بخشی از مقاله
چکیده
به منظور برآورد اثرات ژنی، برآورد وراثتپذیری، و شناسایی روشهای مختلف اصلاحی جهت بهبود پارامترهای چسبندگی در برنج، این تحقیق طی سالهای 1393-95 در مؤسسه تحقیقات برنج کشور واقع در رشت انجام گرفت. نتاج بهدستآمده از طرح تلاقی کارولینای شمالی به همراه والدین آنها در قالب طرح پایه بلوکهای کامل تصادفی با 3 تکرار در مزرعه آزمایشی مؤسسه تحقیقات برنج کشور کشت شد. بررسی تجزیه میانگین مربعات طرح کارولینای شمالی برای صفت حداکثر چسبندگی نشان داد که میانگین مربعات اثر نرها و اثر متقابل معنیدار بود.
درحالیکه اثر مادهها معنیدار نبود. برای صفات فروریختگی، چسبندگی نهایی و پسروی چسبندگی، میانگین مربعات اثر نرها، اثر مادهها و اثر متقابل معنیدار بود. بررسی پارامترهای ژنتیکی نشان داد که واریانس افزایشی و غالبیت در تمامی صفات مورد بررسی معنیدار بود. بنابراین، این صفات تحت تأثیر آثار افزایشی و غیر افزایشی قرار دارند. بررسی برآوردهای وراثتپذیری عمومی و وراثتپذیری خصوصی نشان داد که گرچه بروز صفت حداکثر چسبندگی بیشتر تحت تأثیر آثار ژنتیکی است تا آثار محیطی، ولی آثار غالبیت در کنترل ژنتیکی این صفت نقش عمدهای دارد.
لذا استفاده از برنامههای اصلاحی مبتنی بر تلاقی جهت بهبود این صفت پیشنهاد میشود. برای صفات فروریختگی، چسبندگی نهایی و پسروی چسبندگی، وراثتپذیری عمومی بالا و وراثتپذیری خصوصی متوسط رو به بالا برآورد شد. بنابراین، علاوه بر این که بروز این صفات بیشتر تحت تأثیر آثار ژنتیکی است تا آثار محیطی، آثار افزایشی در کنترل ژنتیکی این صفات، نقش پر رنگی دارد. لذا استفاده از برنامههای اصلاحی مبتنی بر انتخاب جهت بهبود این صفات پیشنهاد میشود.
مقدمه
دستیابی به عملکرد بالا یکی از اهداف مهم تولیدکنندگان میباشد. در بیشتر گیاهان، کیفیت محصول تولیدی از اهمیت بالایی برخوردار است. کیفیت دانه در برنج نیز از عوامل اصلی و تعیینکننده جهت بازارپسندی و فروش محصول محسوب میشود . - 9 - کیفیت برنج یک صفت نسبی است که با توجه به سلیقه مصرف کنندگان تعریفی که از آن میشود متفاوت استمثلاً مصرف کنندگان آلمانی برنجهایی را که راحت پخته میشوند میپسندند در حالیکه طول دانه و طعم و خواص کیفی که برای مصرف کنندگان آسیایی مطرح است، برای این مصرفکنندگان اهمیّت چندانی ندارد - . - 5 تجربیات نشان داده است که تولید محصول با هدف افزایش کمیت بدون توجه به کیفیت با استقبال مصرف کنندگان روبرو نشده است .
کیفیت دانه برنج تا حد زیادی به ویژگیهای پخت، شکل، عطر و طعم آن بستگی دارد. به طور کلی، این خصوصیات را میتوان به چهار دسته فیزیکی، شیمیایی، برنج پخته و ارزش غذایی تقسیم بندی کرد . - 4 - عوامل متعددی بیانگر کیفیت دانه برنج میباشند اما آنچه بیشتر مد نظر است کیفیت پخت و خوراک است که ناشی از عوامل فیزیکی و شیمیایی میباشد. دوره کلیدی برای شکلگیری کیفیت برنج اوایل و اواسط دوره پر شدن بیان شده است . - 3 -
نشاسته ماده غذایی اصلی دانهی برنج است که خود به دو ترکیب آمیلوز و آمیلوپکتین تقسیم میشود. آمیلوز دارای زنجیرهای بدون شاخه یا کمتر شاخهدار متصل به آنزیم و محلول در آب و قابل آب کافت شدن به گلوکز و مالتوز میباشد. برعکس آمیلوپکتین دارای ساختار بسیار شاخهای با زنجیرهای کوتاه و درآب نامحلول است. عموماً 1-36 درصد نشاسته اندوخته شده در دانهی برنج را آمیلوز و بقیه را ترکیب آمیلوپکتین با ساختار مولکولی شاخهای تشکیل میدهد.
اگرچه آمیلوپکتین 65 -98 درصد نشاسته درون دانه را شامل میشود اما نقش آن در کیفیت دانه بهخوبی روشن نیست و نسبت آمیلوز به آمیلوپکتین یا در اغلب موارد فقط محتویات آمیلوز را به عنوان یکی از مهمترین شاخصهای فرآیند پخت و پز مورد ارزیابی قرار میدهند - . - 11 دستیابی به ارقام جدید برنج با عملکرد مناسب و کیفیت پخت مطلوب یکی از اهداف مهم بهنژادی در ایران به شمار میآید.
در دهههای گذشته، صفاتی مانند عملکرد دانه، تیپ بوته و مقاومت به امراض و خوابیدگی بیشتر مورد توجه بهنژادگران برنج بوده است که بر این اساس ارقامی مانند خزر، سپیدرود، کادوس، درفک، و گوهر در استان گیلان و ارقام ندا، نعمت، فجر، شفق و شیرودی در استان مازندران معرفی شدهاند. ارقام اصلاح شده مذکور، علیرقم پنجهزنی بالا و مقاومت نسبت به بیماری بلاست و عملکرد بالا، به دلیل ضعف خصوصیات کیفی در رقابت با ارقام بومی توفیق چندانی نداشتهاند و با استقبال کم در بازار مواجه و به قیمت نازلتری خریداری میشوند، درحالیکه ارقام محلی با وجود عملکرد پایین، حساسیت به آفات، بیماریها و خوابیدگی، به دلیل داشتن کیفیت پخت و خوراک مطلوب و عطر و طعم مطبوع و بازارپسندی بسیار خوب، سطح زیادی از اراضی شالیکاری ایران را به خود اختصاص میدهند . - 2 -
وجود شاخصهای متفاوت جهت ارزیابی کیفیت، سلایق متنوع مصرف کننده، پیچیدگی و تحت تأثیر محیط بودن صفت، نبود ابزار و امکانات مناسب برای ارزیابی دقیق خصوصیات مرتبط با کیفیت دانه و از همه مهمتر وجود ارتباط منفی بین عملکرد و کیفیت دانه از عوامل محدود کننده و عدم موفقیت در جهت دستیابی به ارقام پر محصول کیفی با طول دوره رشد مناسب به حساب میآید . - 1 -
در ایران، ارقام اصلاحشدهای که تا کنون معرفی شدهاند از نظر خصوصیات کیفی محتوای آمیلوز، دمای ژلاتینی شدن و ثبات و قوام ژل مشابه ارقام محلی هستند، اما کیفیت پخت آنها بسیار پایینتر از ارقام محلی است. حتی این موضوع در میان ارقام محلی نیز دیده میشود، به طوریکه ارقامی مانند هاشمی، حسنسرایی، غریب، سالاری، بینام و دمسیاه با وجود مشابه بودن دامنه فاکتورهای تعیینکننده پخت، از نظر کیفیت پخت کاملاً متفاوت هستند.
جالب اینکه ارقام محلی از نظر دامنه میزان پروتئین موجود در دانه با یکدیگر اختلاف چندانی ندارند که دلیلی بر تفاوت آنها از نظر کیفیت پخت باشد . - 2 - بنابراین پارامترهای مذکور به تنهایی نمیتوانند نشاندهنده کیفیت پخت در ارقام مختلف برنج باشند. ویژگیهای چسبندگی دانههای نشاسته با استفاده از دستگاه رپید ویسکو آنالایزر1 اندازهگیری میشوند - 8 - و نقش مهمی را در تعیین کیفیت خوراک و چگونگی کیفیت پخت برنج بازی میکنند - 14 - و به عنوان یک اختلاف ثانویه مهم در ارقام دارای میزان آمیلوز مشابه تلقی میشوند . - 12 -
به طور کلی، ویژگیهای مهم و مرتبط با چسبندگی شامل حداکثر چسبندگی2، فروریختگی3، چسبندگی نهایی4 و پسروی چسبندگی5 است که توصیفکننده منحنی درجه حرارت ژلاتینی شدن در زمان پخته شدن هستند . - 15 - اطلاع از اثر اصلی ژن درون جمعیت اصلاحی درواقع کلید و راهنمای انتخاب روش اصلاحی است که منتج به انتخاب واریتههایی با عملکرد بالا میگردد. بعلاوه اگر عمل ژنها بهصورت افزایشی باشد میتواند انتخاب لاینها در سطوح مختلف اصلاحی در گیاهان خودگشن مؤثر باشد، به دلیل آنکه اثرات افزایشی قابلیت انتقال از یک نسل به نسل دیگر را دارند . - 13 -
کامستاک و رابینسون در سالهای 1948 و 1952 سه طرح تحت عنوان طرحهای شماره یک، دو و سه کارولینای شمالی بهوجود آوردند. در هر یک از این طرحها دو پارامتر مهم ژنتیکی واریانس ژنتیکی افزایشی و واریانس غالبیت برآورد میشود. وجود اثرات مادری در طرح شماره سه کارولینای شمالی نقشی ندارد زیرا در این طرح نرها انتخاب می شوند.
از آنجایی که لینکاژ در اثر تلاقی برگشتی در این طرح شکسته میشود، لذا برآورد متوسط درجه غالبیت و وراثتپذیری دارای دقت بیشتری نسبت به طرحهای یک و دو کارولینای شمالی میباشد . - 6 - این طرح قدرتمندترین طرح در طرحهای کارولینای شمالی است . - 7 - با توجه به مطالب فوق این تحقیق جهت برآورد اثرات ژنی، برآورد وراثتپذیری، و شناسایی روشهای مناسب اصلاحی جهت بهبود پارامترهای چسبندگی در برنج انجام گرفت.
مواد و روشها
این پژوهش طی سالهای 1393-95 در مؤسسه تحقیقات برنج کشور واقع در رشت انجام گرفت. در سال اول، دو لاین طارم دیلمانی و گیلانه و جمعیت F2 حاصل از تلاقی آنها، جهت تلاقی به روش کارولینای شمالی کشت شد. جمعیت F2 بهمنظور دستیابی به حداکثر تنوع به تعداد 3000 بوته کشت گردید. بوتهها به فواصل 25 × 25 سانتیمتر و فاصله بین کرتها 50 سانتیمتر و هر بوته بهصورت تک نشاء کشت شد. لاینهای انتخابی جهت انجام تلاقیهای لازم در قالب تلاقی کارولینای شمالی در بستر خزانه جوی و پشتهای بذرپاشی شدند.
به منظور همزمانی در امر گلدهی و داشتن زمان کافی برای انجام تلاقیهای لازم، ارقام والدینی در سه نوبت با فاصله 10 روزه، در مزرعه تحقیقاتی مؤسسه تحقیقات برنج کشور بذرپاشی شدند و بعد از رسیدن به مرحله 3-4 برگی در زمین اصلی به صورت تکنشاء کشت شدند. هر والد در ابعادی برابر 1/5 متر در 3 متر - 4 بوته در عرض و 10 بوته در طول - کشت گردید.
برای تغذیه گیاهچهها و رشد بهتر بوتهها، 200 کیلوگرم در هکتار کود اوره و 100 کیلوگرم در هکتار فسفاتآمونیوم استفاده شد. تمامی کود فسفاته و 70 درصد کود اوره قبل از نشاءکاری و 30 درصد باقیمانده از کود اوره در هنگام تشکیل جوانه اولیه خوشهها مصرف شد. برای مبارزه با کرم ساقهخوار از سم دیازینون در سه مرحله استفاده شد و عملیات مبارزه با علفهایهرز به صورت وجین دستی در چند مرحله انجام گردید.
آبیاری زمین اصلی نیز مطابق روش معمول به صورت غرقابی صورت گرفت. همزمان با شروع مرحله گلدهی ارقام برنج، عملیات دورگگیری از اواخر تیرماه شروع و تا اواسط شهریورماه به طول انجامید. از دو لاین موردنظر بهعنوان والد مادری و از تک بوتههای F2 بهعنوان والد پدری استفاده شد. در سال دوم، نتاج بهدستآمده از طرح تلاقی کارولینای شمالی به همراه والدین آنها در قالب طرح پایه بلوکهای کامل تصادفی با 3 تکرار در مزرعه آزمایشی مؤسسه تحقیقات برنج رشت بهصورت تک نشاء کشت گردید.
کلیه مراقبتهای لازم طی رشد و نمو گیاهان از قبیل آبیاری، کود دادن، وجین، مبارزه با آفات و بیماریها انجام شد. ژنوتیپهای مورد مطالعه پس از برداشت، بوجاری و تنظیم رطوبت دانه آنها به 14 درصد، در آزمایشگاه مؤسسه تحقیقات برنج کشور - رشت - مورد تجزیه آزمایشگاهی قرار گرفتند. نمونهها پس از تبدیل به برنج سفید، با استفاده از آسیاب UD در حد 100 مش، آرد شدند. از هر رقم تعداد 30 نمونه جهت اندازهگیری خصوصیات چسبندگی با استفاده از دستگاه رپید ویسکو آنالایزر انتخاب شد.
از هر نمونه، 3 گرم آرد برنج سفید به دقت وزن شد و پس از اضافه کردن 25 میلیلیتر آب مقطر، در داخل استوانه فلزی دستگاه قرار داده شد . دستگاه طوری تنظیم گردید که در 10 ثانیه اول با سرعت 960 دور در دقیقه شروع به کار نمود و پس از طی زمان فوق، سرعت آن در 160 دور در دقیقه ثابت شد. درجه حرارت اولیه دستگاه نیز 50 درجه سانتیگراد در نظر گرفته شد. سپس خصوصیات چسبندگی نشاسته نمونههای مورد مطالعه در برنج به وسیله چهار پارامتر حداکثر چسبندگی، فروریختگی، چسبندگی نهایی و پسروی چسبندگیارزیابی شدند . - 8 - برای تجزیه واریانس و برآورد پارامترهای طرح تلاقی کارولینای شمالی از نرم افزارهای - 10 - SPSS و Excel استفاده شد.
نتایج و بحث
بررسی تجزیه میانگین مربعات طرح کارولینای شمالی برای صفت حداکثر چسبندگی - جدول - 1 نشان داد که میانگین مربعات اثر نرها و اثر متقابل معنیدار بود. درحالیکه اثر مادهها معنیدار نبود. بنابراین میتوان گفت که بین میانگین نتاج حاصل از F2 های مشترک از نظر صفت حداکثر چسبندگی اختلاف معنیدار وجود دارد، میانگین نتاج حاصل از والد مشترک گیلانه با میانگین نتاج حاصل از والد مشترک دیلمانی اختلاف معنیدار ندارد و ژنوتیپهای F2 در تلاقی با ژنوتیپهای دیلمانی و گیلانه برای صفت حداکثر چسبندگی واکنش متفاوتی داشتند. برای صفات فروریختگی، چسبندگی نهایی و پسروی چسبندگی، میانگین مربعات اثر نرها، اثر مادهها و اثر متقابل معنیدار بود.
