ارزیابی تحمل تنش اسمزی در لاین­ های امید بخش گندم دوروم و ارتباط آن با نشانگر­های مولکولی

پایان­ نامه کارشناسی ارشد

عنوان:

ارزیابی تحمل تنش اسمزی در لاین­ های امید بخش گندم دوروم و ارتباط آن با نشانگر­های مولکولی

با فرمت قابل ویرایش word

تعداد صفحات: 150  صفحه

تکه های از متن به عنوان نمونه :

فهرست مطالب

عنوان                                       

1-1- مقدمه ...........................................................................................................................................................................................................2

1-2- مروری بر تحقیقات گذشته ..........................................................................................................................................................................3

1-2-1- اهمیت و جایگاه گندم در ابران و جهان ..................................................................................................................................................3

1-2-2- تاریخچه گندم...........................................................................................................................................................................................3

1-2-3- گیاهشناسی گندم ....................................................................................................................................................................................4

1-2-3-1- مشخصات مورفولوژیکی......................................................................................................................................................................5

1-2-4- طبقه بندی گندم.......................................................................................................................................................................................6

1-2-4-1- طبقه بندی گندم از لحاظ ژنتیکی.......................................................................................................................................................6

1-2-4-2- طبقه بندی گندم از لحاظ نوع کشت...................................................................................................................................................6

1-2-5- گندم دوروم...............................................................................................................................................................................................7

1-2-6- ژنتیک و اصلاح گندم...............................................................................................................................................................................8

1-2-7- مفهوم تنش .............................................................................................................................................................................................9

1-2-8- انواع تنش­های محیطی ...........................................................................................................................................................................9

1-2-9- تنش خشکی...........................................................................................................................................................................................10

1-2-10- واکنش گیاه به تنش خشکی ..............................................................................................................................................................10

1-2-11- مقاومت به خشکی .............................................................................................................................................................................11

1-2-12- انواع مکانیزم­های مقاومت به خشکی ................................................................................................................................................12

1-2-12-1- مقاومت به خشکی..........................................................................................................................................................................12

1-2-12-2- فرار از خشکی ................................................................................................................................................................................13

1-2-12-3- اجتناب از خشکی............................................................................................................................................................................13

1-2-12-4- تحمل خشکی.................................................................................................................................................................................13

1-2-12-5- بازیافت (بهبود) ..............................................................................................................................................................................13

1-2-13- مکانیزم­های گریز از خشکی ...............................................................................................................................................................13

1-2-13-1- زودرسی یا دوره رشد کوتاه ............................................................................................................................................................13

1-2-13-2- حساسیت به طول روز ....................................................................................................................................................................13

1-2-13-3- کنترل پنجه­دهی ............................................................................................................................................................................13

1-2-14- مکانیزم­های اجتناب ............................................................................................................................................................................14

1-2-14-1- سیستم ریشه­ای توسعه یافته .........................................................................................................................................................14

1-2-14-2- هدایت روزنه­ای ..............................................................................................................................................................................14

1-2-14-3- اندازه و فراوانی روزنه­ها ................................................................................................................................................................14

1-2-14-4- تجمع آبسیزیک اسید .....................................................................................................................................................................15

1-2-14-5- ضخامت کوتیکول و قشر مومی روی برگ .................................................................................................................................15

1-2-15- مکانیزم­های تحمل خشکی ................................................................................................................................................................15

1-2-15-1- تنظیم فشار اسمزی .......................................................................................................................................................................15

1-2-15-2- تجمع پرولین ................................................................................................................................................................................16

1-2-15-3- جابجایی مواد پرورده .....................................................................................................................................................................16

1-2-16- صفات مورفولوژیک مرتبط با تنش اسمزی .......................................................................................................................................16

1-2-17- شاخص­های مقاومت ..........................................................................................................................................................................17

1-2-17-1- شاخص میانگین ریاضی تولید ......................................................................................................................................................18

1-2-17-2- شاخص هارمونیک .......................................................................................................................................................................18

1-2-17-3- شاخص میانگین هندسی تولید ......................................................................................................................................................19

1-2-17-4- شاخص تحمل به تنش .................................................................................................................................................................19

1-2-17-5- شاخص TI...................................................................................................................................................................................19

1-2-18- صفات فیزیولوژیک مرتبط با تنش اسمزی ........................................................................................................................................20

1-2-18-1- اثر تنش اسمزی بر فلورسانس کلروفیل ........................................................................................................................................20

1-2-18-2- اثر تنش اسمزی بر میزان پرولین ................................................................................................................................................21

1-2-18-3- اثر تنش اسمزی بر قند محلول .....................................................................................................................................................21

1-2-18-4- اثر تنش اسمزی بر میزان کلروفیل ..............................................................................................................................................22

1-2-19- هیدروپونیک ........................................................................................................................................................................................22

1-2-19-1- سیستم­های آب­کشتی (بدون محیط کشت جامد) .........................................................................................................................22

1-2-20- اصلاح مقاومت به خشکی ..................................................................................................................................................................23

1-2-20-1- استفاده از تنوع ژنتیکی موجود .......................................................................................................................................................24

1-2-20-2- تلاقی­های درون و برون گونه­ای ..................................................................................................................................................25

1-2-20-3- ایجاد تنوع .....................................................................................................................................................................................25

1-2-20-4- انتقال ژن .......................................................................................................................................................................................25

1-2-21- اهمیت تنوع ژنتیکی ...........................................................................................................................................................................26

1-2-22- روش­های براورد تنوع ژنتیکی ..........................................................................................................................................................26

1-2-22-1- نشانگرهای مورفولوژیکی .............................................................................................................................................................26

1-2-22-2- نشانگرهای بیوشیمیایی ................................................................................................................................................................26

1-2-22-3- نشانگرهای مولکولی ......................................................................................................................................................................27

1-2-22-3-1- نشانگرهای رپید ........................................................................................................................................................................27

1-2-22-3-1-1- مزایای نشانگرهای رپید .......................................................................................................................................................28

1-2-22-3-1-2- معایب نشانگرهای رپید ......................................................................................................................................................28

1-3- هدف و ضرورت تحقیق .............................................................................................................................................................................29

فصل دوم: مواد و روش­ها

2-1- مواد گیاهی و نوع طرح آزمایش ................................................................................................................................................................31

2-2- کشت هیدروپونیک ....................................................................................................................................................................................31

2-2-1- کشت در ماسه .....................................................................................................................................................................................31

2-2-2- کشت در آب .........................................................................................................................................................................................31

2-3- اعمال تیمارها در سیستم هیدروپونیک ....................................................................................................................................................32

2-3-1- اعمال تنش در سیستم آب­کشت .........................................................................................................................................................32

2-3-2- اعمال تنش در سیستم ماسه­کشت .......................................................................................................................................................32

2-4- اندازه­گیری صفات.......................................................................................................................................................................................34

2-4-1- اندازه­گیری صفات مورفولوژیکی ..........................................................................................................................................................34

2-4-2- اندازه­گیری صفات فیزیولوژیکی ...........................................................................................................................................................34

2-4-2-1- اندازه­گیری فلورسانس و مقدار کلروفیل ..........................................................................................................................................34

2-4-2-2- اندازه­گیری پرولین ..........................................................................................................................................................................34

2-4-2-3- اندازه­گیری قند محلول ....................................................................................................................................................................35

2-4-2-4- اندازه­گیری رنگیزه­های فتوسنتزی ..................................................................................................................................................36

2-4-3- اندازه­گیری شاخص­های تحمل..............................................................................................................................................................36

2-5- تجزیه و تحلیل داده­های کمی ..................................................................................................................................................................36

2-6- صفات مولکولی...........................................................................................................................................................................................37

فصل سوم: نتایج و بحث

3-1- تنش کم­آبی ...............................................................................................................................................................................................39

3-1-1- تجزیه واریانس داده­های ماسه کشت ...................................................................................................................................................39

3-1-2- مقایسه میانگین صفات در سیستم ماسه کشت ماسه کشت ................................................................................................................41

3-1-2-1- مقایسه میانگین صفات مورفولوژی در سیستم ماسه­کشت .............................................................................................................41

3-1-2-2- مقایسه میانگین صفات فیزیولوژی در سیستم ماسه­کشت ..............................................................................................................47

3-1-2-3- مقایسه میانگین شاخص­های مقاومت در سیستم ماسه­کشت .........................................................................................................54

3-1-2-3-1- تجزیه­ی خوشه ای لاین­های مورد مطالعه بر اساس شاخص­ها در سیستم ماسه­کشت..............................................................55

3-1-3- تاثیر خشکی روی صفات مورد مطالعه در سیستم ماسه کشت ............................................................................................................57

3-1-4- تجزیه خوشه­ای لاین­های مورد مطالعه بر اساس صفات مورفوفیزیولوژی در سیستم ماسه­کشت.......................................................58

3-1-5- تجزیه به عامل­ها برای صفات مورفوفیزیولوژی در سیستم ماسه­کشت................................................................................................68

3-1-5-1- تجزیه به عامل­ها برای صفات مورفولوژی در سیستم ماسه­کشت ..................................................................................................68

3-1-5-2- تجزیه به عامل­ها برای صفات فیزیولوژی در سیستم ماسه­کشت ...................................................................................................70

3-1-6- تجزیه واریانس داده­های آبکشت...........................................................................................................................................................76

3-1-7- مقایسه میانگین داده­های آبکشت..........................................................................................................................................................77

3-1-7-1- مقایسه میانگین صفات مورفولوژی در سیستم آب­کشت..................................................................................................................77

3-1-7-2- مقایسه میانگین صفات فیزیولوژی در سیستم آب­کشت...................................................................................................................82

3-1-7-3- مقایسه میانگین شاخص­های مقاومت در سیستم آبکشت................................................................................................................87

3-1-7-3-1- تجزیه خوشه­ای لاین­های مورد مطالعه بر اساس شاخص­ها در سیستم آب­کشت......................................................................89

3-1-8- تاثیر خشکی روی صفات مورد مطالعه در سیستم آب کشت ...............................................................................................................91

3-1-9 - تجزیه خوشه­ای ارقام مورد مطالعه بر اساس صفات مورفوفیزیولوژی در سیستم آب­کشت ...............................................................92

3-1-10- تجزیه به عامل­ها برای صفات مورفوفیزیولوژی در سیستم آب­کشت ...............................................................................................98

3-2- تجزیه مولکولی RAPD ......................................................................................................................................................................102

3-2-6- رابطه بین داده­های مولکولی و صفات مورفوفیزیولوژی ....................................................................................................................102

3-2-6-1- رابطه بین داده­های مولکولی و صفات مورفوفیزیولوژی در سیستم ماسه­کشت ..........................................................................103

3-2-6-2- رابطه بین داده­های مولکولی و صفات مورفوفیزیولوژی در سیستم آب­کشت .............................................................................105

3-3- نتیجه گیری کلی .....................................................................................................................................................................................121

3-4- پیشنهادات.................................................................................................................................................................................................122

منابع مورد استفاده...............................................................................................................................................................................................123

عنوان                                                     فهرست جدول­ها                                                صفحه

جدول 2- 1: شجره لاین­های گندم دوروم مورد مطالعه در این تحقیق..............................................................................................................33

جدول 2-2: ترکیبات محلول غذایی هوگلند یک­دوم ..........................................................................................................................................33

جدول 3-1: تجزیه واریانس صفات مورفولوژیک مورد مطالعه به صورت فاکتوریل در شرایط ماسه کشت........................................................39

جدول 3-2: تجزیه واریانس صفات فیزیولوژیک مورد مطالعه به صورت فاکتوریل در شرایط ماسه کشت.........................................................40

جدول 3-3: تجزیه واریانس شاخص های مقاومت به تنش خشکی در شرایط ماسه کشت................................................................................41

جدول 3-4: مقایسه میانگین لاین­های گندم از نظر شاخص های تحمل تنش اسمزی در سیستم ماسه کشت...............................................55

جدول 3-5: درصد کاهش میانگین صفات لاین­های گندم دوروم در اثر تنش کم آبی در سیستم ماسه کشت..................................................58

جدول 3-6: ماتریس ضرایب عامل­ها بعد از چرخش واریماکس برای صفات مورفولوژی در گندم دوروم در سطح شاهد سیستم ماسه کشت.69

جدول 3-8: ماتریس ضرایب عامل ها بعد از چرخش واریماکس برای صفات مورفولوژی در گندم دوروم در تنش 60 درصد در سیستم ماسه کشت......................................................................................................................................................................................................................70

جدول 3-12: تجزیه واریانس صفات مورفولوژیک مورد مطالعه درشرایط آبکشت..............................................................................................76

جدول 3-13: تجزیه واریانس صفات فیزیولوژیک مورد مطالعه درشرایط آبکشت...............................................................................................76

جدول 3-14: تجزیه واریانس شاخص های مقاومت به تنش خشکی در ارقام گندم دوروم در شرایط آبکشت..................................................77

جدول 3-15: مقایسه میانگین سطوح تنش اسمزی از نظر صفت کلروفیلb در سیستم آب کشت....................................................................86

جدول3-16: مقایسه میانگین لاین­های گندم دوروم از نظر شاخص TI اندام هوایی در شرایط تنش اسمزی در سیستم آب کشت................89

جدول 3-17: درصد کاهش میانگین صفات لاین­های گندم دوروم در اثر تنش کم آبی در سیستم آب کشت..................................................91

جدول 3-19: ماتریس ضرایب عامل­ها بعد از چرخش واریماکس برای صفات مورفوفیزیولوژی در گندم دوروم در تنش 4- بار در سیستم آب کشت....................................................................................................................................................................................................................100

جدول 3-21: ضرایب رگرسیون بین صفات مورفوفیزیولوژی و نشانگرهای RAPD در سطح شاهد سیستم ماسه­کشت..............................109

جدول 3-26- ضرایب رگرسیون بین صفات مورفوفیزیولوژی و نشانگرهای RAPD در سطح تنش 8- بار سیستم آب­کشت.....................119

شماره و عنوان شکل

فهرست شکل­ها                                     صفحه

شکل3-28- گروه­بندی ارقام گندم از نظر صفات مورد مطالعه به روش وارد در شرایط تنش 40 درصد سیستم ماسه کشت...........................61

شکل3-29- گروه­بندی ارقام گندم از نظر صفات مورد مطالعه به روش وارد در شرایط تنش 60 درصد سیستم ماسه کشت...........................61

شکل 3-60- تاثیر سطوح مختلف تنش اسمزی بر شاخص Ti ریشه در لاین­های مختلف گندم دوروم در شرایط آب کشت.........................88

شکل 3-64- گروه­بندی لاین­های گندم از نظر صفات مورد مطالعه به روش وارد در شرایط تنش 4- بار در سیستم آب­کشت.......................94

شکل 3-65- گروه­بندی لاین­های گندم از نظر صفات مورد مطالعه به روش وارد در شرایط تنش 8- بار در سیستم آب­کشت.......................94

  1-1-     مقدمه

شرایط اقلیمی خشک و نیمه خشک که اکثر مناطق کشور ما را در بر می­گیرد، سبب محدودیت منابع آبی و امکانات تولید محصولات زراعی شده است. رشد سریع جمعیت از یک طرف و کاهش یا ثابت ماندن منابع از طرف دیگر بررسی راه­های استفاده بهینه از پتانسیل­های تولید مواد غذایی را جهت بهره­وری بیشتر ضروری می­سازد. از آنجا که در بیشتر نقاط دنیا، آب محدود کننده اصلی تولیدات کشاورزی است، بنابراین، استفاده بهینه از آن اهمیت زیادی دارد. این موضوع برای ایران که حدود دو سوم مساحت آن را اقلیم خشک و نیمه خشک تشکیل داده، جدی­تر می­باشد. توجه به اقتصاد و مدیریت منابع آب نه تنها در مناطق خشک و نیمه خشک، بلکه در مناطق با بارندگی مناسب هم می­تواند از راه تاثیر بر هزینه­های تولید مهم بوده و ایجاب می­کند که از واحد حجم آب بیشترین استفاده به عمل آید. در این راستا، آگاهی از واکنش گیاهان و تعیین میزان حساسیت مراحل مختلف رشد آنها به کم آبی از اهمیت بسزایی برخوردار است (رضایی و همکاران، 1388).

عوامل نامساعد محیطی همانند تنش خشکی که یکی از رایج­ترین و مهمترین تنش­های محیطی است، تولید محصولات کشاورزی را محدود می­سازد. خشکی روی اکثر مراحل رشد گیاه مانند مرحله جوانه­زنی و استقرار گیاهچه و همچنین ساختار اندام و فعالیت آن­ها آثار مخرب و زیان­آوری وارد می­سازد. از آن جایی که ایجاد و حفظ یک پتانسیل آب خالص در محیط خاک، کاری تقریباً مشکل است، در این راستا برقراری شرایط تنش خشکی با استفاده از مواد اسمزی مختلف برای ایجاد پتانسیل­های اسمزی، یکی از مهم­ترین روش­های مطالعه تأثیر تنش خشکی بر روی گیاه تلقی مى­شود (زید و همکاران، 2001).

گندم نان و گندم دوروم از مهم­ترین محصولات زراعی جهان بوده و غذای اصلی مردم را در مناطق خشک و نیمه خشک تشکیل می­دهند (مانز، 2006). این گیاه از دیر باز به صورت آبی و دیم درغرب ایران کشت می­شده است. مناطق گرمسیر، نیمه گرمسیر و معتدل کشور بیشترین سطح زیر کشت گندم دوروم را به خود اختصاص می­دهند. توسعه صنعت ماکارونی سازی به همراه افزایش تقاضا برای آن و همچنین مساعد بودن شرایط آب و هوایی در بسیاری از نقاط کشور، پژوهش­های بیشتری را، بویژه در زمینه به نژادی گندم دوروم و گزینش ارقام متحمل به تنش­های محیطی از جمله تنش کم­آبی و اسمزی طلب می­نماید (فابریانی و همکاران، 1988). هر اقدامی برای اصلاح ژنتیکی تحمل به خشکی با استفاده از تنوع ژنتیکی موجود، نیاز به یک روش ارزیابی کارآمد دارد که باید سریع بوده و قادر به انتخاب یک جمعیت بزرگ باشد. مقاومت به خشکی نتیجه صفات مختلف مورفولوژیکی، فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی است. بنابراین، می­توان از این اجزای مختلف به عنوان شاخص­های گزینش برای انتخاب تیپ ایده­آل گیاهی استفاده کرد...

و.....