برآورد قابلیت ترکیب­پذیری و اثرهای ژنی صفات زراعی در تعدادی

از لاین­های اینبرد آفتابگردان (Helianthus annuus)

فاطمه حسن­زاده¹، محمود تورچی^2*، محمد مقدم‌واحد²

سعید اهری­زاد² و مهدی غفاری³

(تاریخ دریافت: 14/10/1392 ؛ تاریخ پذیرش: 10/3/1394)

چکیده

تولید موفقیت­آمیز ارقام هیبرید آفتابگردان نیازمند اطلاع از قابلیت ترکیب­پذیری لاین­های اینبرد و نیز اجزای واریانس ژنتیکی برای خصوصیات مختلف زراعی است. بدین‌منظور 20 هیبرید حاصل از تلاقی پنج لاین خویش­آمیخته نر عقیم سیتوپلاسمی با چهار لاین برگرداننده باروری در قالب طرح بلوک­های کامل تصادفی با سه تکرار در سال 1388 در ایستگاه تحقیقات کشاورزی دانشگاه تبریز مورد بررسی قرار گرفتند. براساس نتایج حاصل اختلاف معنی­داری بین هیبریدها از نظر بیشتر خصوصیات اندازه‌گیری شده وجود داشت که امکان برآورد اجزای واریانس ژنتیکی از طریق روش لاین × تستر را فراهم کرد. نتایج نشان داد که صفات ارتفاع بوته، قطر طبق، وزن هزار دانه و درصد روغن تحت کنترل اثرات افزایشی بود. در صفات زمان شروع گل‌دهی، قطر ساقه و عملکرد دانه اثرات فوق غالبیت مشاهده شد که بیانگر کارایی گزینش و دورگه­گیری به‌ترتیب برای اصلاح این صفات می­باشد. از نظر عملکرد دانه لاین نر عقیم 52 و تستر 50R از ترکیب­پذیری عمومی بهتری برخوردار بودند. دو ترکیب 26R × 52 و50R × 222 بالاترین ترکیب­پذیری خصوصی را داشتند. نتایج این بررسی نشان داد که به‌دلیل وجود تنوع ژنتیکی در مواد ژنتیکی اصلاحی از نظر خصوصیات زراعی و وجود ترکیباتی با قابلیت ترکیب‌پذیری مطلوب، با اعمال روش های مبتنی بر گزینش و دورگ‌گیری امکان تولید هیبریدهای برتر آفتابگردان وجود دارد.

واژه­های کلیدی: اثر ژنی، ترکیب­پذیری عمومی و خصوصی، تجزیه لاین × تستر، آفتابگردان

*. مسئول مکاتبات، پست الکترونیکی: mtoorchi@tabrizu.ac.ir

مقدمه

آفتابگردان از مهم‌ترین گیاهان روغنی در ایران و جهان است. هیبریدهای آفتابگردان در بسیاری از کشورها به‌علت عملکرد بالا، یکنواختی، کیفیت و ... ترجیح داده می­شوند (14). شایستگی یک لاین یا یک رقم برای استفاده به‌عنوان والد در یک هیبرید (علاوه ‌بر خصوصیات با ارزش اقتصادی آن)، توسط توانایی آن در تولید در تلاقی­ها تعیین می­شود، این توانایی را ترکیب­پذیری می­گویند. در برنامه­های تهیه ارقام هیبرید، شناسایی لاین­های اینبرد برخوردار از ترکیب­پذیری بالا برای قرارگیری در برنامه­های تلاقی از ملزومات انتخاب والدین می­باشد (13). طرح تجزیه لاین × تستر در واقع حالتی از تجزیه فاکتوریل یا طرح II کامستاک و رابینسون می­باشد که برای برآورد اجزای واریانس افزایشی و غالبیت و نیز ترکیب‌پذیری عمومی لاین­ها و تسترها و ترکیب­پذیری خصوصی آنها مورد استفاده قرار می­گیرد (26). روش تجزیه لاین × تستر حالت گسترش­یافته­ روش تاپ­کراس می­باشد که به‌منظور افزایش اطلاعات حاصل از تجزیه و تحلیل طرح‌ریزی شده است (15). در این روش بیش از یک تستر به‌منظور برآورد قابلیت ترکیب به‌کار گرفته می­شود. با داشتن بیش از یک تستر روش تجزیه لاین × تستر به‌طور هم­زمان خانواده­های تنی و ناتنی را در اختیار گذاشته و از این­رو، علاوه ‌بر ترکیب­پذیری عمومی و خصوصی، امکان برآورد واریانس افزایشی و غالبیت را فراهم می­آورد (23). رایت به نقل از فرشادفر (3) بیان داشت که از میان این دو جزء واریانس افزایشی و غالبیت، فقط جزء افزایشی است که به گزینش در درون یک جمعیت پاسخ می‌دهد. مطالعات متعددی تاکنون به‌منظور برآورد مقدار اجزای واریانس ژنتیکی صورت گرفته است. نتیجه حاصل از مطالعات فوق نشان می­دهد که بخش مهمی از تنوع ژنتیکی موجود در مهم­ترین صفات زراعی تقریباً در کلیه گیاهان زراعی، توسط عمل افزایشی ژن­ها کنترل می­شود. در عین حال واریانس غیر افزایشی نیز در بیشتر گونه­های گیاهان و برای بیشتر صفات وجود دارد که توجیه­کننده تولید واریته­های هیبرید در این گیاه است (3).

            پوت (19) در تلاقی دیالل لاین­های اینبرد و گوزدنوویک و همکاران (8) و اندرخور و همکاران (2) در تلاقی لاین × تستر آفتابگردان، نقش اثرات غیرافزایشی در کنترل ارتفاع بوته را اشاره نمودند. پوت (19) برای درصد روغن نقش اثرات افزایشی را مهم­تر دانست. کنترل درصد روغن توسط اثرات افزایشی به‌وسیله فیک (4)، اورتیس و همکاران (18) و رضایی‌زاد و فرخی (21) گزارش شده است. از طرف دیگر هلادنی و همکاران (11)، اسکوریچ و همکاران (25) و اندرخور و همکاران (2) نقش جزء غیر افزایشی (واریانس غالبیت و اپیستازی) واریانس ژنتیکی را در توارث درصد روغن دانه را عنوان کردند. درحالی­­که هیتی (10) هر دو اثر افزایشی و غیر افزایشی را در کنترل درصد روغن دانه و نیز وزن صد دانه و ارتفاع گیاه مؤثر دانست. علی­رغم اینکه نقش اثرات افزایشی در کنترل زمان گل‌دهی آفتابگردان به کرات ذکر شده است (1)، مهاسوندرام و همکاران (17) نقش اثرات غالبیت در کنترل این صفت را مهم­تر دانست. کنترل قطر طبق توسط اثرات افزایشی به‌وسیله گوزدنوویک و همکاران (8) و گانگاپا و همکاران (5) عنوان شده است. اما مهاناسوندرام و همکاران (17) نقش اثرات غالبیت را در کنترل این صفت مهم­تر دانستند. پوت (19) نیز نقش مهم­تر اثرات غیر افزایشی در کنترل عملکرد دانه را گزارش کرده است. وی در تجزیه ژنتیکی عملکرد و خصوصیات مرتبط با آن از تلاقی لاین × تستر در آفتابگردان، اثرات افزایشی معنی­دار را برای صفاتی مانند تعداد دانه­های پر در طبق و وزن هزار دانه، به‌دست آوردند. اما غفاری و همکاران (6) نقش اثرات غیر افزایشی را برای وزن هزار دانه گزارش کردند. گوکسوی و همکاران (7) نیز هر دو اثر افزایشی و غیر افزایشی را در کنترل وزن هزار دانه گزارش کردند. اطلاع از سهم اجزای واریانس ژنتیکی در لاین های جدید به­نژادی می‌تواند کارایی برنامه‌های به‌نژادی آفتابگردان از نظر خصوصیات زراعی را افزایش دهد، لذا بررسی حاضر به‌منظور برآورد اجزای واریانس ژنتیکی برای صفات زراعی مختلف آفتابگردان صورت گرفت و ضمن آن با برآورد قابلیت‌های ترکیب عمومی و خصوصی لاین‌های والدی مناسب برای انجام دورگ‌گیری شناسایی شدند.

مواد و روش‌ها

آزمایش در سال زراعی 1388 و در یک سال در ایستگاه تحقیقاتی دانشکده کشاورزی دانشگاه تبریز اجرا گردید. مواد گیاهی شامل 20 هیبرید سینگل­کراس بود که این هیبریدها از تلاقی پنج لاین نر عقیم سیتوپلاسمی به‌عنوان والد مادری و چهار لاین برگرداننده باروری به‌عنوان والد پدری (تستر) در ایستگاه تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی خوی تولید شدند. لاین­های نر عقیم سیتوپلاسمی از انتقال سیتوپلاسم نر عقیم به گونه والد مادری با تلاقی برگشتی و لاین­های برگرداننده باروری از انتقال ژن­های برگشت­دهنده باروری به گونه‌های والد پدری به‌دست آمدند. آزمایش در قالب طرح بلوک­های کامل تصادفی با سه تکرار پیاده شد. آماده­سازی زمین در اردیبهشت ماه سال 1388 انجام شد. کاشت در تاریخ 30 و 31 اردیبهشت صورت گرفت. هر کرت آزمایشی مشتمل بر 2 خط 5 متری با فواصل ردیفی 60 سانتی­متر و فواصل بوته 25 سانتی­متر بود. اندازه­گیری صفات تعداد روز تا شروع گل‌دهی، تعداد روز تا پایان گل‌دهی، ارتفاع بوته، قطر ساقه، قطر طبق، زمان رسیدن در طی فصل رشد بر روی ده بوته انجام شد. در مورد صفات تعداد دانه در طبق، وزن دانه­های هر طبق، عملکرد دانه برحسب تک­بوته، وزن هزار دانه، درصد روغن، اندازه‌گیری­ها پس از برداشت محصول بر روی 5 بوته انجام شد. به‌طورکلی از طریق اثر لاین­ها وتسترها، ترکیب­پذیری عمومی و از طریق برهمکنش لاین × تستر، ترکیب­پذیری خصوصی محاسبه شد. تجزیه داده­های حاصل از آزمایش با استفاده از طرح تلاقی لاین × تستر در قالب بلوک­های کامل تصادفی و با فرض ثابت بودن لاین­ها و تسترها انجام شد. برای انجام محاسبات و تجزیه­های آماری از نرم­افزارهای SPSS16، MSTATC و Excel استفاده به‌عمل آمد.

 برای برآورد پارامترهای ژنتیکی از فرمول­های زیر استفاده شد (24):

(1)    

(2)                              

(3)                                  

(4)                                 

(5)                                

(6)                                 

در این فرمول­ها، MSL، MST، MSLT، MSE، ،
Cov HS، ،  و F به‌ترتیب عبارت از میانگین مربعات لاین­ها، میانگین مربعات تسترها، میانگین مربعات برهمکنش لاین × تستر، واریانس خطا، واریانس ترکیب­پذیری عمومی، کواریانس برادر - خواهران تنی، واریانس ترکیب­پذیری
خصوصی، واریانس افزایشی، واریانس غالبیت و ضریب اینبریدینگ بودند.

     در برآورد واریانس اثرات افزایشی و غالبیت به‌علت اینکه لاین‌های والدی اینبرد بودند، میزان F (ضریب اینبریدینگ) برابر با 1 در نظر گرفته شد. در حالتی که اثر لاین معنی­دار نبود واریانس ترکیب­پذیری عمومی از طریق میانگین مربعات تستر و در شرایط معنی­دار نشدن اثر تستر، ترکیب­پذیری عمومی از طریق میانگین مربعات لاین برآورد شد.

     برآورد ترکیب­پذیری عمومی لاین­ها و تسترها و ترکیب‌پذیری خصوصی آنها با استفاده از روابط زیر صورت گرفت:

(7)                                                      

(8)                                                      

(9)                                   

که در آن gca (l) = ترکیب­پذیری عمومی لاین،
gca (t) = ترکیب­پذیری عمومی تستر، scaij = ترکیب­پذیری خصوصی لاین با تستر، = مجموع ارزش هیبریدهای مربوط به لاین iام،  = مجموع ارزش­های تستر jام، = مجموع ارزش حاصل از تلاقی لاین iام با تستر jام و = مجموع کل می‌باشد.

وراثت­پذیری عمومی () و وراثت­پذیری خصوصی () با رابطه زیر به‌دست آمد:

(10)                                                        

(11)                                                       

که در آن:  V_G= واریانس ژنتیکی کل، V_A = واریانس اصلاحی و V_P = واریانس فنوتیپی است.

مقادیر خطای استاندارد (SE) برای آزمون معنی­دار بودن اثرات ترکیب­پذیری عمومی و خصوصی و تفاوت­های آنها با استفاده از روابط زیر به‌دست آمد (24).

SE ( برای لاینgca) = (12)                               SE (برای تستر gca) = (13)                              

SE (sca) = (14)                                            

برای مقایسه ترکیب­پذیری عمومی دو لاین

SE (gi-gj) =                    (15)                        برای مقایسه  ترکیب­پذیری عمومی دو تستر

S.E. (gi-gj) =                                             (16)

برای مقایسه دو ترکیب‌پذیری خصوصی

S.E. (sij-skj) =                                       (17)

برای برآورد وراثت­پذیری عمومی () و خصوصی () و درجه غالبیت ()از فرمول­های زیر استفاده شد:

(18)                                                 

(19)                                        

(20)                                                                 

که در این فرمول واریانس کل ژنتیکی و  واریانس خطا است.

نتایج و بحث

تجزیه واریانس (جدول 1) نشان داد که بین تسترها و نیز لاین‌ها از نظر کلیه صفات به‌غیر از ارتفاع بوته و قطر طبق برای لاین­ها تفاوت معنی­دار وجود داشت که نشان‌دهنده تفاوت معنی­دار بین ترکیب­پذیری عمومی لاین­ها و وجود اثرات افزایشی از نظر این صفات است. برهمکنش لاین × تستر نیز برای صفات زمان شروع گل‌دهی، زمان پایان گل‌دهی، قطر ساقه، قطر طبق، زمان رسیدن، تعداد دانه، وزن دانه­های طبق و عملکرد دانه معنی­دار بود که بیانگر نقش اثرات غالبیت در تبیین این صفات است.

            بیشترین عملکرد دانه به هیبریدهای 50R × 222 (8/68 گرم) و 26R × 52 (1/65 گرم) تعلق داشت. هیبریدهای
25R × 148 (6/53 درصد) و 25R × 52 (3/51 درصد) بیشترین درصد روغن را دارا بودند. این نتایج نشان می­دهد که ارقام پرمحصول لزوماً دارای درصد روغن بالایی نیستند، بنابراین باید در برنامه‌های به­نژادی به گزینش هم­زمان این دو معیار و یا استفاده از شاخص­های گزینشی برای بهبود هر دو صفت توجه کرد. هیبرید 26R × 148 از لحـاظ تعـداد روزهای تا رسیدگی (110 روز)، شروع گل‌دهی (3/60 روز) و پایان