Journal of Crop Breeding

fa گزینش ژنوتیپ‎ های جو (.Hordeum vulgare L) با عملکرد دانه مطلوب و پایدار در شرایط تنش خشکی Selection of Barley Genotypes (Hordeum vulgare L.) with High and Stable Grain Yield in Drought Stress Conditions اصلاح براي تنش هاي زنده و غيرزنده محيطي Special پژوهشي Research <div style="text-align: justify;">چکیده مبسوط مقدمه و هدف: افزایش تقاضا برای غلاتی که به مصرف انسان و دام می&lrm;رسند را می&lrm;توان از طریق توسعه کاشت ژنوتیپ&lrm;های متحمل به خشکی برآورده کرد. به&lrm;دلیل وجود اثر متقابل ژنوتیپ در محیط، بهترین ژنوتیپ در یک محیط ممکن است در سایر محیط&lrm;ها بهترین نباشد و بنابراین، این اثر متقابل اطلاعات ارزشمندی در خصوص عملکرد هر یک از ژنوتیپ&lrm;ها در محیط&lrm;های مختلف ارائه داده و نقش مهمی در ارزیابی پایداری عملکرد دارد. اصلاح ژنتیکی تحمل به خشکی در گیاهان زراعی جزو پایدارترین و مقرون به صرفه&lrm;ترین روش&lrm;ها برای افزایش تولید و پایداری محصول است. بررسی سازگاری و پایداری عملکرد دانه بر اساس آماره&lrm;های مختلف پارامتری و ناپارامتری پایداری و ارزیابی تحمل به تنش خشکی بر اساس شاخص&lrm;های تنش در ژنوتیپ&lrm;های امیدبخش جو اقلیم معتدل کشور از اهداف این تحقیق هستند. مواد و روش&lrm;ها: به&lrm;منظور بررسی سازگاری و پایداری عملکرد دانه و انتخاب ژنوتیپ&lrm;های جو پرمحصول در شرایط تنش خشکی انتهای فصل در اقلیم معتدل کشور، تعداد 16 ژنوتیپ جو طی دو سال زراعی 1402-1400 در قالب طرح پایه بلوک‌های کامل تصادفی با سه تکرار در سه ایستگاه تحقیقاتی ورامین، بیرجند و یزد در دو شرایط بدون تنش و تنش خشکی انتهای فصل (12 محیط) کشت گردیدند. پس از تعیین عملکرد دانه، شاخص‌های تنش شامل MP، GMP، TOL، HARM، STI، YI، YSI، RSI و SSI و همبستگی هر یک از آن&lrm;ها با عملکرد دانه محاسبه گردید. آماره&lrm;های پایداری در این بررسی شامل آماره&lrm;های پایداری نصار و هان (S(1– 6))، تنارزو (NP(1–4))، انحراف از خط رگرسیون (S²dᵢ)، شیب خط رگرسیون (b)، واریانس پایداری شوکلا (σ²ᵢ)، ضریب تغییرات محیطی (CV)، میانگین واریانس&lrm;ها (θᵢ)، واریانس اثر متقابل ژنوتیپ و محیط (θ(i))، اکووالانس ریک (Wᵢ²) و مجموع رتبه کانگ (KR) و روابط بین این آماره&lrm;ها بر اساس همبستگی پیرسون محاسبه شدند. تجزیه واریانس، مقایسه میانگین و همبستگی ساده با استفاده از برنامه SAS-9.0، آماره&lrm;های پایداری با استفاده از برنامه STABILITYSOFT و تحلیل مولفه&lrm;های اصلی، شاخص&lrm;های تنش و همبستگی هریک از این شاخص&lrm;ها با عملکرد دانه با استفاده از برنامه iPASTIC محاسبه شد. نمودار پراکنش سه بعدی ژنوتیپ&lrm;ها در محدوده&lrm;های A، B، C و D نیز با استفاده از نرم&lrm;افزار Grapher ترسیم گردید. یافته&lrm;ها: نتایج تجزیه واریانس مرکب حاکی از معنی&lrm;داری برهمکنش ژنوتیپ در محیط بود. از نظر آماره&lrm;های S(1-2) ژنوتیپ&lrm;های G11، G10، G7 و G3 و بر اساس آماره&lrm;های S(3-6) ژنوتیپ&lrm;های G3، G7 و G9 پایدارترین ژنوتیپ&lrm;ها بودند. در بین معیارهای ناپارامتری تنارزو با توجه به معیار NP(1) ژنوتیپ&lrm;های G3، G9 و G5، با توجه به معیار NP(2) ژنوتیپ&lrm;های G3، G5 و G8 و با توجه به معیارهای NP(3) و NP(4) نیز ژنوتیپ&lrm;های G3، G7 و G9 به&lrm;عنوان پایدارترین ژنوتیپ&lrm;ها شناخته شدند. بر اساس آماره&lrm;های پایداری اکووالانس ریک (W²) و شوکلا (σ²) ژنوتیپ&lrm;های G9، G3 و G13 پایدارترین ژنوتیپ&lrm;ها بودند. بر اساس روش رگرسیونی ابرهارت و راسل نیز ژنوتیپ&lrm;های G7، G9 و G3 که عملکرد بالایی نیز داشتند، از سازگاری عمومی و پایداری عملکرد خوبی برخوردار بودند. بر اساس ضریب تغییرات محیطی فرانسیس و کاننبرگ (CVi)، ژنوتیپ&lrm;های G2، G1 و G15 از کمترین ضریب تغییرات محیطی برخوردار بودند. از طرف دیگر، بر اساس میانگین رتبه هر ژنوتیپ در کل شاخص&lrm;های تنش (AR) نیز ژنوتیپ&lrm;های G7، G2 و G3 به&lrm;ترتیب به&lrm;عنوان متحمل&lrm;ترین و G11، G14 و G10 نیز به&lrm;عنوان حساس&lrm;ترین ژنوتیپ&lrm;ها به تنش خشکی انتهای فصل شناسایی گردیدند. در شرایط تنش خشکی انتهای فصل عملکرد دانه به&lrm;ترتیب با شاخص&lrm;های YI، HM، GMP، STI، MP، YSI و RSI همبستگی مثبت و معنی&lrm;دار و با شاخص SSI نیز همبستگی منفی و معنی&lrm;داری داشت. در شرایط بدون تنش نیز عملکرد دانه به&lrm;ترتیب شاخص&lrm;های MP،GMP ، STI، HM و YI همبستگی مثبت و معنی&lrm;داری داشت اما بین عملکرد دانه با شاخص&lrm;های SSI، TOL، YSI و RSI همبستگی معنی&lrm;داری مشاهده نگردید. تحلیل مولفه&lrm;های اصلی نیز نشان داد که مولفه اصلی اول 69/71 درصد و مولفه اصلی دوم نیز 30/27 درصد از واریانس متغیرهای اصلی را توجیه کردند. مولفه اصلی اول همبستگی مثبت و بالایی با عملکرد در هر دو محیط تنش و بدون تنش و همچنین شاخص&lrm;های MP، STI، GMP و HM و مولفه دوم نیز همبستگی مثبت و بالایی با عملکرد دانه در محیط بدون تنش و شاخص&lrm;های TOL و SSI و همچنین همبستگی منفی و بالایی نیز با شاخص&lrm;های RSI و YSI داشت. بر اساس نمودار بای&lrm;پلات، ژنوتیپ&lrm;های G3، G7، G8، G9، G12 و G13 از پتانسیل عملکرد دانه بالاتری برخوردار بوده و نسبت به تنش خشکی متحمل&lrm;ترند. نتیجه&lrm;گیری: عملکرد دانه در این بررسی به&lrm;ترتیب با آماره&lrm;های NP(3)، KR، NP(2)، NP(4)، S(6) و S(1) همبستگی منفی و معنی&lrm;داری داشت و بنابراین از این آماره&lrm;ها می&lrm;توان در شناسایی ژنوتیپ&lrm;های پایدار استفاده نمود. ژنوتیپ&lrm;های G3، G7 و G9 به&lrm;ترتیب با میانگین&lrm;های 6732/9، 6730/6 و 6608/1 کیلوگرم در هکتار ضمن داشتن بیشترین عملکرد دانه، با در نظر گرفتن مجموع رتبه&lrm;بندی تمام آماره&lrm;های پایداری مورد مطالعه و همچنین شاخص&lrm;های تنش، از بالاترین پایداری عملکرد دانه و تحمل به خشکی انتهای فصل در بین ژنوتیپ&lrm;های مورد بررسی نیز برخوردار بودند و می&lrm;توان از آن&lrm;ها به&lrm;عنوان رقم با ارزش در مناطق متأثر از تنش خشکی در اقلیم معتدل و یا به&lrm;عنوان مواد ژنتیکی مطلوب در برنامه&lrm;های به&lrm;نژادی جو برای افزایش به تحمل به خشکی استفاده نمود.</div> <h1 style="text-align:left">Extended Abstract Background: The increased demand for cereals that are consumed by humans and livestock can be met through the development of planting drought-tolerant genotypes. Due to the interaction of genotypes × environment, the best genotype in one environment may not be the best in other environments, and therefore, this interaction provides valuable information about the yield of each genotype in different environments and plays an important role in evaluating yield stability. Genetic modification of drought tolerance in crops is one of the most stable and cost-effective approaches to increase production and yield stability. Examining the compatibility and stability of grain yield based on various parametric and non-parametric stability statistics and evaluating tolerance to drought stress based on stress indices in promising barley genotypes of the country's temperate climate are among the goals of this research. Methods: To assess grain yield adaptation and stability and to select high-yielding barley genotypes suitable for terminal drought stress in the temperate climate of Iran, 16 barley genotypes were cultivated during two crop years 2021-2023 in a randomized complete blocks design with three replications in three research stations including Varamin, Birjand, and Yazd under two none-stress and drought stress conditions at the end of the season (12 environments). After determining the grain yield, stress indices, including MP, GMP, TOL, HARM, STI, YI, YSI, RSI, and SSI, and the correlation of each with grain yield were calculated in this study. Stability statistics included Nassar and Huehn’s stability statistics (S(1-6)), Thennarasu’s stability statistics (NP(1-4)), deviation from regression (S²dᵢ), regression coefficient (b), Shukla’s stability variance (σ²ᵢ), environmental variation coefficient (CV), variance component (θᵢ), coefficient of variance (θ(i)), Wricke’s ecovalence (Wᵢ²), and Kang’s sum of ranks (KR). Their relationships were calculated based on Pearson’s correlation. Analysis of variance (ANOVA), mean comparison, and simple correlation were calculated using the SAS-9.0 program, stability statistics were calculated using STABILITYSOFT and principal component analysis (PCA). Stress indices and the correlation of each of these indices with grain yield were calculated using iPASTIC. The three-dimensional distribution diagram of genotypes in the ranges of A, B, C, and D was drawn using Grapher software. Results: The results of the combined ANOVA indicated the significance of the genotype × environment interaction. According to S(1-2) statistics, G7, G10, G11, and G3, and according to S(3-6) statistics, G7, G3, and G9 were the most stable genotypes. Among the non-parametric Thennarasu’s stability statistics according to the NP(1) criterion of G9, G3, and G5, according to NP(2) G5, G3, and G8, and according to NP(3) and NP(4) criteria, G7, G3, and G9 were recognized as the most stable genotypes. Based on Wricke (W²) and Shukla (σ²) equivalency stability statistics, G3, G9, and G13 were the most stable genotypes. Based on Eberhart and Russell's regression method, G9, G7, and G3 genotypes, with high yields, had general compatibility and good yield stability. Based on Francis and Kannenberg (CVi), genotypes G1, G2, and G15 had the lowest coefficients of environmental variation. Based on the average rank of each genotype in all stress indices (AR), G2, G7, and G3 genotypes were the most tolerant, and G14, G11, and G10 were the most sensitive genotypes to drought stress at the end of seasons, respectively. In the drought stress conditions at the end of the season, grain yield had positive and significant correlations with YI, HM, GMP,  STI, MP, YSI, and RSI indices and negative and significant correlations with the SSI index. In non-stress conditions, grain yield had positive and significant correlations with MP, GMP, STI, HM, and YI indices, but no significant correlations were observed between grain yield and SSI, TOL, YSI, and RSI indices. The PCA revealed that the first and the second principal components explained 69.71% and 30.27% of the variance of the main variables, respectively. The first main component had a positive and high correlation with yield in both stressed and non-stressed environments, as well as MP, STI, GMP, and HM indices. The second component showed a positive and high correlation with grain yield in the non-stressed environment and TOL and SSI indices; it also had negative and high correlations with RSI and YSI indices. Based on the biplot diagram, G3, G7, G8, G9, G12, and G13 presented higher grain yield potential and are more tolerant to drought stress. Conclusion: In this study, grain yield had negative and significant correlations with NP(3), KR, NP(2), NP(4), S(6), and S(1) statistics, respectively, therefore these statistics can be used for identifying stable genotypes. G3, G7, and G9 with averages of 6732.9, 6730.6, and 6608.1 kg/ha, respectively, not only produced the highest grain yield but also showed the highest grain yield stability and tolerance to terminal drought stress among the studied genotypes based on the total ranking of all studied stability statistics and stress indices. Therefore, they can be used as new cultivars in drought-affected regions in temperate climates or as desirable genetic materials in barley breeding programs for drought tolerance.  </h1> آماره های پارامتری و ناپارامتری, برهمکنش ژنوتیپ در محیط, تحلیل مولفه ‎های اصلی, رگرسیون, سازگاری Adaptation, Genotype × Environment interaction, Parametric and non-parametric statistics, Principal Component Analysis, Regression 148 159 http://jcb.sanru.ac.ir/browse.php?a_code=A-10-457-2&slc_lang=fa&sid=1 Ali Barati علی براتی barati32@yahoo.com 100319475328460023990 0009-0005-3783-3713 No Education and Extension Organization (AREEO) سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی Elias Arazmjoo الیاس آرزمجو elias.arazmjo@gmail.com 100319475328460023991 100319475328460023991 Yes Education and Extension Organization (AREEO) سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی Seyyed Ali Tabatabaei سیدعلی طباطبائی tabataba4761@yahoo.com 100319475328460023992 100319475328460023992 No Education and Extension Organization (AREEO) سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی Habib Alah Ghazvini حبیب اله قزوینی h.ghazvini@spii.ir 100319475328460023993 100319475328460023993 No Education and Extension Organization (AREEO) سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی