مطالعه تنوع ژنتیکی ژنوتیپ های چغندرقند برای مقاومت به ساقه روی و صفات مورفوفیزیولوژیکی

مقدمه

چغندرقند (Beta vulgaris) اولین گیاه زراعی است که ایجاد آن مبتنی بر یافته های جدید علم ژنتیک می باشد. وضعیت امروزی این گیاه در نتیجه انتخاب علمی صورت گرفته در قرن نوزدهم و بیستم بوده که باعث ظهور بیشتر تحولات علمی قبلی شده است (Pakniyat, 2008). کشاورزی متداول به شدت باعث کاهش تنوع در گیاهان زراعی شده است. از میان حدود 30000 گونه گیاهی خوراکی شناسایی شده، تنها 30 گونه منابع عمده تغذیه مردم جهان را تشکیل می دهند (Houssman et al., 2004). آگاهی از تنوع ژنتیکی و وراثت پذیری صفات پایه و اساس انتخاب طرح های مناسب در بسیاری از برنامه های اصلاح نباتات می باشد (Izadi-Darbandi  et al., 2013). هدف اصلی تمام برنامه های به نژادی چغندرقند، ایجاد ارقام با بیشترین محصول، با پایین ترین هزینه های اقتصادی و محیطی ممکن است. از این هدف کلی، اهداف ثانویه ی متعددی بر حسب شرایط محیطی مختلف مطرح می گردد. عملکردقند، کیفیت استخراج قند، پتانسیل جوانه زنی بذر، مقاومت به ساقه رفتن و یشتر مقاومت های نسبت به بیماری ها صفات کمی هستند. در مقایسه با صفات کیفی بهبود صفات کمی نیازمند برنامه های پیچیده به نژادی می باشد (Pakniyat, 2008).

چغندرقند یک گیاه دوساله است و برای فعال شدن مریستم انتهایی از مرحله رویشی به مرحله زایشی ضرورت دارد گیاه در معرض دمای 8-4 درجه سانتیگراد به مدت حداقل 10 هفته قرار گیرد و سپس در شرایط روز بلند تولید گل و بذر نماید (Lexander, 1987). در کشت پاییزه دوره تجمع قند محدود نیست و رشد ریشه در طول فصل ادامه می یابد، بنابراین تولید قند بیشتر از طریق کشت پاییزه یک روش مناسب برای بهبود بهره وری چغندرقند محسوب می شود (Jung et al., 2007). حدود 26% افزایش عملکرد در کشت پاییزه چغندرقند بدون ساقه روی محاسبه شده که باعث بهره وری بهتر از گیاهان است (Haffmann and Klug-Severin, 2011). با توجه به گرم شدن تدریجی کره زمین، در آینده پیش بینی می شود که کشت پاییزه چغندره جایگزین کشت بهاره شود (Draycott, 2006).

با همه مزایا و برتری که کشت پاییزه چغندرقند نسبت به کشت بهاره دارد، امروزه یکی از محدودیت های عمده برای کشت پاییزه پدیده ساقه روی است، چون گیاه چغندرقند دو ساله می باشد با توجه سرمادهی در فصل زمستان و بدنبال آن شرایط روزهای بلند در بهار باعث به ساقه رفتن و به گل نشستن چغندرقند می شود (Milford et al., 2010) وقوع ساقه روی در اوایل دوره رشد گیاه چغندرقند باعث کاهش قابل توجه عملکرد ریشه تا 50 درصد، کاهش شدید عملکرد شکر از طریق کاهش میزان قند و عملکرد ریشه، ایجاد مشکلاتی برای ماشین های برداشت چغندرقند، کند شدن تیغه های دستگاه خلال گیری در کارخانه قند به علت سخت و فیبری شدن ریشه ها و افزایش احتمال پراکنده شدن بذر علف های هرز می شود (Haffmann and Klug-Severin, 2011; Streibig et al., 2009; Rinaldi and Vonella, 2006). در نتیجه، چغندرقندهای پاییزه به ساقه رفته برای تولید شکر مناسب نیستند (Reinsdorf et al., 2014) و این چغندرقند فقط محصولی با ماده خشکی با درصد بالای از ساقه و مقدار کمی ریشه تولید میکند (Haffmann and Klug-Severin, 2011). گزارش شده است که به ازای تولید 4 درصد ساقه گل دهنده، محصول ریشه یک درصد کاهش می یابد (Sadeghian, 1994).  

از پارامترهای مهم فیزیولوژیکی گیاه که نمایانگر رشد آن می باشد، وزن ویژه برگ و ارتفاع گیاه است. تعادل بین توسعه سطح برگ و توزیع بیوماس به برگ ها می تواند توسط وزن ویژه برگ بیان شود. این شاخص تحت تاثیر برخی از پارامترهای محیطی قرار می گیرد (Keating and Carberry, 1993). وزن ویژه برگ به علت این که وزن خشک برگ ها را نسبت به سطح آنها در نظر می گیرد، معیاری از وزن مخصوص یا نازکی نسبی برگ است. هرچه مقدار این کیفیت کمتر باشد، نشان دهنده نازکی بیشتر برگ و کارایی کمتر آن در فتوسنتز است (Karimi and Azizi, 1994).

در بررسی امکان کاشت پاییزه چغندرقند در منطقه مغان محققان گزارش کردند که اثر رقم بر میزان ساقه روی و بر میزان قند خالص و شکر سفید معنی دار بود. و درصد ساقه روی به شدت تحت تاثیر تاریخ کاشت قرار داشت و با تاخیر در کاشت از میزان آن کاسته شد به طوریکه میانگین ساقه روی در رقم حساس 82 درصد و در رقم مقاوم 5 درصد بود (Farahmand et al., 2013). همچنین در کشت پاییزه چغندرقند در منطقه ارزوئیه کرمان مشاهده شد که رقم DEZ عملکرد شکر سفید و عملکرد ریشه بیشتری نسبت به رقم BR1 در سطح احتمال 5 درصد داشته و درصد ساقه روی در رقم DEZ  (5/9 درصد) نسبت به رقم BR1 (5/18) در سطح احتمال 1 درصد کمتر بود. و بهترین تاریخ کاشت و برداشت را به ترتیب دهم شهریور و نیمه اول اردیبهشت توصیه کردند (Javaheri et al., 2006).

در مقایسه با روش هایی که بر اساس گروه‌هایی از افراد استوار هستند، در تجزیه خوشه‌ای، هر فرد با وزن مساوی در تجزیه شرکت می‌کند، بنابراین هم از صفات کمی ‌و هم از صفات کیفی می‌توان استفاده نمود، لذا تمام اطلاعات مورد استفاده قرار می‌گیرند (Peeters and Martinelli, 1989). ایده‌آل‌ترین نتیجه از تجزیه خوشه‌ای وقتی به دست می‌آید که واریانس داخل گروه‌ها حداقل و واریانس بین گروه‌ها حداکثر باشد (Johnsone and Wichern, 1988). ضرایب فاصله اقلیدسی، فاصله ژنوتیپ‌ها را مشخص می‌کنند. هر چه فاصله ژنوتیپ‌ها بین دو گروه طبقه‌بندی شده بیشتر باشد آن دو دسته دارای خویشاوندی کمتری هستند، لذا تلاقی بین ژنوتیپ‌های آن دو دسته دارای هتروزیس بالاتری خواهد بود و بدین ترتیب امکان جمع آوری ژن‌های مطلوبتر در نتاج بیشتر است. این روش وقتی که تعداد متنابهی ژرم پلاسم در اختیار است بسیار مفید است. زیرا به جای این که به نژادگر وقت و انرژی زیادی برای تعداد زیادی دورگ گیری تصادفی صرف کند با انتخاب ژنوتیپ‌های مناسب و متناسب با اهداف اصلاحی خیلی سریعتر به نتایج منطقی‌تری دست می‌یابد (Romesburg, 1999).

در مطالعه ای با هدف تعیین اساس ژنتیکی ساقه روی و طول ساقه در خانواده های تمام خواهری چغندرقند، گزارش کردند که مقاومت به ساقه روی بر حساسیت به ساقه روی غالباست و با توجه به میزان بالای وراثت پذیری عمومی برآورد شده برای مقاومت به ساقه روی (96/0 تا 93/0) انتخاب در مراحل اولیه اصلاحی در ژرم پلاسم های چغندرقند ممکن است موفقیت آمیز باشد (Sadeghian and Johansson, 1993). در یک مطالعه دای آلل برای مقاومت به ساقه روی اظهار شده که اثرهای افزایش و غیر افزایشی در کنترل مقاومت به ساقه روی نقش دارند اما سهم اثرات غیر افزایشی بیشتر می باشد (Niazian et al., 2011).

رجبی و همکاران (Rajabi et al., 2002) در ارزیابی تنوع ژنتیکی توده های چغندرقند برای صفات زراعی و کیفیت محصول، واریانس ژنتیکی نشان دادند که بیشترین تنوع ژنتیکی بین توده ها مربوط به صفت وزن ریشه، طول دمبرگ و میانگین درصد پوشش سبز می باشد. بررسی تنوع ژنتیکی 34 رقم چغندرقند زراعی در محیط نیمه گرمسیری شمال هند، بر اساس تجزیه مولفه های اصلی مشخص شد که اولین مولفه 44% تغییرات را توجیح کرد که صفات وزن ریشه، طول ریشه و قطر طوقه در این مولفه جای داشتند. همچنین تجزیه خوشه ای ژنوتیپ ها را در 6 گروه جای داد که کمترین گروه دو ژنوتیپ و بیشترین گروه 9 ژنوتیپ را شامل شد (Srivastava et al., 2000).

هدف از این پژوهش، بررسی تنوع ژنتیکی لاین های چغندرقند در کشت پاییزه از نظر مقاومت به ساقه روی و صفات مورفوفیزیولوژیکی و شناسایی لاین های مقاوم برای ادامه مطالعات برای رسیدن به لاین های مقاوم به ساقه روی خواهد شد.

مواد و روش ها

این بررسی در سال  زراعی 93-92 بر روی 47 لاین اصلاحی حاصل از طرح فامیل های نیمه خواهری برای مقاومت به ساقه روی و 3 ژنوتیپ شاهد Leila (حساس)، Eudoro (مقاوم) و Giada (مقاوم) در مرکز تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی خراسان رضوی، ایستگاه طرق در کیلومتر 5 اتوبان مشهد - تهران به صورت طرح بلوک های کامل تصادفی با سه تکرار محل اجرای آزمایش دارای عرض جغرافیایی 36 درجه و 12 دقیقه شمالی و طول جغرافیایی 59 درجه و 40 دقیقه شرقی و ارتفاع از سطح دریا 985 متر به اجرا در آمد.

پس از آماده سازی زمین به طرز مطلوب، کلیه ژنوتیپ ها در 10 مهرماه با استفاده از ردیف کار با کشت یک خط به طول 5 متر، فاصله خطوط 50 سانتی متر در سه تکرار مورد ارزیابی قرار گرفتند و در طول دوره رشد عملیات داشت از نظر آبیاری، کوددهی (180 کیلو گرم اوره، 120 کیلوگرم سوپر فسفات آمونیوم و 90 کیلوگرم سولفات سدیم در هکتار)، عملیات کولتیواسیون، مبارزه با علف های هرز (سم اختصاصی بتانال او-اف 2.5 لیتر در هکتار برای علفهای هرز پهن برگ)، مبارزه با آفات و ... بر اساس عرف منطقه انجام شد. همچنین تنک در مرحله 6 برگ حقیقی انجام گرفت و فاصله بوته‌ها روی ردیف حدود 17-15 سانتیمتر تنظیم شد.

برای اندازه گیری وضعیت رشد و یکنواختی رشد بر اساس رشد گیاه از رتبه های 1= خیلی کم، 2= کم، 3= متوسط، 4= خوب و 5= خیلی خوب استفاده شد. برای تعیین مساحت برگ (سانتی متر مربع) ابتدا طول و عرض سه نمونه برگ در هر تکرار اندازه گیری شد و سپس بر اساس طول برگ از دو فرمول (1 و 2) بر اساس طول و عرض برگ برای تعیین مساحت برگ استفاده شد (Gohari and Rohi, 1993). ( مساحت برگ Y= , عرض W=، طول L=)

1-      تا طول برگ 16 سانتی متر  Y= 6/4736+(0.84138×L×W)

2-      بیشتر از 16 سانتی متر Y= -201.2558 + 12.409×L+13.359×W

برای تعیین وزن ویژه برگ، ابتدا 3 عدد برگ کاملاً توسعه یافته از برگ های وسط 3 بوته در هر تکرار برداشت و بلافاصله در داخل پلاستیک به آزمایشگاه منتقل شد. از برگ‌ها تعداد 12 عدد دیسک به قطر 2 سانتیمتر تهیه شد (LA). سپس دیسک‌ها به مدت 24 ساعت در دمای 75 درجه سانتیگراد در داخل آون (برای اندازه گیری وزن خشک) خشک شدند (DW) سپس وزن ویژه برگ (SLW gcm^-2) به صورت زیر بدست آمد

معادله 1

برای ارزیابی صفت درصد مقاومت به سرما از درصد بوته های سالم مانده از سرمای زمستانه استفاده شد.. همچنین تعداد بوته های به ساقه رفته همزمان با برداشت یادداشت گردید و برای ارزیابی صفت درصد ساقه روی از درصد بوته های به ساقه رفته در هر کرت استفاده شد. برای اندازه گیری ارتفاع ساقه گل دهنده، فاصله پایین ترین قسمت ساقه تا نوک ساقه اصلی اندازه گیری شد. برداشت از خطوط پس از حذف نیم متر از بالا و پایین آن در اواخر خرداد ماه انجام شد. پس از برداشت، تعداد ریشه های هر تکرار شمارش و توزین گردید و برای اندازه گیری صفت طول ریشه، فاصله محل برش طوقه تا نقطه ای که قطر ریشه به حدود یک سانتی متر برسد استفاده شد، همچنین برای صفت قطر ریشه از میانگین بزرگترین قطر ریشه 5 بوته رقابت کننده در هر واحد آزمایشی استفاده شد.

برای اندازه گیری وزن خشک ریشه ابتدا سر و ته ریشه ها زده شد، سپس از قسمت میانی ریشه در حدود 100 گرم جدا شد و وزن تر آن یادداشت  شد و ریشه به مدت 96 ساعت در دمای 75 درجه سانتیگراد در داخل آون خشک شد و سپس وزن خشک آن یاداشت گردید. همچنین درصد ساکارز بوسیله دستگاه رفراکتومتر دستی (مدل zeiss آلمان ) اندازه گیری شد. برای تعیین عیار با این روش، در چغندرقند به وسیله سوند یا میله نوک تیز به طور مورب از مرکز ریشه نمونه تهیه شد و بعد از پرس کردن نمونه، چند قطره شیره به روی منشور زیرین رفراکتومتر قرار داده شد و منشور بالایی را خوابانیده و درجه بریکس قرائت شد، سپس با استفاده از فرمول زیر درصد ساکارز برآورد شد (Abdollahyan Noghabi et al., 2014).       معادله ............2..

برای اندازه گیری درصد نشت الکترولیت ها، ابتدا جوانترین برگ کاملاً توسعه یافته از هر بوته جدا شده (3 برگ از هر ژنوتیپ) و در ارلن حاوی 40 میلی لیتر آب دوبار تقطیر شده قرار گرفته و پس از گذشت 24 ساعت هدایت الکتریکی هر نمونه با استفاده از دستگاه EC متر (مدل Hanna) اندازه گیری شد  (E1). به منظور اندازه گیری میزان کل نشت الکترولیت ها در اثر مرگ سلول، ارلن ها در طول شب در فریزر 80- درجه سانتی گراد قرار گرفتند و در روز بعد به آزمایشگاه منتقل شده و مجدداً پس از 24 ساعت هدایت الکتریکی نمونه ها اندازه گیری شد (E2). سپس درصد نشت الکترولیت ها برای هر ژنوتیپ با استفاده از فرمول (E1/E2×100) محاسبه شد (Haj Mohammadniya et al., 2010).

پس از محاسبه صفات مذکور با استفاده از نرم افزار SAS9.1.3 (SAS  Institute, Cary, North Carolina, 2006) تجزیه واریانس و مقایسه میانگین ها با استفاده از آزمون LSD انجام شد. از آزمون ناپارامتری کروسکال-والیس برای آزمون صفات رتبه ای یکنواختی رشد و وضغیت رشد استفاده شد. تجزیه و تحلیل آماری شامل تجزیه خوشه ای و تجزیه تابع تشخیص بر روی اطلاعات صفات کمی به دست آمده به منظور گروه بندی ژنوتیپ ها انجام گرفت. برای تجزیه خوشه ای به روش وارد و مربع فاصله اقلیدوسی به عنوان معیار فاصله از نرم افزار SPSS 16  استفاده شد

نتایج و بحث

تجزیه واریانس و مقایسه میانگین ژنوتیپ ها

پس از آزمون همگنی واریانس خطاها تجزیه واریانس لاین های چغندرقند برای صفات اندازه گیری شده انجام شد (جدول 1). نتایج تجزیه واریانس نشان داد که اثر ژنوتیپ بر درصد ساقه روی، درصد ساکارز، وضعیت رشد، درصد مقاومت به سرما، مساحت برگ، ارتفاع ساقه گل دهنده، وزن کل ریشه، طول و قطر ریشه در سطح احتمال 1 درصد معنی دار بود. همچنین اثر ژنوتیپ بر صفات درصد نشت یونی و وزن ویژه برگ در سطح احتمال 5 درصد معنی دار و در صفات درصد سبز شدن و یکنواختی رشد اثر معنی دار مشاهده نشد. برای صفات رتبه ای یکنواختی رشد و وضعیت رشد از آزمون ناپارامتری کروسکال-والیس استفاده شد که نتایج نشان داد که ژنوتیپ های مورد بررسی با هم اختلاف معنی داری نداشتند.

 میانگین درصد ساقه روی در بین ژنوتیپ ها 7/69 درصد بود به نحوی که ژنوتیپ HSF-796 با میانگین 62/97 درصد بیشتر از سایر ژنوتیپ ها و ژنوتیپ Eudoro  با بوته های بدون ساقه روی کمتر از سایر ژنوتیپ ها دچار بهاره سازی شده بودند که در نتیجه بهاره سازی به فاز زایشی و ساقه دهی و نهایتاً گلدهی وارد شده بودند. همچنین میانگین ارتفاع ساقه گل دهنده 76/87 سانتی متر بود به نحوی که ژنوتیپ Leila با میانگین 142 سانتی متر بیشتر از سایر ژنوتیپ ها و ژنوتیپ Eudoro  با بوته های بدون ساقه کمتر از سایر ژنوتیپ ها دارا بودند (جدول 2). با توجه به جدول مقایسه میانگین ژنوتیپ های Giada (08/15 درصد) و HSF-780 (63/13 درصد) دارای کمترین ساقه روی بودند که با ژنوتیپ Eudoro  اختلاف معنی داری نداشتند. چغندرقند یک گیاه دو ساله است و برای فعال شدن مریستم انتهائی از مرحله رویشی به مرحله زایشی ضرورت دارد گیاه در معرض دمای 8-4 درجه سانتی گراد به مدت حداقل 10 هفته قرار گیرد و سپس در شرایط روز بلند تولید ساقه گل دهنده نماید (Lexander, 1987). بنابراین ظهور پدیده ساقه روی بستگی به میزان درجه حرارت پایین و مدت زمان آن، همچنین تغییرات دما در طول ماه های فصل زمستان دارد که سبب ورنالیزاسیون در چغندرقند می شود. محققان در تحقیقی 5 ساله در رابطه با تأثیر شرایط محیطی تولید بذر بر ساقه روی چغندرقند، طی 5 سال کشت شده بذر در منطقه دزفول نشان دادند، که بذرهای تولیدی در منطقه کرج 6/5 درصد و بذرهای تولیدی در منطقه اردبیل 12/8 درصد ساقه روی دارند. همچنین در سال های سرد (76-75)در منطقه اردبیل ساقه روی بذور به 5/24 درصد نیز رسیده بود. میانگین عملکرد ریشه در بذر تولیدی کرج معادل 90/62 تن در هکتار و در بذر تولیدی اردبیل 67/60 تن در هکتار و میانگین درصد قند تولیدی در بذر تولیدی سال های مختلف در کرج 75/14 درصد در اردبیل 55/14 درصد بود (Ranji et al., 2001). پژوهشگران در مطالعه ای برای امکان کاشت پاییزه چغندرقند در منطقه مغان، مشاهده کردند اثر رقم بر میزان ساقه روی، میزان قند خالص و شکر سفید تولیدی معنی دار بود و میزان ساقه روی در رقم حساس به 82 درصد رسید که به طور معنی داری بیش از  ارقام مقاوم (با ساقه روی 5 درصد) بود و با تاخیر در کاشت از میزان ساقه روی کاسته  شد (Farahmand et al., 2013).

میانگین مساحت برگ در بین ژنوتیپ ها 47/217 سانتی مترمربع بود به نحوی که ژنوتیپ Giada با میانگین 93/366 سانتی مترمربع بیشتر از سایر ژنوتیپ ها و ژنوتیپ HSF-816 با میانگین 04/160 سانتی مترمربع کمتر از سایر ژنوتیپ ها توسعه برگ صورت گرفته بود. همچنین میانگین وزن ویژه برگ 76/0 گرم بر سانتی متر مربع بود به نحوی که ژنوتیپ HSF-777 با 0067/1 گرم بر سانتی متر مربع بیشتر از سایر ژنوتیپ ها و ژنوتیپ شاهد Giada با 52/0 گرم بر سانتی متر مربع کمترین مقدار را دارا بودند (جدول 2). با افزایش ارتفاع ساقه گل دهنده و درصد ساقه روی گیاه به سمت تولید برگ های کوچکتر و نازکتر می رود (Kochaki and Soltani, 1996).

میانگین نشت یونی در بین ژنوتیپ ها 14/9 درصد بود به نحوی که ژنوتیپ HSF-783 با میانگین 27/17درصد بیشتر از سایر ژنوتیپ ها و ژنوتیپ HSF-765 با میانگین  75/3 درصد کمتر از سایر ژنوتیپ ها نشت صورت گرفته بود (جدول 2). نتایج مقایسه میانگین نشان دهنده وجود تنوع در ژنوتیپ های مورد مطالعه است (جدول 2) و این تنوع منعکس کننده سازوکارهای متمایز درونی گیاه است که می تواند متأثر از میزان فعالیت ژن ها می باشد و این مسئله با توجه به پاسخ های معنی دار ژنوتیپ ها در تجزیه نشت یونی قابل پیش بینی است (Maali-Amiri et al., 2007; Sin’kevich et al., 2009). در پژوهشی برای بررسی امکان استفاده از شاخص نشت الکترولیت ها برای ارزیابی تحمل به سرما در ارقام چغندرقند، به این نتیجه رسیدند که کاهش دما تأثیر معنی داری در سطح 1 درصد بر درصد نشت یونی برگ ارقام چغندرقند داشت. بطوری که بیشترین درصد نشت یونی به ترتیب مربوط به ارقام رسول (4/41 درصد)، و پائولینا (5/39 درصد) و کمترین آن مربوط به رقم IC (7/26 درصد) بود. همچنین در بررسی اثر دمای یخ زدگی بر میزان نشت یونی ارقام چغندرقند محققان مشاهده کردند که شیب افزایش نشت یونی از دمای 4- درجه سلسیوس شروع و با کاهش دما افزایش پیدا کرد و در دمای 10- درجه سلسیوس به حداکثر رسید (Haj Mohammadniya et al., 2010). محققان توان تغییر خصوصیات غشای پلاسمایی سلول را عامل مهم تحمل به سرما در گیاهان بیان کرده اند (Maali-Amiri et al., 2007). بعد از کاهش دما، ساختار غشای سلولی موقتاً تغییر وضعیت داده قابلیت نفوذپذیری آن تغییر می کند (Simon, 1974; Leshem, 1992). تغییر موقت وضعیت غشاء منجر به تحریک سازوکارهایی می گردد که نتیجه آن افزایش بیان ژن های تنظیم کننده در غشاهای سلولی می باشد، که از آن جمله ژن های دساتوراز می باشند که نسبت اسیدهای چرب غیر اشباع به اشباع را افزایش داده و منجر به برگشت سیالیت غشاء به حالت مایع می گردند (Los and Murata, 1998). بنابراین تحمل بیشتر در بعضی ارقام ممکن است در اثر پایداری خصوصیات فیزیکی و شیمیایی غشاء باشد که تحقیقات بیشتر در این زمینه، ابعاد دیگری از موضوع را روشن خواهد نمود.

میانگین مقاومت به سرما در بین ژنوتیپ ها 89/70 درصد بود به نحوی که ژنوتیپ HSF-745 و Giada به ترتیب با میانگین 48/98 و 41/98 درصد بیشتر از سایر ژنوتیپ ها و ژنوتیپ HSF-751 با میانگین 96/42 درصد کمتر از سایر ژنوتیپ ها در برابر سرما مقاومت نشان داده بودند (جدول 2). مقاومت به سرما ناشی از مجموعه ای از عوامل مختلف مانند افزایش غلظت کلروفیل، انسجام کلروپلاست، ظرفیت فتوسنتزی و تجمع اسمولیت ها می باشد که این مسئله ناشی از بیان ژن های موثر در مواجهه با سرما هست که باعث مقاومت به سرما می گردد (Jahanbakhsh et al., 2009). علاوه بر کنترل ساقه روی، تحمل سرمای بالا پیش شرط دوم برای زمستان گذرانی بوته ها در کشت پاییزه چغندرقند می باشد (Reinsdorf and Marlander, 2013). نظامی و همکاران (Nezami et al., 2013 )، در مطالعه صفات تحت تاثیر تنش یخ زدگی در مرحله گیاهچه ای مشاهده کردند که رقم Monotunno به ترتیب با میانگین 88 درصد بقا و 26 درصد نشت یونی نسبت با سایر ارقام برتری دارد. همچنین نتایج حاکی از برتری ارقام  Giada و Monotunno در تعداد، سطح و وزن خشک برگ و نیز قطر ریشه پس از دوره بازیافت در مقایسه با ارقام حساس بود.

  میانگین وزن کل ریشه 31/4 کیلوگرم بود به نحوی که ژنوتیپ Giada با میانگین 13/23 کیلوگرم بیشتر از سایر ژنوتیپ ها و ژنوتیپ HSF-763 با میانگین 74/1 کیلوگرم کمتر از سایر ژنوتیپ ها دارای عملکرد ریشه بودند. همچنین میانگین درصد وزن خشک غده 35/18 درصد بود به نحوی که ژنوتیپ Leila و HSF-751 به ترتیب با میانگین 06/28 درصد و 78/12 دارای بیشترین و کمترین درصد وزن خشک غده بودند (جدول 2). با توجه به جدول مقایسه میانگین ژنوتیپ های Eudoro (61/20 کیلوگرم)، HSF-792 (51/15 کیلوگرم) دارای عملکرد بالای ریشه بودند که با ژنوتیپ Giada (13/23کیلوگرم) اختلاف معنی داری را نداشتند.  بالا بودن عملکرد ریشه ژنوتیپ Giada احتمالاً ناشی از بالا بودن مقادیر مربوط به شاخص سطح برگ، طول ریشه، قطر ریشه و مقاومت در برابر سرما و ساقه روی بوده است. میانگین طول ریشه 36/20 سانتی متر بود به نحوی که ژنوتیپ Giada با میانگین 67/27 سانتی متر بیشتر از سایر ژنوتیپ ها و ژنوتیپ های HSF-783 و HSF-798 به ترتیب با میانگین 79/15 و 83/15 سانتی متر کمتر از سایر ژنوتیپ ها دارای بودند. همچنین میانگین قطر ریشه 36/6 سانتی متر بود به نحوی که ژنوتیپ Giada و HSF-815 به ترتیب با میانگین 17/10 و 95/3 سانتی متر دارای بیشترین و کمترین قطر ریشه بودند (جدول 2).

میانگین ساکارز در بین ژنوتیپ ها 38/13 درصد بود به نحوی که ژنوتیپ Leila و HSF-799 به ترتیب با میانگین 11/24 و 11/8 درصد دارای بیشترین و کمترین درصد ساکارز بودند (جدول 2). با توجه به جدول مقایسه میانگین ژنوتیپ های HSF-778 (78/19 درصد)، HSF-789 (44/18 درصد) دارای ساکارز بالای در بین لاین های نیمه خواهری بودند. در بررسی امکان کاشت پاییزه چغندرقند در منطقه ارزوئیه کرمان محققان مشاهده کردند که رقم DEZ عملکرد شکر سفید و عملکرد ریشه بیشتری نسبت به رقم BR1 داشته و درصد ساقه روی در رقم DEZ  (5/9 درصد) نسبت به رقم BR1 (5/18) کمتر بود. و به این نتیجه رسیدند که بهترین تاریخ کاشت و برداشت را به ترتیب دهم شهریور و نیمه اول اردیبهشت توصیه کردند (Javaheri et al., 2006).

تجزیه خوشه ای

تجزیه خوشه ای ژنوتیپ ها بر اساس کلیه صفات

مطابق شکل 1 ارقام مورد بررسی در پنج گروه قرار گرفتند. برای اطمینان بیشتر از درستی نقطه برش دندروگرام و به منظور مقایسه میانگین گروه ها از نظر صفات اندازه گیری شده، برای کلیه گروه ها به عنوا تیمار و ژنوتیپ های داخل آنها به عنوان تکرار در نظر گرفته شدند (جدول 3). نتایج تجزیه مبین بیشترین اختلاف معنی دار در سطح یک درصد بین گروه ها از نظر صفات مورد بررسی بود و صحت محل برش را تعیین می نمود. همچنین از تابع شخیص نیز برای تعیین صحت محل برش استفاده شد به طوری که بر اساس دندروگرام حاصل از تجزیه خوشه ای ارقام مربوط به هر گروه معلوم گردید و به آنها کد گروه مورد نظر داده شد سپس تجزیه تابع تشخیص انجام شد و نتایج آن نشان داد که همه ژنوتیپ ها 100 درصد به گروه خود تعلق دارند. گروه اول که بالای دندروگرام قرار داشت 20 ژنوتیپ  را دربرگرفت، گروه دوم 14 ژنوتیپ، گروه سوم 5 ژنوتیپ، گروه چهارم 2 ژنوتیپ و گروه پنجم 9 ژنوتیپ را در خود جای دادند. تجزیه واریانس و مقایسه میانگین گروه های حاصل از تجزیه خوشه ای نشان داد که بین گروه ها از نظر صفات درصد نشت، درصد ساکارز، درصد سبز شدن و درصد وزن خشک ریشه اختلاف معنی داری وجود ندارد. ولی بین گروه ها از لحاظ سایر صفات مورد مطالعه اختلاف معنی داری در سطح احتمال 1 درصد مشاهده گردید (جدول 3).

گروه اول و دوم که در بالای دندروگرام قرار داردند از لحاظ تمامی صفات بجز مساحت برگ اختلاف معنی داری باهم ندارند و از لحاظ کلیه صفات نسبت به سایر گروه ها برتری نداشتند. گروه سوم که ژنوتیپ شاهد Leila نیز در آن قرار دارد دارای بیشترین درصد ساقه روی و بیشترین ارتفاع ساقه گل دهنده بود که در بین ژنوتیپ ها از لحاظ اهداف مطالعه ضعیف ترین گروه را تشکیل دادند (جدول 4). گروه چهارم که از ارقام شاهد Giada و Eudoro تشکیل شده بود دارای کمترین درصد ساقه روی  و ارتفاع ساقه گل دهنده در بین سایر گروه ها و در باقی صفات دارای بالاترین مقدار بودند که در صفت درصد مقاومت به سرما با گروه سوم  اختلاف معنی داری در سطح 5 درصد نداشتند (جدول 4). گروه پنجم که از 9 ژنوتیپ تشکیل شده بود بعد از گروه چهارم در صفات موثری مانند، درصد سبزشدن، مساحت برگ دارای بالاترین مقدار و از لحاظ صفات درصد ساقه روی و ارتفاع ساقه گل دهنده کمترین مقدار بعد از گروه برتر چهارم بود (جدول 4).

اسکربیک و همکاران (Skrbic et al., 2010)، برای گروه بندی 25 نمونه چغندرقند از لحاظ عناصر فلزی از تجزیه خوشه ای به روش وارد و ضریب فاصله اقلیدوسی استفاده کردند. همچنین  گروهی از محققان کشور ترکیه، تعداد 54 ژنوتیپ چغندر برگی سوئیسی را از لحاظ کیفیت عناصر غذایی گروه بندی کردند که تجزیه خوشه ای به روش وارد و ضریب فاصله اقلیدوسی ژنوتیپ ها را در 5 گروه مجزا قرار داد (Bozokalfa et al., 2011). گروهی از پژوهشگران، در بررسی تنوع ژنتیکی بر روی 20 ژنوتیپ چغندرقند و با استفاده از 13 صفت زراعی و کیفی در شرایط تنش خشکی مشاهده کردند که تجزیه خوشه ای با روش UPGMA ژنوتیپ ها را در 4 گروه مختلف قرار داده است که به گروه های مقاوم، نیمه مقاوم و حساس تقسیم شدند (Abdollahyan Noghabi et al., 2011). همچنین رجبی و همکاران (Rajabi et al., 2002) در مطالعه ای بر روی 49 توده چغندرقند از تجزیه خوشه ای برای گروه بندی توده ها بر اساس صفات زراعی و کیفیت محصول استفاده کردند. که تجزیه خوشه ای با روش Ward توده ها را به 4 گروه دسته بندی کرد. در بررسی تنوع ژنتیکی 34 رقم چغندرقندهای زراعی در محیط نیمه گرمسیری شمال هند، تجزیه خوشه ای ژنوتیپ ها را در 6 گروه جای داد که کمترین گروه دو ژنوتیپ و بیشترین گروه 9 ژنوتیپ را شامل شد که گروه برتر سوم از نظر صفات وزن ریشه تک بوته، وزن بخش هوایی، طول ریشه، طول برگ، اندازه تاج و طول دمبرگ دارای بیشترین مقدار در بین گروه ها بودند (Srivastava et al., 2000). نیازیان و همکاران (Niazian et al., 2011)، در بررسی تنوع ژنتیکی بر روی 49 ژنوتیپ چغندرقند در شرایط کشت پاییزه، با استفاده از تجزیه خوشه ای به روش وارد، ژنوتیپ ها به چهار گروه تقسیم شدند.

تجزیه خوشه ای ژنوتیپ ها بر اساس صفت درصد ساقه روی

مطابق شکل 2 ارقام مورد بررسی در شش گروه قرار گرفتند. برای اطمینان بیشتر از درستی نقطه برش دندروگرام و به منظور مقایسه میانگین گروه ها از نظر صفت اندازه گیری شده، برای کلیه گروه ها به عنوان تیمار و ژنوتیپ های داخل آنها به عنوان تکرار در نظر گرفته شدند. نتایج تجزیه واریانس مبین بیشترین اختلاف معنی دار در سطح احتمال یک درصد بین گروه ها از نظر صفت مورد بررسی بود و صحت محل برش را تعیین می نمود (جدول 5). همچنین از تابع شخیص نیز برای تعیین صحت محل برش استفاده شد به طوری که بر اساس دندروگرام حاصل از تجزیه خوشه ای ارقام مربوط به هر گروه معلوم گردید و به آنها کد گروه مورد نظر داده شد سپس تجزیه تابع تشخیص انجام شد و نتایج آن نشان داد که 96 درصد ژنوتیپ ها به گروه خود تعلق دارند.

گروه اول که بالای دندروگرام قرار داشت 9 ژنوتیپ  را دربرگرفت، گروه دوم 13 ژنوتیپ ، گروه سوم 9 ژنوتیپ، گروه چهارم 10 ژنوتیپ، گروه پنجم 6 ژنوتیپ و گروه ششم 3 ژنوتیپ را در خود  جای دادند. تجزیه واریانس و مقایسه میانگین گروه های حاصل از تجزیه خوشه ای نشان داد که بین گروه ها از نظر صفت درصد ساقه روی اختلاف معنی داری در سطح احتمال  5 درصد مشاهده گردید. برای درصد ساقه روی میانگین هر شش گروه اختلاف معنی داری با یکدیگر داشتند. که بیشترین درصد ساقه روی مربوط به گروه سوم با 14/93 درصد و کمترین درصد ساقه روی مربوط به گروه شش با 57/9 درصد بود که ژنوتیپ های گروه ششم شامل رقم های شاهد Giada و Eudoro  مقاوم به ساقه روی و ژنوتیپ HSF-780 بود. لازم به ذکر است که رقم شاهد Eudoro دارای ساقه روی صفر بود (جدول 6).

در کل ژنوتیپ های گروه پنجم که شامل HSF-799، HSF-808، HSF-798، HSF-820، HSF-756، HSF-775 و ژنوتیپ HSF-780 از گروه ششم برای ادامه برنامه های اصلاحی برای مقاومت به ساقه روی می توان بهره برد (شکل 2). لازم به ذکر است که رقم Leila که حساس به ساقه روی می باشد در تجزیه خوشه ای در گروه اول که دارای 87 درصد ساقه روی بودند قرار گرفته بود.