ارزیابی عملکرد دانه ژنوتیپ‌های جو تحت شرایط محدودیت آبی با استفاده از شاخص‌های تنش و تحلیل چندمتغیره

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

گروه مهندسی تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه خلیج فارس، بوشهر، ایران

10.22034/plant.2026.146464.1211

چکیده

چکیده
مقدمه: خشکی یکی از مهم‌ترین عوامل محدودکننده تولید جو در مناطق خشک و نیمه‌خشک جهان است و موجب کاهش رشد و عملکرد این محصول می‌شود. با افزایش شدت و فراوانی خشکسالی در بسیاری از مناطق کشاورزی، شناسایی ژنوتیپ‌های متحمل به تنش خشکی برای دستیابی به عملکرد پایدار اهمیت زیادی دارد. با این حال، به دلیل ماهیت پیچیده و پلی‌ژنیک (چندژنی) عملکرد دانه، اصلاح برای تنش خشکی با چالش جدی»میان پتانسیل تولید در شرایط بهینه و بقا در شرایط تنش مواجه است. در این راستا، استفاده از شاخص‌های تحمل به خشکی و روش‌های آماری چندمتغیره نظیر تجزیه مؤلفه‌های اصلی (PCA)، ابزار مؤثری برای تفسیر الگوهای پاسخ فنوتیپی، کاهش ابعاد داده‌ها و شناسایی دقیق ژنوتیپ‌های برتر در شرایط تنش و بدون تنش محسوب می‌شود.
مواد و روش‌ها: در این پژوهش، ۱۵ رقم و لاین امیدبخش جو در شرایط آبیاری کامل و تنش خشکی معادل ۵۰ درصد نیاز آبی، طی سال زراعی ۱۴۰4–۱۴۰3 در مزرعه تحقیقاتی واقع در جنوب ایران ارزیابی شدند. در هر دو شرایط، عملکرد دانه اندازه‌گیری شد. به‌منظور ارزیابی میزان حساسیت ژنوتیپ‌ها و پایداری عملکرد آن‌ها، از ده شاخص تحمل به خشکی استفاده گردید. پس از بررسی مفروضات مدل آماری، تحلیل واریانس با استفاده از نرم‌افزار SAS نسخه 9.4 انجام شد. برای تجزیه همبستگی، تجزیه به مؤلفه‌های اصلی و ترسیم نمودارهای مربوطه از نرم‌افزار R استفاده شد.
نتایج: نتایج تجزیه مرکب نشان داد اثر محیط، ژنوتیپ و برهم‌کنش آن‌ها بر عملکرد دانه در سطح احتمال یک درصد معنی‌دار بود که گویای تفاوت واکنش ژنوتیپ‌ها به شرایط رطوبتی است. در شرایط آبیاری کامل، لاین WB9816 (با 43/4 کیلوگرم در کرت) و ارقام گلچین، نوبهار و زهک دارای عملکرد برتر بودند. در شرایط تنش، رقم زهک و لاین WB9819 به‌ترتیب با 01/3 و 94/2 کیلوگرم در کرت، بیشترین عملکرد را تولید کردند، در حالی که بهدان کمترین عملکرد (14/1 کیلوگرم) را داشت. شاخص‌های MP، GMP، HM، STI و YI همبستگی مثبت و بسیار بالایی با عملکرد در هر دو محیط داشتند و به عنوان کارآمدترین معیارها برای شناسایی ژنوتیپ‌های پرمحصول شناخته شدند. در مقابل، شاخص‌های TOL و SSI اگرچه رقم بهدان را به دلیل افت عملکرد کمتر، «متحمل» معرفی کردند، اما به دلیل عملکرد مطلق پایین این رقم، این شاخص‌ها به تنهایی برای گزینش زراعی کارآمد نبودند. تجزیه به مؤلفه‌های اصلی نشان داد که دو مؤلفه اول به ترتیب 57/61 درصد و 61/37 درصد و در مجموع 18/99 درصد از واریانس کل را تبیین کردند؛ مؤلفه اول بیانگر شاخص‌های بهره‌وری و عملکرد بالا بود و مؤلفه دوم تمایزدهنده ژنوتیپ‌ها از نظر حساسیت به تنش بود. در تحلیل بای‌پلات و نمودار سه‌بعدی فرناندز، ژنوتیپ‌های زهک، WB9819، WB9810 و صحرا در ناحیه A (عملکرد بالا در هر دو محیط) قرار گرفتند، در حالی که ارقامی مانند راشین و ماهور در ناحیه D (عملکرد پایین در هر دو محیط) مستقر شدند.
نتیجه‌گیری: این مطالعه نشان داد که ارزیابی چندمتغیره بر پایه شاخص‌های ترکیبی، دقت غربالگری ژنتیکی را نسبت به روش‌های سنتی تک‌عاملی افزایش می‌دهد. بر این اساس، رقم زهک (به‌عنوان رقم تجاری برتر از نظر پتانسیل عملکرد در شرایط سخت) و لاین WB9819 (به‌عنوان لاین امیدبخش با افت عملکرد اندک در شرایط تنش و شاخص‌های پایداری بالا) به عنوان برترین ژنوتیپ‌های متحمل به خشکی شناسایی شدند. هر دو ژنوتیپ، به‌ویژه لاین WB9819، می‌تواند به‌عنوان ژنوتیپی امیدبخش برای ارزیابی‌های چندمحیطی و چندساله بعدی پیشنهاد شود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Evaluating Grain Yield of Barley Genotypes under Water-Limited Conditions Using Stress Indices and Multivariate Analysis

نویسنده [English]

  • Hamidreza Nooryazdan
Department of Plant Genetics and Production Engineering , Faculty of Agriculture and Natural Resources, Persian Gulf University, Bushehr, Iran
چکیده [English]

Abstract
Introduction: Drought stress is one of the most critical factors limiting barley production in arid and semi-arid regions worldwide, leading to significant reductions in both growth and yield. Given the increasing intensity and frequency of drought in many agricultural areas, identifying drought-tolerant genotypes is essential for achieving sustainable productivity. However, due to the complex and polygenic nature of grain yield, breeding for drought stress faces a significant challenge regarding the trade-off between yield potential under optimal conditions and survival under stress. In this context, utilizing drought tolerance indices and multivariate statistical methods, such as Principal Component Analysis (PCA), serves as an effective approach for interpreting phenotypic response patterns, reducing data dimensionality, and precisely identifying superior genotypes across both stress and non-stress environments.
Materials and Methods: In this study, 15 barley cultivars and promising lines were evaluated under full irrigation and drought stress equivalent to 50% of crop water requirement during the 2024–2025 growing season at a research farm in southern Iran. Grain yield was measured under both conditions. Ten drought tolerance indices were calculated to assess genotype sensitivity and yield stability. After confirming data normality using the Kolmogorov–Smirnov test, analysis of variance was performed using SAS software version 9.4. Correlation analysis, factor analysis, and genotype scatter plots were performed using R software. Biplot analysis was also conducted based on the results of principal component analysis (PCA).
Results: Combined analysis of variance revealed that the effects of environment, genotype, and their interaction on grain yield were significant at the 1% probability level, indicating differential responses of genotypes to water availability. Under non-stress conditions, line WB9816 (4.43 kg/plot) and cultivars Golchin, Nobahar, and Zahak exhibited superior grain yield. Under drought stress, cultivar Zahak and line WB9819 produced the highest yields (3.01 and 2.94 kg/plot, respectively), whereas Behdan exhibited the lowest yield (1.14 kg/plot). The MP, GMP, HM, STI, and YI indices showed strong positive correlations with yield in both environments, identifying them as the most efficient criteria for screening high-yielding genotypes. Conversely, although TOL and SSI indices classified Behdan as “tolerant” due to its minimal yield reduction, they were not effective indicators for agronomic selection on their own, given the genotype’s low absolute yield. Principal Component Analysis (PCA) showed that the first two components explained 61.57% and 37.61% of the total variance, respectively, accounting for a cumulative 99.18%. PC1 represented productivity and high-yield potential, while PC2 distinguished genotypes based on stress sensitivity. Based on the biplot and the Fernandez 3D plot analysis, the genotypes Zahak, WB9819, WB9810, and Sahra clustered in region A (high yield in both conditions), while cultivars such as Rashin and Mahoor were located in region D (low yield in both conditions).
Conclusion: This study demonstrated that multivariate evaluation based on combined indices significantly enhances the precision of genetic screening compared to traditional single-factor methods. Consequently, cultivar Zahak (as the superior commercial variety for yield potential under harsh conditions) and line WB9819 (as a promising line with minimal yield reduction under stress and high stability) were identified as the most drought-tolerant genotypes. Both genotypes, particularly line WB9819, are recommended as promising candidates for future multi-environment and multi-year evaluations.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Barley
  • Biplot
  • Drought tolerance indices
  • Grain yield
  • Principal component analysis (PCA)