شناسایی لاین‌های نگهدارنده نرعقیمی و برگرداننده باروری از برخی ارقام بومی و اصلاح‌شده برنج (.Oryza sativa L)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه بین‏ المللی امام خمینی (ره)، قزوین، ایران.

2 استادیار، گروه ژنتیک و به‏نژادی گیاهی، دانشگاه بین‏المللی امام خمینی (ره)، قزوین، ایران.

3 استاد، گروه زراعت و اصلاح نباتات دانشکده کشاورزی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران.

4 استادیار، گروه زراعت و اصلاح نباتات دانشکده کشاورزی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران

چکیده

پس از تولید لاین‌های خالص نرعقیم بومی پایدار شناسایی لاین‌های برگرداننده باروری مناسب از اولویت‌های اصلی تولید بذر برنج هیبرید می‌باشد. جهت مطالعه ظرفیت باروری ژنتیکی 14 رقم بومی، اصلاح‌شده و خارجی برنج، آزمون تست‌کراس با استفاده از لاین نرعقیم ندا-A به عنوان والد مادری برای تولید F1ها در سال 1397 در مزرعه پژوهشی پژوهشکده ژنتیک و زیست‌فناوری کشاورزی طبرستان، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، انجام شد. در زمان شروع گلدهی، میزان عقیمی و باروری دانه گرده F1ها با استفاده از محلول ید یدور پتاسیم آزمون شد. در پایان فصل رشد نیز صفات زراعی F1ها مثل تعداد روز تا 50 درصد گلدهی، تعداد روز تا رسیدگی فیزیولوژیک، ارتفاع گیاه، تعداد پنجه بارور، طول خوشه، تعداد کل دانه در خوشه، تعداد دانه پر در خوشه، طول دانه، عرض دانه، وزن 100 دانه، نسبت طول به عرض دانه، درصد باروری خوشه و عملکرد دانه اندازه‌گیری گردید. نتایج ارزیابی آزمون عقیمی دانه گرده و خوشه F1ها نشان داد که F1 حاصل از رقم پرمحصول شیرودی و ندا-A، عقیمی کامل و صد درصد داشت که نشان‌دهنده نگهدارنده بودن رقم شیرودی بود به تعبیر دیگر دارای سیتوپلاسم نرمال و ژن هسته‌ای مغلوب برگرداننده باروری بود. با توجه به سطح زیر کشت وسیع‌تر این رقم در مقایسه با رقم ندا و کیفیت مناسب پیشنهاد می شود نرعقیمی به رقم شیرودی منتقل شده و در تولید برنج هیبرید مورد استفاده قرار گیرد. بنابراین با تلاقی برگشتی می‌توان به لاین نرعقیم شیرودی دست یافت. بیشترین تعداد دانه در خوشه (217 دانه) مربوط به F1 حاصل از رقمCB06-550 بود. بیشترین وزن صد دانه نیز مربوط به F1 حاصل از رقم جهش در ندا-A بود که ناشی از عرض و طول بلند دانه بود. با ارزیابی آزمون دانه گرده و خوشه، ارقام بینام، پردیس و PR37181-1-1-2-1-2-1 بعنوان لاین‌های برگرداننده باروری ضعیف و لاین‌های شاهد IR50 (با بیش از 96 درصد باروری) و IR67924R (با بیش از 80 درصد باروری)، بعنوان لاین برگرداننده باروری شناخته شدند. از این لاین‌های نرعقیم می‌توان در تلاقی با لاین‌های برگرداننده باروری جهت تولید بذر هیبرید با عملکرد بیشتر از ارقام اصلاح شده مرسوم بهره برد. از سایر لاین‌های تولید شده در این پژوهش می‌توان در توسعه خزانه ژنی هتروتیک در برنامه فناوری هیبرید برنج استفاده نمود.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Identification of Male Sterility Maintainer and Fertility Restorer Lines from Iranian Landraces and Improved Cultivars of Rice (Oryza sativa L.)

نویسندگان [English]

  • A. Afkhami Ghadi 1
  • R. Khdemian 2
  • G.A. Nematzadeh 3
  • N.A Jelodar Babaeian 3
  • N.A. Bagheri 4
1 Department, Imam Khomeini International University, Qazvin, Iran.
2 Assistant Professor, Genetic and Plant Breeding Department, Imam Khomeini International University, Qazvin, Iran.
3 Faculty of Agriculture, Sari Agricultural and Natural Resources Sciences University, Sari, Iran.
4 Assistant Professor, Faculty of Agriculture, Sari Agricultural and Natural Resources Sciences University, Sari, Iran.
چکیده [English]

Identification of suitable restorer lines is one of the main priorities of hybrid rice production technology, followed by the production of local male sterile lines. To study fertility genetic capacity of 14 landraces, improved and foreign rice varieties, a test cross scheme was conducted using Neda-A male sterile line as female parent for the production of F1s in 2018 at Genetic and Agricultural Biotechnology Institute of Tabarestan, Sari Agricultural and Natural Recourses Sciences University, Sari, Iran. At the flowering stage, the sterility and fertility of pollen grains were tested using IKI solution. At the physiological maturity stage of F1s agronomic traits such as days to 50% flowering, days to physiological maturity, plant height, number of fertile tillers, panicle length, number of grain per panicle, grain length, grain width, 100 grain weight, grain length: width ratio, panicle fertility percentage and grain yield were measured and recorded. The results of pollen grain and panicle tests of hybrids showed that the hybrid derived from Shiroodi × Neda-A hybrid had 100% sterility indicating that this variety is a maintainer, in other words, it carries normal cytoplasm and rf-induced nuclear gene. Given the larger cultivated areas of cv. Shiroodi and its earlier maturity than Neda variety, it is concluded that cv. Shiroodi would be more suitable for hybrid rice seed production. Therefore, Shiroodi-A line can be developed through backcrossing. The highest grain number per panicle (217 grain) was obtained from hybrid CB06-550. The highest 100 grain weight belonged to the hybrid Jahesh × Neda-A which is due to its larger grain size. By evaluating pollen and panicle test, Binam, Pardis and PR37181-1-1-2-1-2-1 varieties were identified as poor fertility restorer lines. IR50 and IR67924R lines with more than 96 and 80% fertility, respectively, were identified as strong fertility restorer lines. These sterile lines can be used to produce hybrid rice with higher yield than varieties developed through conventional breeding methods. Other lines developed in this study can be used in the development of hybrid technology in the rice heterotic gene pool.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Rice
  • sterility
  • grain number per panicle
  • 100 grain weight and genetic diversity

مراجع

Afkhami Ghadi, A., Babaeian Jelodar N. A., and Bagheri, N. A. 2014a. Evaluation of allogamic characteristics for Iranian rice cytoplasmic. Journal of Crop Breeding 6 (13): 61-72 (in Persian).
 
Afkhami Ghadi, A., Babaeian Jelodar N. A., and Bagheri, N. A. 2014b. Evaluation of sterility stability for some of rice cytoplasmic male sterile lines. Journal of Crop Breeding 7 (15): 14-23 (in Persian).
 
Afkhami Ghadi, A., Babaeian Jelodar, N. A., and Bagheri, N. A. 2012. Evaluation of improved rice CMS lines according to sterility, fertility and allogamy characteristics (Oryza sativa L.). Modern Genetics Journal 7 (4): 397-408 (in Persian).
 
Afkhami Ghadi, A., Babaeian Jelodar, N. A., Pirdashti, H., Bagheri, N. A., Hasan Nataj, E., and Khademian, R. 2011. Effect of source and sink limitation on grain yield and yield components of three rice genotypes under levels of nitrogen fertilizer. Iranian Journal of Crop Sciences 13 (3): 495-509 (in Persian).
 
Alinia, F., Noori Delavar, M. Z., Hoseini M., Erfani, R., Ghodsi, M., Karbalaei, M. T., Khazaei. L., Omrani, M., Fathi, N., and Seyedjavadi, S. Z. 2015. The evolution of country rice production through the introduction of high-quality cultivars. Agricultural Research and Extension Organization. Rice Research Institute of Iran. 64 pp. Anonymous. 2016. Agricultural Statistics. Ministry of Jihad-e-Agriculture, Deputy Director of Planning and Economics, ICT.
 
Bagheri, N. A., and Babaeian-Jelodar, N. A. 2011. Genetics and combining ability of fertility restoration of 'wild abortive' cytoplasmic male sterility in rice. African Journal of Biotechnology 10 (46): 9314-9321.
 
Bharaj, T. S., Bains S. S., and Gagneja, M. R. 1991. Genetics of fertility restoration of wild abortive cytoplasmic male sterility in rice (Oryza sativa L.) Euphytica 56 (3): 199-203.
 
Cai, J., Liao, Q. P., Dai, Z. J., Zhu, H. T., Zeng, R. Z., Zhang, Z. M., and Zhang, G. Q. 2013. Allelic differentiation and effects of the Rf3 and Rf4 genes on fertility restoration in rice with wild abortive cytoplasmic male sterility. Biologia Plantarum 57 (2): 274–280.
 
Chen, X., Temnykn, S., Xu, Y., Cho, Y. G., and McCouch, S. R. 1997. Development of a microsatellite framework map providing genome- wide coverage in rice (Oryza sativa L.). Theoretical and Applied Genetics 95 (4): 553-567.
 
Dalmacio, R. D., Brar, D. S., Ishii, T., Sitch, L. A., Virmani, S. S., and Khush, G. S. 1995. Identification and transfer of a new cytoplasmic male sterility source from Oryza perennis into Indica rice (Oryza sativa). Euphytica 82 (3): 221-225.
 
Eidi Kohnaki, M., Kiani, G., Nematzadeh, G. A. 2015. Morphological and molecular selection of fertility restorer gene(s) in segregation populations of rice. The Plant Production 38 (2): 89-98 (in Persian).
 
FAO. 2009. How to feed the world in 2050. www.FAO.org. 35 pp.
 
FAO. 2017. Database collection. www.FAO.org. Feng, F., Li, Y., Qin, X., Liao, Y., and Siddique. K. 2017. Changes in rice grain quality of Indica and Japonica type varieties released in China from 2000 to 2014. Frontiers in Plant Science 8: 1863 pp.
 
Gholizadeh Ghara, A., Nematzadeh, G., Bagheri, N. A., Ebrahimi, A., and Oladi, M. 2012. Evaluation of general and specific combining ability in parental lines of hybrid rice. International Journal of Agriculture: Research and Review 2 (4): 455-460.
 
IRRI. 2013. Standard evaluation system for rice. 5th edition. The International Rice Research Institute. 65 pp.
 
Karbalaei, M. T., Valizadeh, A., Sattari, M., Nasiri, M., Bahrami, M., Noori, M. Z., Fallah, A., and Nematzadeh, G. A. 2007. Hybrid rice cultivation of Bahar1. Extensian Magazine No. 86/333. Management Coordination of Agricultural Extension in Mazandaran Province. 14 pp. (in Persian).
 
Kiani, G. 2012. Diversity assessment among some restorer lines using agronomic traits in rice (Oryza sativa L.). Biharean Biologist 6 (1):1-4.
 
Mohadesi, A. 2010. Introduction of new rice variety with good cooking quality (Shiroodi). Final Reports of the Research Projects. Deputy Rice Research Institute of Iran, Amol, Iran. 32 pp. (in Persian).
 
Mohana Priyanka, R. M., Thiyagarajan, K., Pechiappan Bharathi, S., and Rajendran. R. 2016. Identification of restorers and maintainers among the locally adapted genotypes for hybrid development in rice (Oryza sativa L.). Electronic Journal of Plant Breeding 7(3): 814-819.
 
Nematzadeh, G. A., and Kiani. G. 2010. Genetic analysis of fertility restoration genes for WA type cytoplasmic male sterility in Iranian restorer rice line DN-33-18. African Journal of Biotechnology 9 (38): 6273-6277.
 
Nematzadeh, G. A., Oladi, M., Kiani, G., Hajipour, A., and Hashemi, A. S. 2010. Release of new rice variety "Pardis" via classical method. Journal of Crop Breeding 2 (6) :16-25.
 
Nematzadeh, G. A., and Sattari, M. 2003. A study of nucleus genome of some sigh yielding rice (Oryza sativa L.) varieties for application in hybrid rice technology. Iranian Journal of Agriculture Science 34 (1): 213-219 (in Persian).
 
Nematzadeh. G. A., and Valizadeh. A. 2003. Hybrid rice breeding. Mazandaran university Publisher. 202 pp (in Persian).
 
Nematzadeh, G. A., Juhar, A. A., Sattari, M., Valizadeh, A., Alinejad, E., and Nouri, M. Z. 2006. Relation between different allogamic associated trait characteristics of the five newly developed cytoplasmic male sterile (CMS) lines in rice. Journal of Central European Agriculture 7 (1): 49-56.
 
Sadeghi, A., Ahmadikha, A., and Farsi, M. 2014. Study on the effect of Rf3 gene for fertility restoration to rice in genetic background of Neda-A line. Journal of Agricultural Biotechnology 6 (1): 139-152.
 
Sharma, S. K., Singh, S. K., Nandan, R., and Kumar, M. 2012. Identification of restorers and maintainers for CMS lines of rice (Oryza sativa L.). Indian Journal of Plant Genetic Resources 25 (2): 186-188.
 
Singh, A. K., Revathi, P., Pavani, M., Sundaram, R. M., Senguttuvel, P., Kemparaju, K. B., Hari Prasad, A.S., Neeraja, C.N., Sravan Raju, N., Kotewara Rao, P., Suryendra, P. J., Jayaramulu, K., and Viraktamath, B. C. 2014. Molecular screening for fertility restorer genes Rf3 and Rf4 of WA-CMS and evaluation of F1 hybrids in rice (O. sativa L.). Journal of Rice Research 7 (1&2): 25-35.
 
Tarang, A., and Bakhshipour, S. 2015. Yield and agronomic traits of hybrid rice promising lines and cultivars. Agroecology Journal 11 (3): 11- 21 (in Persian).
 
Teng, L. S., and Shen, Z. T. 1994. Inheritance of fertility restoration for cytoplasmic male sterility in rice. Rice Genetics News 11: 95-97.
 
Toriyama, K., and Kazama, T. 2016. Development of cytoplasmic male sterile IR24 and IR64 using CW-CMS/Rf17 system. Rice 9 (1): 22.
 
Virmani, S. S., Viraktamath, B. C., Casal, C. L., Toledo, R. S., Lopez, M. T., and Manalo, J. O. 1997. Hybrid rice breeding manual. International Rice Research Institute. 194 pp.
 
Li, S., Yang, D., and Zhu. Y. 2007. Characterization and use of male sterility in hybrid rice breeding. Journal of Integrative Plant Biology 49 (6): 791-804.
 
Yuan, L. 2014. Development of hybrid rice to ensure food security. Rice Science 21 (1): 1−2.
 
Zhu, D., Zhang, H., Guo, B., Xu, K., Dai, Q., Wei, C., Zhou, G., and Huo, Z. 2017. Physicochemical properties of indica-japonica hybrid rice starch from Chinese varieties. Food Hydrocolloids 63: 356-363.
 
 
نهال و بذر
دوره 35، شماره 2
شهریور 1398
صفحه 121-136

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار