Evaluation of drought tolerance indices in Virginia tobacco (Nicotiana tabacum L.) genotypes

Document Type : Original Article

Authors

1 Staff Member of Urmia Tobacco Research Center, Urmia, Iran.

2 Associate Professor, Department of Plant Breeding and Biotechnology, Urmia University, Urmia, Iran.

3 Staff Member of Rasht Tobacco Research Center, Rasht, Iran.

4 MSc., Department of Plant Breeding and Biotechnology, Urmia University Urmia, Iran.

5 Associate Professor, Department of Agronomy, Urmia University, Urmia, Iran.

Abstract

In this study, eight flue-cured tobacco (Nicotiana tabacum L.) genotypes were evaluated in both drought stressed and well-watered conditions. In each condition, the genotypes were evaluated using a randomized complete block design with three replications. Analysis of variance revealed significant difference among tobacco genotypes for cured leaves yield in well-watered and drought stressed conditions. Based on the cured leaves yield in the drought stressed and well-watered conditions, quantitative drought tolerance indices such as mean of productivity, geometric mean of productivity, harmonic mean, tolerance index, stress susceptibility index and stress tolerance index were calculated. Genotype PVH19 had the highest cured leaves yield in well-watered and drought stressed conditions. This genotype also showed the high mean value for the different tolerance indices including stress tolerance, mean of productivity, geometric mean of productivity, harmonic mean, stress susceptibility and tolerance indices. Correlation analysis between the tolerance indices and cured leaves yield in well-watered and drought stressed conditions demonstrated that stress tolerance, mean of productivity, geometric mean of productivity and harmonic mean indices are the reliable indices for screening drought tolerant genotypes. Based on biplot analysis, PVH19 and NC100 were identified as the tolerant and susceptible genotypes to drought stress, respectively. UPGMA clusters analysis based on mean productivity, geometric mean productivity, harmonic mean, and stress tolerance indices clustered tobacco genotypes into 2 clusters. Cluster 1 includes 3 high yielding and drought tolerant genotypes: PVH19, C319 and VE1 and cluster 2 include 4 genotypes, C347, C258´MC944, NC71 and NC100 with contrast characteristic compared to cluster 1 genotypes.

Keywords

Full Text

ارزیابی شاخص­های تحمل به خشکی در ژنوتیپ­های توتون تیپ ویرجینیا (Nicotiana tabacum L.)

 

Evaluation of drought tolerance indices in Virginia tobacco (Nicotiana tabacum L.) genotypes

 

سیدرضا علوی1، رضا درویش­زاده2*، مرداویچ شعاعی­دیلمی3، اشکان بصیرنیا4، علیرضا پیرزاد5

 

1-      محقق مرکز تحقیقات توتون ارومیه

2- دانشیار گروه اصلاح و بیوتکنولوژی گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ارومیه

       3- محقق مرکز تحقیقات توتون رشت

       4- دانش آموخته کارشناسی ارشد اصلاح نباتات، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ارومیه

        5-دانشیار گروه زراعت، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ارومیه

*نویسنده مسئول: r.darvishzadeh@urmia.ac.ir

 

تاریخ دریافت: 20/02/92                                                                                               تاریخ پذیرش: 15/10/92

 

چکیده

در این مطالعه 8 ژنوتیپ توتون (Nicotiana tabacum L.) تیپ ویرجینیا در شرایط آبیاری بهینه و تنش خشکی با طرح بلوک­های کامل تصادفی در سه تکرار تحت شرایط مزرعه­ای مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج تجزیه واریانس نشان داد که بین ژنوتیپ­های مورد بررسی از نظر عملکرد برگ خشک در شرایط بدون تنش و تنش خشکی اختلاف معنی­دار وجود دارد. بر مبنای عملکرد برگ خشک (kg/ha) در شرایط تنش و بدون تنش خشکی، شاخصهای کمّی تحمل به خشکی از قبیل میانگین بهره­وری، شاخص تحمّل، میانگین هندسی بهره­وری، میانگین هارمونیک، شاخص حساسیت به تنش و شاخص تحمل تنش محاسبه گردیدند. بالاترین میزان عملکرد برگ خشک هم در شرایط تنش و هم در شرایط بدون تنش خشکی متعلق به ژنوتیپ PVH19 بود. بیشترین میانگین شاخص تحمل به تنش، میانگین بهره وری، میانگین هندسی بهره­وری، میانگین هارمونیک، شاخص حساسیت به تنش و شاخص تحمّل به ژنوتیپ PVH19 تعلق داشت. تجزیه همبستگی بین شاخص­ها و میانگین عملکرد برگ خشک در شرایط تنش و بدون تنش خشکی نشان داد که شاخص­های تحمل به تنش، میانگین بهره­وری، میانگین هندسی بهره­وری و میانگین هارمونیک مناسب­ترین شاخص­ها برای غربال ژنوتیپ­های متحمل به تنش خشکی می­باشند. با استفاده از روش ترسیمی بای­پلات، PVH19 به عنوان ژنوتیپ پرمحصول و متحمّل و NC100 به عنوان حساس­ترین ژنوتیپ نسبت به تنش خشکی شناسایی شدند. در گروه­بندی ژنوتیپ­ها به روش UPGMA بر مبنای شاخص­های میانگین بهره­وری، میانگین هندسی بهره­وری، میانگین هارمونیک و شاخص تحمّل تنش، ژنوتیپ­های با عملکرد بالا و متحمل به خشکی PVH19، C319 و VE1 در یک گروه و ژنوتیپ­های با عملکرد پایین در شرایط تنش و بدون تنش خشکی و حساس به خشکیC347، C258´MC944، NC71 و NC100 در گروه دیگر قرار گرفتند.

 

واژه‌های کلیدی:  بای­پلات، تجزیه خوشه‌ای، توتون تیپ ویرجینیا، شاخص­های تحمل به خشکی، عملکرد.

 

مقدمه

گیاهان در شرایط مزرعه اغلب با تنش­های مختلفی مواجه هستند که یکی از مهمترین آن­ها تنش خشکی است. بر طبق گزارش­های مختلف تاثیر کمبود رطوبت خاک بر عملکرد، بیشتر از سایر تنش­ها است (Ashraf, 2010; Boy, 1996). کشور ایران با متوسط نزولات آسمانی 240 میلی­متر در زمره مناطق خشک و نیمه­خشک جهان طبقه بندی می­گردد. در کشاورزی، تحمل به خشکی به توانایی یک گیاه زراعی در تولید محصول اقتصادی با کمترین مقدار آب در محیط اشاره دارد. تنش خشکی، عملکرد گیاهان زراعی را از طریق ممانعت از تولید بالقوه محصول محدود می­کند. اثرات خشکی روی یک گیاه پیچیده و متغیر است و به وسیله عوامل متعددی از جمله نوع خاک، الگوی ریشه­دهی، تراکم بوته و عوامل بیماری­زا تحت تاثیر قرار می­گیرد
(Boyer, 1996).

توتون با نام علمی (Nicotiana tabacum L.) از تیره سیب­زمینی، یکساله، روزکوتاه، خودگشن و 2n=48 کروموزومی است. کمبود شدید رطوبت خاک در دوره رشد سریع که منطبق با ماه­های گرم سال (خرداد تا مرداد ماه) می­باشد، سبب کاهش کمیّت و کیفیّت برگ­های توتون می­شود. تنش خشکی در توتون، باعث کاهش رشد، افزایش درصد روزنه­های بسته شده در سطح آناتومیکی و کاهش تبخیر و تعرق می­شود. همچنین، میزان آلکالوئیدهای کل افزایش و میزان نشاسته با توجه به تغییرات نامنظم در مقدار کربوهیدرات­ها کاهش می­یابد(Davis & Nielson, 1999; Chang & Chou, 1975).

گزینش ژنوتیپ­هایی که هم به شرایط تنش و هم بدون تنش سازگاری دارند، هدف اصلی آزمایش­های آزمون عملکرد است .(Fernandez, 1992) معیارهای مختلفی برای انتخاب ژنوتیپ­ها بر اساس نمودشان در محیط­های واجد یا فاقد تنش پیشنهاد شده است. فرناندز (Fernandez, 1992) شاخص حساسیت به تنش (STI) را پیشنهاد کرد که براساس عملکرد هر گیاه در دو شرایط مطلوب و تنش و مربع میانگین عملکرد تمامی گیاهان مورد آزمایش در شرایط مطلوب می‌باشد. هر چه مقدار STI بیشتر باشد نشانه بیشتر بودن تحمل گیاه به تنش است. رزیل و هامبلین (Rosielle & Hamblin, 1981) شاخص تحمل (TOL) و شاخص بهره‌وری متوسط (MP) را معرفی نمودند که TOL تفاوت عملکرد گیاه در دو شرایط متفاوت و MP میانگین تولید در شرایط تنش و عدم تنش است. مقدار بیشتر شاخص TOL نشانه حساسیت گیاه به تنش بوده و اساساً انتخاب برمبنای مقادیر کم TOL انجام می‌شود. ولی زیاد بودن MP تحمل بیشتر به تنش را نشان می‌دهد. فرناندز (Fernandez, 1992) و کریستین و همکاران (Kristin et al., 1997) شاخص دیگری تحت عنوان میانگین هندسی بهره­وری (GMP) را پیشنهاد نمودند. فیشر و مورر (Fischer & Maurer, 1978) نیز شاخص حساسیت به تنش (SSI) را معرفی کردند که در آن عملکرد گیاه تحت شرایط مطلوب و تنش اندازه‌گیری و شدت تنش نیز براساس میانگین عملکرد ژنوتیپ‌ها تحت شرایط مطلوب و تنش تعیین می‌شود. مقادیر کم SSI حاکی از تغییرات کم عملکرد گیاه در شرایط تنش در مقایسه با شرایط عدم تنش و در نتیجه تحمل بیشتر گیاه است.

حسنی و همکاران (Hassani et al., 2008) در مطالعه بر روی ارقام توتون ویرجینیا شاخص­های STI،MP  وGMP را به عنوان بهترین شاخص در تفکیک ارقام توتون متحمل به خشکی معرفی کردند. ایشان با استفاده از روش ترسیمی بای­پلات روی شش رقم، مقایسه مقادیر شاخص­های برتر برای هر رقم و مشاهده وضع قرارگرفتن ارقام در بای­پلات مذکور، رقم کنتاکی­اف 326 را به عنوان رقم پرمحصول و متحمل و رقم کوکر 347را به عنوان حساس­ترین رقم نسبت به تنش خشکی شناسایی کردند. هدف از این پژوهش ارزیابی تنوع ژنتیکی ارقام توتون از نظر تحمل به خشکی، ‌انتخاب مناسب­ترین شاخص یا شاخص­های تحمل به خشکی و تعیین فاصله ژنتیکی ارقام جهت استفاده در برنامه­های دورگ­گیری به منظور
بهره­مندی از حداکثر هتروزیس می­باشد.

 

 

مواد و روش­ها

این آزمایش با استفاده از 8 ژنوتیپ توتون تیپ ویرجینیا شامل: VE1، C347، C319، R30 × N2، C258 × MC944، NC71، NC100 و PVH19 در دو محیط تنش خشکی و بدون تنش، در قالب دو طرح بلوک­های کامل تصادفی هر یک با سه تکرار در مزرعه پژوهشی مرکز تحقیقات توتون رشت با مختصات جغرافیایی ΄16, °49 طول جغرافیایی و ΄16, °37 عرض جغرافیایی و ارتفاع صفر از سطح دریا اجرا گردید. حداقل، حداکثر و میانگین دما، مجموع بارندگی و متوسط رطوبت نسبی محل اجرای آزمایش در جدول 1 آمده است.

 

 

 

جدول 1- مشخصات و شرایط جوی در مدت بررسی در مرکز تحقیقات توتون رشت.

Table 1- Atmospheric situations during conducting the present experiment in the Rasht Tobacco Research Center.

 

 

ردیف Row

ماه

Month

میانگین رطوبت نسبی

(درصد)

Mean relative humidity (%)

مجموع بارندگی (میلی­متر)

Total Precipitation

(mm)

درجه حرارت   (Temperature °C)

حداقل

Min.

حداکثر

Max.

میانگین

Average

1

فروردین (April)

87.57

85

6.42

14.8

11.81

2

اردیبهشت (May)

82.83

45

8.82

12.3

11.70

3

خرداد (June)

84.62

17

12.1

29.6

25.50

4

تیر (July)

87.41

10.5

17.5

39.8

25.25

5

مرداد (August)

81.51

37.5

18.5

39.5

26.40

6

شهریور (September)

 

90.45

240

14.5

29.2

21.89

 

جدول 2- شاخص­های کمی تحمل به خشکی.

Table 2- Quantitative drought tolerance indices.

منبع (Reference)

معادله  (Equation)

نام شاخص   Index name))

(Fischer and Maurer, 1978)

  

شاخص حساسیت به تنش

Stress Susceptibility Index (SSI)

(Rosielle and Hamblin, 1981)

  

شاخص تحمل

Tolerance index (TOL)

(Rosielle and Hamblin, 1981)

  

میانگین بهره روی

Mean Productivity (MP)

(Kristin et al., 1997)

  

میانگین هندسی بهره وری

Geometric Mean Productivity (GMP)

(Fernandez, 1992)

  

شاخص تحمل تنش

Stress Tolerance Index (STI)

(Kristin et al., 1997)

  

میانگین همساز

Harmonic Mean (HM)

Yp: عملکرد یک ژنوتیپ در محیط بدون تنش. Ys: عملکرد یک ژنوتیپ در محیط تنش دار. : متوسط عملکرد کلیه ژنوتیپ­ها  در محیط بدون تنش. : متوسط عملکرد کلیه ژنوتیپ­ها  در محیط تنش دار. SI: شدت تنش. 

YP: Yield of a given genotype in well-watered (potential) conditions. YS: Yield of a given genotype in drought stressed conditions. and are average yield of all genotypes under drought stressed and well-watered (potential) conditions, respectively.

 


هر کرت شامل چهار خط کاشت به طول 3 متر با فضای بوته 50 ×100 سانتی­متر در نظر گرفته شد. فاصله بین کرت­ها و بلوک­ها به ترتیب 150 و 400 سانتی­متر در نظر گرفته شد. کوددهی بر اساس توصیه مرکز تحقیقات توتون رشت با 150 کیلوگرم نیترات آمونیوم، 100 کیلوگرم سوپرفسفات تریپل و 200 کیلوگرم سولفات آمونیوم در هکتار انجام گرفت. مقدار یک سوم کودها به صورت پایه و بقیه هنگام خاک­دهی پای بوته اعمال گردید. عملیات کاشت، داشت و برداشت برای کلیه ژنوتیپ­ها در دو محیط یکسان انجام گردید. آبیاری در محیط بدون تنش 10-7 روز یک بار تا برداشت و در محیط تنش خشکی فقط هنگام کاشت آبیاری انجام و بقیه دوره رشد به صورت دیم اداره گردید و آبیاری صورت نگرفت. درصد قند، نیکوتین، کلر (صفات مرتبط با کیفیت شیمیایی برگ) و عملکرد برگ خشک در دو شرایط بدون تنش و تنش خشکی بر اساس دستورالعمل سازمان جهانی توتون(CORESTA: http://www.coresta.org/) اندازه­گیری شدند. چندین معیار گزینش برای انتخاب ژنوتیپ­های متحمل بر اساس عملکرد برگ خشک در شرایط بدون تنش و تنش خشکی که توسط محققان بکار می روند محاسبه شد (جدول 2). در این جدول SI
(Stress intensity) شدت تنش بوده و مقدارش بین صفر و یک است. تجزیه واریانس و مقایسه میانگین عملکرد ارقام در شرایط بدون تنش و تنش خشکی با استفاده از نرم افزار SAS 9.1 و آزمون SNK انجام گرفت. همبستگی بین میانگین شاخص­های محاسبه شده و عملکرد در شرایط آبیاری بهینه و تنش خشکی در نرم افزار SPSS16 محاسبه شد. به منظور انتخاب ژنوتیپ با شاخص تحمل بالا و عملکرد مناسب، از روش تجزیه به مولفه­های اصلی و نمودار بای­پلات استفاده شد. برای ارزیابی تنوع ژنتیکی ژنوتیپ­های توتون و انتخاب ژنوتیپ­های مطلوب جهت دورگ­گیری از تجزیه خوشه ای به روش UPGMA بر اساس فاصله مربع اقلیدسی استفاده و نتایج به صورت دندروگرام ارایه‌ گردید.

 

نتایج و بحث

دامنه تغییرات قند های احیا کننده بین ژنوتیپهای توتون در شرایط بدون تنش بین 75/2 در ژنوتیپ Coker347 تا 13/14 در ژنوتیپ Coker319 بود. در شرایط تنش خشکی دامنه قند بین 8/2 در ژنوتیپ VE1 تا 5/6 در ژنوتیپ NC71 بود. در حالت کلی در تنش خشکی قندهای احیا کننده در ژنوتیپ­های توتون مورد بررسی نسبت به شرایط بدون تنش کاهش نشان داد. دامنه تغییرات نیکوتین بین ژنوتیپ ها در شرایط بدون تنش بین 07/2 در ژنوتیپ VE1 تا 99/3 در ژنوتیپ C258 ×MC944 بود. در شرایط تنش خشکی دامنه نیکوتین بین 29/2 در ژنوتیپ PVH19 تا 67/3 در ژنوتیپ C258×MC944 بود. در تنش خشکی مقدار نیکوتین در ژنوتیپ­های توتون نسبت به شرایط بدون تنش افزایش نشان داد. دامنه تغییرات کلر بین ژنوتیپ­ها در شرایط بدون تنش و تنش خشکی بین 094/0 تا 096/0بود و تغییرات بین ژنوتیپ­ها محسوس نبود (جدول 3). اختلاف بین ژنوتیپ­های توتون مورد بررسی از نظر عملکرد برگ خشک در شرایط بدون تنش و تنش خشکی معنی­دار P<0.01))  بود که حاکی از تنوع ژنتیکی  بالا بین ژنوتیپ­ها بوده و امکان انتخاب ژنوتیپ­های مقاوم به خشکی را نشان می­دهد. مقایسه میانگین عملکرد در شرایط آبیاری بهینه و تنش خشکی نشان داد که  ژنوتیپ PVH19 در شرایط آبیاری بهینه با میانگین 1871 و در شرایط تنش خشکی با 1322 کیلوگرم در هکتار بیشترین عملکرد برگ خشک را دارد (جدول 4). بیشترین مقدار STI، MP و TOL  به ترتیب با مقادیر 03/1، 1597 و 548 به ژنوتیپ PVH19، میانگین هارمونیک با مقادیر 1549، 1468 و 1443کیلوگرم به ترتیب به ژنوتیپ­های PVH19، C319 و VE1 و کمترین مقدار شاخص حساسیت به


 

 

جدول 3- میانگین مقدار صفات مهم شیمیایی در ژنوتیپ­های توتون در شرایط آبیاری بهینه و تنش خشکی.

Table 3- Mean value of some important chemical characteristics of tobacco genotypes under well-watered and drought stressed conditions.

 

محیط تنش (Drought stressed condition)

محیط بدون تنش (Well-watered condition)

ژنوتیپ

Genotype

کلر (%)

Chlorine

(%)

نیکوتین (%)

Nicotine

(%)

قند احیاء کننده (%)

Sugar

 (%)

کلر (%)

Chlorine

 (%)

نیکوتین (%)

Nicotine

(%)

قند احیاء کننده (%)

Reducing sugar

(%)

0.094

3.36

2.80

0.096

3.82

2.98

VE1

0.094

3.58

4.07

0.094

3.65

2.75

Coker 347

0.096

3.56

5.90

0.096

3.43

14.13

Coker 319

0.094

2.97

5.49

0.096

2.19

5.08

R30×N2

0.094

3.67

4.48

0.094

3.99

4.43

C258 ×MC944

0.096

2.78

5.14

0.094

2.45

7.38

NC100

0.094

3.08

6.50

0.094

3.50

7.58

NC71

0.096

2.29

6.20

0.096

2.07

7.46

PVH19

 

 

خشکی با میزان 6/0 به ژنوتیپ NC71 تعلق داشتند (جدول 4). ژنوتیپ PVH19 با در نظر گرفتن عملکرد مطلوب در دو شرایط آبیاری بهینه و تنش خشکی و همچنین با کمترین حساسیت به تنش خشکی بر اساس شاخص­ها می­تواند به عنوان ژنوتیپ مناسب تحت شرایط تنش خشکی باشد.

با توجه به اینکه تحملبه خشکی یک صفت پیچیده بوده و عوامل مختلفی در آن دخالت دارند، لذا قضاوت پیرامون ژنوتیپ­ها از نظر این صفت، پیچیده و گاهی اوقات با نتایج متناقض همراه است (Farshadfar et al., 2000). بنابراین با استفاده از تحلیل همبستگی بین عملکرد در شرایط آبیاری بهینه و تنش خشکی و شاخص­های کمّی تحمل به خشکی می­توان شاخص­های تحمل را غربال و مناسب­ترین شاخص (ها) را انتخاب نمود. مناسب­ترین شاخص آن است که در هر دو شرایط آبیاری و تنش خشکی با عملکرد همبستگی معنی­داری داشته باشد (Fernandez, 1992).

 

 

جدول 4–  میانگین شاخص­های کمی تحمل به خشکی و عملکرد در شرایط آبیاری بهینه و تنش خشکی در ژنوتیپ­های توتون.

Table 4- Mean of drought tolerance indices and yield under well-watered and drought stressed conditions in tobacco genotypes.

STI

HM

GMP

SSI

MP

TOL

Ys

Yp

ژنوتیپ (Genotype)

0.88

1443

1461

1.0

1479

 455

1251abc

1706 ab

VE1

0.62

2676

1224

0.7

1231

252

1105abc

1357 b

C347

0.9

1468

1485

0.9

1502

414

1295ab

1709 ab

C319

0.58

1172

1181

0.73

1190

260

cd 1059

1320 b

R30´N2

0.69

1267

1291

1.1

1315

462

bcd 1084

1546 ab

C258´MC944

0.64

1214

1242

0.6

1272

494

d 1025

1519 ab

NC71

0.62

1201

1231

1.2

1262

484

d 1020

1504 ab

NC100

1.03

1549

1573

1.1

1597

548

a 1322

1871a

PVH19

1.03

325.50

49.76

0.22

15.02

111.9

58.51

91.98

5% LSD

Yp: عملکرد یک ژنوتیپ در محیط بدون تنش. Ys: عملکرد یک ژنوتیپ در محیط تنش­دار.

حروف غیر مشابه بیانگر اختلاف معنی­دار است (آزمون SNK ، a=5%).

TOL: شاخص تحمل ، MP: میانگین بهره­روی، SSI: شاخص حساسیت به تنش، GMP: میانگین هندسی بهره وری، HM: میانگین همساز و STI: شاخص تحمل تنش.

YP: Yield of a given genotype in well-watered conditions. YS: Yield of a given genotype in drought stressed conditions.

Different letters at each column show significant difference at 5% probability level (SNK).

 TOL: tolerance index, MP: mean productivity, SSI: stress susceptibility index, GMP: geometric mean productivity, HM: harmonic mean, STI: stress tolerance index.

 

نتایج حاصل از تجزیة همبستگی شاخص­ها با عملکرد در شرایط آبیاری (YP) و تنش خشکی(YS) نشان داد که بین شاخصهای MP، HM، GMP و STI با عملکرد برگ خشک در شرایط آبیاری بهینه و تنش خشکی در سطح احتمال یک درصد همبستگی معنی داری وجود دارد (جدول 5). بنابراین می­توان این شاخص­ها را به عنوان مناسب­ترین شاخص، برای غربال ژنوتیپ­های متحمل به خشکی که در شرایط آبیاری بهینه و تنش خشکی عملکرد بالایی دارند در نظر گرفت. فرناندز (Fernabdez, 1992) دو شاخص STI و MP را برای غربال ژنوتیپ­های متحمل به خشکی در لوبیا در نظر گرفت. کریستین و همکاران (Kristin et al., 1997) در مطالعه بر روی ژنوتیپ­های لوبیا شاخص میانگین هندسی بهره­وری (GMP) را به عنوان شاخص مطلوب انتخاب نمودند. در مطالعه انجام گرفته توسط فرشادفر و همکاران (Farshadfar et al., 2000) بر روی لاین­های نخود شاخص­های MP، HM، GMP و STI بعنوان مناسب­ترین شاخص­ها در نظر گرفته شدند. حسنی و همکاران (Hassani et al., 2008) در مطالعه بر روی ژنوتیپ­های توتون ویرجینیا شاخص­هایSTI ،MP  و GMPرا به عنوان بهترین شاخص­ها در تفکیک ژنوتیپ­های توتون متحمل به خشکی ‌معرفی‌ کردند.

 

 

 

جدول 5– ضرایب همبستگی شاخص‌های تحمل خشکی  با عملکرد در شرایط آبیاری بهینه و تنش خشکی در ژنوتیپ­های توتون.

Table 5- Correlation coefficient between drought tolerance indices and yield under well-watered and drought stressed conditions in tobacco genotypes.

HM

GMP

SSI

MP

TOL

Ys

Yp

 

 

 

 

 

 

 

0.83 **

Ys

 

 

 

 

 

 ns 0.28

0.73 **

TOL

 

 

 

 

ns 0.6

** 0.94

0.97 **

MP

 

 

 

* 0.6

** 0.95

ns -0.02

ns 0.53

SSI

 

 

ns 0.27

** 1

ns 0.54

** 0.96

0.96 **

GMP

 

** 1

ns 0.22

** 0.99

ns 0.5

** 0.97

0.94 **

HM

** 1

** 1

ns 0.3

** 1

ns 0.55

** 0.96

0.95 **

STI

YS عملکرد در شرایط تنش، YP عملکرد در شرایط آبیاری بهینه، TOL: شاخص تحمل ، MP: میانگین بهره روی، SSI: شاخص حساسیت به تنش، GMP: میانگین هندسی بهره وری، HM: میانگین همساز و STI: شاخص تحمل تنش.

YP: Yield of a given genotype in well-watered (potential) conditions. YS: Yield of a given genotype in drought stressed conditions. TOL: tolerance index, MP: mean productivity, SSI: stress susceptibility index, GMP: geometric mean productivity, HM: harmonic mean, STI: stress tolerance index.

 

 

در صورت نیاز به بررسی روابط هم‏زمان بیش از سه متغیر، از ترسیم گرافیکی بای­پلات استفاده     می­شود و بای­پلات ابزار مفیدی برای تجزیه اطلاعات و ارزیابی نظری ساختار یک ماتریس بزرگ دوطرفه می می‏باشد (Gabriel, 1979). نتایج حاصل از این تجزیه با استفاده از ماتریس ضرایب همبستگی شاخص­ها با عملکرد برگ خشک در شرایط آبیاری بهینه و تنش خشکی و با توجه به مقادیر ویژه بزرگتر از یک نشان داد که بیشترین تغییرات بین داده­ها توسط دو مولفه اول و دوم (94/99 درصد از واریانس صفات) توجیه می­شود (جدول 6). در فضای بای پلات ژنوتیپ­ها در گروه­های مشخصی قرار گرفتند که مرتبط با میانگین عملکرد و تحمل آنها به کمبود آب است (شکل 1). در این بررسی اولین مولفه اصلی 18/78 درصد از تغییرات کل داده­ها را توجیه کرد و همبستگی مثبت و بالایی با عملکرد در شرایط بدون تنش و تنش و نیز شاخص­های HM، STI، GMP وMP  داشت (جدول 6). با توجه به اینکه میزان بالای این شاخص­ها مطلوب می­باشد اگر میزان مولفه اول بالا باشد، ژنوتیپ هایی انتخاب می­شوند که دارای عملکرد بالا در شرایط تنش و بدون تنش و همچنین HM، STI، GMP و  MP بالایی هستند.

 

جدول 6-  مقادیر ویژه، بردارهای ویژه و واریانس­های نسبی دو مولفه اصلی شاخص­های کمی تحمل به خشکی برای ژنوتیپ­های توتون.

Table 6- Eigen values, eigen vectors and variances of two first PCA of drought tolerance indices for tobacco genotypes.

مولفه اصلی

Principal component

مقادیر ویژه

Eigen value

درصد از واریانس کل

Percent of the total variance

 

Yp

Ys

TOL

MP

SSI

GMP

HM

STI

مولفه اول

PCA 1

6.25

78.18

0.4

0.361

0.226

0.39

0.132

0.395

0.392

0.394

مولفه دوم

PCA 2

1.74

21.82

0.113

-0.325

0.564

-0.064

0.72

-0.109

-0.15

-0.113

YS: عملکرد در شرایط تنش، YP: عملکرد در شرایط آبیاری بهینه. TOL: شاخص تحمل ، MP: میانگین بهره­روی، SSI: شاخص حساسیت به تنش، GMP: میانگین هندسی بهره­وری، HM: میانگین همساز و STI: شاخص تحمل تنش.

YP: Yield of a given genotype in well-watered conditions, YS: Yield of a given genotype in drought stressed conditions. TOL: tolerance index, MP: mean productivity, SSI: stress susceptibility index, GMP: geometric mean productivity, HM: harmonic mean, STI: stress tolerance index.

 

 

بنابراین مولفه اول را می­توان به عنوان مولفه پتانسیل عملکرد و تحمل به خشکی نامگذاری کرد. دومین مولفه 76/21 درصد از تغییرات کل داده­ها را توجیه می­کرد و همبستگی منفی با عملکرد در شرایط تنش و همچنین همبستگی مثبت با شاخص­های SSI و TOL داشت (جدول 6). بنابراین مولفه دوم را می­توان به عنوان مولفه حساسیت به تنش نامگذاری کرد. با توجه به اینکه مقادیر پایین این شاخص­ها مطلوبند بنابراین، اگر میزان مولفه دوم بالا باشد ژنوتیپ­هایی انتخاب می­شوند که دارای SSI وTOL  بالا هستند، به عبارتی حساس به خشکی­اند. بنابراین مقدار پایین این مولفه منتهی به انتخاب ژنوتیپ­های متحمل به خشکی و با عملکرد بالا در شرایط تنش خواهد شد. نمودار بای­پلات نشان می­دهد که ژنوتیپ­های PVH19، C319 و VE1 در مجاورت بردارهای مربوط به شاخص­های مهم تحمل به خشکی یعنی HM، STI، GMP و MP قرار دارند (شکل 1). همچنین نمودار بای­پلات نشان می­دهد که ژنوتیپهای C347، PVH19، C319 و VE1 در مجاورت مؤلفة اوّل یعنی مؤلّفة پتانسیل عملکرد قرار دارند. ژنوتیپهای C.258´MC944، NC71 و NC100 در مجاورت بردار مربوط به شاخص SSI قرار گرفته که به معنی بالا بودن عملکرد آنها در شرایط تنش آبی و در عین حال حساسیت آنها به کمبود آب می­باشد. به طور کلّی این نوع نحوة توزیع ژنوتیپ­ها در فضای بای پلات را می­توان حاکی از وجود تنوع ژنتیکی ژنوتیپ ها نسبت به تنش خشکی دانست. در حالت کلی ژنوتیپ PVH19 هم بر اساس نتایج بای­پلات و هم بر اساس مقایسات میانگین در دو حالت تنش خشکی و بدون تنش می­تواند به عنوان متحمل­ترین ژنوتیپ نسبت به تنش خشکی در این مطالعه در نظر گرفته شود.

تشکیل زاویة حاده بین شاخص­های انتخابی HM، STI، GMP و MP دلالت بر وجود همبستگی بالا بین این شاخص­ها است. نتایج حاصل از نمودار چند متغیره بای­پلات نشان می­دهد که مناسب­ترین ژنوتیپ­ها، همان ژنوتیپ­های PVH19، C319 و VE1 می‌باشند. در بین ژنوتیپ­های انتخابی ژنوتیپ PVH19 دارای بالاترین عملکرد در شرایط آبیاری عادی (YP) و بالاترین سطح عملکرد در شرایط تنش خشکی (YS) بود، بنابراین می­توان آنرا به عنوان بهترین ژنوتیپ در نظر گرفت. استفاده از تجزیه مؤلفه­های اصلی و نمودار بای­پلات برای انتخاب ژنوتیپ های متحمل در نخود (Farshadfar et al., 2001)، گندم (Fischer & Maurer, 1978)، لوبیا (Fernandez, 1992)، نخود(Kanouni et al., 2002)، توتون (Hassani et al., 2008)، آفتابگردان روغنی (Abdi et al., 2013; Darvishzadeh et al., 2010) و آفتابگردان آجیلی (Gholinezhad et al., 2014) مورد توجه قرار گرفته است.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


شکل 1- نمودار بای­پلات 8 ژنوتیپ توتون در شش شاخص تحمل به خشکی بر اساس مؤلفه‌های اول و دوم در شرایط آبیاری بهینه و تنش خشکی.

Fig 1- Biplot display of 8 tobacco genotypes on 8 drought tolerance indices based on two first PCAs under well-watered (potential) and drought stressed conditions.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل 2- دندوگرام حاصل از تجزیه خوشه‌ای به روش UPGMA  برای ژنوتیپ­های توتون بر اساس شاخص‌های تحمل به خشکی.

 

Fig 2- Dendrogram resulting from cluster analysis via UPGMA for tobacco genotypes based on drought tolerance indices.

 

 

گروه­بندی ارقام بر اساس ضریب فاصله مربع اقلیدسی و به روش UPGMA با استفاده از شاخص­های میانگین بهره­وری (MP)، میانگین هندسی بهره­وری (GMP)، میانگین هارمونیک (HM) و شاخص تحمّل تنش (STI) صورت گرفت (شکل 2). ژنوتیپ­های PVH19، C.319 و VE1 در یگ گروه قرار گرفتند که همان ژنوتیپ­های دارای عملکرد بالا و متحمل به خشکی بودند. ژنوتیپ­های C347، C.258´MC944، NC71 و NC100 در گروه دیگر قرار گرفتند. ژنوتیپ­های این گروه دارای YSو YPپایین و در عین حال حساس به خشکی هستند.

 

نتیجه گیری

    جمع­بندی نتایج حاصل نشان می‌دهد شاخص­های میانگین بهره­وری، شاخص تحمل به تنش، میانگین هندسی بهره­وری و میانگین هارمونیک مناسب­ترین شاخص­ها برای غربال ژنوتیپ­های متحمل به تنش خشکی می­باشند. تجزیة خوشه‌ای نشان داد بیشترین فاصلة ژنتیکی بین ژنوتیپ­های متحمل به خشکی PVH19، C319 و VE1 و ژنوتیپ­های حساس به خشکی C347، C258´MC944، NC71 و NC100 هست. بر اساس روش بای­پلات، PVH19 به عنوان ژنوتیپ پرمحصول و متحمّل و  NC100به عنوان حساس­ترین ژنوتیپ نسبت به خشکی شناسایی شدند.

 

 

References

Abdi, N., Darvishzadeh, R. and Hatami Maleki H. 2013. Effective selection criteria for screening drought tolerant recombinant inbred lines of sunflower. Genetika. 45: 153-166.

Ashraf, M. 2010. Inducing drought tolerance in plants: Recent advances. Biotech Adv. 28: 169–183.

Boyer, J. S. 1996. Advance in drought tolerance in plants. Adv. Agron. 56: 187-218.

Chang, C. S. and Chou, D. S. 1975. Studies on the mechanism of drought resistance in tobacco plant. Bulletin of Taiwan Tobacco Research Institute P. 9AI.

Darvishzadeh, R., Pirzad, A., Hatami Maleki, H., Poormohammad Kiani, S. and Sarrafi A. 2010. Evaluation of the reaction of sunflower inbred lines and their F1 hybrids to drought conditions using various stress tolerance indices. Span. J. Agric. Res. 8: 1037-1046.

Davis, D. L. and Nielson, M. T. 1999. Tobacco: Production, Chemistry and Technology. Blackwell Science: Malden, MA, pp 467.

Farshadfar, E., Motalebi, M. and Imamjomeh, A. 2000. Selection for drought resistance in chickpea lines. Iranian J. Agric. Sci. 32: 65-77 (In Farsi with English abstract).

Fernandez, G. C. J. 1992. Effective selection criteria for assessing plant stress tolerance. In: Proceedings of the International Symposium on "Adaptation of vegetables and other food crops in temperature and water stress. AVRDC Publication. Tainan. Taiwan, 13-18 August. PP. 257-27.

Fischer, R. A. and Maurer, R. 1978. Drought resistance in spring wheat cultivars: I. Grain yield responses. Aust. J. Agric. Res. 29: 897-912.

Gabriel, K. R. 1971. The bioplot graphical display of matrices with applications to principal component analysis.  Biometric 58: 453-467.

Gholinezhad, E., Darvishzadeh, R. and Bernousi I. 2014. Evaluation of Drought Tolerance Indices for Selection of Confectionery Sunflower (Helianthus anuus L.) Landraces under Various Environmental Conditions. Not. Bot. Horti. Agrobo. 42: 187-201.

Hassani, S., Pirdashti, H., Mesbah R. and Babaeian Jelodar N. 2008. Evaluation of drought tolerance indices in yield of six cultivars of Virginia tobacco (Nicotiana tabacum L.). Seed Plant 42: 129-144 (In Farsi with English abstract).

Kanouni, H., Kazemi Arbat H., Moghaddam, M. and Neyshabouri, M. R. 2002. Selection of chickpea entries for drought resistance. Agric. Sci. 12:109-122 (In Farsi with English abstract).

Kristin, A. S., Serna, R. R., Perez, F. I., Enriquez, B. C., Gallegos, J. A. A., Vallejo, P. R., Wassimi, N. and Kelley, J. D. 1997. Improving common bean performance under drought stress. Crop Sci. 37: 43-50.

Rosielle, A. A. and Hamblin, J. 1981. Theoretical aspects of selection for yield in stress and non-stress environments. Crop Sci. 21: 943-946.

 

 

 

 

 

 

Evaluation of drought tolerance indices in Virginia tobacco (Nicotiana tabacum L.) genotypes

 

Seyed Reza Alavi1, Reza Darvishzadeh2*, Mardavich Shoaei Deylami3, Ashkan Basirnia4, Alireza Pirzad5

 

1- Staff Member of Urmia Tobacco Research Center, Urmia, Iran.

2-Associate Professor, Department of Plant Breeding and Biotechnology, Urmia University, Urmia, Iran.

3-Staff Member of Rasht Tobacco Research Center,  Rasht, Iran.

4-MSc., Department of Plant Breeding and Biotechnology, Urmia University Urmia, Iran.

 5-Associate Professor, Department of Agronomy, Urmia University, Urmia, Iran.

*Corresponding author: r.darvishzadeh@urmia.ac.ir

 

Received: 2013.05.10                                                                            Accepted: 2014.01.05

 

Abstract

In this study, eight flue-cured tobacco (Nicotiana tabacum L.) genotypes were evaluated in both drought stressed and well-watered conditions. In each condition, the genotypes were evaluated using a randomized complete block design with three replications. Analysis of variance revealed significant difference among tobacco genotypes for cured leaves yield in well-watered and drought stressed conditions. Based on the cured leaves yield in the drought stressed and well-watered conditions, quantitative drought tolerance indices such as mean of productivity, geometric mean of productivity, harmonic mean, tolerance index, stress susceptibility index and stress tolerance index were calculated. Genotype PVH19 had the highest cured leaves yield in well-watered and drought stressed conditions. This genotype also showed the high mean value for the different tolerance indices including stress tolerance, mean of productivity, geometric mean of productivity, harmonic mean, stress susceptibility and tolerance indices. Correlation analysis between the tolerance indices and cured leaves yield in well-watered and drought stressed conditions demonstrated that stress tolerance, mean of productivity, geometric mean of productivity and harmonic mean indices are the reliable indices for screening drought tolerant genotypes. Based on biplot analysis, PVH19 and NC100 were identified as the tolerant and susceptible genotypes to drought stress, respectively. UPGMA clusters analysis based on mean productivity, geometric mean productivity, harmonic mean, and stress tolerance indices clustered tobacco genotypes into 2 clusters. Cluster 1 includes 3 high yielding and drought tolerant genotypes: PVH19, C319 and VE1 and cluster 2 include 4 genotypes, C347, C258´MC944, NC71 and NC100 with contrast characteristic compared to cluster 1 genotypes. 

Keywords: Biplot, Cluster analysis, Drought tolerance indices, Virginia tobacco, Yield.

References

References
Abdi, N., Darvishzadeh, R. and Hatami Maleki H. 2013. Effective selection criteria for screening drought tolerant recombinant inbred lines of sunflower. Genetika. 45: 153-166.
Ashraf, M. 2010. Inducing drought tolerance in plants: Recent advances. Biotech Adv. 28: 169–183.
Boyer, J. S. 1996. Advance in drought tolerance in plants. Adv. Agron. 56: 187-218.
Chang, C. S. and Chou, D. S. 1975. Studies on the mechanism of drought resistance in tobacco plant. Bulletin of Taiwan Tobacco Research Institute P. 9AI.
Darvishzadeh, R., Pirzad, A., Hatami Maleki, H., Poormohammad Kiani, S. and Sarrafi A. 2010. Evaluation of the reaction of sunflower inbred lines and their F1 hybrids to drought conditions using various stress tolerance indices. Span. J. Agric. Res. 8: 1037-1046.
Davis, D. L. and Nielson, M. T. 1999. Tobacco: Production, Chemistry and Technology. Blackwell Science: Malden, MA, pp 467.
Farshadfar, E., Motalebi, M. and Imamjomeh, A. 2000. Selection for drought resistance in chickpea lines. Iranian J. Agric. Sci. 32: 65-77 (In Farsi with English abstract).
Fernandez, G. C. J. 1992. Effective selection criteria for assessing plant stress tolerance. In: Proceedings of the International Symposium on "Adaptation of vegetables and other food crops in temperature and water stress. AVRDC Publication. Tainan. Taiwan, 13-18 August. PP. 257-27.
Fischer, R. A. and Maurer, R. 1978. Drought resistance in spring wheat cultivars: I. Grain yield responses. Aust. J. Agric. Res. 29: 897-912.
Gabriel, K. R. 1971. The bioplot graphical display of matrices with applications to principal component analysis.  Biometric 58: 453-467.
Gholinezhad, E., Darvishzadeh, R. and Bernousi I. 2014. Evaluation of Drought Tolerance Indices for Selection of Confectionery Sunflower (Helianthus anuus L.) Landraces under Various Environmental Conditions. Not. Bot. Horti. Agrobo. 42: 187-201.
Hassani, S., Pirdashti, H., Mesbah R. and Babaeian Jelodar N. 2008. Evaluation of drought tolerance indices in yield of six cultivars of Virginia tobacco (Nicotiana tabacum L.). Seed Plant 42: 129-144 (In Farsi with English abstract).
Kanouni, H., Kazemi Arbat H., Moghaddam, M. and Neyshabouri, M. R. 2002. Selection of chickpea entries for drought resistance. Agric. Sci. 12:109-122 (In Farsi with English abstract).
Kristin, A. S., Serna, R. R., Perez, F. I., Enriquez, B. C., Gallegos, J. A. A., Vallejo, P. R., Wassimi, N. and Kelley, J. D. 1997. Improving common bean performance under drought stress. Crop Sci. 37: 43-50.
Rosielle, A. A. and Hamblin, J. 1981. Theoretical aspects of selection for yield in stress and non-stress environments. Crop Sci. 21: 943-946.

Files

Share

How to cite

Statistics