Journal of Crop Breeding

fa بررسی رابطه بین ابعاد و تراکم روزنه با سیستم ریشه‌ای در ارقام و لاین‌های گندم نان تحت شرایط دیم Evaluation of Relationships between Stomatal Dimensions and Density with the Root System in Bread Wheat Cultivars and Lines under Rainfed Conditions اصلاح براي تنش هاي زنده و غيرزنده محيطي Special پژوهشي Research <div style="text-align: justify;">چکیده مبسوط مقدمه و هدف: گندم نان به&lrm;عنوان یکی از مهمترین غلات، جزء ضروری امنیت غذایی در جهان می&lrm;باشد که یک پنجم کل کالری جمعیت جهان را تامین می&lrm;کند. امروزه خشکسالی به&lrm;دلیل تغییرات آب و هوایی به&lrm;عنوان یکی از مهمترین تنش&lrm;های غیر زیستی عملکرد گندم را تحت تاثیر قرار داده و به یک تهدید مهم برای امنیت غذایی در جهان تبدیل شده است. در اصلاح گیاهان برای تحمل تنش خشکی صفات ریشه‌ای و روزنه‌ای اهمیت ویژه‌ای دارند. روزنه‌ها نقش کلیدی برای کنترل جذب دی‌اکسیدکربن و از دست دادن آب از طریق تعرق دارند. روزنه&lrm;ها همچنین نقش مهمی در به‌ حداقل رساندن اتلاف آب برای سازگاری گیاه در محیط‌های با سطوح مختلف تابش خورشیدی، رطوبت هوا، دمای هوا، سرعت باد و محتوای آب خاک دارد. بنابراین، از خصوصیات روزنه‌ای به&lrm;عنوان شاخص وضعیت آب و رشد گیاه به&lrm;ویژه در شرایط تنش خشکی استفاده می‌شود. ریشه‌ها با داشتن طیف وسیعی از خصوصیات فیزیولوژیکی و مورفولوژیکی نقش اساسی در جذب آب و مواد غذایی دارند. همچنین به&lrm;عنوان اولین اندامی هستند که در پاسخ به خشکی سیگنال&lrm;هایی را جهت کنترل روزنه&lrm;ها ارسال می&lrm;کند. بنابراین تفاوت در ساختار سیستم ریشه&lrm;ای می&lrm;تواند سبب ایجاد تفاوت بین عملکرد در ارقام مختلف شود. این مطالعه به&lrm;منظور بررسی خصوصیات روزنه و ارتباط آن با سیستم ریشه‌ای و عملکرد گیاه در 24 لاین و رقم گندم نان انجام شد. مواد و روش‌ها: به&lrm;منظور بررسی رابطه بین ابعاد و تراکم روزنه با سیستم ریشه‌ای آزمایشی بر روی 24 ژنوتیپ گندم نان در قالب طرح بلوک‌های کامل تصادفی با سه تکرار در شرایط دیم مزرعه تحقیقاتی دانشکده کشاورزی دانشگاه زنجان در سال زراعی 98-1397 اجرا شد. در این آزمایش، جهت مطالعه سیستم ریشه&lrm;ای از لوله‌های پی‌وی‌سی استفاده شد. در هر لوله تعداد 12 بذر کشت شد که پس از سبز شدن به 7 عدد تنک گردید. در هر واحد آزمایشی برای هر ژنوتیپ دو لوله وجود داشت که از یکی از آن‌ها برای ارزیابی صفات و عملکرد نهایی و از لوله دوم برای مطالعات ریشه استفاده گردید. صفات روزنه‌ای شامل طول و عرض روزنه و تعداد روزنه در واحد سطح، صفات ریشه‌ای شامل طول ریشه، قطر ریشه، حجم ریشه، سطح ریشه و بیوماس ریشه و عملکرد دانه (گرم در متر مربع) اندازه‌گیری شدند. بعد از اندازه‌گیری صفات، تجزیه و تحلیل داده‌های حاصل در قالب طرح بلوک‌های کامل تصادفی انجام شد و میانگین‌ها به&lrm;روش LSD مورد مقایسه قرار گرفتند. به&lrm;منظور بررسی روابط بین صفات تجزیه‌های آماری چند متغیره شامل تجزیه رگرسیون، تجزیه علیت و تجزیه عاملی انجام و از تجزیه کلاستر برای گروه‌بندی ژنوتیپ‌ها استفاده گردید. محاسبات آماری با استفاده از نرم&lrm;افزارهای  SAS 9.0و SPSS 21 انجام گرفت. یافته‌ها: نتایج تجزیه واریانس و مقایسه میانگین نشان‌دهنده تنوع بالا میان ژنوتیپ‌ها برای تمام صفات اندازه‌گیری شده بود. نتایج مقایسه میانگین ژنوتیپ‌ها نشان داد که ژنوتیپ‌های 2، 5، 8 و 16 به&lrm;ترتیب بیشترین میزان عملکرد و ژنوتیپ 23 کمترین میزان عملکرد را در بین ژنوتیپ‌های مورد بررسی داشتند. بیشترین تعداد روزنه در سطح فوقانی و زیرین برگ مربوط به ژنوتیپ‌های 5 و 2 بود. از نظر صفات ریشه‌ای بیشترین قطر، حجم، طول، سطح ریشه و وزن خشک ریشه در عمق 25-0 سانتی‌متر به&lrm;ترتیب مربوط به ژنوتیپ‌های 2، 3، 18 و 5 بود. همبستگی بالا و معنی‌داری بین عملکرد با تعداد روزنه در سطح فوقانی و زیرین برگ، طول و عرض روزنه در سطح فوقانی برگ، قطر، حجم، وزن خشک و سطح ریشه در عمق 25-0 سانتی‌متری خاک وجود داشت. بر اساس نتایج تجزیه رگرسیون گام‌به‌گام دو متغیر تعداد روزنه در سطح زیرین برگ و وزن خشک ریشه در عمق بیشتر از 25 سانتی‌متر 91/4 درصد از تغییرات عملکرد دانه را توجیه کردند که بر اساس نتایج تجزیه علیت تعداد روزنه در سطح زیرین برگ بیشترین اثر مستقیم مثبت را بر عملکرد دانه داشت. نتایج تجزیه عاملی صفات مورد بررسی را در سه عامل با توجیه 82/48 درصدی تغییرپذیری گروه‌بندی کرد. سهم عامل اول از تبیین تغییرات داده‌ها 48/86 درصد، سهم عامل دوم 24/62 و سهم عامل سوم 8/99 درصد بود. بر اساس پلات حاصل از تجزیه به عامل&lrm;ها ژنوتیپ‌های 2، 5، 8 و 16، دارای مقادیر بالا برای عامل اول و دوم بودند که با توجه به ضرایب عامل‌ها می‌توان بیان کرد که ژنوتیپ‌های قرار گرفته در این ناحیه دارای عملکرد بالا، تعداد روزنه زیاد و صفات ریشه‌ای قوی در عمق 25-0 سانتی‌متری خاک بودند به&lrm;همین دلیل این ژنوتیپ‌ها، ژنوتیپ‌هایی هستند که با جذب آب از لایه‌های سطحی خاک توانسته‌اند با داشتن تعداد روزنه زیاد و انجام فتوسنتز بیشتر عملکرد زیادی تولید کنند. همچنین ژنوتیپ‌های مورد بررسی با استفاده از تجزیه کلاستر به&lrm;روش ward و فاصله اقلیدسی در سه گروه قرار گرفتند. ژنوتیپ‌های 2، 5، 8 و 16 در گروه اول قرار گرفتند و دارای بیشترین مقدار میانگین برای صفات عملکرد دانه، تعداد و عرض روزنه در سطح فوقانی و زیرین برگ و صفات ریشه‌ای شامل قطر، حجم و وزن خشک ریشه هم در عمق 25-0 سانتی‌متر خاک و قطر ریشه در عمق بیشتر از 25 سانتی‌متر و کمترین مقدار برای طول روزنه در هر دو سطح برگ بودند. که این ژنوتیپ‌ها بهترین ژنوتیپ‌ها برای کشت در شرایط دیم بودند. نتیجه‌گیری: سیستم ریشه&lrm;ای سطحی قوی می‌توانند آب حاصل از بارندگی‌های پراکنده‌ای که با فراوانی کم در پایان دوره رشد رخ می‌دهد را در اختیار گیاه قرار دهند. از طرفی افزایش تعداد روزنه به&lrm;همراه اندازه کوچکتر آن‌ها موجب کاهش منافذ برگ شده و امکان پاسخ سریعتر روزنه‌ها را فراهم می‌کند و پاسخ سریع روزنه‌ها سبب به حداکثر رساندن کارایی مصرف آب می&lrm;شود. بنابراین در شرایط دیم دارا بودن سیستم ریشه&lrm;ای سطحی قوی به&lrm;همراه تراکم روزنه بالا می&lrm;تواند سبب افزایش عملکرد دانه شود.  </div> <div style="text-align: justify;">Extended Abstract Background: As one of the most important cereals, bread wheat is an essential part of food security in the world, which supplies one-fifth of the total calories of the world population. Nowadays, the yield of wheat has been affected by climate change-driven drought as one of the most important abiotic stresses that has become an important threat to food security in the world. Root and stomatal traits are especially important in breeding plants to withstand drought stress. Stomata play a key role in controlling carbon dioxide uptake and water loss through transpiration. Therefore, stomatal characteristics are used as indicators of water status and plant growth, especially in drought stress conditions. Having a wide range of physiological and morphological characteristics, roots play an essential role in absorbing water and nutrients. They are also the first organ that sends signals to control the stomata in response to dryness. Therefore, the difference in the structure of the root system can cause the difference between the performance in different cultivars. This study was conducted to investigate stomatal characteristics and their relationship with the root system and plant performance in 24 bread wheat lines and cultivars. Methods: To investigate the relationship between stomatal dimensions and density with the root system, an experiment was conducted on 24 bread wheat genotypes in the form of a randomized complete block design with three replications in the rainfed conditions of the research farm at Zanjan University Faculty of Agriculture in the crop year 2018-2019. In this experiment, PVC pipes were used to study the root system. Twelve seeds were planted in each tube, which were thinned to seven after germination. In each experimental unit, there were two tubes for each genotype, one of which was used to evaluate traits and final yield, and the second tube was used for root studies. Stomatal traits, including the length and width of stomata and number of stomata per unit area, root traits including root length, root diameter, root volume, root surface, and root biomass, and seed yield were measured in the end. The resulting data from the measured traits were analyzed in the form of a randomized complete block design, and the averages were compared using the LSD method. The data were analyzed using multivariate statistical analyses, including regression analysis, path analysis, and factor analysis, and cluster analysis was used to group genotypes. Statistical calculations were done using SAS 9.0 and SPSS 21 software. Results: The results of analysis of variance and mean comparison showed high variability among genotypes for all measured traits. The results of the mean comparison of genotypes showed that genotypes 2, 5, 8, and 16 had the highest yield, and genotype 23 had the lowest yield among the examined genotypes. The highest number of stomata on the upper and lower leaf surfaces belonged to genotypes 5 and 2. In terms of root traits, the highest diameter, volume, length, root surface, and root dry weight at a depth of 0-25 cm were recorded for genotypes 2, 3, 18, and 5, respectively. There was a high and significant correlation between the yield and the number of stomata on the upper and lower leaf surfaces, the length and width of <v:shape filled="f" id="Text_x0020_Box_x0020_2" stroked="f" style="position:absolute; left:0; text-align:left; margin-left:-8px; margin-top:-43px; width:432.05pt; height:23.75pt; z-index:251664384" type="#_x0000_t202"></v:shape> the stomata on the upper leaf surface, diameter, volume, dry weight, and root surface at a depth of 0-25 cm in the soil. Based on the results of stepwise regression analysis, two variables, the number of stomata on the lower leaf surface and root dry weight at a depth of more than 25 cm explained 91.4% of the changes in grain yield. According to the results of the causality analysis of the number of stomata on the lower leaf surface, the most direct effect had a positive effect on seed yield. The results of factor analysis grouped the studied traits into three factors with 82.48% variability justification. The shares of the first, second, and third factors to explaining data changes were 48.86%, 24.62%, and 8.99%, respectively. Based on the plot obtained from factor analysis, genotypes 2, 5, 8, and 16 had high values for the first and second factors. According to the coefficients of the factors, it can be claimed that the genotypes located in this area have high performance, a high number of stomata, and strong root traits, which were found at the soil depth of 0-25 cm. For this reason, these are the genotypes that could produce high yields by absorbing water from the surface layers of the soil by having a large number of stomata and carrying out more photosynthesis. Moreover, the investigated genotypes were divided into three groups from cluster analysis by the ward method and Euclidean distance. Genotypes 2, 5, 8, and 16 were placed in the first group and had the highest mean values for grain yield traits, number and width of stomata on the upper and lower leaf surfaces, and root traits including diameter, volume, and dry weight at a soil depth of 0-25 cm, and root diameter at a depth greater than 25 cm. The lowest values for stomatal length were observed in both leaf surfaces. These were the best genotypes for cultivation in dry conditions. Conclusion: A strong superficial root system can provide the plant with water from scattered rains that occur with low frequency at the end of the growth period. On the other hand, the increase in the number of stomata along with their smaller size reduces leaf pores and enables a faster response of the stomata, and the rapid response of the stomata maximizes water use efficiency. Therefore, having a strong superficial root system along with high stomatal density can increase seed yield in dry conditions.  </div> تحمل خشکی, صفات فیزیولوژیک, صفات ریشه‌ای, عملکرد دانه, گندم نان Bread wheat, Drought tolerance, Grain yield, Physiological traits, Root traits 1 13 http://jcb.sanru.ac.ir/browse.php?a_code=A-10-971-2&slc_lang=fa&sid=1 ramin Sadegh Ghol Moghadam رامین صادق قول مقدم s.moghadam@znu.ac.ir 100319475328460023939 0009-0002-4076-0445 Yes Department of Plant Genetics and Production Engineering, Faculty of Agriculture, Zanjan University, Zanjan, Iran گروه مهندسی تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه زنجان، زنجان Jalal Saba جلال صبا saba@znu.ac.ir 100319475328460023940 100319475328460023940 No Department of Plant Genetics and Production Engineering, Faculty of Agriculture, Zanjan University, Zanjan, Iran گروه مهندسی تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه زنجان، زنجان Farid Shekari فرید شکاری shekari@znu.ac.ir 100319475328460023941 100319475328460023941 No Dryland Agricultural Research Institute (DARI), Agricultural Research Education and Extension Organization (AREEO), Maragheh, Iran موسسه تحقیقات کشاورزی دیم کشور، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، مراغه، ایران Mozafar Rousraii مظفر روستایی roustaii@yahoo.com 100319475328460023942 100319475328460023942 No Department of Plant Genetics and Production Engineering, Faculty of Agriculture, Zanjan University, Zanjan, Iran گروه مهندسی تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران soheila moradi سهیلا مرادی moradi_s@znu.ac.ir 100319475328460023943 100319475328460023943 No Department of Plant Genetics and Production Engineering, Faculty of Agriculture, Zanjan University, Zanjan, Iran گروه مهندسی تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران