مطالعه ژنتیکی خصوصیات مرتبط با عملکرد علوفه در فامیل­های نیمه­خواهری

 علف باغ (Dactylis glomerata) تحت شرایط تنش خشکی

بهنام حسینی¹ و محمدمهدی مجیدی^2*

(تاریخ دریافت: 6/7/1392 ؛ تاریخ پذیرش: 24/4/1394)

چکیده

اصلاح ژنتیکی گراس­ها از لحاظ کمیت و کیفیت علوفه همانند سایر گیاهان نیازمند داشتن اطلاعات کافی در مورد تنوع ژنتیکی و پارامترهای ژنتیکی به‌عنوان معیاری جهت انتخاب تحت شرایط تنش می­باشد. این پژوهش به‌منظور ارزیابی تنوع ژنتیکی و برآورد پارامترهای ژنتیکی عملکرد علوفه و ویژگی­های مرتبط با آن در گونه علف باغ انجام شد. بدین‌منظور تعداد 25 فامیل نیمه­خواهری حاصل از پلی­کراس 25 ژنوتیپ والدی در دو محیط رطوبتی (شاهد و تنش خشکی) در قالب طرح بلوک­های کامل تصادفی درسال 1391 در مزرعه دانشگاه صنعتی اصفهان مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که از لحاظ صفات عملکرد علوفه تر در چین اول و دوم و عملکرد علوفه خشک در چین اول و دوم بین فامیل­های مورد مطالعه اختلاف آماری معنی‌دار و تنوع ژنتیکی بالا وجود داشت. تنش خشکی باعث کاهش معنی­دار 53 درصدی عملکرد علوفه خشک، کاهش 56 و 59 درصدی عملکرد علوفه تر به‌ترتیب در چین اول و دوم و هم‌چنین کاهش 48 درصدی تعداد ساقه در بوته شد. ضرایب تنوع ژنتیکی صفات در شرایط شاهد از 78/1 تا 1/45 و در شرایط تنش خشکی از 70/1 تا 4/30 متغیر بود که حاکی از وجود تنوع ژنتیکی گسترده در مواد ژنتیکی مورد بررسی بود. بیشترین وراثت­پذیری خصوصی در هر دو شرایط محیطی مربوط به قطر یقه چین اول بود. در شرایط عدم تنش وراثت­پذیری خصوصی عملکرد علوفه خشک 52 درصد و در شرایط تنش خشکی 8/44 درصد برآورد گردید. نتایج نشان داد که ژنوتیپ­های 2، 5، 8، 13 و 15 در هر دو شرایط عدم تنش و تنش خشکی از ترکیب‌پذیری عمومی بالایی برخوردار بودند که می­توانند در برنامه­های اصلاحی جهت تولید واریته ترکیبی استفاده شوند.

واژه­های کلیدی: علف باغ، وراثت­پذیری خصوصی، ترکیب­پذیری عمومی

*. مسئول مکاتبات، پست الکترونیکی: majidi@cc.iut.ac.irm-askary@araku.ac.ir

مقدمه

گراس­های علوفه­ای از مهم­ترین گیاهان مرتعی هستند که به لحاظ تولید علوفه به‌عنوان ماده اولیه در تأمین مواد پروتئینی و لبنی، احداث چراگاه، حفاظت و جلوگیری از فرسایش
خاک اهمیـت زیادی دارند (20). علـف باغ با نام علمی Dactylis glomerata یک گونه از گراس­های تتراپلوئید علوفه‌ای چند ساله و دگرگشن است که تعداد کروموزوم پایه در آن هفت (7 = x) می­باشد (30). این گونه از خوش‌خوراکی و ارزش غذایی بالایی برخوردار بوده است. به‌طوری‌که میزان ماده خشک قابل هضم آن 3/61 درصد و پروتئین آن در مرحله گل‌دهی 2/8 درصد می­باشد (27). در ایران علف باغ پراکنش وسیعی در مناطق شمال، مرکزی و استان­های همجوار با رشته کوه­های زاگرس دارد و از آن در مراتع و رویشگاه­های طبیعی برای تولید علوفه استفاده می­شود (19). هم‌چنین در مقایسه با سایر گراس­های علوفه­ای خاص نواحی گرمسیری، به شرایط خشک و کمبود آب متحمل­تر است (28). در شرایط کم­آبیاری به گراس‌هایی نیاز است که قادر باشند دوره­های طولانی کمبود آب را بگذرانند، به‌طوری‌که پس از طی این دوره بتوانند به رشد خود ادامه داده و از طرفی کیفیت آنها کم نشود (5). به همین دلیل از موضوعات مهم در برنامه­های اصلاحی بهبود عملکرد و افزایش مقاومت ژنوتیپ­ها به خشکی می­باشد (16).

            اصلاح ژنتیکی گراس­ها از لحاظ کمیت و کیفیت علوفه همانند سایر گیاهان نیازمند داشتن اطلاعات کافی در مورد تنوع ژنتیکی و پارامترهای ژنتیکی به‌عنوان معیاری جهت انتخاب تحت شرایط تنش می­باشد (3). مطالعه تنوع ژنتیکی فرآیندی است که تفاوت یا شباهت گونه­ها، جمعیت­ها و یا افراد را با استفاده از روش­ها و مدل­های آماری خاص براساس صفات مورفولوژیک، اطلاعات شجره­ای یا خصوصیات مولکولی افراد، بیان می­کنند (21). وجود مسائلی نظیر پیچیدگی ژنتیکی، چند ساله بودن و دگرگشنی (عموماً ناشی از خودناسازگاری و نر عقیمی)، کوچک بودن اجزای گل، سختی دورگیری و پلی‌پلوئیدی در گراس­های دگرگشن که موجب افزایش پیچیدگی ژنتیکی می­شوند و از طرفی سهولت انجام گرده­افشانی طبیعی توسط باد باعث می­شود که اصلاح­گران برای انجام مطالعات اصلاحی، افزایش تنوع ژنتیکی و ایجاد ارقام جدید به تولید جوامع پلی­کراس روی آورند. با استفاده از این جوامع می­توان علاوه‌بر برآورد پارامتر­های ژنتیکی، والدین مناسب برای ایجاد ارقام ساختگی را انتخاب کرد (1 و 11). مطالعات در زمینه برآورد پارامتر­های ژنتیکی و تنوع ژنتیکی در علف باغ بسیار محدود است و تاکنون مطالعه­ای از طریق ایجاد جوامع پلی­کراس (فامیل­های نیمه­خواهری) انجام نشده است. در برخی مطالعات وجود تنوع ژنتیکی در جمعیت­های طبیعی علف باغ برای بیشتر صفات از جمله زمان گل‌دهی، مقاومت در برابر بیماری­ها، زمستان‌گذرانی، ارتفاع گیاه، اندازه برگ، پر برگی، عملکرد و کیفیت علوفه مشاهده شده است (27 و 28). تنوع ژنتیکی، وراثت­پذیری عمومی و روابط بین صفات زراعی در 21 جمعیت از گونه علف باغ بررسی شد که در این پژوهش ضریب تنوع ژنتیکی بالا برای عملکرد علوفه مشاهده شد و قابلیت توارث­پذیری عمومی صفات از 42 تا 76 درصد گزارش شده است (22). در مطالعه دیگری در علف باغ (23) از طریق ارزیابی­های کلونی تنوع ژنتیکی وسیعی بین ژنوتیپ­های مورد مطالعه گزارش گردید که حداقل میزان تنوع مربوط به روز تا گرده­افشانی، ارتفاع و قطر یقه و بیشترین میزان تنوع ژنتیکی را عملکرد بذر در سال اول و پس از آن عملکرد علوفه خشک در سال دوم برخوردار بودند.

            کشور ما علی‌رغم تنوع اقلیمی وسیع و وجود منابع محیطی و ذخایر گیاهی غنی هنوز در زمره کشور­های وارد کننده علوفه دامی و نیز مواد پروتئینی است. از طرفی وقوع خشکسالی­های متناوب و تبعات ناشی از آن (نظیر فشار بر مراتع و افزایش شدت تخریب آنها) نیز بر مشکل کمبود علوفه می­افزاید. با توجه به اینکه گیاه علف باغ در ایران از پراکنش وسیعی برخوردار بوده و از تحمل به تنش­های زیستی و غیر زیستی دارای ژرم‌پلاسم کافی است، اصلاح این گیاه و ایجاد ارقام با تولید بالا و مقاوم به خشکی می­تواند گامی در جهت توسعه و احیاء بخشی از مراتع کشور باشد. از آنجا که ایجاد ارقام ساختگی پر تولید و سازگار نیازمند ارزیابی ژرم­پلاسم، گزینش ژنوتیپ­های برتر والدی و داشتن اطلاعات از پارامترهای ژنتیکی صفات می­باشد، در این تحقیق تنوع ژنتیکی بین فامیل‌های نیمه­خواهری (حاصل از پلی­کراس نمونه­های علف باغ داخلی و خارجی) با هدف برآورد توارث­پذیری و تعیین ترکیب­پذیری ژنوتیپ­ها در راستای تولید واریته ترکیبی در مطالعات اصلاحی آتی و توسعه تنوع ژنتیکی در این گونه مورد بررسی قرار گرفتند.

مواد و روش­ها

این پژوهش در سال 1391 در مزرعه تحقیقاتی دانشکده کشاورزی دانشگاه صنعتی اصفهان واقع در لورک نجف­آباد اجرا گردید. مواد ژنتیکی مورد مطالعه تعداد 25 فامیل نیمه‌خواهری (family Half-sib) علف باغ بودند که از پلی‌کراس 25 ژنوتیپ والدی حاصل گزینش از درون جمعیت­های مختلف از گونه علف باغ (Dactylis glomerata) بودند (جدول 1). این ژنوتیپ­های والدی پس از بررسی بیشتر طی ارزیابی کلونی (23) در خزانه پلی­کراس تلاقی داده شدند و سپس بذور حاصله (فامیل­های نیمه­خواهری) در اسفند ماه 90 در مزرعه کشت شدند. این پژوهش به‌صورت دو آزمایش مجزا در دو محیط رطوبتی (عدم تنش و تنش خشکی) در دو تکرار برای هر محیط رطوبتی، در قالب طرح بلوک­های کامل تصادفی انجام شد. از هر جمعیت ­نیمه‌خواهری در هر واحد آزمایشی 2 خط به طول 4 مترکاشته شد که فاصله بین ردیف­ها 50 سانتی­متر و فاصله بوته­ها روی ردیف 40 سانتی­متر بود و در هر پلات 20 بوته مورد ارزیابی قرار گرفت.

محیط­های رطوبتی شامل محیط بدون تنش رطوبتی با
اعمال ضریب MAD (Management allowed depletion) برابر با 50 درصد و محیط تنش رطوبتی با اعمال ضریب MAD
برابر با 90 درصد بودند. ضریبMAD  متوسط کسری از
کل آب در دسترس که می­تواند از عمق توسعه ریشه
تخلیه شود، بدون اینکه به گیاه تنشی وارد شود را نشان
می­دهد. مقدار تخلیه رطوبت از خاک براساس مقدار
تبخیر – تعرق چـمـن بـا استفـاده از رابطه فائو – پنمن – مانتیث (FAO PenmanMonteith equation) و ضریب گیاهی داکتیلیس طی دوره رشد محاسبه و زمان­های آبیاری مشخص شد (2). عمق مجاز تخلیه رطوبت از عمق توسعه ریشه (I_d) از رابطه زیر محاسبه گردید:

I_d = (FC - PWP) × D × B × MAD(1)                           

I_d: عمق آب مجاز برای تخلیه در تیمار مورد نظر (میلی‌متر)،

FC: رطوبت وزنی خاک در حد ظرفیت زراعی (درصد)،

PWP: رطوبت وزنی خاک در حد پژمردگی دائم (درصد)،

D: عمق فعال توسعه ریشه (میلی‌متر)،

B: چگالی ظاهری خاک در ناحیه توسعه ریشه (4/1 گرم بر سانتی­متر مکعب)

MAD: ضریب مدیریت مزرعه که برای حالت بدون تنش، برابر با 50 درصد و محیط تنش، برابر با 90 درصد بود.

            به‌منظور اندازه­گیری صفات در هرکرت آزمایشی، 50 سانتی­متر از ابتدا و انتهای ردیف­ها به‌عنوان حاشیه در نظر گرفته شد. عملکرد علوفه (در سه چین) به‌همراه صفات فنولوژیک مورد بررسی قرار گرفت. تجزیه آماری به‌صورت تجزیه مرکب در قالب بلوک­های کامل تصادفی و مقایسه میانگین­ها با استفاده از روش حداقل تفاوت معنی­دار (LSD) برای عوامل اصلی و برهمکنش معنی­دار بین آنها انجام گرفت. به‌منظور گروه­بندی ارقام از تجزیه خوشه­ای به روش وارد (WARD) بر مبنای ماتریس فاصله اقلیدسی به‌عنوان معیار فاصله استفاده شد. تجزیه و تحلیل­های آماری به کمک نرم­افزار SAS و SPSS و ترسیم جدول­ها به کمک نرم­افزار Excel انجام گرفت.

     قابلیت ترکیب­پذیری عمومی هر ژنوتیپ براساس تفاوت متوسط هر فامیل از میانگین­کل فامیل­ها محاسبه و بهترین والدها بر این اساس شناسایی گردید. برآورد واریانس محیطی و ژنتیکی براساس امید ریاضی میانگین مربعات برآورد شد. ضریب تنوع فنوتیپی، ضریب تنوع ژنتیکی و وراثت­پذیری

جدول 1. مشخصات و محل جمع‌آوری ژنوتیپ­های والدی علف باغ (Dactylis glomerata) مورد مطالعه

خصوصی هر صفت از روابط زیر محاسبه شد (11 و 24).

                                                                                                                       (2)

                                                                                                                       (3)

                                                                                                                           (4)

                                                                                                                           (5)

                                                                                                                            (6)

در روابط بالا Vg واریانس ژنتیکی، Vp واریانس فنوتیپی، PCV ضریب تغییرات فنوتیپی، GCV ضریب تغییرات ژنوتیپی و  میانگین صفت، می­باشند. هم‌چنین در فرمول­های بالا h²_n، M₁، M₂ و M₃ به‌ترتیب، وراثت­پذیری خصوصی، میانگین مربعات فامیل­ها، خطای آزمایشی و خطای نمونه­گیری می­باشد.  rو n به‌ترتیب تعداد بلوک و تعداد بوته در فامیل و S²_F، S²_w و δ²_e به‌ترتیب اجزاء واریانس بین فامیل­ها (معادل جزء افزایشی واریانس ژنـیکی)، درون فامیل­ها (خطای نمونه­گیری) و خطای آزمایشی می­باشند که براساس نوین و اسلیپر (1983) محاسبه گردیدند (24).

نتایج و بحث

تجزیه واریانس و مقایسه میانگین عملکرد و اجزای عملکرد علوفه

نتایج حاصل از تجزیه واریانس برای صفات علوفه­ای
(جدول 2) نشان داد که تنش خشکی بر روی صفات عملکرد علوفه خشک و تر، درصد ماده خشک، ارتفاع بوته و قطر یقه به‌جز نسبت وزن برگ به ساقه تأثیر معنی­داری داشت. هم‌چنین بین فامیل­ها به‌جز ارتفاع بوته، درصد ماده خشک چین اول و دوم، ارتفاع رشد مجدد و نسبت وزن برگ به ساقه از نظر سایر صفات اختلاف معنی­دار مشاهده گردید که نشان‌دهنده تنوع و گوناگونی بالا در مواد ژنتیکی مورد مطالعه است. اثر متقابل محیط رطوبتی × فامیل برای عملکرد و درصد ماده خشک چین اول، عملکرد علوفه خشک چین دوم و نسبت وزن برگ به ساقه معنی­دار بود که نشان می­دهد نحوه واکنش فامیل­ها در بروز این گونه صفات در محیط­های مختلف و چین­های متفاوت یکسان نمی­باشد.

            مقایسه میانگین عملکرد علوفه خشک به‌عنوان یکی از مهم‌ترین صفات موردنظر در اصلاح گیاهان علوفه­ای در فامیل‌های علف باغ، در چین­های مختلف و شرایط تنش و عدم تنش خشکی در جدول 3 آمده است. نتایج مقایسه میانگین نشان داد که عملکرد علوفه در هر چین در شرایط تنش خشکی کاهش یافته است، به‌طوری‌که میانگین عملکرد در گذر از شرایط عدم تنش به شرایط تنش خشکی در چین اول از 1071 گرم در بوته به 498 گرم در بوته، در چین دوم از 325 گرم در بوته به 152 گرم در بوته و در چین سوم از 210 گرم در بوته به 4/85 گرم در بوته کاهش یافت. نتایج هم‌چنین نشان داد که در شرایط عدم تنش به‌ترتیب در چین اول فامیل­های 8، 13، 7، 11 و 5 و در چین دوم فامیل­های 15، 13، 24، 8 و 5 و در چین سوم فامیل­های 10، 14، 18، 12، 7 و 5 بیشترین عملکرد علوفه خشک را داشتند و فامیل­های 3، 12، 18، 9 و 25 در چین اول و فامیل­های 17، 3، 19 و 18 در چین دوم و فامیل‌های 13 و 4 در چین سوم کمترین عملکرد علوفه خشک را در شرایط عدم تنش به خود اختصاص دادند. در گذر از چین اول به چین دوم کاهش 69 درصدی و از چین دوم به چین سوم کاهش 35 درصدی در تولید علوفه خشک در شرایط عدم تنش مشاهده شد. در شرایط تنش خشکی بیشترین عملکرد علوفه را به‌ترتیب فامیل­های 7، 24، 1 و 4 در چین اول و فامیل­های 2، 13، 9 و 6 در چین دوم و فامیل­های 10، 14، 18، 21، 7 و 5 در چین سوم نشان دادند. هم‌چنین کمترین عملکرد را فامیل­های 11، 9 و 3 در چین اول و فامیل­های 11، 20 و 16 در چین دوم و فامیل‌های 13 و 4 در چین سوم دارا بودند.

     در بررسی تأثیر تنش خشکی بر روی ژنوتیپ­های فسکیوی بلند طی دو سال گزارش شد که تنش خشکی در هر دو سال باعث کاهش عملکرد ماده خشک شده است (10). در این مطالعه عملکرد علوفه خشک از چین اول تا چین سوم روند کاهشی داشت. رشد مجدد پس از برداشت وابسته به ذخایر نیتروژن و کربوهیدارت غیر ساختمانی ریشه و طوقه می­باشد، به‌طوری‌که تسریع در برداشت یک چین منجر به تثبیت این ذخایر برای چین بعد و افزایش عملکرد چین‌های بعدی می‌گردد. اصولاً عملکرد گیاهان علوفه­ای در مناطق معتدل در چین­های متوالی در طول فصل رشد همراه با گرم شدن هوا، به‌ویژه در شرایط کشت آبی کاهش می­یابد. این کاهش
به‌دلیل افزایش تنفس گیاه، ذخایر هیدروکربن­های غیر ساختمانی در ریشه و طوقه، کاهش طول دوره رشد مجدد و
 

Type of Study: Research | Subject: General