Journal of Crop Breeding

fa ارزیابی لاین‌های امیدبخش گندم دوروم از نظر مقاومت به زنگ سیاه (Puccinia graminis f. sp. tritici) Evaluation of Durum Wheat Elite Lines for Resistance to Stem Rust (Puccinia graminis f. sp. tritici) اصلاح نباتات General پژوهشي Research <div style="text-align: justify;">چکیده مبسوط مقدمه و هدف: شناسایی لاین‌های مقاوم به بیماری‌ها به‌منظور معرفی رقم یا استفاده در تلاقی‌ها، به‌عنوان بخشی از اهداف برنامه‌های به‌نژادی گندم به‌شمار می‌رود. بیماری زنگ سیاه گندم، ناشی از قارچ f. sp. triticiPuccinia graminis ، یکی از بیماری‌های مهم گندم است که از گذشته دور تاکنون تهدیدی برای تولید آن بوده است. برخلاف گندم نان، تاکنون بررسی تخصصی و ویژه‌ای در ارتباط با مقاومت گندم دوروم نسبت به زنگ سیاه در ایران انجام یا منتشر نشده است. در تحقیق حاضر، لاین‌های امیدبخش گندم دوروم بخش تحقیقات غلات مؤسسه تحقیقات اصلاح و تهیه نهال و بذر در سال‌های 94 و 95 با هدف شناسایی لاین‌های مقاوم به بیماری به &lrm;منظور استفاده از آنها برای معرفی ارقام جدید، در شرایط گلخانه و مزرعه مورد مطالعه و بررسی قرار گرفتند. مواد و روش‌ها: برای انجام این بررسی، 20 لاین امیدبخش به‌دست آمده از هر یک از برنامه‌های به‌نژادی دوروم بخش تحقیقات غلات شامل معتدل 94، گرم 94، معتدل 95 و گرم 95 در نظر گرفته شدند. برای انجام بررسی‌های مربوط به واکنش گیاهچه‌ای، سه دسته از لاین‌های آزمایشی شامل لاین‌های اقلیم معتدل سال‌های 94 و 95 و لاین‌های اقلیم گرم سال 94 نسبت به چهار جدایه/نژاد از قارچ عامل بیماری در گلخانه&lrm;های بخش تحقیقات غلات ارزیابی شدند. برای این منظور، بذرهای آزمایشی در گلدان&lrm;های حاوی خاک معمولی و پیت ماس (به&lrm;ترتیب 70% و 30%) کاشته شدند و بعد از گذشت 10 روز که برگ اول گیاهچه&lrm;ها بـه&lrm;خـوبی توسـعه یافت، اقدام به مایه‌زنی جداگانه آنها با استفاده از قارچ عامل بیماری گردید. گلدان‌های حاوی گیاهان مذکور به&lrm; مدت 24 ساعت در اتاقک تاریک با دمای C° 2±18 و رطوبت نزدیک به اشباع نگهداری و سپس به گلخانه با دمای C° 2±22 با 16 ساعت روشنایی در شبانه‌روز منتقل شدند. بعد از گذشت 14 روز، از تیپ آلودگی گیاهچه‌ها براساس مقیاس 4–0 یادداشت‌برداری به عمل آمد. برای انجام بررسی‌های گیاه کامل، لاین‌های سال 94 طی دو سال زراعی 95-1394 و 96-1395 و لاین‌های سال 95 طی دو سال زراعی 96-1395 و 97-1396 در اواخر زمستان در ایستگاه تحقیقات غلات کلاردشت (استان مازندران) کشت شدند. از هر لاین آزمایشی مقدار هفت گرم بذر در یک ردیف یک‌متری با فاصله 20 سانتی‌متری از ردیف مجاور کشت گردید. لاین‌های مربوط به سال 94 در سال اول اجرای آزمایش تحت شرایط آلودگی طبیعی و در سال دوم تحت شرایط مایه‌زنی مصنوعی و لاین‌های سال 95 در هر دو سال اجرای آزمایش در شرایط مایه‌زنی مصنوعی ارزیابی شدند. مایه&lrm;زنی خزانه&lrm;ها اوایل سنبله&lrm; دهی اکثریت بوته &lrm;ها، با استفاده از جدایه 94-32 (نژاد TTTTF) قارچ که قبلاً از کلاردشت جمع&lrm;آوری و پس از خالص&lrm;سازی در گلخانه تکثیر شده بود، انجام گردید. مایه&lrm;زنی از طریق پاشیدن مخلوطی از اسپورهای قارچ و پودر تالک نزدیک غروب آفتاب و با استفاده از اسپورپاش موتوری پشتی انجام شد. یادداشت‌برداری از شدت بیماری در اواخر مرحله خمیری نرم (تغییر رنگ ساقه‌ها از سبز به کاهی) با توجه به درصد پوشش ساقه توسط جوش‌های زنگ سیاه در مقیاس 100-0 انجام شد. همزمان، یادداشت‌برداری از واکنش گیاه در برابر آلودگی یعنی تعیین تیپ&lrm;های آلودگی مقاومت (R)، نیمه مقاومت (MR)، نیمه حساسیت (MS) و حساسیت (S) انجام شد. برای تجزیه و تحلیل داده‌ها، در ارتباط با داده‌های گیاهچه‌ای و مطابق روش گفته شده برای ارزیابی بیماری در این مرحله، تیپ‌های آلودگی 0، 1 و 2 (آلودگی پایین) به&lrm; معنای مقاومت و تیپ‌های آلودگی 3 و 4 (آلودگی بالا) به معنای حساسیت در نظر گرفته شدند. از نظر مقاومت در مرحله گیاه کامل، لاین‌های با شدت بیماری 30 یا کمتر به شرط همراه نبودن با تیپ آلودگی حساسیت (S) به &lrm;عنوان لاین‌های قابل انتخاب در نظر گرفته شدند. یافته‌ها: نتایج حاصل از ارزیابی هر چهار دسته از لاین‌های آزمایشی در برابر جدایه‌ها/نژادهای مختلف قارچ عامل بیماری در مرحله گیاهچه نشان‌دهنده تنوع در واکنش هر چهار دسته از این لاین‌ها در برابر جدایه‌ها/نژادهای بیمارگر مذکور بود. براساس این نتایج، نه لاین آزمایشی شامل DM-94-1، DM-94-15، DM-94-20، DM-95-18، DM-95-19، DW-94-6، DW-94-8، DW-94-15 و DW-94-16 در برابر هر چهار جدایه/نژاد واکنش مقاومت و 17 لاین در برابر آنها واکنش حساسیت داشتند و بقیه لاین‌ها در برابر سه، دو یا یک جدایه/نژاد مقاوم بودند. با توجه به عدم مشاهده پرآزاری روی هیچکدام از چهار ژن مقاومت Sr24، Sr26، Sr32 و Sr40 توسط چهار جدایه/نژاد مورد استفاده، مقاومت نه لاین گفته شده در برابر این جدایه‌ها/نژادها می‌تواند توسط یک یا چند تا از این ژن‌ها یا ژن‌های مقاومت ناشناخته دیگری ایجاد شده باشد. نتایج بررسی مقاومت گیاه کامل نشان داد که در سال اول اجرای بررسی، لاین‌های دوروم سال 94 (شامل لاین‌های هر دو اقلیم معتدل و گرم) که در شرایط آلودگی طبیعی بیماری انجام شد، سطح بیماری نسبتاً پایین بود و امکان یافتن لاین‌های با میزان بیماری قابل قبول برای انتخاب وجود داشت. در سال دوم بررسی این لاین‌ها و در هر دو سال بررسی لاین‌های سال 95 که آزمایش در شرایط آلودگی مصنوعی بیماری انجام شد، سطح بیماری همه لاین‌های آزمایشی بدون تفاوتی قابل&lrm; توجه بسیار بالا بود و تنوع خاصی بین آنها مشاهده نشد. با وجود این&lrm;که تعداد قابل توجهی از لاین‌های آزمایشی در مرحله گیاهچه در شرایط گلخانه نسبت به یک یا چند جدایه جمع‌آوری شده از منطقه کلاردشت واکنش مقاومت نشان داده بودند، هیچ&lrm; یک از آنها در مرحله گیاه کامل از مقاومت کافی در برابر بیماری برخوردار نبودند. این موضوع احتمالاً ناشی از حضور نژادهایی متفاوت در زمان بالغ‌شدن گیاه در منطقه کلاردشت با نژادهایی است که در شرایط گلخانه استفاده شده بودند. نتیجه‌گیری: اگرچه تعداد قابل&lrm; توجهی از لاین‌های دوروم در مرحله گیاهچه در برابر یک یا چند نژاد از قارچ عامل بیماری مقاومت بالایی داشتند اما با توجه به حساسیت بالای این لاین‌ها در برابر نژادهای شایع قارچ در منطقه مورد آزمایش (کلاردشت)، مشخص می‌شود که این لاین‌ها از مقاومت کافی در برابر نژادهای بیشتری از قارچ عامل بیماری برخوردار نیستند. با توجه به این امر و با توجه به سابقه اپیدمی شدن بیماری روی گندم دوروم در برخی مناطق جهان توسط برخی نژادهای قارچ، در صورت احتمال اپیدمی شدن بیماری در کشور، علاوه‌بر تکیه بر مقاومت ژنتیکی، لازم خواهد خواهد بود آمادگی برای کنترل شیمیایی نیز در نظر گرفته شود..  </div> <div style="text-align: justify;">Extended Abstract Background: Identifying disease-resistant lines for release or use in crosses is considered part of the goals of wheat breeding programs. Stem rust disease of wheat, caused by Puccinia graminis f. sp. tritici, is one of the diseases of this crop that has been a threat to wheat production since the past. Unlike bread wheat, no specialized and specific study has been conducted or published on durum wheat resistance to stem rust in Iran. In this study, 20 elite lines obtained from each of the country's durum wheat breeding programs, including temperate-2015, warm-2015, temperate-2016, and warm-2016, were evaluated for disease resistance at seedling and adult-plant stages. Methods: To investigate seedling resistance, three sets of experimental lines, including temperate-2015, warm-2015, and temperate-2016, were evaluated against four isolates/races of stem rust pathogen, P. graminis f. sp. tritici, at the seedling stage in the greenhouses of Cereal Research Department, Seed and Plant Improvement, Karaj, Albprz Province, Iran. Seeds of wheat lines were sown in pots containing a mixture of ordinary soil and peat moss (70% and 30%, respectively). After 10 days, when the first leaf of the seedlings developed well, they were inoculated separately using the isolates/races of the pathogen. The pots containing the inoculated plants were kept in a dark room at a temperature of 18 ± 2 °C and near-saturated humidity for 24 hours and then transferred to a greenhouse at a temperature of 22 ± 2 °C with 16 hours of light per day. After 14 days, infection types of the inoculated plants were recorded on a 0–4 scale. To conduct adult-plant studies, the 2015 lines were sown during two crop years 2015-16 and 2016-17, and the 2015 lines were sown during two crop years 2016-17 and 2017-18 in late winter at the Kelardasht Cereal Research Station, Kelardasht, Mazandaran Province, Iran. Seven grams of seeds from each line were sown in a one-meter row with a distance of 20 cm from the adjacent row. While the lines from 2015 were evaluated under natural infection conditions and artificial inoculations in the first and second years of the experiment, respectively, the lines from 2016 were evaluated in both years of the experiment under artificial inoculations. Artificial inoculations were carried out at early-heading wheat stage using the fungus isolate 94-32 (TTTTF race) previously collected from the Kelardasht region and increased in the greenhouse after purification. Inoculation was carried out by spraying a mixture of fungal spores and talc powder using a backpack sprayer. The severity of the disease was recorded at the end of the wheat soft dough stage (the color of the stems changed from green to straw color) according to the percentage of stem coverage by stem rust lesions on a scale of 0-100. Simultaneously, wheat response to infection was recorded, i.e., determining the infection types of resistance (R), moderate resistance (MR), modereate susceptibile (MS), and susceptibile (S). For data analysis, infection types 0, 1, and 2 (low infection types) were regarded as resistance, and infection types 3 and 4 (high infection types) were considered susceptibility, according to the method mentioned for disease assessment at the seedling stage. In terms of resistance at the adult-plant stage, lines with disease severity of 30 or less, provided that they were not accompanied by the susceptibility infection type (S), were considered selectable lines. Results: Results of the evaluation of all four sets of experimental lines against different isolates/races of the pathogen at seedling stage indicated diversity in the reaction of all four sets of these lines. Based on these results, nine lines (DM-94-1, DM-94-15, DM-94-20, DM-95-18, DM-95-19, DW-94-6, DW-94-8, DW-94-15, and DW-94-16) showed resistance to all four isolates/races of the pathogen, 17 lines were susceptible to them, and the remaining lines were resistant to three, two, or one isolate/race. Given that no virulence was observed on any of the four resistance genes Sr24, Sr26, Sr32, and Sr40 by the four isolates/races used, the resistance of the nine lines mentioned against these isolates/races could have been caused by one or more of these genes or other unknown resistance genes. Based on the results of adult-plant studies, wheat lines of temperate-2015 and warm-2015, evaluated for their first year (2015-016) under natural disease infection, had a relatively low disease level, and it was possible to find lines with acceptable disease levels for selection. In the second year of the experiment of 2015 lines (2016-017) and in both years of the study of 2016 lines (2016-17 and 2017-18) that the experiments were conducted under artificial disease infection, the disease level of all the experimental lines was very high without any significant difference. Even though a significant number of experimental lines showed resistance to one or more isolates collected from Kelardasht at the seedling stage under greenhouse conditions, none of them had sufficient resistance to the disease at the adult-plant stage. This is probably due to the presence of different races at the time of the adult-plant stage in the Kelardasht region compared to the races used under greenhouse conditions. Conclusion: Although a significant number of durum wheat lines had high resistance to one or more races of the stem rust pathogen at the seedling stage, given the high susceptibilty of these lines to the races of the fungus prevalent in the adult-plant experiment station (Kelardasht), it is clear that these lines do not have sufficient resistance to more races of the pathogen. Given this and the history of the epidemics of the disease on durum wheat by some races in some parts of the world, in case of a possible epidemic of the disease in Iran, it will be necessary to consider preparation for chemical control, in addition to relying on genetic resistance.</div> اپیدمی, حساسیت, مایه‌زنی مصنوعی, مقاومت گیاهچه‎ ای, مقاومت گیاه کامل Adult-plant resistance, Artificial inoculation, Epidemics, Seedling resistance, Susceptibility 152 172 http://jcb.sanru.ac.ir/browse.php?a_code=A-10-1331-1&slc_lang=fa&sid=1 Ali Malihipour علی ملیحی پور a.malihipour@areeo.ac.ir 100319475328460027503 100319475328460027503 Yes Department of Cereal Research, Seed and Plant Improvement Institute (SPII), AREEO, Karaj, Iran بخش تحقیقات غلات، مؤسسه تحقیقات اصلاح و تهیه نهال و بذر، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، ایران Tohid Najafi Mirak توحید نجفی میرک tnmirak@yahoo.com 100319475328460027504 100319475328460027504 No Department of Cereal Research, Seed and Plant Improvement Institute (SPII), AREEO, Karaj, Iran بخش تحقیقات غلات، مؤسسه تحقیقات اصلاح و تهیه نهال و بذر، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، ایران Leila Sadeghi لیلا صادقی leilasadeghi94@gmail.com 100319475328460027505 100319475328460027505 No Department of Value of Cultivation and Use, Seed and Plant Certification Research Institute (SPCRI), AREEO, Karaj, Iran بخش تحقیقات رفتارهای زراعی، مؤسسه تحقیقات ثبت و گواهی بذر، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، ایران Saba Delfan صبا دلفان saba.delfan1372@gmail.com 100319475328460027506 100319475328460027506 No Department of Value of Cultivation and Use, Seed and Plant Certification Research Institute (SPCRI), AREEO, Karaj, Iran بخش تحقیقات رفتارهای زراعی، مؤسسه تحقیقات ثبت و گواهی بذر، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، ایران Ali Omrani علی عمرانی a.omrani@areeo.ac.ir 100319475328460027507 100319475328460027507 No Department of Crop and Horticultural Science Research, Agricultural and Natural Resources Research and Education Center of Ardabil Province (Moghan), AREEO, Parsabad, Iran بخش تحقیقات علوم زراعی و باغی، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان اردبیل (مغان)، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، پارس ‎آباد، ایران