پژوهشنامه اصلاح گیاهان زراعی، جلد ۱۷، شماره ۲، صفحات ۰-۰

عنوان فارسی عوامل موثر در شکل گیری عملکرد هیبرید های آفتابگردان در کشت دوم از دیدگاه فیزیولوژی مولکول
چکیده فارسی مقاله
مقدمه و هدف: آفتابگردان یکی از گیاهان اقتصادی با ارزش بوده که بواسطه سازگاری بالا با انواع شرایط آب و هوایی، کشت گسترده‌ای در جهان دارد. کشت آفتابگردان به‌دلیل تولید و معرفی ارقام هیبرید که پدیده هتروزیس را بروز می‌دهند، توسعه یافته است. در ایران اخیرا تمرکز کشت آفتابگردان به کشت دوم متمایل شده است که مستلزم تحمل دماهای پایین در زمان پر شدن دانه می‌باشد. شکل‌گیری عملکرد گیاهان زراعی نتیجه بر همکنش اجزای تولید کننده هیدروکربن‌ها یعنی منبع، با اجزای ذخیره کننده آنها یعنی مخزن است. شناسایی این اجزاء و تنظیم روابط بین آنها به‌نژادگران را در انتخاب شیوه‌های اصلاح ارقام زراعی کمک می‌‌کند. هرچند مطالعاتی در زمینه روابط بین منبع و مخزن و بر‌همکنش آنها در آفتابگردان در جهان و ایران انجام شده است، در خصوص مشارکت مولفه‌های مولکولی تعیین کننده عملکرد هیبرید‌ها مطالعات کمی انجام شده است. همچنین مطالعه‌ای بر روی روند تغییرات فیزیولوژیکی هیبرید‌ها در دوره اصلاح و معرفی هیبرید آفتابگردان در ایران انجام نشده است. این تحقیق به منظور شناسایی راهکارهای مورد استفاده در هیبرید‌های آفتابگردان برای تشکیل عملکرد در شرایط کشت دوم، در مواجهه با دماهای 15 درجه سانتی گراد، و همچنین بررسی تغییرات فیزیولوژی مولکولی تشکیل عملکرد در هیبرید‌هایی که در یک دوره 30  ساله در ایران اصلاح و معرفی شده‌اند انجام گرفت.
مواد و روش‌ها: تحقیق در دو آزمایش با سال و مکان متفاوت (مجموعا دو محیط) بر روی سه هیبرید آذرگل، فرخ و قاسم در شرایط کشت دوم انجام شد. شرایط کشت به گونه‌ای فراهم شد که زمان پرشدن دانه‌ها با دمای 15 درجه سانتی‌گراد مواجه شوند. در زمان شروع گرده افشانی، تعداد برگ، سطح برگ و وزن خشک برگ، وزن خشک طبق و پنج گره بالایی ساقه، و در زمان رسیدگی فیزیولوژیکی، وزن خشک طبق، قطر طبق، وزن خشک پنج گره بالایی ساقه، وزن هزار دانه، تعداد فندوقه (پر و پوک) روی طبق و عملکرد تک بوته اندازه‌گیری و شمارش شد. هشت روز بعد از شروع گرده افشانی، سطح بیان ژن اینورتاز در بافت کف طبق به کمک تکنیک Real-Time PCR اندازه گیری شد. تجزیه مرکب و مقایسه میانگین داده‌ها پس از اطمینان از نرمال بودن آنها انجام شد.
یافته‌ها: نتایج تجزیه مرکب داده‌ها حاکی از معنی‌دار نبودن اثرات متقابل بین محیط و هیبرید برای تمامی صفات مورد بررسی بود. از نظر صفات مرتبط با قدرت منبع، هیبرید قاسم با اختلاف معنی‌دار از دو هیبرید دیگر برتر بود و هیبرید آذرگل به‌طور معنی‌داری کمترین وزن خشک برگ را داشت. بنابراین از نظر قدرت منبع هیبرید آذر گل کمترین مقدار را در بین سه هیبرید دیگر داشت. وزن خشک طبق و گره‌های بالایی ساقه در هیبرید آذرگل برابر با هیبرید فرخ و به‌طور معنی‌داری بیشتر از هیبرید قاسم بود. همچنین تعداد فندقه در طبق هیبرید آذرگل و فرخ بایکدیگر تفاوت معنی‌داری نداشت. با این وجود، وزن هزار دانه و عملکرد دانه هیبرید آذرگل به‌طور معنی‌داری بیشتر از هیبرید فرخ بود. مقدار کربوهیدرات‌های غیرساختمانی ذخیره شده در کف طبق و بخش‌های بالایی ساقه در هیبرید آذرگل به‌طور معنی‌داری بیشتر از دو هیبرید دیگر بود در حالی‌که سهم انتقال مجدد از کف طبق و بخش‌های بالایی ساقه به دانه‌ها و نیز سهم فتوسنتز جاری در تشکیل عملکرد بین هر سه هیبرید از نظر آماری برابر بود. سطح بیان ژن اینورتاز هشت روز پس از آغاز گرده افشانی در هیبرید آذرگل به‌طور معنی‌داری بیشتر از دو هیبرید دیگر بود. با وجود قدرت بالاتر منبع در هیبرید قاسم، وزن خشک طبق و بخش‌های بالایی ساقه در این هیبرید کمتر از دو هیبرید دیگر بود که احتمالا ناشی از نوعی مقاومت در انتقال مواد اسیمیلاتی ساخته شده از برگ به اندام‌های مخزن است. برابر بودن تعداد فندقه و وزن مواد خشک طبق و بخش‌های بالایی ساقه در شروع گرده افشانی در هیبرید آذر گل و فرخ و در عین حال وزن هزار دانه بیشتر در هیبرید آذرگل احتمالا از بیان بیشتر ژن اینورتاز در کف طبق هیبرید آذر گل ناشی شده است. این آنزیم باعث تداوم برقراری جریان شیره پرورده به سوی کف طبق به عنوان مخزن موقت شده که در نهایت منجر به افزایش وزن هزار دانه می‌شود. یکی از وظایف این آنزیم محافظت بافت در مواجهه با دماهای پایین است، بنابراین در برنامه اصلاح آفتابگردان برای کشت دوم، توجه ویژه به سطوح بالای بیان این ژن در کف طبق می‌تواند باعث بهبود برنامه‌های اصلاحی آفتابگردان شود. از سوی دیگر بررسی مولفه‌های فیزیولوژیکی موثر در تشکیل عملکرد در هیبرید‌های معرفی شده در یک دوره سی ساله تمرکز بر زودرسی بوده که موجب کاهش عملکرد شده است. چنانچه روابط شکل‌گیری عملکرد از دو جنبه فیزیولوژیکی و مولکولی به‌عنوان نقشه راه اصلاح آفتابگردان مورد توجه قرار گیرد، امکان ایجاد هیبرید‌های زودرس با حفظ عملکرد وجود خواهد داشت.
نتیجه گیری کلی: تمرکز بر جنبه‌های فیزیولوژی و مولکولی فرآیند‌های زیستی باعث تغییر نگرش به‌نژاد‌گران و افزایش کارآیی برنامه‌های اصلاحی می‌شود. در نظر گرفتن فعالیت آنزیم‌های دخیل در متابولیسم نشاسته و قند‌ها، نظیر اینورتازها، باعث افزایش عملکرد با وجود قدرت کم منبع شده و امکان تحمل دماهای پایین در زمان پر شدن دانه را فراهم می‌نماید.
کلیدواژه‌های فارسی مقاله آفتابگردان، آنزیم اینورتاز، تحمل دماهای پایین، روابط منبع و مخزن، کشت دوم

عنوان انگلیسی The factors influencing the yield of sunflower hybrids in second cropping system from a molecular physiology perspective.
چکیده انگلیسی مقاله
Introduction and Objective: Sunflower is a cash crop with widespread cultivation worldwide due to its high adaptability to various climatic conditions. The cultivation of sunflower has accelerated due to the production and introduction of hybrid varieties that exhibit the phenomenon of heterosis. In Iran, the sunflower cultivation system has recently focused on second cropping, which requires tolerance to low temperatures during seed filling stage. The formation of yield in crop plants results from the interaction between two components: carbon-producing organs, source, and storage organs, sink. Identifying these components and regulating their relationships aids breeders in the direction of plant variety improvement. Although studies have been conducted on the relationships between source and sink and their interactions in sunflowers worldwide and in Iran, there is no report on the involvement of molecular components determining hybrid performance. Additionally, no study has been conducted on the physiological changes of hybrids during the hybrid breeding of sunflowers in Iran. This research aimed to identify strategies used in sunflower hybrids for yield formation under second cropping conditions, that is exposure to ambient temperature of 15̊ C, and to investigate the physiological molecular changes associated with yield formation in hybrids that have been bred and introduced over a 30-year period in Iran.
Materials and Methods: The research was conducted over two experiments (in different years and locations) on three hybrids: Azargol, Farrokh, and Ghasem under second cropping conditions. The cultivation conditions were set so that the seed filling period would be exposed to temperatures of 15˚ C. At the onset of pollination, leaf number, leaf area, dry leaf weight, dry weight of receptacle base, and five uppermost stem nodes were measured; at physiological maturity, capitulum dry weight, capitulum diameter, dry weight of five uppermost stem nodes, 1000 seed weight, number of achene (filled and unfilled) per capitulum, and yield per plant were measured and counted. Eight days after pollination began, invertase enzyme expression levels in the receptacle base tissue were measured using Real-Time PCR technology. Data analysis was performed through combined analysis and mean comparison after ensuring normality.
Findings: The results from combined analysis indicated no significant interaction effects between experiments and hybrids for all traits studied. Regarding source-related traits, the Ghasem hybrid was significantly higher than the other two hybrids, while Azargol hybrid had significantly lower dry leaf weight. Thus, in terms of source strength, Azargol hybrid had the lowest value among the three hybrids. The dry weight of receptacle base and upper stem nodes in Azargol hybrid were equivalent to Farokh hybrid and significantly higher than Ghasem hybrid. Additionally, there was no significant difference in the number of achenes per head between Azargol and Farokh hybrids. However, 1000 seed weight and seed yield for Azargol hybrid were significantly higher than for Farokh hybrid. The amount of non-structural carbohydrates stored in the receptacle base and five uppermost stem nodes in Azargol hybrid was significantly higher than in the other two hybrids, while the contribution of remobilization from receptacle base and the five uppermost stem nodes to seeds as well as current photosynthesis contribution to yield formation was statistically equal among all three hybrids. Invertase gene expression levels eight days after pollination began were significantly higher in Azargol hybrid compared to the other two hybrids. Despite having higher source strength in Ghasem hybrid, the dry weight of the receptacle base and the five uppermost stem nodes were lower than those of the other two hybrids, likely due to some resistance in translocating assimilates from leaves to sink. The equal number of akene and dry matter weights in receptacle base and the five uppermost stem nodes at pollination onset for Azargol and Farokh hybrids alongside a higher 1000 seed weight in Azargol hybrid likely resulted from greater invertase enzyme activity in its receptacle base tissue. This enzyme facilitates sustained phloem sap flow toward the capitulum as a temporary sink, ultimately leading to increased 1000 seed weight. One function of this enzyme is to protect tissues against low temperatures; therefore, special attention to high levels of this enzyme's expression in capitulum tissue could enhance breeding programs in second cropping system of sunflowers. On the other hand, examining physiological components affecting yield formation in hybrids introduced over a 30-year period indicates a focus on early maturity that has led to reduced yields. If performance formation relationships are considered from both physiological and molecular point of view as a roadmap for sunflower breeding, it will be possible to create early-maturing hybrids while maintaining yield.
Overall Conclusion: Focusing on molecular physiology aspects of biological processes leads to a shift in breeders' perspectives and increases the efficiency of breeding programs. Considering the activity of enzymes involved in starch and sugar metabolism, such as invertases, can increase yield despite low source strength while enabling tolerance to low temperatures during seed filling.
کلیدواژه‌های انگلیسی مقاله Invertase enzyme, low-temperature tolerance, second cropping system, source-sink relationships, sunflower

نویسندگان مقاله مسعود سلطانی نجف آبادی | masood soltani Najafabadi
Agricultural Research, Education, and Extension Organization
سازمان تحقیقات، اموزش و ترویج کشاورزی


نشانی اینترنتی http://jcb.sanru.ac.ir/browse.php?a_code=A-10-963-4&slc_lang=fa&sid=1
فایل مقاله فایلی برای مقاله ذخیره نشده است
کد مقاله (doi)
زبان مقاله منتشر شده fa
موضوعات مقاله منتشر شده اصلاح برای تنش های زنده و غیرزنده محیطی
نوع مقاله منتشر شده پژوهشی
برگشت به: صفحه اول پایگاه   |   نسخه مرتبط   |   نشریه مرتبط   |   فهرست نشریات