بررسی تنوع ژنتیکی در ژرم پلاسم گلرنگ با بهره گرفتن از صفات زراعی و مورفولوژیک در شرایط دیم...

نمودار ۳-۱- بارندگی، تبخیر و متوسط دمای حداقل و حداکثر مطلق در سال زراعی ۲۰۱۲-۲۰۱۱  ایستگاه سرارود۳۶
نمودار ۴ -۱-پراکنش عملکرد دانه، مقدار میانگین  و مقدار یک انحراف معیار بالاتر از میانگین در ژنوتیپ‌های تحت بررسی گلرنگ.۷۲
نمودار ۴= ۲-  پراکنش عملکرد روغن، مقدار میانگین  و مقدار یک انحراف معیار بالاتر از میانگین در ژنوتیپ‌های تحت بررسی گلرنگ.۷۳
نمودار ۴- ۳-  پراکنش میزان روغن دانه، مقدار میانگین و مقدار یک انحراف معیار بالاتر از میانگین در ژنوتیپ‌های تحت بررسی گلرنگ .۷۳
۴-۱- دندوگرام حاصل از تجزیه کلاستر ژنوتیپ های مورد بررسی تحت شرایط دیم۸۳
۴-۲- دندوگرام حاصل از تجزیه کلاستر صفات مورد بررسی گلرنگ تحت شرایط دیم.۸۶

چکیده

آگاهی از تنوع ژنتیکی و مدیریت منابع ژنتیکی به عنوان گام مهم برنامه‌های به‌نژادی تلقی می‌شوند. در این تحقیق به منظور بررسی تنوع ژنتیکی ۱۹ صفت زراعی و مورفولوژیک ، شامل ۱۴ صفت کمی و ۵ صفت کیفی، تعداد ۱۰۰ نمونه گلرنگ زراعی((Carthamus tinctorius L. در مزرعه تحقیقاتی مؤسسه تحقیقات کشاورزی دیم- سرارود در سال زراعی ۹۱-۹۰ مورد ارزیابی قرارگرفت. آزمایش در قالب طرح لاتیس ساده ۱۰×۱۰ در کشت پاییزه تحت شرایط دیم انجام یافت. صفات کیفی طول شاخه‌های جانبی، وسعت خاربرگ، حاشیه برگ، شکل قوزه، اندازه بذر و صفات کمی تعداد روز تا شروع و پایان گلدهی و رسیدگی، ارتفاع نهایی گیاه، تعداد شاخه جانبی، تعداد قوزه در بوته، قطر قوزه ، طول و عرض براکته، تعداد دانه در قوزه، وزن هزار دانه، محتوی روغن دانه و عملکرد دانه و روغن ارزیابی شد. نتایج نشان داد که بین تیمارهای تصحیح شده اختلاف معنی‌داری از نظر همه صفات کمی تحت بررسی بجز تعداد روز تا رسیدن و تعداد دانه در قوزه وجود داشت. نتایج آمار توصیفی صفات نشان داد که در صفات کمی تعداد شاخه جانبی ، تعداد قوزه و عملکرد دانه و روغن با بالاترین ضریب تغییرات فنوتیپی و ژنوتیپی و در صفات کیفی طول شاخه‌های جانبی و وسعت خار برگ با بالاترین شاخص شانون ، بیشترین تنوع را دارند. محتوی روغن دانه ژنوتیپ‌ها بین ۷/۳۷ – ۶/۲۶ درصد با متوسط ۹/۳۲ متغیر بود. و متوسط عملکرد دانه ژنوتیپ‌ها ۷/۵۹۳ و دامنه تغییرات ۰/۹۸۰ – ۸/۲۹۶ کیلوگرم در هکتار داشت. وراثت­پذیری­عمومی نسبتاً بالایی در صفات روز تا شروع گلدهی ، طول و عرض براکته، قطر قوزه و محتوی روغن دانه مشاهده شد. بر اساس این نتایج می‌توان گفت که اصلاح به روش گزینش برای این صفات تا حدود زیادی مؤثر است. رابطه خاصی بین محتوی روغن دانه و عملکرد دانه وجود نداشت و گزینش همزمان برای محتوی روغن و عملکرد دانه بالا مناسب‎تر بود. تجزیه‌عاملی با دوران وریماکس ۶ عامل را استخراج نمود که حدود ۶۸ درصد تغییرات میان صفات را توجیه نمود. تجزیه‌کلاستر ژنوتیپ‌های گلرنگ به روش وارد و با بهره گرفتن از کلیه صفات ژنوتیپ‌ها را در ۴ گروه قرار داد به طوریکه بهترین ژنوتیپها از نظر عملکرد دانه و روغن در گروه ۲ و ۴ قرار داشتند. همچنین گروه‌بندی صفات ، همه صفات کمی اندازه‌گیری شده را در ۶ کلاستر قرار داد. کلاستر دوم شامل صفات قطر قوزه، وزن هزار دانه و عملکرد دانه بود. به منظور گزینش ژنوتیپ‌های برتر گلرنگ از نظر سه صفت اقتصادی مهم شامل عملکرد دانه، عملکرد روغن و میزان روغن دانه اقدام به رسم نمودار پراکنش ژنوتیپ‌ها از نظر صفات مورد نظر گردید. نتایج نشان داد که ژنوتیپ‌های شماره ۵، ۴۱، ۵۶ و ۸۲ به ترتیب ژنوتیپ‌های محلی عجبشیر، باباریز درشت، لگزی درشت و ۳۷۷ / S6 / 697 دارای عملکرد دانه و روغن بالا و نیز میزان روغن دانه بالا بودند.
واژه­های کلیدی : گلرنگ زراعی، تنوع ژنتیکی، شرایط دیم، تجزیه و تحلیل چند متغیره

فصل اول

مقدمه و کلّیات

مقدمه

۱-۱- تنوع ژنتیکی

اصلاح‌نباتات بر پایه اصول ژنتیکی یکی از فنون موفق در قرن بیستم به شمار می‌رود. افزایش میزان تولید محصولات کشاورزی، ‌همچنین تغذیه جهانی به طور عمده مرهون روش‌های به نژادی یا اصلاح‌نباتات و معرفی واریته‌های پرمحصول اصلاح شده می‌باشد (عبدمیشانی وهمکاران،‌۱۳۸۷). منابع ژنتیکی گیاهی در علم کشاورزی و  تولید غذا، ‌اساس امنیت جهانی غذا هستند. آنها تنوع ژنتیکی موجود در ارقام سنتی، ارقام جدید، خویشاوند و حتی گیاهان زراعی و گونه‌های وحشی دیگر را در بر می‌گیرند. پیش‌بینی می‌شود که جمعیت جهان در سال ۲۰۲۰ میلادی به ۸ میلیارد نفر برسد و برای تامین نیاز غذایی روزافزون، استفاده از دامنه وسیع تنوع ژنتیکی موجود در گیاهان دنیا ضروری است (کامسوارا و رائو ۲۰۰۴، سینگ، ۱۹۹۰، جین و همکاران، ۱۹۷۵). افزایش تولید با کیفیت مطلوب مستلزم فعالیت‌های به نژادی بر پایه تنوع وسیع ژرم‌پلاسم است. لذا ژرم‌پلاسم گیاهی پایه و اساس تمامی تحقیقات ژنتیکی و به‌نژادی به منزله خونی است که در کالبد برنامه‌های اصلاح نباتاتی جریان دارد (دانایی و همکاران،‌ ۱۳۸۰). تنوع ژنتیکی یا به علت جدایی جغرافیایی یا به علت موانع ژنتیکی تلاقی‌پذیری[۱] است شایان ذکر است که بین مفهوم تغییرپذیری[۲]، ‌مفهوم تنوع[۳]، تفاوت وجود دارد. بدین معنی که تغییرپذیری دارای تفاوت‌های قابل مشاهده فنوتیپی است اما چنین تفاوت‌های قابل مشاهده‌ای ممکن است در مفهوم تنوع  باشد و یا نباشد (فرشادفر، ۱۳۷۶). یعنی ممکن است  تنوع‌ژنتیکی، ‌بروز ظاهری و فنوتیپی قابل مشاهده نداشته باشد (باقری و همکاران، ۱۳۸۰). آگاهی دقیق از تنوع ژنتیکی مجموعه‌های ژنتیکی گیاهی،‌ ضمن حفظ ذخایر ژنتیکی گیاهی باعث استفاده از آنها در برنامه‌های اصلاحی می‌شود )ویرک و همکاران، ۱۹۹۵). یکی از اولین قدم‌ها در یک برنامه موفق به‌نژادی، ‌تشخیص صحیح ژنوتیپ‌های مطلوب است (صالحی ‌جوزانی و همکاران، ۱۳۸۲ و شعبانی، ۱۳۷۸). ابتدا تنوع توده‌های بومی و موجود مورد انتخاب قرار می‌گیرد و در صورت پیشرفت و رسیدن به یکنواختی تا ایجاد تنوع مصنوعی، این انتخاب گسترش می‌یابد (سرخی هه لو، ۱۳۷۴).
والدینی که از لحاظ ژنتیکی متفاوت هستند هیبریدهایی با هتروزیس بیشتر تولید می‌کنند که احتمال بدست آوردن نتایج تفرق یافته برتر از والدین را افزیش می‌دهند (کرافت و همکاران، ۱۹۹۷ و بیر و همکاران، ۱۹۹۳). بسیاری از ژن‌های مفید در ارقام محلی و جوامع گیاهی پراکنده بوده و در طول هزاران سال توسط کشاورزان، طبیعت به دلیل سازگاری، مقاومت یا تولید محصول بیشتر گزینش شده‌اند (چارکوست و ایسو، ‌۱۹۹۴). تنوع ژنتیکی در جمعیت‌های گیاهی بر اثر مجموعه‌ای از مکانیسم‌ها شامل جهش، نوترکیبی، مهاجرت، جریان ژن[۴]، رانده‌شدن ژنتیکی[۵] و انتخاب طبیعی یا مصنوعی به وجود آمده و حفظ می‌گردد. استفاده موثر از منابع ژنتیک و ذخایر توارثی گیاهان زراعی نیازمند اطلاع از تنوع، به عنوان یکی از گام‌های پایه‌ای و اساسی در نگهداری و حفاظت مواد ژنتیکی در بانک ژن و اجرای برنامه‌های به نژادی است (قهرمانزاده و همکاران، ۱۳۸۴). علاوه بر این اطلاع از سطح تنوع موجود در ژرم‌پلاسم‌ها خزانه ژنی برای تشخیص تکرار‌ها در بانک‌های ژنی، ‌غنی‌سازی ذخایر ژنتیکی از طریق اینتروگروسیون ژن‌های مطلوب و شناسایی ژن‌های مناسب  ضروری به نظر می‌رسد (محمدی، ۱۳۸۵).
گزینش بر پایه اطلاعات ژنتیکی سبب افزایش عملکرد در هکتار به میزان ۵۰% ظرف مدت ۳۰ تا ۴۰ سال اخیر شده است (ولیزاده، ۱۳۷۲). از این رو ارزیابی تنوع‌ژنتیکی در گیاهان زراعی برای برنامه‌های اصلاح‌نباتات و حفاظت از ذخایر توارث از اهمیت زیادی برخوردار است (فراهانی و همکاران، ۱۳۸۵). یعنی بدون تنوع، ‌هیچ برنامه اصلاحی قابل اجرا نیست. (عبدمیشانی وهمکاران،‌۱۳۸۷).

۱-۲- روش های شناسایی و بررسی تنوع ژنتیکی

فنوتیپ یک گیاه توسط ترکیب ژنتیکی آن و عوامل محیطی تعیین می‌گردد. صفات مختلف گیاهی را می‌توان از نظر تعداد ژن‌های کنترل کننده و چگونگی تاثیر عوامل محیطی به دو دسته عمده تقسیم‌بندی نمود. صفات کیفی که در کنترل آنها تعداد بسیار کمی ژن دخالت داشته و عوامل محیطی در بروز آنها تأثیر چندانی ندارند. و صفات کمّی که تعداد زیادی ژن و عوامل بی‌شماری در بروز آنها دخالت دارند. صفات کیفی توارث‌پذیری بالایی داشته و در نتیجه انتخاب و اصلاح‌نژاد برای آنها نسبتاً آسان بوده و نیازی به انتخاب غیرمستقیم نیست. بر عکس صفات کمّی توارث پذیری پایینی داشته و انتخاب  مستقیم و اصلاح نژاد برای آنها با مشکل روبرو است. از سال‌های دور محققین اصلاح نباتات در پی یافتن نشانگرهای ژنتیکی که با صفات کمّی پیوستگی نشان می‌دهند، بوده‌اند. از این

 نشانگرها می‌توان به عنوان معیار غیر مستقیم انتخاب استفاده نمود (فولاد و جونز، ۱۳۷۵). هر شاخص قابل ارزیابی فنوتیپی یا ژنوتیپی را می‌توان نشانگر نامید. رنگ گل، رنگ بذر، یک ترکیب شیمیایی خاص، بو، طعم خاص، فرم‌های مختلف یک آنزیم، پروتئین‌های ذخیره‌ای بذر، تفاوت طولی قطعات برشی دی. ان. ای و غیره را می‌توان به عنوان نشانگر در نظر گرفت (سادات نوری و نجف‌آبادی، ۱۳۸۵). در این روش ژن مورد نظر بر اساس پیوستگی که با یک نشانگر ژنتیکی دارد، تشخیص داده و انتخاب ‌شود یعنی نشانگرهای پیوسته با ژن‌های مورد نظر شناسایی شوند. یکی از پایه‌های اساسی اصلاح نباتات دسترسی و آگاهی از میزان تنوع در مراحل مختلف پروژه‌های اصلاحی است. به همین جهت نشانگرها برآورد مناسبی از فواصل ژنتیکی بین واریته‌های مختلف را نشان می‌دهند (نقوی و همکاران، ۱۳۸۶). مهمترین داده‌هایی که از طریق این گونه بررسی‌ها و مطالعات به دست می‌آیند عبارتند از اطلاعات شجره‌ای[۶]، داده‌های مورفولوژیک[۷]، ‌داده‌های بیوشیمیایی[۸] حاصل از تجزیه و تحلیل ایزوزایم‌ها[۹] و پروتئین‌های ذخیره‌ای[۱۰] و اخیراً داده‌های مبتنی بر نشانگرهای دی. ان. ای تمایز و طبقه‌بندی ژنوتیپ‌ها و ارقام گیاهی را  با اطمینان بیشتری امکان‌پذیر ساخته‌اند (فاضلی، ۱۳۸۷).

نشانگرهایی که در مطالعات ژنتیکی مورد استفاده قرار می‌گیرند عبارتند از:

• نشانگرهای مورفولوژیکی و زراعی

نشانگرها هر کدام دارای معایب و مزایایی هستند مشکل عمده نشانگرهای مورفولوژیکی این است که ممکن است آنها فنوتیپ تغییر یافته‌ای را که با نیازهای زارع منطبق نیست شناسایی نماید، دلایل آن می‌تواند یکی از عوامل زیر باشد: غالبیت،‌ عدم تظاهر در مراحل نمو، اثرات مضر محیطی، پلیوتروپی، اپیستازی، ‌تغییرات در نفوذ ژن و کم بودن چندشکلی (اروس، ۱۹۹۳).

• نشانگرهای بیوشیمیایی مانند پروتئین و آیزوزایم

در دهه ۱۹۵۰، نشانگرهای مولکولی قابل مشاهده توسط الکتروفورز پروتئین‌ها تحول شگرفی را ایجاد نمودند. آیزوزایم‌ها به طور گسترده در  بررسی تنوع‌ژنتیکی و طبقه‌بندی گیاهان زراعی به کار گرفته شدند. هر چند در دهه اخیر فناوری‌های مرتبط با دی. ان. ای در این زمینه پیشی گرفته‌اند. تا اواخر دهه ۱۹۷۰ نقشه‌های ژنتیکی تلفیقی (آیزوزایم‌ها و نشانگرهای مورفولوژیکی) بسیاری از گونه‌های مهم تهیه شدند. نشانگرهای پروتئینی نیز معایب ویژه خود را دارند. از معایب این نشانگرها محدود بودن آنهاست. همچنین تظاهر برخی از آنزیم‌ها و پروتئین‌ها تحت تأثیر مرحله رشد گیاه قرار می‌گیرد (نقوی و همکاران، ۱۳۸۶).

• نشانگرهای DNA

مارکرهای مولکولی و نشانگرهای  DNAابزار مناسبی هستند که بر اساس آن می‌توان جایگاه ژنی و کروموزمی عوامل تعیین کننده

مطلب دیگر :

راهنمایی بیشتر برای تولید سایت با کیفیت

 صفات مطلوب را شناسایی کرد. با دانستن جایگاه یک ژن روی کروموزوم می‌توان از نشانگرهای مجاور آن برای تأیید وجود صفت در نسلهای تحت گزینش استفاده نمود.  با در دست داشتن تعداد زیادتر نشانگر می‌توان نقشه‌های ژنتیکی کاملتری را تهیه نمود که پوشش کاملی را در تمام کروموزم‌های گیاهان به وجود می‌آورد. استفاده از نشانگرها موجب افزایش اطلاعات مفید و مناسب از جنبه‌های پایه و کاربردی در اصلاح نباتات خواهد گردید.

انتخاب به کمک نشانگرهای مولکولی راه حلی است که دست‌آورد زیست‌شناسان مولکولی برای متخصصان اصلاح نباتات می‌باشد. در این روش ژن مورد نظر بر اساس پیوستگی که با یک نشانگر ژنتیکی دارد، تشخیص داده و انتخاب می‌شود. بنابراین به عنوان قدم اول در روش انتخاب به کمک نشانگر باید نشانگرهای پیوسته با ژن‌های مورد نظر شناسایی شوند. یکی از پایه‌های اساسی اصلاح نباتات دسترسی و آگاهی از میزان تنوع در مراحل مختلف پروژه‌های اصلاحی است. به همین جهت نشانگرها برآورد مناسبی از فواصل ژنتیکی بین واریته‌های مختلف را نشان می‌دهند (نقوی و همکاران، ۱۳۸۶).
اگر مطالعات مورفولوژیکی، بیوشیمیایی و مولکولی به صورت توأم انجام شوند و از تجزیه‌چند متغیره مناسب استفاده شود تنوع ژنتیکی بهتر برآورد می‌گردد (محمدی و پراسانا، ۲۰۰۳ و  ولمن و همکاران، ۲۰۰۵).

 ۱-۳- اهمیت تولید دانه های روغنی

با توجه به نیاز فزاینده کشور به روغنهای خوراکی، توسعه کشت دانه‌های روغنی از اهمیت زیادی برخوردار است. افزایش تقاضا برای روغن در بازارهای جهانی و بالطبع افزایش قیمت و واردات در کشورهای مصرف کننده و روند افزایش مصرف سرانه روغن نباتی از جمله عواملی هستند که اهمیت توسعه کشت دانه‌های روغنی و گسترش برنامه‌های علمی-تحقیقاتی را بیش از پیش روشن می‌سازد. تنوع ژنتیکی برای عملکرد دانه، میزان روغن و ترکیب اسیدهای چرب برای اصلاح دانه و کیفیت روغن و توسعه رقم‌ها ضروری است (اهلروگو ۱۹۹۴). برنامه‌های اصلاحی فعلی و آینده نه تنها نیازمند دسترسی به این تنوع‌ها می‌باشد بلکه وابسته به نگهداری و مدیریت صحیح حفظ و استفاده از آنها نیز هست (ویلیام و همکاران، ۱۹۹۰). تشکیل روغن و چربی در درجه نخست تابع ژن‌های کنترل کننده و در درجه دوم تحت تأثیر عوامل محیطی قرار می‌گیرد (آلیاری و شکاری، ۱۳۷۹).
گلرنگ یکی از قدیمی‌ترین دانه‌های روغنی دنیا می‌باشد که خاستگاه و تنوع آن خاورمیانه است (داجو و همکاران، ۱۹۹۳). برنامه‌های مهم اولیه برای توسعه گیاه گلرنگ بعنوان یک محصول تجاری با افزایش محتوی روغن دانه و شناسایی ژنهای مقاومت به چند بیماری مهم گلرنگ (نظیر زنگ، پژمردگی فوزاریومی، سوختگی برگ آلترناریا، پژمردگی ریشه فیتوفترایی) آغاز گردید (نولز، ۱۹۸۹). گلرنگ از حیث خصوصیات مختلف کمی و کیفی، سازگاری با عوامل محیطی و انواع مقاومت‌ها دارای تنوع ژنتیکی وسیعی می‌باشد.
گلرنگ گیاهی است که انواع تیپ‌های وحشی و توده‌های محلی آن در سراسر ایران وجود دارد و سازگاری زیادی با شرایط خشکی، کویری، شوری و گرما دارد. این سازگاری را در طی سالیان متمادی در طبیعت کسب کرده و می‌توان بسیاری از زمین‌های کم‌بهره را به زیر کشت این گیاه برد. موفقیت تولید گلرنگ به عنوان یک گیاه اقتصادی و رقابت آن با سایر گیاهان روغنی وابسته به معرفی، توسعه و ایجاد رقم‌هایی با عملکرد دانه و میزان روغن بالاست. کارایی برنامه گزینش برای اصلاح صفات کمی از جمله عملکرد دانه و میزان روغن بطور عمده وابسته به تنوع ژنتیکی این صفات و همبستگی آنها با سایر صفات است (فالکونر و مکای، ۱۹۹۶ و گوان و همکاران، ۲۰۰۸(.
گلرنگ از حیث خصوصیات مختلف کمی و کیفی، سازگاری با عوامل محیطی و انواع مقاومت‌ها دارای تنوع ژنتیکی وسیعی می‌باشد. تصور می‌شود که در کل ۲۵۱۷۹ نمونه از ژرم‌پلاسم گلرنگ در ۲۲ بانک ژن از ۱۵ کشور ذخیره شده باشد (زانگ، ۲۰۰۱).