1-3- ارزش غذایی و دارویی 7
1-4-اهداف و برنامههای اصلاحی 8
1-5- اهمیت اقتصادی و سطح زیر کشت 8
1-6- تولید فلفل در جهان 8
1-7- تولید فلفل در ایران 9
2-1- بررسی اهمیت تنوع ژنتیکی 12
2-1-1- نشانگرهای مورفولوژیکی (ظاهری) 14
2-1-2- نشانگرهای سیتوژنتیکی 15
2-1-3- نشانگرهای مولکولی 15
2-2- تجزیه به مؤلفه‌های اصلی 15
2-3- تجزیه خوشهای 16
2-4- انواع روش‌های تجزیه خوشهای 17
2-4-1- روش مراتبی 17
2-4-2- روش تجزیه‌ای 17
2-5- ضریب همبستگی 18
2-6- تجزیه علّیت 18
فصل دوم: بررسی و مرور منابع 20
2-8- بررسی تنوع ژنتیکی فلفل در ایران 27
فصل سوم: مواد و روش‌ها 29
3-1- موقعیت و مشخصات محل اجرای آزمایش 29
3-2- مواد گیاهی فلفل 29
3-3- آماده‌سازی زمین و مواد آزمایشی 31
ج). خزانه و نشاكاری: 31
د). زمان نشاكاری: 31
ه). نحوه كاشت نشا: 31
3-4- عملیات زراعی 31
3-5- صفات مورفولوژیکی 32
3-7- روش اندازه‌گیری 33
3-6- صفات فیزیولوژیکی: 35
3-8- تجزیه و تحلیل‌های آماری 37
تجزیه واریانس و مقایسه میانگین 37
اجزای واریانس و ضرایب تغییرات 37
3-9- تجزیه به مؤلفه‌های اصلی 37
3-10- تجزیه خوشهای 38
3-11- تجزیه علّیت ژنتیکی 38
فصل چهارم: نتایج و بحث 39
4-1-1- خصوصیات عادت رشد و عادت شاخه‌دهی 41
4-1-2- خصوصیات برگ، ساقه و موقعیت جام گل 41
4-2- نتایج تجزیه واریانس و مقایسه میانگین 43
4-3- آمارههای توصیفی صفات مورد بررسی 49
4-4- وراثتپذیری 50
4-5- همبستگی 52
4-6- تجزیه به مؤلفه‌های اصلی 56
4-7- تجزیه خوشهای 57
4-8- رگرسیون گام به گام 60
4-9- تجزیه علّیت ژنتیکی 60
4-5- نتیجه‌گیری کلی 63
4-11- پیشنهادات 65
4-12- منابع 66
فهرست جداول
جدول 1-1- سطح زیر کشت، میزان تولید و متوسط عملکرد فلفل 9
جدول 3-1- کد و نام ژنوتیپهای فلفل 30
جدول 3-2- صفات اندازه‌گیری شده و علامات اختصاری آنها 32
جدول 3-3- توصیف نامه صفات بررسی‌شده 36
جدول 4 –1- صفات توصیفی فلفل 42
جدول 4-2- تجزیه واریانس ویژگیهای مورفولوژیکی 45
جدول 4-3- مقایسه میانگین ویژگیهای مورفولوژیکی 46
جدول 4-4- مقادیر آمارههای توصیفی صفات 50
جدول 4-5- برآورد اجزای واریانس، ضریب تنوع و توارثپذیری 52
جدول 4-6- ضرایب همبستگی بین صفات 55
جدول 4-7- نتایج مربوط به مؤلفه‌های اصلی 57
جدول 4-10- نتایج تجزیه علیت با استفاده از رگرسیون گام به گام 62
فهرست شکل‌ها
شکل 1-1- میزان تولید. 10
نمودار 1-1- سطح زیر کشت. 10
نمودار 1-2- عملکرد فلفل . 11
نمودار 1-3- میزان تولید فلفل. 11
شکل 4-1- نمودار دندوگرام. 60
شکل 4-2- شکل شماتیک تجزیه علیت. 63
چکیده
فلفل با نام علمی (L. Capsicum annuum) Pepper، از جمله مهمترین سبزیجات به شمار می‌رود که علاوه بر مصارف غذایی، دارای مصارف دارویی نیز میباشد. آزمایش حاضر به منظور بررسی تنوع مورفولوژیکی و تعیین خصوصیات 42 ژنوتیپ فلفل با استفاده از صفات مورفولوژیكی در مرکز تحقیقات آذربایجان غربی انجام شد. تجزیه واریانس دادهها بر اساس طرح لاتیس مستطیل 6*7 در 6 تکرار با استفاده از نرم‌افزارهای SAS، SPSS و MINITAB انجام گرفت. نتایج حاصل از تجزیه واریانس دادهها برای ویژگیهای مورفولوژیکی نشان داد که بین ژنوتیپهای مورد مطالعه، در سطح احتمال 1% اختلاف معنیداری وجود داشت. برخی از صفات مانند طول ساقه، ضخامت دیواره میوه، فتوسنتز و ارتفاع گیاه دارای ضریب تغییرات بالا در بین ژنوتیپها میباشند. بیشترین میزان وراثتپذیری مربوط به طول میوه، عرض میوه، ضخامت دیواره میوه، طول دم میوه، وزن تر و خشک میوه و عملکرد بود و کمترین مقدار وراثتپذیری به فتوسنتز خالص، ارتفاع گیاه و پهنای چتر میوه اختصاص داشت. در بررسی همبستگی صفات كمی، بیشترین همبستگی بین وزن تر میوه با وزن خشک میوه (**958/r=)، و وزن تر میوه با ضخامت دیواره میوه **834/r=)، به دست آمد. بر اساس نتایج تجزیه به مؤلفه‌های اصلی، حدود 95 درصد از واریانس کل در بین ژنوتیپها توسط 10 مؤلفه اول توجیه شد. گروهبندی صفات مورفولوژیک 42 ژنوتیپ فلفل، با استفاده از تجزیه خوشهای نشان داد نمودار دندوگرام به 3 خوشه و هر خوشه به 3 زیر خوشه تقسیم شده است. ژنوتیپهای ارومیه، لردگان و اورفای ترکیه در تجزیه خوشهای دارای عملکرد بیشتری نسبت به بقیه ژنوتیپها بودند. نتایج تجزیه علیت ویژگیهای مورفولوژیکی نشان داد که وزن خشک تأثیر مستقیم و مثبت بالایی در عملکرد دارد. به طور کلی نتایج بدست آمده از این پژوهش بیانگر وجود اختلاف و تنوع بین ژنوتیپهای مورد ارزیابی از لحاظ ویژگیهای مورد بررسی بود که کار گزینش ژنوتیپهای برتر از این طریق را بهبود می‌بخشد. این امر بر قابل‌دسترس بودن این منابع ژنتیکی برای برنامههای اصلاحی آینده، گروهبندی و تفكیك ژنوتیپهای فلفل نیز، کمک مینماید.
کلمات کلیدی: تنوع ژنتیکی، صفات مورفولوژیکی، عملکرد، فلفل، همبستگی.
فصل اول
مقدمه و کلیات
مقدمه وکلیات
فلفل یک گیاه با ارزش از خانواده Solanaceae است که تنوع وسیعی از نظر شكل میوه و تندی دارد و بر اساس شرایط آب و هوایی ممكن است یک ساله یا چند ساله باشد یعنی در صورت وجود سرما به صورت گیاه یک ساله رشد میکند (بکینقام و سیمور[1]، 1984). فلفل در بیشتر كشورهای دنیا كشت میشود و میزان مصرف آن برای استفادههای ادویهای و به عنوان سبزی از سال 199۴ تا به امروز بیش از 21% افزایش داشته است (بوسلند و وتاوا[2]، 1999).
اهمیت این گیاه بر اساس خاصیت اشتهاآور، هضم غذا، مقدار کاروتن و به ویژه ویتامین ث آن است. مقدار ویتامین ث در میوه‌های نارس 60 تا 70 و در رسیده بین 120 تا 140 میلیگرم در 100 گرم میوه تازه است، کاروتن و ویتامین ث این گیاه در تنظیم فشارخون موثرند. نیاز بدن انسان به ویتامین ث یک نیاز ضروری میباشد و نیاز ویتامین ث انسان بالغ، روزانه 45 تا 80 میلیگرم میباشد و حدود 60 درصد این ویتامین از طریق مصرف سبزی و میوه تأمین می‌گردد (پیوست، 1388).
تعیین میزان تنوع ژنتیكی موجود در ژنوتیپ، گام اساسی و مهمی در انتخاب صحیح والدین برای ادامه برنامههای اصلاحی در نسلهای بعدی خواهد بود. در بیشتر مواقع لازم است قبل از انتخاب برای صفت خاصی، آن را به اجزاء دیگری تقسیم نمود و این اجزاء از نظر نحوه توارث پذیری مورد تجزیه و تحلیل قرار گیرند. از آنجا كه همواره عملكرد یكی از مهمترین اهداف اصلاحی است، تشخیص اینكه كدام متغیر، بیشترین عامل مؤثر بر تنوع عملكرد ارقام مختلف است، بدون شك كار برنامههای اصلاحی و انتخاب نتایج را آسان تر خواهد ساخت (اسکوئن و براوون[3]، 1991).
تنوع ژنتیکی در بحث اصلاح گیاهان حائز اهمیت است و لازمه بروز هر نوع تغییر در ساختار ژنتیکی گیاهان، وجود تنوع، اطلاع داشتن از سطح و نوع تنوع موجود در ژرم پلاسم است تا بتوان از این تنوع، با توجه به اهداف اصلاحی مورد نظر بهره برد (وجدانی[4]، 1993).
در زمینه بررسی تنوع ژنتیکی، نشانگرهای مورفولوژیکی از این نظر که هزینه انجام پایین دارند و نیاز به تکنیک‌های مولکولی یا بیوشیمیایی خاصی ندارند، مورد توجه هستند و کمک شایانی به تحقیقات اصلاحی میکنند (فارسی و ذولعلی[5]، 2003). تحقیقات متعددی برای ارزیابی تنوع ژنتیكی با استفاده از صفات مورفولوژیکی انجام شده است (گلتا [6]و همکاران، 2005).
تنوع ژنتیکی، تنوع قابل توارث درون و بین جمعیت‌های موجودات زنده را بیان میکند (براوون[7]، 1983). انتخاب خصوصیات مطلوب در گیاهان و بهبود آنها برای صفات مورد نظر مستلزم وجود تنوع ژنتیکی کافی درون جمعیت‌ها و یا بین آنها است. از طرفی استفاده از تنوع ژنتیکی درون یک جمعیت می‌تواند به عنوان راهکاری مناسب برای مقابله با آسیب‌پذیری ژنتیکی در گیاهان به کار رود، بنابراین، حفظ و یا ایجاد تنوع ژنتیکی برای رفاه حال و آینده‌ی انسان ضروری است (کاننبرگ فالک[8]، 1995). معمولاً تنوع ژنتیکی گیاهان در زمان و مکان تغییر میکند (اسکوئن و براوون،1991).
تنوع ژنتیکی در گیاهان زراعی پیش‌نیاز برنامههای اصلاح نباتات و از اجزای مهم پایداری نظامهای بیولوژیکی میباشد (سینگ و لبانا[9] ، 1990). آگاهی از تنوع ژنتیکی در گونههای گیاهی برای انتخاب والدین در راستای حصول هیبریدهای مناسب و پیش‌بینی بنیه هیبریدها به ویژه در گیاهانی که هیبرید آنها ارزش تجاری دارد، مهم است (محمدی و پرسانا ، 2003). ارزیابی تنوع ژنتیکی و اطلاع از شباهتهای ژنتیکی بین ژنوتیپها باعث سازمان‌دهی موثر مجموعههای ژرم پلاسمی و افزایش بهره وری از آنها در راستای بهبود ژنتیكی گیاهان می‌گردد (جلتا و همکاران ، 2005(.
تا همین اواخر ایجاد محصولات بومی، یک ترکیب ضروری و پویای تنوع زیستی کشاورزی بودند که تنها به عنوان منبع صفاتی که می‌تواند در برنامه های علمی اصلاحی و بهبود بهره وری ارقام جدید مورد استفاده قرار گیرند ارزشمند شمرده می شدند. مقایسه نشانگرهای مولکولی، همانند ریخت‌شناسی گل و میوه در فلفل ساده‌ترین روش برای بررسی و کشف ژنوتیپها و تشخیص تنوع ژنتیکی است. هرچند آنالیز با نشانگرهای مولکولی همانند دی ان آ به وسیله بزرگ بودن تعداد و عدم تأثیر از شرایط محیطی، قابلیت تولید مجدد و بالا سودمندتر میباشد بنابراین هدف از تجزیه مورفولوژیکی برای تعیین شباهت بین ژنوتیپها میباشد (بالستر و ویسنت[10]، 1998). به همین منظور نشانگرهای مولکولی در کامل کردن خصوصیات مورفولوژیکی برای تعیین تنوع ژنتیکی قابل‌استفاده میباشند. همچنین با دسترس داشتن به مراکز تنوع و تغییرات ژنتیکی، برای بهبود و اصلاح محصولات اغلب قابل استفاده میباشند (گیلبرت[11] و همکاران، 1999).
حفظ ژرمپلاسم گیاهان از اولین وظایف هر دستگاه تحقیقاتی است. ذخایر ارزشمند ژنتیکی می‌تواند به عنوان ابزار مهمی در اصلاح نباتات مورد استفاده اصلاحگران قرار گیرد. علاوه بر حفظ ژرمپلاسم داخلی، استفاده و معرفی ژرمپلاسم خارجی می‌تواند برای کارهای اصلاحی و استفاده از تنوع ژنتیکی موجود، در آینده مورد استفاده قرار گرفته و حائز اهمیت باشد.
تنوع آب و هوایی بالا در ایران، كشورمان را به عنوان یكی از مراكز مهم انتشار و پراكنش بسیاری از گونههای گیاهی قرار داده است. بنابراین برنامهریزی صحیح به منظور شناسایی دقیق ذخایر توارثی ملی و طبقهبندی آنها بایستی از جمله اولویتهای اساسی باشد كه در سیاستهای كشاورزی كشور در نظر گرفته میشود.
از آن جا كه افزایش عملكرد همواره از مهمترین اهداف برنامههای اصلاحی در فلفل است، تجزیه علیت عملكرد و تعیین مقادیر معنیدار واریانس اجزاء عملكرد مشخص خواهد كرد که كدام روش اصلاحی می‌تواند موفقیتآمیز باشد. تشخیص اینكه كدام متغیر، مهمترین عامل مؤثر بر عملكرد ارقام مختلف است، بدون شك كار پروسههای اصلاحی و گزینش نتایج را آسانتر خواهد ساخت.
اهداف پژوهش
بررسی تنوع ژنتیکی و روابط ژنتیکی در بین ژنوتیپهای فلفلهای بومی ایران
تجزیه علیت عملكرد، تعیین ضرایب همبستگی و تعیین اثرات مستقیم و غیرمستقیم صفات بر عملكرد
بررسی کارایی خصوصیات مورفولوژیکی در متمایز کردن ژنوتیپهای فلفل
فرضیه
بین صفات مورفولوژیکی و عملکرد اختلاف وجود ندارد.
تنوع ژنتیکی بین ژنوتیپهای مختلف فلفل وجود ندارد.
بین صفات اندازه‌گیری شده هیچ رابطه‌ای وجود ندارد.
خصوصیات مورفولوژیکی قادر به متمایز کردن ژنوتیپها و بررسی تنوع ژنتیکی نیستند.
1-1- تاریخچه و منشأ فلفل
فلفل گیاهی بومی مکزیک و آمریکای مرکزی است. تاریخ مصرف این گیاه به 7 هزار سال پیش از میلاد مسیح برمیگردد، زمانی که سرخ‌پوستان آمریکایی ساکن پرو و مکزیک به عنوان ادویه از آن استفاده میکردند. تا اینکه طی قرون 15 و 16 میلادی، کاشفان آمریکایی این سبزی خوش‌رنگ و نگار را به اروپا و از آنجا به آسیا و آفریقا آوردند و این‌گونه فلفل وارد برنامه غذایی شد (طباطبایی، 1376). در حال حاضر کشت این گیاه در مناطق گرمسیر و نیمه گرمسیر در فضای آزاد و در اروپا اغلب در گلخانه و یا زیر پوشش انجام میشود. تا قرن نوزدهم پرورش انواع تند آن رواج داشت، ولی در دهه‌های اخیر کشت انواع شیرین آن که فاقد کاپسایسین[12] است رواج یافته است (پیوست، 1381).
1-2- مشخصات گیاه‌شناسی
یک طبقهبندی مطلوب گیاه‌شناسی گونهها برای مدیریت مناسب ژنوتیپها ضروری میباشد. یک شناسایی نادرست گونههای نگهداری شده در بانک ژن می‌تواند منجر به از دست دادن ازدیاد و حفاظت ناکافی واریتهها برای تحویل گم شدگی مواد ژنتیکی به مؤسسات دیگر شده و در نتیجه موجب اتلاف وقت و منابع مالی میشود (گوتور [13]و همکاران، 2008).
فلفل شیرین با نام انگلیسی (Green papper)، گیاهی است از خانواده بادمجانیان و جنس کپسیکوم و گونه خوراکی آن Capsicum annum میباشد (طباطبایی، 1376). جنس‌های فلفل به واسطه صفات مورفولوژیکی یا صفات وابسته شناسایی شده اند. مورفولوژیکی گل شامل رنگ گل، فشردگی کاسهگل و تعداد گل در هر محور گل، اغلب برای توصیف رده‌بندی گل در فلفل استفاده میشود (اینسه [14]و همکاران، 2009؛ موسکون [15]و همکاران، 2007؛ پیکرسجیل[16]، 1971). فلفل گیاهی است یک ساله که برگهای آن به صورت ساده، منفرد، بیضی شکل و متناوب روی ساقه قرار دارند. برگ فلفل از نظر اندازه، رنگ و شکل متنوع است. بیشتر برگها میتوانند نرم و بدون کرک و در مواردی کرک دار باشند. تعداد روزنه در برگی که در نور خورشید رشد کرده است 120 – 190 روزنه در هر سانتیمتر مربع و برای برگی که در سایه رشد کرده 35-70 روزنه در هر سانتیمتر مربع میباشد (اسکاج[17]، 1972). بوته فلفل دارای ساقه محکم ایستاده میباشد و ارتفاع آن در شرایط معمول مزرعه به 30-50 سانتیمتر میرسد. ساقه اصلی بعد از پیدایش اولین غنچه گل به دو شاخه و هر شاخه نیز به نوبه خود، بعد از ظهور غنچه گل به دو شاخه تقسیم میشود. بر همین اساس بوته آن شاخه‌های فرعی زیادی تولید میکند که به گیاه شکل چتری میدهد (مبلی و پیراسته، 1377). ریشههای فلفلها فیبری میباشد و رشد رویشی، اعم از صاف، زبر و برگهای ساده بیشتر به صورت فشرده و بیشتر راست تر از گوجه‌فرنگی‌ها هستند (بوسلند و تاوا، 2012).
ریشههای این گیاه بیشتر سطحی هستند و به طور معمول وزن ریشه 10 درصد وزن کل گیاه میباشد. در گیاهان جوان وزن ریشه نسبت به قسمت هوایی بیشتر است و این نسبت با افزایش سن کاهش مییابد (بوسلند و تاوا، 2000). ریشه این گیاه به انتقال نشاء بسیار حساس میباشد و وقتی نشاء از جعبه کاشت منتقل میشود و یا با یک لایه سخت در مزرعه روبرو میشود ریشه آن آسیب میبیند (دلی و تیسن[18]، 1969).
گلها در این گیاه هرمافرودیت و مضربی از 5 میباشند که دارای 5-7 گلبرگ با طول 10-20 میلیمتر و 10-15 میلیمتر قطر گل میباشند. گلها به صورت منفرد در زاویه شاخهها رویش میکنند (بوسلند و گنزالز[19]، 1994). معمولاً بیش از 100 گل در هر گیاه رشد میکند (بوسلند، 2000). فلفل گیاهی است خود گرده‌افشان (الارد[20]، 1960) که البته مقداری هم قابلیت دگرگرده افشانی دارد (حدود15%) و در دگرگرده افشانی حشرات نقش مهمتری نسبت به باد دارند (تانکسلی و الیواس[21]، 1984). در اکثر ارقام گلها به صورت افقی یا آویزان قرار میگیرند، بنابراین گرده می‌تواند بر روی سطح کلاله بچسبد. احتمالاً در مزرعه حشرات به انتقال گرده و افزایش میوه بستن کمک میکنند (شکاری، 1388).
گل فلفل در روز گل دهی، از ابتدای سپیده دم شروع به باز شدن میکند و بیشتر گلهای جدید در ساعت 8 باز میشوند. باز شدن بساکها عموما با یک تاخیر 1 تا 2 ساعته بعد از باز شدن گلها صورت میگیرد ولی در برخی ارقام گزارش شده است که این وضع تا حدود 4 ساعت بعد از باز شدن گل به تاخیر میافتد (شکاری، 1388).
میوه فلفل از نظر گیاه‌شناسی سته است و به رنگهای مختلف دیده میشود که دارای تعداد زیادی بذر است (پیوست، 1388). گاهی روی یک بوته تمام انواع میوه با حفرههای مختلف دیده میشود. شکل میوه بسیار متغیر است و به صورت کشیده، نوک تیز، گرد و کروی، مخروطی و یا استوانهای مشاهده میگردند. رنگ میوه نارس سبز است و در طی مراحل رسیدن تغییر رنگ داده و در مرحله نهایی رسیدن به رنگهای زرد، قرمز و یا قهوهای ظاهر میشود (دانشور، 1379). میوه در دمای زیر 16 و بالای30 درجه سانتی‌گراد تشکیل نمیشود. وقتی دمای شب بیش از 24 درجه باشد گلها ریزش دارند. مناسبترین دما برای بالا بردن میزان گل دهی 16 تا 21 درجه میباشد. طول دم میوه در رقمهای مختلف فرق میکند و از 10-20 میلیمتر متفاوت میباشد. میوه‌های کوچک معمولا دم میوه بلندتری دارند (بوسلند و تاوا، 1999). تشکیل میوه در فلفل با گوجه فرنگی و کدو متفاوت است. به این معنی که در آنها در زمان باز شدن گل شکل تخمدان، شواهد اندکی از شکل نهایی میوه را نشان میدهد. شکل خوشهای تخمدان در زمان گلدهی ممکن است باعث تشکیل یک میوه تخم‌مرغی یا کشیده در فلفل شود. بنابراین تغییرات در شکل سلول و طرح و اندازه تقسیم سلولی باعث تأثیر عمیقی بر روی اندازه نهایی میوه میشود (شکاری، 1388).
فل
1 – Beckingham and Seymour
2 – Bosland and Votava
3 – Schoen and brown
4 – Vojdani
5 – Farsi and Zolali
