Journal of Crop Breeding

fa شناسایی ژنوتیپ‎ های گندم نان متحمل به پیری بذر در مراحل جوانه‎ زنی و رشد گیاهچه Identification of Tolerant Bread Wheat Genotypes to Seed Aging During Germination and Seedling Growth Stages اصلاح نباتات General پژوهشي Research <div style="text-align: justify;">چکیده مبسوط مقدمه و هدف: پیری بذر به‌عنوان یک چالش جدی در کاهش کیفیت بذر مطرح است، به‌ویژه در کشورهای در حال توسعه که گندم نقش اساسی در تأمین غذای مردم دارد و ذخیره‌سازی طولانی‌مدت بذر این محصول ضروری است. دما و رطوبت دو فاکتور بسیار مهم در طول فرآیند ذخیره‌سازی بذر هستند که به&lrm;شدت بر بنیه و کیفیت (قوه نامیه) بذر اثر می‌گذارند. این دو فاکتور با تأثیر مستقیم بر حفظ یا کاهش توانایی جوانه‌زنی، نقش کلیدی در تعیین سرعت پیری بذر‌ها ایفا می‌کنند. آزمون پیری تسریع شده (Accelerated Aging) یکی از متداول&lrm;&lrm;ترین آزمون&lrm;هایی است که توسط انجمن بین&lrm; المللی آزمایش بذر (ISTA) برای تعیین قدرت بذر در دما و رطوبت بالا به&lrm;منظور تقلید پیری طبیعی بذر در ذخیره&lrm;سازی طولانی مدت مورد استفاده قرار می&lrm;گیرد. با توجه به اهمیت تنوع ژنتیکی و انتخاب ژنوتیپ‌های برتر در برنامه‌های به‌نژادی گندم، هدف این مطالعه بررسی و انتخاب ژنوتیپ‌هایی با ویژگی‌های جوانه‌زنی و گیاهچه‌ای مطلوب در شرایط پیری تسریع‌شده بود. انتخاب چنین ژنوتیپ‌هایی نه&lrm;تنها به ارتقای قدرت و سلامت بذر در دوره‌های ذخیره‌سازی منجر می‌شود، بلکه می‌تواند به&lrm;عنوان ابزاری مؤثر برای اصلاح‌گران در توسعه رقم‌های جدید با مقاومت بیشتر در برابر شرایط محیطی چالش‌برانگیز به&lrm;کار گرفته شود. در نهایت، این بهبود کیفیت بذر به بهره‌وری بالاتر، تولید اقتصادی‌تر و پایداری بیشتر در تولید گندم منجر خواهد شد. مواد و روش&lrm;ها: در این پژوهش، 228 ژنوتیپ گندم نان از نظر تحمل به پیری تسریع‌شده بذر در مراحل جوانه‌زنی و رشد گیاهچه در سال 1401-1402 مورد بررسی قرار گرفتند. آزمایش به&lrm;صورت فاکتوریل و در قالب طرح کاملاً تصادفی با سه تکرار انجام شد. برای اعمال پیری بذر، از روش پیری تسریع‌شده در چهار سطح صفر، 48، 72 و 96 ساعت استفاده شد. سپس، به&lrm;منظور ارزیابی جوانه‌زنی و رشد گیاهچه، آزمون استاندارد جوانه‌زنی طبق معیارهای انجمن بین‌المللی آزمون بذر (ISTA) انجام شد. این آزمون به&lrm;صورت سه تکرار 25 تایی از بذور پیرشده تیمار مربوط به هر ژنوتیپ در پتری‌دیش‌ و به &lrm;روش بین کاغذ، در دمای بهینه رشد گندم به&lrm;مدت 8 روز صورت گرفت. شاخص‌های مورد مطالعه شامل درصد جوانه‌زنی (GP)، شاخص جوانه‌زنی (GI)، شاخص حیات (VI)، شاخص حیات ساده‌شده (SVI)، متوسط زمان جوانه‌زنی (MGT)، متوسط جوانه‌زنی روزانه (MDG)، طول گیاهچه (SL)، طول ساقه‌چه (SHL)، طول ریشه‌چه (RL)، وزن تر ساقه&lrm;چه (SHWW)، وزن خشک ساقه‌چه (SHDW)، وزن تر ریشه&lrm;چه (RWW)، وزن خشک ریشه‌چه (RDW) و ضریب آلومتریک (AL) بودند. تجزیه واریانس داده&lrm;ها، تجزیه همبستگی، دندروگرام تجزیه خوشه&lrm;ای (هیت&lrm;مپ) و ترسیم نمودارهای بای&lrm;پلات تجزیه به مؤلفه&lrm;های اصلی با استفاده از نرم&lrm;افزار R نسخه 4.3.2 به&lrm;ترتیب با استفاده از پکیج&lrm;های agricolae، corrplot،gplots  و factoextra انجام شدند. به&lrm;منظور انتخاب ژنوتیپ&lrm;های برتر، شاخص MGIDI با استفاده از پکیج تجزیه آزمایش&lrm;های چندمحیطی metan در نرم&lrm;افزار R محاسبه شد. شدت انتخاب 10% (SI) برای انتخاب ژنوتیپ&lrm;ها در نظر گرفته &lrm;شد. یافته&lrm;ها: بر اساس نتایج تجزیه واریانس، تأثیر سطوح مختلف پیری تسریع&lrm;شده بر تمام صفات مورد بررسی در سطح آماری یک درصد معنی&lrm;دار بود. همچنین تفاوت معنی&lrm;داری بین ژنوتیپ&lrm;‌های مورد مطالعه برای همه صفات در سطح احتمال یک درصد مشاهده شد. اثر متقابل پیری × ژنوتیپ نیز در سطح احتمال یک درصد معنی‌دار بود .در سطوح مختلف پیری تسریع شده، همبستگی مثبت و قوی بین درصد جوانه&lrm;زنی، شاخص جوانه&lrm;زنی، شاخص حیات، شاخص حیات ساده شده و متوسط جوانه&lrm;زنی روزانه مشاهده شد، در حالی&lrm;که همبستگی متوسط زمان جوانه&lrm;زنی با اکثر صفات مورد مطالعه ضعیف بود. با افزایش سطوح پیری، یک روند کاهشی در میانگین اکثر صفات مشاهده شد. به&lrm;عنوان مثال، درصد جوانه&lrm;زنی از 91/96 درصد در سطح نرمال به 60/44، 29/76 و 6/11 درصد به &lrm;ترتیب در سطوح پیری 48، 72 و 96 ساعت کاهش یافت، در حالی&lrm;که متوسط زمان جوانه‌زنی از 1/59 روز به 2/62 و 3/01 روز در سطوح پیری 48 و 72 ساعت افزایش یافت. بر اساس نتایج تجزیه خوشه&lrm;ای در سطوح مختلف پیری تسریع شده، ژنوتیپ‌های مورد مطالعه بر اساس شباهت‌ها و تفاوت‌هایشان از لحاظ صفات مرتبط با جوانه‌زنی و رشد گیاهچه به سه گروه اصلی طبقه‌بندی شدند که ژنوتیپ&lrm;های گروه اول، از لحاظ کلیه صفات مرتبط با جوانه&lrm;زنی و رشد گیاهچه به&lrm;عنوان برترین ژنوتیپ&lrm;ها شناسایی شدند. برای شناسایی ژنوتیپ&lrm;های برتر (متحمل به پیری) بر اساس تمام صفات، از شاخص MGIDI استفاده شد که نتایج آن کاملاً با نتایج تجزیه به مؤلفه&lrm;های اصلی و تجزیه خوشه&lrm;ای مطابقت داشتند. نتیجه‌گیری: به&lrm;منظور تحلیل دقیق&lrm;تر روابط بین ژنوتیپ&lrm;های گندم نان مورد مطالعه در سطوح مختلف پیری تسریع شده از تجزیه به مؤلفه‌های اصلی، تجزیه خوشه&lrm;ای و به&lrm;طور کارآمدتر برای شناسایی ژنوتیپ&lrm;های برتر بر اساس تمام صفات از شاخص MGIDI استفاده شد. بر این اساس، ژنوتیپ&lrm;های 624846، 627853، 623090، 627414، 624864 ، فونگ، الوند و کوهدشت دارای بیشترین مقادیر از نظر تمام صفات مرتبط با جوانه&lrm;زنی و رشد گیاهچه در سطوح مختلف پیری تسریع شده بودند و به&lrm;عنوان ژنوتیپ&lrm;های متحمل به پیری شناسایی شدند. در مقابل، ژنوتیپ&lrm;های 621421، 627236، 624315، امید، تکاب و ویناک با کمترین مقادیر این صفات جزو ژنوتیپ&lrm;های حساس به پیری بودند. ژنوتیپ&lrm;های برتر شناسایی&lrm;شده می&lrm;توانند به&lrm;عنوان منابع&lrm; ژنتیکی برای تولید بذرهایی با قابلیت ذخیره&lrm;سازی طولانی‌مدت و کیفیت بالای استفاده مجدد هدف برنامه&lrm;های به نژادی قرار گیرند.  </div> <div style="text-align: justify;">Extended Abstract Background: Seed aging is considered a serious challenge in reducing seed quality, especially in developing countries where wheat plays a crucial role in providing food and where long-term seed storage is essential. Temperature and humidity are two very important factors during the seed storage process, significantly affecting seed vigor and quality (germination capacity). These two factors play a key role in determining the rate of seed aging by directly influencing the preservation or reduction of germination ability. The Accelerated Aging (AA) test is one of the most common tests used by the International Seed Testing Association (ISTA) to determine seed vigor under high temperature and humidity conditions, simulating natural seed aging during long-term storage. Considering the importance of genetic diversity and selecting superior genotypes in wheat breeding programs, this study aimed to identify and select genotypes with desirable germination and seedling traits under accelerated aging conditions. Selecting such genotypes not only enhances seed vigor and health during storage but also serves as an effective tool for breeders to develop new varieties with greater resistance to challenging environmental conditions. Consequently, this improvement in seed quality will lead to higher productivity, more economical production, and greater sustainability in wheat production. Methods: In this study, 228 bread wheat genotypes were evaluated for seed aging tolerance during germination and seedling growth stages in the years 2022-2023. The experiment was conducted in a factorial arrangement within a completely randomized design with three replications. To induce seed aging, the Accelerated Aging method was applied at four levels: 0, 48, 72, and 96 hours. Subsequently, to assess germination and seedling growth, a standard germination test was performed according to the criteria of the International Seed Testing Association (ISTA). This test was conducted with three replications of 25 aged seeds for each genotype in Petri dishes using the "between paper" method at the optimal wheat growth temperature for 8 days. The studied parameters included germination percentage (GP), germination index (GI), viability index (VI), simplified viability index (SVI), mean germination time (MGT), mean daily germination (MDG), seedling length (SL), shoot length (SHL), root length (RL), shoot wet weight (SHWW), shoot dry weight (SHDW), root wet weight (RWW), root dry weight (RDW), and allometric coefficient (AL). Data analysis included variance analysis, correlation analysis, a cluster analysis dendrogram (heat map), and biplot representation of principal component analysis (PCA) using R software version 4.3.2 with the packages agricolae, corrplot, gplots, and factoextra. Additionally, to select superior genotypes, the MGIDI index was calculated using the metan package for multi-environment trials analysis in R software. A selection intensity of 10% (SI) was considered for the selection of genotypes. Results: Based on the results of the analysis of variance, the effects of different levels of accelerated aging were significant for all traits at the 1% statistical level. Additionally, there was a significant difference between the genotypes studied for all traits at the 1% probability level. The interaction effect of aging × genotype was also significant at the 1% probability level. A strong positive correlation was observed between germination percentage, germination index, viability index, simplified viability index, and mean daily germination under different levels of accelerated aging. In contrast, a weak correlation of mean germination time was observed with most studied traits. Additionally, with increasing aging levels, a decreasing trend was observed in the mean of most traits. For example, the germination percentage decreased from 91.96% in the normal condition to 60.44%, 29.76%, and 6.11% at aging levels of 48, 72, and 96 hours, respectively. Meanwhile, the mean germination time increased from 1.59 days to 2.62 and 3.01 days at aging levels of 48 and 72 hours, respectively. Cluster analysis results under different levels of accelerated aging classified the studied genotypes into three main groups based on similarities and differences in germination and seedling growth traits. The genotypes in the first group were identified as the best performers in terms of all germination and seedling growth traits. The MGIDI index was used to identify superior genotypes (Aging-tolerant) based on all traits, and its results were in complete agreement with the findings of PCA and cluster analysis. Conclusion: PCA and cluster analysis were used to further analyze the relationships between the studied bread wheat genotypes under different levels of accelerated aging. Additionally, the MGIDI index was employed more efficiently to identify superior genotypes based on all traits. According to the results, genotypes 624846, 627853, 623090, 627414, 624864, Fong, Alvand, and Koohdasht had the highest values for all traits related to germination and seedling growth under different levels of accelerated aging and were identified as aging-tolerant genotypes. In contrast, genotypes 621421, 627236, 624315, Omid, Takab, and VEE/NAC, with the lowest values for these traits, were classified as aging-sensitive. The superior identified genotypes could serve as genetic resources for breeding programs aimed at producing genotypes with high seed quality and rapid seedling emergence in the field. <div style="text-align: justify;"></div></div> تنوع ژنتیکی, روش‎های آماری چندمتغیره, زوال بذر, کیفیت بذر, گندم Genetic diversity, Multivariate Statistical Methods, Seed deterioration, Seed quality, Wheat 94 112 http://jcb.sanru.ac.ir/browse.php?a_code=A-10-576-8&slc_lang=fa&sid=1 Sima Fatanatvash سیما فطانت وش sima.fatanat@yahoo.com 100319475328460025995 100319475328460025995 No Department of Plant Production and Genetics, Faculty of Agriculture, Urmia University, Urmia, Iran گروه تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران Hadi Alipour هادی علی پور ha.alipour@urmia.ac.ir 100319475328460025996 100319475328460025996 Yes Department of Plant Production and Genetics, Faculty of Agriculture, Urmia University, Urmia, Iran گروه تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران Reza Darvishzadeh رضا درویش زاده r.darvishzadeh@urmia.ac.ir 100319475328460025997 100319475328460025997 No Department of Plant Production and Genetics, Faculty of Agriculture, Urmia University, Urmia, Iran گروه تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران Mahdi Ghiyasi مهدی قیاسی m.ghiasi@urmia.ac.ir 100319475328460025998 100319475328460025998 No Department of Plant Production and Genetics, Faculty of Agriculture, Urmia University, Urmia, Iran گروه تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران