر تنش خشکی در مرحله گلدهی بر عملکرد آن‌ها، شناسایی ارقام متحمل به تنش برای یافتن منابع ژنتیکی متحمل جهت تشکیل جمعیت‌های در حال تفرق با استفاده از شاخص‌های تحمل و حساسیت به تنش و نوع واکنش اکوتیپ‌ها به شرایط تنش خشکی و آبیاری نرمال در اکوتیپ‌های زیره سبز صورت گرفت.
مواد و روش‌ها: به منظور بررسی اثر تنش رطوبتی بر عملکرد دانه 49 اکوتیپ بومی زیره سبز آزمایشی در قالب طرح لاتیس 7×7 با دو تکرار در مزرعه پژوهشی پردیس ابوریحان – دانشگاه تهران در سال زراعی 92-1391 اجرا شد. اعمال تنش رطوبتی در مرحله 50 درصد گلدهی به صورت 30 درصد ظرفیت زراعی صورت گرفت. تجزیه واریانس در قالب طرح لاتیس و سنجش کارایی نسبی آن نسبت به طرح بلوک‌های کامل تصادفی صورت گرفته و پس از اعمال تصحیح لاتیس تجزیه واریانس در قالب طرح بلوک‌های تصادفی ادامه یافت. محاسبه 11 شاخص تحمل به تنش براساس عملکرد در شرایط تنش خشکی و نرمال، محاسبه همبستگی بین مقادیر شاخص ها با یکدیگر و عملکرد دانه و نیز تجزیه به مولفه های اصلی با استفاده از ماتریس ضرایب همبستگی انجام گرفت.
یافته‌ها: کارایی نسبی طرح لاتیس نسبت به طرح بلوک‌های کامل تصادفی برای شرایط نرمال برابر 153 درصد و در شرایط تنش 148 درصد بود. بر اساس میزان عملکرد اکوتیپ‌های مورد بررسی در شرایط بدون تنش و تنش، 11 شاخص تحمل و حساسیت به تنش برآورد گردید. نتایج تجزیه همبستگی، تجزیه به مولفه‌های اصلی و ترسیم بای‌پلات شاخص‌ها نشان داد که بین شاخص‌های محاسبه شده شاخص‌های MP، GMP، STI، Harm، K1STI، K2STI مناسب‌ترین شاخص‌ها برای انتخاب اکوتیپ‌های با پتانسیل و پایداری عملکرد بالا می-باشند. تجزیه خوشه‌ای بر اساس شاخص‌های تحمل، اکوتیپ‌ها را در سه گروه جداگانه قرار داد به طوری‌که اکوتیپ‌های متحمل در گروه مشترکی قرار گرفتند. توزیع اکوتیپ‌ها در فضای بای‌پلات، وجود تنوع ژنتیکی بین اکوتیپ‌ها را نسبت به تنش خشکی نشان داد.
نتیجه‌گیری: اکوتیپ‌های کرمان (بافت)، خراسان جنوبی (درمیان)، یزد (صدوق) متحمل‌ترین و اکوتیپ‌های خراسان شمالی (اسفراین)، اصفهان (اردستان)، خراسان رضوی (کاشمر) به عنوان حساس‌ترین اکوتیپ‌ها به تنش خشکی مرحله گلدهی شناسایی شدند. لذا استفاده از این اکوتیپ‌ها به عنوان والدین تلاقی در برنامه‌های اصلاحی ارقام متحمل به خشکی توصیه می‌شوند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Evaluation of drought tolerance in endemic ecotypes of cumin using tolerance indices

نویسندگان [English]

  • B. Safari 1
  • S.M.M. Mortazavian 2
  • S.A. Sadat Noori 3
  • B. Foghi 4
چکیده [English]

Background and objectives: Cumin is known as the most important cultivated medicinal plant in Iran that its importance and cultivation area increase every year. Cumin seed yield reduction occurs in most regions of Iran due to the water stress. So far, based on literature review, major evaluations have been done using limited cumin ecotypes or mainly conducted under normal irrigated condition in the country; So this study was designed to assess the most diverse cumin ecotypes currently cultivated in the major cumin cultivation areas of Iran in terms of seed yield, determination the effect of drought stress during flowering stage, identification of drought tolerant ecotypes to from segregating population using tolerance indices and indication of ecotypes response to drought stress and normal irrigation conditions.
Materials and methods: To determine the effect of water stress on yield of 49 cumin ecotypes adapted to Iran, a simple 7 × 7 lattice design with two replications was conducted in research farm of college of Aburaihan, University of Tehran. Experiment was conducted during 2012-13 crop season. Water stress initiated at 50% flowering stage when the soil humidity reached to 30% field capacity. Analysis of variance based on lattice design and evaluation of the relative performance compared to randomized complete block design were done. Further analysis was done based on randomized block design after correction of data. Calculation of 11 drought tolerance indices based on yield under drought and normal irrigated conditions, correlations among indices and seed yield and principle component analysis based on correlation coefficient matric were followed.
Results: Lattice design relative performance compared to randomized complete block design was 153 and 148 percent in normal and stress conditions, respectively. Eleven different tolerance indices were estimated based on yield in both conditions. Correlation analysis, principal component analysis and biplot display showed indices MP, GMP, STI, Harm, K1STI and K2STI as suitable indicators showing high yield potential and stability. Cluster analysis based on indices grouped all ecotypes into three distinct groups. Tolerant ecotypes were placed in the same group. Ecotypes distribution in the biplot revealed genetic variation among genotypes regarding drought tolerance response.
Conclusion: Ecotype of Kerman (Baft), South Khorasan (Darmian) and Yazd (Sadooq) identified as most tolerant ecotypes while ecotypes from North Khorasan (Esfaraien), Esfahan (Ardestan) and Khorasan-Razavi (Kashmar) identified as most sensitive ecotypes to drought stress in flowering stage. Then usage of these accessions are recommended as parents to improve tolerant cumin cultivars in breeding programs.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Cumin
  • Low water
  • Genetic variation
  • Yield
1. Bahraminejad, A., Mohammadi-Nejad, Gh. and Khadir, M. 2011. Genetic diversity evaluation of Cumin (Cumin cyminum L.) based on phenotypic traits. Aust. J. Crop Sci. 5: 301-307.
2. Balndri, A. and Rezvani moghadam, V. 1994. Botanic collection and characterization of cumin (Cuminum cyminum L.) landraces of Iran. Scientific Research and Technology - Institute of Khorasan. 84-92. (In Persian)
3. Bouslama, M. and Schapaugh, W. 1984. Stress tolerance in soybeans. I. Evaluation of three screening techniques for heat and drought tolerance. Crop Sci. 24(5): 933-937.
4. Eskandari, H. and Kazemi, K. 2010. Response of different bread wheat (Triticum aestivum L.) genotypes to post-anthesis water deficit. Not. Sci. Biol.2(4): 49-52.
5. Farshadfar, E. and Sutka, J. 2002. Screening drought tolerance criteria in maize. Acta Agron. Hungarica. 50(4): 411–416.
6. Farshadfar, E., Poursiahbidi, M.M. and Safavi, S.M. 2013. Assessment of drought tolerance in land races of bread wheat based on resistance/tolerance indices. Int. J. Adv. Bio. Biom. Res. 2: 143-158.
7. Fernandez, G.C. 1992. Effective selection criteria for assessing plant stress tolerance. International symposium on adaptation of vegetables and other food crops in temperature and water stress. Taiwan. 257- 270.
8. Fischer, R.A. and Maurer, R. 1978. Drought resistance in spring wheat cultivars. I. Grain yield responses. Crop Past. Sci. 29(5): 897-912.
9. Kafi, M., Rashed-Mohassel, M.H., Koocheki, A. and Mlafylaby, A. 2003. Technology, production and processing cumin. Publications Excellence in Special Crops, Ferdowsi University of Mashhad. Press, 195p. (In Persian)
10.Karimi Afshar, A., Baghizadeh, A., Mohammadi-Nejad, Gh. and Abedi, J. 2014. Assessment of cumin (Cuminum cyminum L.) genotypes under drought stress based on drought tolerance indicators, 1st International and 13th Iranian Genetics Congress, The Thirteenth International Congress of Genetics
Congress. 1-4. (In Persian)
11.Knight, C.A., Vogel, H., Kroymann, J., Shumate, A., Witsenboer, H. and Mitchell-oldst, T. 2006. Expression profiling and local adaptation of Boechera holboellii populations for water use efficiency across a naturally occurring water stress gradient. Mol. Ecol. 15(5): 1229-1237.
12.Lan, J. 1998. Comparison of evaluating methods for agronomic drought resistance in crops. Acta Agri. Boreali-Occidentalis Sinica. 7(3): 85-87.
13.Mohammadi, R., Armion, M., Kahrizi, D. and Amri, A. 2010. Efficiency of screening techniques for evaluating durum wheat genotypes under mild drought conditions. Int. J. Plant Prod. 4(1): 1735-8043.
14.Monajem, S., Mohammadi, V. and Ahmadi A. 2011. Evaluation of drought tolerance in some rapeseed Cultivars based on stress evaluation indices, Elec. J. Crop. Prod., 4(1): 151-169.
15.Moosavi, S.S., Yazdi-Samadi, B., Naghavi, M.R., Zali, A.A., Dashti, H. and Pourshahbazi, A. 2008. Introduction of new indices to identify relative drought tolerance and resistance in wheat genotypes. Desert. 12: 165-178.
16.Motamedi-Mirhoseini, L., Mohamadi-Nejad, Gh., Bahraminejad, A., Golkar, P. and  ohammadinejad, Z. 2011. Evaluation of cumin (Cuminum cyminum L.) landraces under drought stress based on some agronomic traits. Afr. J. Plant Sci. 5(14): 819-822.
17.Motamedi-Mirhosseini, L., Mohammadi-Nejad, G., Golkar, P. and BahramiNejad, A. 2011.  Evaluation of Some Drought Resistance Criteria in Cumin (Cuminum Cyminum L.) Landraces. Adv. Environ. Biol. 5(8): 2369-2372.
18.Mozaffarian, V. 1983. The family of umbelliferae in Iran-Keys and distribution. Research Institute of Forest and Rangelands Press, Tehran, 114-116.
19.Naeemi, M., Akbari, Gh., Shirani Rad, A.H., Modares Sanavi, S.A.M., SadatNoori, S.A. and Jabari, H. 2008. Evaluation of drought tolerance in different Canola cultivars based on stress evaluation indices in terminal growth duration. Eelec. J. Crop Prod. 1(3): 83-98. (in Persian)
20.Nofouzi, F., Rashidi, V. and Tarinejad, A.R. 2008. Path Analysis of Grain Yield with Its Components in Durum Wheat under Drought Stress. Int. Meeting on Soil Fertility Land Management and Agro-climatology. Turkey. 681-686.
21.Nouri, A., Etminan, A., Jaime, A., Silva, T.D. and Mohammadi, R. 2011. Assessment of yield, yield- related traits and drought tolerance of durum wheat genotypes (Tritium turjidum var. durum Desf.). Aust. J. Crop Sic. 5(1): 8-16.
22.Porch, T.G. 2006. Application of stress indices for heat tolerance screening of common bean. J. Agron. Crop Sci. 192: 390-394.
23.Rosielle, A. and Hamblin, J. 1981. Theoretical aspects of selection for yield in stress and non-stress environment. Crop Sci. 21(6): 943-946.
24.Soleymanifard, A., Fasihi, Kh., Nasrirad, H. and Naseri, R. 2010. Evolution of stress tolerance indices in durum wheat genotypes. J. Plant Prod. 17(2): 39-58. (In Persian)
25.Tabatabaei, S.M., Mohammadi-Nejad, Gh. and Yousefi, Kh. 2014. Yield assessment and drought tolerance indices in cumin ecotypes. J. Water Res. Agri. 28(1): 163-170. (In Persian)
26.Yazdi-Samadi, B., Rezaei, A. and Valyzadeh, M. 2004. Statistical designs in agricultural research. University of Tehran Press. 739p. (In Persian)
27.Zahravi, M. 2009. Evaluation of genotypes of wild barley (Hordeum spontaneum) based on drought tolerance indices. Seed Plant Improv. J. 25(1): 533-549. (In Persian)