2-3-4 بهبود پس از خشکی………………………………………………………………………………… 9

2-4 خصوصیات گیاهی مؤثر در مقاومت به خشکی………………………………………………. 9

2-5 اهمیت به­نژادی………………………………………………………………………………………………… 10

2-6 استفاده از تنوع ژنتیکی جهت به­نژادی برای تحمل به خشکی…………………………………. 10

هشت

2-7 تاثیر تنش خشکی برصفات ریشه­ای و فیزیولوژیک ……………………………………… 11

2-7-1 صفات ریشه­ای………………………………………………………………………………………… 11

2-7-2 محتوای آب نسبی برگ……………………………………………………………………….. 12

2-7-3 محتوای کلروفیل و کارتنوئید برگ……………………………………………………………. 12

2-7-4 محتوای پرولین…………………………………………………………………………………. 13

2-7-5 محتوای کربوهیدرات محلول برگ…………………………………………………………. 13

2-7-6 فعالیت آنزیم­های آنتی اکسیدان برگ­ها……………………………………………………….. 14

2-8 شاخص­های مقاومت به خشکی بر مبنای عملکرد………………………………………………. 15

2-9 مطالعه روابط صفات با تجزیه وتحلیل چند متغییره………………………………………………………. 17

2-9-1 همبستگی بین صفات و تجزیه وتحلیل ضرایب مسیر………………………………….. 17

2-9-2 رگرسیون مرحله­ای……………………………………………………………………… 17

2-9-3 تجزیه به عامل­ها………………………………………………………………………………… 18

2-9-4 تجزیه خوشه­ای………………………………………………………………………………………… 18

فصل سوم: مواد و روش­ها

3-1 زمان و موقعیت جغرافیایی محل اجرای آزمایش…………………………………………….. 19

3-2 مواد ژنتیکی، طرح آماری و نحوه اجرای طرح……………………………………………. 20

3-3 صفات مورد بررسی و نحوه اندازه­گیری……………………………………………………. 25

3-3-1 صفات مورفولوژیک…………………………………………………………………. 25

3-3-2 ویژگی­های ریختی ریشه……………………………………………………………………….. 25

3-3-3 ویژگی­های فیزیولوژیک………………………………………………………………… 27

3-4 محاسبه شاخص­های TOL و STI……………………………………………………………….. 31

3-5 تجزیه آماری اطلاعات…………………………………………………………………………………… 32

فصل چهارم: نتایج و بحث

نه

4-1 دامنه تغییرات و ضریب تنوع فنوتیپی صفات مورفولوژیک ……………………………………… 33

4-2 تجزیه واریانس، مقایسه میانگین سطوح تنش و ژنوتیپ­ها برای صفات مورفولوژیک……………………… 34

4-2-1 وزن  تر، وزن خشک و درصد ماده خشک علوفه هر  بوته……………………………… 34

4-2-2 قطر طوقه، تعداد خوشه بارور و ارتفاع…………………………………………………………… 35

4-2-3 روز تا خوشه­دهی و روز تا گرده­افشانی………………………………………………. 36

4-2-4 طول برگ پرچم و عرض برگ پرچم…………………………………………………………….. 36

 

4-3 دامنه تغییرات و ضریب تنوع فنوتیپی ویژگی­های ریشه……………………………………………………. 41

4-4 تجزیه واریانس، مقایسه میانگین سطوح تنش وژنوتیپ­ها برای صفات ریشه­ای…………………………… 42

4-4-1 طول تجمعی ریشه…………………………………………………………………………………. 42

4-4-2 سطح ریشه……………………………………………………………………………………….. 43

4-4-3 حجم ریشه……………………………………………………………………………………………. 43

4-4-4 وزن تر، وزن خشک و درصد ماده خشک ریشه……………………………………………………. 44

4-4-5 نسبت ریشه به اندام هوایی………………………………………………………………………………. 45

4-5 دامنه تغییرات و ضریب تنوع فنوتیپی صفات بیوشیمیایی……………………………………………… 51

4-6 تجزیه واریانس، مقایسه میانگین سطوح تنش و ژنوتیپ­ها برای صفات فیزیولوژیک………………………….. 52

4-6-1 محتوای رنگدانه­های فتوسنتزی……………………………………………………… 52

4-6-2 محتوای آب نسبی برگ………………………………………….. 53

4-6-3 محتوای پرولین……………………………………………………………….. 54

4-6-4 محتوای کربوهیدرات محلول برگ……………………………………………….. 55

4-6-5  فعالیت آنزیم­های آنتی اکسیدان برگ­ها……………………………………………………………… 56

4-7 تجزیه واریانس، مقایسه میانگین سطوح تنش و ژنوتیپ­ها برای شاخص­های TOLو STI……………………….. 62

4-8 رتبه بندی ژنوتیپ­ها از نظر برخی صفات در سطح تنش خشکی شدید…………………………………………. 64

4-9 تجزیه خوشه­ای………………………………………………………………………………….. 66

ده

4-10 تجزیه به مؤلفه­های اصلی و ترسیم بای پلات…………………………………………………. 75

4-11 بررسی وضعیت ژنوتیپ­های متحمل، نیمه متحمل و حساس مزرعه از نظر صفات ریشه­ای و فیزیولوژیک……………….. 76

4-12 همبستگی بین صفات مورفولوژیک و ریشه…………………………………………….. 80

4-13 همبستگی بین صفات فیزیولوژیک و ریشه…………………………………………………….. 84

4-14 همبستگی بین صفات مورفولوژیک و فیزیولوژیک……………………………………………. 87

4-15 تجزیه رگرسیون مرحله­ای………………………………………………………………………………… 91

4-16 تجزیه علیت…………………………………………………………………………………………… 93

4-17 تجزیه به عامل­ها……………………………………………………………………………………… 96

فصل پنجم: نتیجه­گیری و پیشنهادها

5-1 نتیجه­گیری……………………………………………………………………………………………… 101

5-2 پیشنهادها…………………………………………………………………………………….. 104

یک مطلب دیگر :

منابع ……………………………………………………………………………………………. 105

چکیده

خشکی یکی از مهم­ترین عوامل کاهش تولید گیاهان زراعی در مناطق خشک و نیمه خشک محسوب می­شود. بررسی پاسخ گیاهان زراعی به تنش کمبود آب جهت کاهش آب مصرفی در مناطق مواجه با کمبود آب مهم می­باشد. این مطالعه با اهداف بررسی اثر تنش خشکی متوسط و شدید بر خصوصیات ریختی و بیوشیمیایی و ارتباط آن با تحمل به خشکی ژنوتیپ­ها در مزرعه در گیاه فسکیوی بلند انجام شد. تعداد 24 ژنوتیپ فسکیوی بلند از نتاج پلی کراس بر اساس ارزیابی تحمل به خشکی آن­ها در مزرعه طی سال­های 1391-1388 انتخاب شدند. این ژنوتیپ­ها بر اساس شاخص­ تحمل (TOL) و شاخص تحمل به خشکی (STI) به سه گروه متحمل، نیمه متحمل و حساس تقسیم شدند. سپس 24 ژنوتیپ­ در سال 1391 به صورت کلونی در گلدان­هایی (لوله­های PVC) با ارتفاع 60 سانتی­متر و قطر 16 سانتی­متر جهت اندازه­گیری خصوصیات ریختی و بیوشیمیایی کشت گردیدند. ژنوتیپ­ها در سه سطح تنش خشکی (شاهد، تنش خشکی متوسط و تنش خشکی شدید) به صورت آزمایش فاکتوریل در قالب طرح کاملاً تصادفی در سه تکرار بررسی شدند. پس از اعمال تیمارها صفات ریشه­ در دو عمق 30-0 و 60-30 سانتی­متر مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که تنش رطوبتی تاثیر بسیار معنی­داری بر روی همه صفات داشت. بین ژنوتیپ­ها­ی مورد بررسی از نظر کلیه صفات مورد اندازه­گیری تفاوت معنی داری مشاهده شد، که بیانگر تنوع ژنتیکی بالا در بین ژنوتیپ­ها از نظر این صفات و مؤثر بودن انتخاب در بین این ژنوتیپ­ها می­باشد. اثر متقابل تنش خشکی و ژنوتیپ نیز برای همه صفات مورد اندازه­گیری معنی­دار شد. اثر تنش خشکی بر وزن علوفه خشک معنی­دار بود به­گونه­ای که کاهش وزن از شاهد به تنش خشکی متوسط و شدید به ترتیب 13/14 و 21/50 درصد بود. با افزایش شدت تنش خشکی نسبت ریشه به اندام هوایی در هر دو عمق افزایش معنی­داری نسبت به حالت شاهد نشان داد به­طوری که در عمق 30-0 سانتی­متر 69/7 درصد و در عمق 60-30 سانتی­متر 16/54 درصد افزایش یافت. تحت شرایط تنش خشکی متوسط و شدید طول تجمعی ریشه به ترتیب 95/5 و 30/7 درصد افزایش نشان داد. تنش رطوبتی نسبت به حالت شاهد میزان کارتنوئید، کلروفیل a،  نسبت کلروفیل a/b، پرولین، کربوهیدرات محلول و فعالیت آنزیم پراکسیداز را به طور معنی­دار افزایش داد. در سطح تنش خشکی متوسط وزن علوفه خشک با طول ریشه، سطح ریشه، حجم ریشه، وزن تر و خشک ریشه همبستگی مثبت و معنی­داری نشان داد، بنابراین می­توان با انتخاب غیر مستقیم به  ژنوتیپ­هایی با عملکرد مطلوب دست یافت. در سطح تنش خشکی شدید محتوای آب نسبی برگ با آنزیم­های کاتالاز و آسکوربات پراکسیداز همبستگی مثبت داشت. بر اساس رگرسیون مرحله­ای در شرایط شاهد قطر طوقه، درشرایط تنش خشکی متوسط  وزن تر ریشه و در شرایط تنش شدید نسبت ریشه به اندام هوایی بیشترین تنوع وزن علوفه خشک را توجیه نمودند. تجزیه به عامل­ها، برای کلیه صفات در شرایط شاهد هفت عامل، در شرایط تنش خشکی متوسط و شدید شش عامل پنهانی را مشخص نمود که بیش از 75 درصد از تنوع موجود را توجیه نمودند. نتایج تجزیه خوشه در هر سه محیط رطوبتی و تجزیه به مؤلفه­های اصلی در شرایط تنش خشکی متوسط و شدید نشان داد که برخی از ژنوتیپ­های فسکیوی بلند از سیستم ریشه­ای گسترده و صفات فیزیولوژیک مناسب با تحمل به خشکی برخوردار نبودند، هم­چنین در شرایط مزرعه نیز دارای شاخص STI پایین و TOL بالا بودند. از جمله این ژنوتیپ­ها می­توان به 2 زودرس و 3 دیررس اشاره نمود که به تنش خشکی حساس هستند. تعدادی دیگر از ژنوتیپ­های فسکیوی بلند دارای سیستم ریشه­ای گسترده، ظرفیت فتوسنتزی و وزن علوفه خشک  بالایی بودند، این ژنوتیپ­ها هم­چنین دارای کمترین شاخص TOL و بیشترین شاخص STI در شرایط مزرعه بودند. این ژنوتیپ­ها شامل 14 زودرس، 2 دیررس، 11، 17 و 23 میان­رس بودند. این­ها از طریق مکانیزم­های تحمل و اجتناب از خشکی، به تنش خشکی سازگار و متحمل شدند، که می­توانند برای برنامه­های اصلاحی بعدی و ایجاد واریته ساختگی مورد استفاده قرار گیرند.

کلمات کلیدی: فسکیوی بلند، تنش خشکی، طول ریشه، آنزیم پراکسیداز                                                                                                                                     

1-1 کلیات

نیاز شدید به تامین مواد غذایی برای جمعیت رو به رشد کشور از یک طرف و رسیدن به خودکفایی در امر محصولات کشاورزی و بی نیازی از واردات و ایجاد امنیت غذایی از طرف دیگر، ضرورت افزایش تولیدات گیاهی در کشور را بدیهی نموده است [41]. ایران با میانگین بارندگی 250 میلی­متر و میزان تبخیر و تعرق شدید که 6 درصد بیشتر از حد متعارف جهانی می­باشد، جز سرزمین­های خشک دنیا محسوب می­شود [16]. در کشور ایران به جز سواحل دریای خزر و قسمت‎های کوچکی از شمال غربی کشور بقیه مناطق جزء نقاط خشک و نیمه خشک محسوب می‎شوند و این در حالی است که مناطق خشک کشور نسبت به مناطق نیمه خشک آن، از وسعت بیشتری برخوردار است [9]. تنش­های محیطی، یکی از مهم­ترین عوامل کاهش عملکرد محصولات زراعی در سطح جهان می­باشند. خشکی نیز از جمله تنش­های محیطی است که به عنوان مهم­ترین عامل محدود کننده رشد، تولید و کیفیت گیاهان زراعی در اکثر نقاط جهان و ایران شناخته شده است. کاهش تولیدات کشاورزی در اثر تنش کمبود آب تقریبا معادل با کاهش ایجاد شده توسط دیگر تنش­های محیطی است [94]. اگر چه شدت و تاثیر خشکی بر حسب مقدار و توزیع بارندگی، ویژگی­های خاک و مدیریت متغیر است ولی گرم شدن کره زمین خشکسالی را شدت بخشیده است [41]. تنش کمبود آب زمانی اتفاق می­افتد که میزان تعرق بیش از مقدار جذب آب باشد، در چنین شرایطی گیاه قادر نیست به طور کامل از خشکی اجتناب کند. در صورتی­که شدت تنش زیاد باشد، موجب کاهش شدید فتوسنتز و مختل نمودن فرآیند­های فیزیولوژیک گیاه، توقف رشد و در نهایت خشک شدن و مرگ گیاه می­گردد [42]. در این شرایط صفات ویژه­ای به طور مستقیم یا غیر مستقیم عملکرد را تحت تاثیر قرار می­دهند، از جمله این صفات می­توان به ویژگی­های سیستم ریشه­ای، پتانسیل آب برگ و توان تنظیم اسمزی اشاره کرد [109].

کشت و تولید گیاهان علوفه­ای به عنوان ماده اولیه در تامین مواد پروتئینی و لبنی در حفظ سلامت و امنیت غذایی کشور و همچنین رسیدن به خود کفایی از اهمیت ویژه­ای برخوردار است [19]. گیاهان علوفه­ای متداول در کشور عمدتاً شامل یونجه، اسپرس و شبدر می­باشد که از لحاظ پروتئین، غنی هستند ولی مصرف آن­ها به تنهایی انرژی مورد نیاز دام را تامین نمی­کند به همین جهت، توسعه و ترویج کشت گراس­های علوفه­ای به عنوان مکمل لگوم­ها تأثیر قابل ملاحظه­ای در افزایش تولید فرآورده­های دامی خواهد داشت [19]. گراس­های علوفه­ای و چمنی علاوه بر نقش اساسی در تولید علوفه به­ویژه در مراتع، خاک را در مقابل فرسایش آبی و بادی حفظ کرده و موجب بهبود و تثبیت ساختمان خاک می­شوند [10]. از دیدگاه کشاورزی پایدار، کشت و کار گراس­های علوفه­ای ضمن این­که از هدر رفتن حاصلخیزی خاک توسط عمل فرسایش جلوگیری می­کند، هم­زمان در تولید علوفه برای دام و متعاقب آن غذای پروتئینی انسان نقش ویژه­ای دارند [100].

در بین گراس­های علوفه­ای، فستوکا یک جنس بزرگ و متنوع با 450 گونه می­باشد. این جنس شامل گونه­های چند ساله دارای محصول علوفه­ای زیاد، مقاوم به تنش­های محیطی و با سازگاری وسیع است که برای اهداف کشاورزی، حفاظت خاک و تولید علوفه مورد کشت و کار قرار می­گیرد [13]. فسکیوی بلند (Festuca arundinacea) یکی از مهم­ترین گونه­های سردسیری چند ساله این جنس در دنیا می­باشد که به منظور تولید علوفه، حفاظت خاک و احداث چمن به­کار می­رود [112]. فسکیوی بلند به طور عمده در نواحی شمال و جنوب آمریکا کشت می­شود و هر دو تنش گرما و خشکی را نسبت به دیگر گراس­های علوفه­ای سردسیر بهتر تحمل می­کند [52]. گرچه در حال حاضر،  زراعت این گیاه در ایران مرسوم نیست اما در ایران نیز از پراکنش بالایی در مناطقی نظیر دامنه­های البرز و زاگرس، استان­های آذربایجان، قزوین، تهران، همدان، لرستان، خراسان و فارس برخوردار است [153]. تحمل بالای فسکیوی بلند به خشکی و شوری، آن را به عنوان تنها گراس سردسیری که در نواحی خشک و کم آب توان رویش دارد، مشهور کرده است. بنابراین به نظر می­رسد این گیاهان می­توانند منبع ژنتیکی مناسبی جهت اصلاح و توسعه  گراس­ها تحت شرایط خشکی را فراهم آورند [83].

از آنجائیکه بیشتر نقاط کشور ایران در مناطق خشک و نیمه خشک قرار گرفته است و دارای محدودیت منابع آب می­باشد، اهمیت کشت گیاهان متحمل به خشکی آشکارتر می­شود [41]. با ارزیابی ژنوتیپ­هایی از گیاه که تحت شرایط کم آبی قادر به ارائه عملکرد نسبتا قابل قبولی باشند، می­توان با اطمینان بیشتری آن­ها را در نواحی خشک و نیمه خشک کشت نمود. طی سال­های گذشته ژرم­پلاسمی از 75 ژنوتیپ مختلف فسکیوی بلند از نظر تحمل به خشکی بر اساس خصوصیات فنوتیپی مزرعه و محاسبه شاخص­های تحمل و حساسیت به خشکی مورد بررسی قرار گرفته­اند و ژنوتیپ­های حساس، نیمه متحمل و متحمل به تنش خشکی شناسایی شدند [68]. با این حال دانش ما در زمینه ارتباط بین تحمل به خشکی ژنوتیپ­های فسکیوی بلند در مزرعه و خصوصیات سیستم ریشه­ای و برخی واکنش­های فیزیولوژیک محدود است. بر این اساس این پژوهش اهداف زیر را دنبال کرد: