ارزیابی پتانسیل مارکرهای ISSR در پیش بینی کارایی هیبرید ها و بررسی …

فصل اول
مقدمه
افزایش نیاز به روغنهای گیاهی و محدود بودن زمین های حاصلخیز ومنابع آب موجب شده استتا گیاهان دانه ای و روغنی با سازگاری بالا همچون گلرنگ (Carthamus tinctorius L.)مورد توجه قرارگیرند.کشت گلرنگ در ایران به عنوان یکی از مراکز عمده کشت وکار این محصول در دنیای قدیم (نولز،۱۹۶۹) همچنان رواج داشته و در حال توسعه می باشد. گلرنگ در گذشته بیشتر به منظور تهیه رنگدانه قرمز برای استفاده در صنایع رنگرزی و همچنین برای رنگ اغذیه کشت می شد و زراعت آن به منظور استحصال روغن خوراکی از سال ۱۳۳۶ در ایران آغاز گردید (زینعلی، ۱۳۷۸).تولید گلرنگ در ایران با متوسط ۷۰۰ کیلوگرم در هکتار با متوسط جهانی آن (۲۰۰۰ کیلوگرم در هکتار) فاصله زیادی دارد(زینعلی ،۱۳۷۸).افزایش تولید گلرنگ و توانایی رقابت آن با سایر دانه های روغنی در ایران نیازمند اصلاح ارقامی با عملکرد دانه و میزان روغن بالا می باشد. از این رو افزایش عملکرد و میزان روغن دانه از اهداف مهم اصلاحی این گیاه به شمار می روند.
افزایش عملکرد در واحد سطح که مهمترین راه نجات بشر از فقر و گرسنگی استعمدتاً متکی بر اصلاح و ایجاد ارقام پر محصول با خصوصیات و پتانسیل های کمی و کیفی بالا می باشد و تنوع ژنتیکی اساس و پایه کار اصلاح نباتات است.یک اصلاح گر در صورتی می تواند در برنامه های اصلاحی خود موفق باشدکه شانس انتخاب مواد مناسب و تنوع برای او وجود داشته باشد.گاهی انتقال حتییک ژن مفید و با ارزش ازمنابع بومی و یا خویشاوندان وحشی آنها چه از طریق روش های معمول اصلاح نباتات و چه از طریق تکنیک های پیشرفته مهندسی ژنتیک می تواند تحول عظیم و غیر قابل تصوری در سرنوشت و تولید آن محصول در یک کشور ویا مناطق وسیعی از جهان ایجاد کند.این ژنها عمدتاً در ارقام بومی و خویشاوندان وحشی آنها طی قرن های متمادی بوجود آمده استکه می تواند در بهبود گیاه مورد استفاده قرار بگیرد (فرشاد فر،۱۳۷۷).
ایران و برخی ازکشورهای منطقه از جمله افقانستان، پاکستان… خاستگاه و مبداء بسیاری از گونه های گیاهان زراعی و خویشاوندان وحشی آنها محسوب شده و از تنوع ژنتیکی بسیار بالایی بر خوردار هستند.گیاه شناسان ایران معتقدند که حدود ۱۲-۱۰ هزار گونه گیاهی در ایران وجود دارد که این تنوع بیش از تنوع گیاهی در قاره اروپا است. این موضوع عمدتاً به دلیل وسعت، تنوع آب و هوایی و جغرافیایی کشور است.اما به دلیل عوامل نا مساعد محیطی،چرا و بهره برداری بی رویه دام،توسعه صنعتی،کشاورزی مدرن و غیره،این ثروت عظیم و با ارزش خدادادی در حال فرسایش شدید و نابودی است (وجدانی،۱۳۷۵).
یکی از نتایج اجتناب ناپذیرکشاورزی مدرن که مبتنی بر استفاده از واریته های اصلاحی با حداکثر عملکرد و کیفیت قابل قبول می باشدکاهش تنوع ذخایر ژنتیکی است.اگر چه تخمین این کاهش تنوع ژنتیکی مشکل و یا غیر ممکن می نماید اما در این که تعداد بسیاری از ژنها ی مفید از دست رفته اند و ذخایر ژنتیکی با سرعت فزاینده ای در حال کاهش است و محصولات زراعی عمده در معرض تهدید روز افزون شرایط محیطی نا مناسب و تنش های زیستی و غیر زیستی قرار گرفته اندتردیدی نیست بنابراین امروزه آگاهی از منابع تنوع ژنتیکی و مدیریت آنها به عنوان اجزای مهم برنامه ها و طرح های اصلاح نباتات تلقی می شوند(قره یاضی،۱۳۸۵).
گلرنگ از قدیمی ترین گیاهان شناخته شده نزد انسان استکه از قدیم بعنوان یک گیاه دارویی مورد کشت قرار می گرفته است ودانه گلرنگ دارای ۵۰-۳۰ درصد روغن و ۲۵-۱۵ درصد پروتئین است.روغن گلرنگ فاقد کلسترول بوده واز نظر کیفیت تغذیه ای تقریبا مشابه زیتون است (داجو و ماندل،۱۹۹۶). از آنجایی که تاکنون گلرنگ جزو گیاهان زراعی مهم دنیا محسوب نمی شده است منابع و اطلاعات موجود در ارتباط با آن زیاد نیست.این گیاه در هند و مکزیک در حال حاضر دارای اهمیت زیادی است (داجوو ماندل،۱۹۹۶ و سنگام و همکاران،۲۰۰۵).
در بین گیاهان روغنی متداول در دنیا گلرنگ تنها گیاه بومی کشور می باشد و ایران به عنوان یکی از مراکز اولیه پیدایش شناخته شده است (ویس،۲۰۰۹). لذا بدیهی است که در خصوص این گیاه کشور ایران از ذخیره ژرم پلاسم قوی و غنی برخوردار باشد.بنابراین شناخت خصوصیات توده های گلرنگ و امکان بهره گیری بهتر و بیشتر از این منابع متنوع ژنی در برنامه های اصلاحی از اهمیت زیادی بر خوردار است.
اولین گام در اصلاح گلرنگ داشتن جمعیتی با تنوع بالا است تا بتوان از داخل آن انتخاب مناسبی انجام داد.برای تولید هیبرید و استفاده از پدیده هتروزیس انتخاب والدین اولیه از اهمیت ویژه ای برخوردار است.وجود فاصله ژنتیکی مناسب بین ارقام از جمله عواملی استکه می تواند ما را در این امر کمک کند.زیرا برای صفات کمی هرچه فاصله ژنتیکی بین والدین از یکدیگر بیشتر باشد نتاج حاصل از تلاقی متنوع تر خواهند بود و احتمال مشاهده نتاج برتر از والدین بیشتر خواهد بود.بنابراین شناخت اجزایی از گیاه که نقش عمده ای در تولید عملکرد نهایی دارند و ارتباط بین آنها و میزان وراثت پذیری صفات از جمله مواردی هستند که در اصلاح این گیاه مانند سایر گیاهان باید مورد توجه قرار بگیرد (ارزانی،۱۳۸۳).
با توجه به تنوع ژنتیکی قابل توجه برای این گیاه در ایران اطلاع از نحوه کنترل ژنتیکی صفات و میزان هتروزیس، اصلاح گر را در تعیین بهترین روش اصلاحی که دارای بیشترین بازدهی باشد یاری می نماید. یکی از مباحث بسیار با اهمیت در طول دوره اصلاح نباتات کشف پدیده هتروزیس میباشد که امروزه از دیدگاه اصلاح کنندگان نبات به صورت یک پدیده بیولوژیک و به صورت برتری نتاج نسبت به میانگین والدین و یا والدبرتر تعریف می شود (لامکی،۱۹۹۳ ). از آنجایی که هتروزیس با اثرات متقابل آللهای مختلف در یک مکان ژنی ارتباط دارد،استفاده از اختلاف ژنتیکی بر اساس مارکر مولکولی جهت گزینش والدین در پروژه های اصلاحی پیشنهادشده است (سرنا،۱۹۹۷).گزینش لاینهای مناسب جهت تلاقی و شناسایی تلاقی های با عملکرد بالایکی از وقت گیرترین و پر هزینه ترین مراحل در پروژه های اصلاحی هیبرید ها می باشد (ملچینجر،۱۹۹۰). در طول دو دهه گذشته تعداد قابل توجهی از مطالعات وجود همبستگی بین فاصله ژنتیکی بر اساس مارکرهای ملکولی( AFLP،RAPD،SSR,RFLP)یا آیزوزایم ها را با کارایی هیبرید ها و هتروزیس تایید کرده است (پالز،۱۹۹۶). در این مطالعه سعی خواهد شد با مقایسه روش های کلاسیک تخمین هتروزیس و روش های نوین مبتنی بر مارکرهای مولکولی پتانسیل مارکرهای ISSR را در تخمین خصوصیات و عملکرد F1 وشناسایی تلاقی های برترقبل از انجام آزمایشات مزرعه ای مورد ارزیابی قرار گیردو ارتباط بین هتروزیس و فاصله ژنتیکی بر اساس مارکرهای ISSR سنجیده شود.
با توجه به اطلاعات اندک در مورد والدین برتر جهت انجام تلاقی ها اهداف این مطالعه عبارتند از:
۱)بررسی عملکرد والدین مورد استفاده در آزمایش واطمینان از تفاوت معنی دار بین آنها.
۲) بررسی ترکیب پذیری عمومی و خصوصی والدینو نحوه کنترل ژنتیکی صفات.
۳)بررسی میزان هتروزیس برای صفات مورد نظردر نتاج F1 حاصل از تلاقی دای آلل لاینهای اینبرد گلرنگ.
۴) بر آورد فاصله ژنتیکی بین والدین شرکت کننده در تلاقی ها و ایجاد ارتباطی بین فاصله ژنتیکی تخمینی بر اساس مارکرهای ملکولی و هتروزیس مشاهده شده در عمل برای صفات مورد نظر.
۵) یافتن رابطه ای میان فاصله ژنتیکی بین دو والد بر اساس مارکر و هتروزیس مشاهده شده در عمل می تواند کمک قابل توجهی به کاهش انجام کارهای مزرعه ای طولانی و پر هزینه جهت شناسایی والدینی که هتروزیس معنی دار تری در نتاج نشان بدهند را داشته باشد.
فصل دوم
بررسی منابع
تاریخچه کشت و تولید گلرنگ
گلرنگ یکی از قدیمی ترین گیاهان شناخته شده نزد انسان است و سالیان درازی است که به طور گسترده در خاورمیانه مورد کشت و کار قرار می گیرد (جان استون و همکاران، ۲۰۰۲ ). مردم بابل، فلسطین و مصر باستان از آن به عنوان گیاهی دارویی و روغنی استفاده می کرده اند. بذور گلرنگ و دسته حلقه های گل گلرنگ در کنار اجساد مومیایی متعلق به ۴۰۰۰ سال قبل در مصر یافت شده است (اسمیت ،۱۹۹۶ ). کشت سنتی گلرنگ در ایران از سالیان قبل برای تولید گل معمول بوده است (ناصری ،۱۳۷۰ ). بر اساس آمار منتشر شده مقدار تولید دانه گلرنگ در ایران در سال ۱۳۵۵-۱۳۵۰ هفت هزار تن در سال بوده است.تولید آن در کشور به دلایل متفاوت از جمله عدم برنامه ریزی صحیح سیر نزولی داشته است (زینعلی،۱۳۷۸).
مطابق با داده های سازمان خواروبار کشاورزی[۱] گلرنگ در سطح زیادی در هند (۳۵۰ هزار هکتار ) مکزیک (۸۵ هزار هکتار ) اتیوپی (۷۲ هزار هکتار )و آمریکا (۵۴ هزار هکتار)کشت می شود.ایران با تولید سالیانه ۵۰۰ تن در سال در رتبه سیزدهم قرار دارد (فائو، ۲۰۰۹).
خاستگاه و ژنتیک گلرنگ
گلرنگ زراعی گیاهی یکساله و بومی نواحی مدیترانه،خاورمیانه،هند،ایران،افغانستان و شرق آفریقا است.جنس کارتاموس دارای حدود ۲۵ گونه مهم است که بسیاری از آنها بومی مدیترانه هستند. بر اساس بررسی های جدید و بر اساس رابطه بسیار نزدیک موجود بین گونه های وحشی،موطن احتمالی گلرنگ منطقه محصور بین مدیترانه و خلیج فارس است (ساسانوما، ۲۰۰۸، کیل ،۲۰۰۶ و نولز،۱۹۶۹ ). واویلوف عقیده داشت که گلرنگ بومی شمال هند و افغانستان است اما تعدادی از محققان بر این عقیده هستندکه دو مرکز اولیه برای حداکثر تنوع گلرنگ در شمال افغانستان و اتیوپی قرار دارد (ویس،۲۰۰۰). مهمترین گونه های وحشی جنس کارتاموس شامل تینکتوریوس[۲]، اکسیی کانتا[۳] و پالاستینیوس[۴]هستند که تنها گونه تینکتوریوس بعنوان یک گیاه زراعی کشت می شود (ایمری ونولز،۱۹۷۰). خیدیر و نولز (۱۹۷۰) معتقدند که گونه پالاستینیوس و اکسی کانتا اجداد گلرنگ هستند. اجداد وحشی گلرنگ بطور وسیعی در مناطقی که گلرنگ زراعی کشت می شود گسترش یافته اند. گونه اکسی کانتا،علف هرز رایجی در مناطق ایران،پاکستان و شمال غرب هند و غرب عراق است و گونه پالاستینیوس نیز به وفور در نواحی فلسطین و نواحی مدیترانه یافت می شود(کیل،۲۰۰۶). گونه های پالاستینیوس و اکسی کانتا از نظر ژنتیکی شباهت بیشتری به گلرنگ زراعی دارند و به احتمال زیاد والد وحشی گلرنگ می باشند (چاپمن و بورک،۲۰۰۸).
طبقه بندی و سیتوژنتیک گلرنگ
دانش سیتوژنتیک و روابط تاکسونومیک بین گونه های کارتاموس پایه و اساس استفاده موثر از خصوصیات گیاهی خویشاوندان وحشی و ژنوتیپ های گلرنگ در برنامه های اصلاحی آن می باشد.از لحاظ تعدادکروموزوم جنس کارتاموس را به چهار دسته تقسیم می کنند. دسته اول دارای ۲۴ کروموزوم (۲n =2x=24) می باشند که شامل گونه های تینکتوریوس،پالاستینیوس،کوردیکوس[۵]،پریسیکوس[۶]،گیپسی کولا[۷] و اکسی کانتاهستند. این گونه ها به راحتی با یکدیگر آمیزش پیدا می کنند (مک پرسون و همکاران ،۲۰۰۴). گونه پالاستینیوس و اکسی کانتا به وفور در ایران یافت می شوند که این گونه ها به عنوان منابع خوبی برای مقاومت یا تحمل به بیماریها و آفات مختلف شناسایی شده اند (کومار و آگراوال ،۱۹۸۹).
گونه های اربورسنس[۸] ،ریفاوسس[۹] و نیتیدوس[۱۰] نیز دارای ۲۴ کروموزوم هستند ولی با سه گونه فوق آمیزش پیدا نمی کنند (داجو و ماندل ۱۹۹۶). دسته دوم شامل گونه های بویسیری[۱۱] ،دنتاتوس[۱۲] ،گلایوکوس[۱۳] ،لیوکوکایولوس[۱۴] و تینوس [۱۵]هستند که دارای ۲۰ کروموزوم می باشند (لوپزگونزالز،۱۹۸۹) زیر گونه های گلایوکوس در سوریه ،ترکیه ،ایران و قفقاز یافت می شوند.گونه های گلایوکوس و تینیوس با واریته های زراعی قابل آمیزش هستند و F1آنها نیز تولید شده است.
دسته سوم دارای ۴۴ کروموزوم (۲n=4x=44) می باشد و تنها دارای یک گونه لاناتوس[۱۶] است.این گونه آمفی دیپلوئید حاصل از گونه های دسته اول و دوم است و با گونه تینکتوریوس و اکسی کانتا لقاح پیدا می نماید و هیبرید های آنها دارای۷-۱کروموزوم جفت نشده هستند.دسته چهارم دارای ۶۴ کروموزوم می باشند (۲n=6x=64) و گونه های کرتیکوس[۱۷] و تورکستانیکوس [۱۸]جزو این دسته هستند (داجو و ماندل،۱۹۹۶).
مصارف گلرنگ
گلرنگ گیاهی که می توان درتهیه دارو،روغن و رنگ از آن استفاده نمود و از گلچه،بذر و ساقه و برگهایش بهره برداری کرد و تمامی اندام های آن مفید می باشند.در حال حاضر اکثراً به عنوان یک گیاه دارویی مخصوصاً در چین کشت می شود (ماندل و همکاران، ۲۰۰۴).
گلبرگ گلرنگ دارای حدود۳۰ درصد رنگدانه زرد (کارتامیدین ) و ۱ درصد رنگدانه قرمز (کارتامین ) است. از این دو رنگدانه به عنوان عامل رنگ دهنده مواد غذایی و لوازم آرایشی استفاده می کنند (ناگاراج ۲۰۰۱؛ کول کارنی و همکاران ۲۰۰۱و سینک و نیمبکارف ۲۰۰۷ ). همچنین از گلهای آن جهت رنگ آمیزی پنبه،ابریشم،رنگ های بافت فرش در ترکیه ایران و سایر کشورها از جمله آلمان و فرانسه و رنگ آمیزی لباس در کشور های ژاپن،هند و بنگلادش استفاده می شود (کانون و کانون،۲۰۰۳).
گل گلرنگ به صورت مهمترین دارو برای تقویت گردش خون و کاهش گرفتگی رگ ها استفاده می شود. در سال های اخیر گلچه های رنگی گلرنگ عمدتاً برای معالجه صدمات ماهیچه ای،بیماری های قلبی – عروقی و مغزی ،فشار خون بالا،دیابت و دیگر بیماری های مرتبط با گرفتگی رگها و گردش خون استفاده می شود (زاومو و لی جی،۲۰۰۱، ناگاراج،۲۰۰۱).
گلرنگ در دنیا عمدتاًبرای تهیه روغن خوراکی جهت پخت و پز،روغن سالاد و مارگارین کشت می شود. در کشورهای پیشرفته بدلیل اهمیت دادن به سلامتی تقاضا برای روغن این گیاه افزایش یافته است زیرا نسبت اسید های چرب غیر اشباع به اشباع روغن گلرنگ نسبت به هر روغن دیگر بالاتر است.لذا بازار قابل توجهی برای روغن این گیاه مخصوصاًدر آمریکای شمالی ،آلمان،ژاپن و ایتالیا وجود دارد.در هند نیز افراد با درآمد بالا بیشتر از این روغن استفاده می کنند (داجو و ماندل ،۱۹۹۶٫،کوکوراچی و دنتامارو،۱۹۹۲و سینک و نیمبکار،۲۰۰۷). ارزش تغذیه ای روغن گلرنگ مشابه با زیتون است. روغن گلرنگ دارای مقادیر بسیار بالای (۷۵-۷۱درصد) اسید لینولئیک است و به همین دلیل با روغن های گیاهی دیگر جهت افزایش کیفیت آنها مخلوط می شود (بایدر،۲۰۰۰و داجو و ماندل ،۱۹۹۶). همچنین از روغن آن می توان به عنوان سوخت زیستی استفاده کرد (مکا،۲۰۰۷).
گلرنگ یک گیاه علوفه ای با ارزش تغذیه ای عالی است که عناصر غذایی قابل هضم آن مشابه یونجه است. دانه های گلرنگ عموماً بصورت دانه پرنده مخصوصاًکبوتر ها وطوطی ها مورد استفاده قرار می گیرند (اسمیت ،۱۹۹۶).
امروزه محصولات گیاه گلرنگ دارای پتانسیل زیادی در بازار جهانی هستند زیرا دارای میزان بالایی از روغن خوراکی یا صنعتی،محصولات فرعی با عناصر غذایی بالا برای تغذیه دام و پرندگان و نیز به عنوان رنگ دهنده مواد غذایی و منسوجات می باشد.بنابراین ترویج آن جهت افزایش فرصت های بازاریابی در جهان ضروری به نظر می رسد.
تنوع ژنتیکی و اهمیت آن
وجود تنوع در جامعه گیاهی لازمه اصلاح و بهبود ساختار کیفیت و کمیت گیاهان است.یکنواختی در جوامع منجر به کندی روند تکاملی،یکنواختی تولید و افزایش آسیب پذیری جامعه در مقابل تنش ها می شود.بنابراین اطلاع از سطوح تنوع ژنتیکی از اساسی ترین جنبه های تمام علوم زیستی از قبیل اکولوژی،زیست شناسی تکاملی،رده بندی، زراعت و اصلاح و حفظ گونه های زیستی به شمار می رود. لذا ابتدایی ترین هدف برای رسیدن به این مقصودشناسایی و حفظ تنوع ژنتیکی موجود در یک گونه گیاهی است که امکان دستیابی به یک مخزن ژنتیکی را فراهم می آورد (اولروگ،۱۹۹۴و ارزانی، ۱۳۸۳).
منشاء تنوع ژنتیکیدر گیاهان نوترکیبی های ژنتیکی،جهش های ژنی و کروموزومی است.تنوع ژنتیکی را می توان در سه سطح جمعیت،گونه و ژن بررسی نمود.یکی از دلایل اهمیت ارزیابی تنوع ژنتیکی در سطح گونه ارتباط درجه تکاملی با میزان تنوع ژنتیکی مشاهده شده است (فرشادفر،۱۳۷۷).بررسی تنوع ژنتیکی یک گونه،در تهیه و اداره ژرم پلاسم ها،تهیه برنامه های اصلاحی،نحوه مدیریت مزرعه در قبال تنش ها،تخمین پایداری تولید، تکامل گونه،رده بندی،دفاع از حق معنوی اصلاح گران و بسیاری مسایل دیگر اهمیت دارد (ارزانی،۱۳۸۳). در سطح جمعیت می توان به تنوع جمعیت های مصنوعی و یا کشت شده از جمله توده ها،کلکسیون ها،لاین های ژرم پلاسم و لاین های اصلاحی اشاره کرد(گاتانو و گرشوف،۱۹۹۸).

برای دانلود متن کامل پایان نامه به سایت azarim.ir مراجعه نمایید.