Eski ve modern ekmeklik buğday çeşitlerinin tarımsal ve kalite özellikleri bakımından genotipik ve fenotipik tanımlanması
Genotypical and phenotypical characterization of old and modern bread wheat cultivars for agronomical and quality traits
Yazar: MEHMET TEKİN
Danışman: PROF. DR. TANER AKAR
Akdeniz Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Tarla Bitkileri Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Ziraat = Agriculture
Dizin: Bitki ıslahı = Plant breeding ; Ekmeklik buğday = Bread wheat

Özet:
Bu çalışma, ülkemizde farklı zamanlarda tescil edilmiş 189 adet ekmeklik buğday (Triticum aestivum L.) çeşidi ve seleksiyon ıslahıyla geliştirilmiş 34 antik kavuzlu buğday genotipinde çevresel uyum (adaptasyon) ve dane kalitesine etkili genler bakımından genotipik farklılıkları saptamak amacıyla gerçekleştirilmiştir. Ayrıca, bunlar arasından antik, eski ve modern buğday çeşit/çeşit adaylarından oluşan 22 genotipte tarımsal ve kalite özellikleri bakımından fenotipik farklılıkların belirlenmesi amacıyla tesadüf blokları deneme desenine göre 3 tekrarlı olarak sulu koşullarda 2018-2019 ve 2019-2020 yıllarında Ilgın/Konya'da tarla denemeleri yürütülmüştür.
Çevresel uyuma etkili soğuklanma ihtiyacı ve gün uzunluğu genleri için yapılan genotipik tanımlamada geçmişten günümüze vrn-A1, vrn-B1 ve vrn-D1 allellerinin ve gün uzunluğuna duyarlılığı kaldıran Ppd-D1a allelinin frekansının arttığı açık bir şekilde belirlenmiştir. Bitki boyunu kontrol eden Rht-B1, Rht-D1, Rht-8 ve Rht-24 lokusları bakımından beklenildiği gibi yeşil devrimden sonra Rht-B1b allelinin frekansının oldukça arttığı öte yandan Rht-D1b allelinin sadece 8 çeşitte bulunduğu saptanmıştır. Son yıllarda yeni yeşil devrim geni olarak duyurulan Rht24 geninin kısa bitki boyuna yol açan alleli Rht-24b'nin frekansı ise tüm genotipler içerisinde %50.2 olarak belirlenmiştir.
Dane kalitesine etkili genler bakımından yapılan genotipik tanımlamada ise genotiplerin hiçbirisinde danenin protein içeriğini artıran NAM-B1a alleli belirlenmemiştir. Öte yandan dane sertliği lokusları (Pin) bakımından genotiplerin %64.9'unun Pina-D1a/Pinb-D1a, %28.8'inin Pina-D1a/Pinb-D1b, %5.8'inin Pina-D1b/Pinb-D1a ve %0.5'inin Pina-D1a/Pinb-D1c allel kombinasyonlarına sahip olduğu saptanmıştır. Yüksek molekül ağırlıklı glutenin alt ünitelerini (YMAG) kontrol eden Glu-A1, Glu-B1 ve Glu-D1 lokusları bakımından da en sık görülen allel kombinasyonları sırasıyla Ax2* (%44.0), Bx7 + By8 (%42.3) ve Dx5 + Dy10 (%64.9) olarak belirlenmiştir. Ayrıca, yüksek molekül ağırlıklı gutenin alt üniteleri (YMAG) kombinasyonlarının kalite puanlamasına göre 48 ekmeklik buğday çeşidi 10 tam puanla yüksek gluten kalitesine sahip olduğu saptanmıştır.
Çalışmanın ikinci ayağı olan tarla denemelerinin iki yıllık deneme verilerine göre incelenen tüm özellikler bakımından genotipler arasında istatistiksel olarak önemli farklar bulunmuştur. Buna ek olarak, başak boyu ve m2'deki başak sayısı hariç diğer özellikler için çeşit × yıl etkileşiminin önemli olduğu saptanmıştır. Eski ve modern ekmeklik buğday çeşitler iki yıllık verilere göre değerlendirildiğinde dane verimi, hasat indeksi, hektolitre ağırlığı, sedimantasyon değeri ve gluten indeksi özelliklerinin geçmişten günümüze ıslah sürecinde arttığı bitki boyu ve m2'deki başak sayısının ise bu süreçte azaldığı belirlenmiştir.
Doğrusal regresyon analizi ile ıslah çalışmalarında bitki boyu bakımından -0.22 cm, m2'deki başak sayısı bakımından -23.47 adet, dane verimi bakımından 1.85 kg/da, hasat indeksi bakımından %0.10, hektolitre ağırlığı bakımından 0.06 kg/hl, dane sertliği bakımından %-0.09 PSI, sedimantasyon değeri bakımından 0.22 ml ve gluten indeksi bakımından %0.22 yıllık genetik kazanç sağlandığı hesaplanmıştır. Ayrıca önemli dane kalite özelliklerinden protein içeriği ve yaş gluten oranı bakımından bir değişimin olmadığı da saptanmamıştır.
Bu çalışma ile 1931 yılından beri ülkemizde yetiştirilen ekmeklik buğday çeşitlerinin ıslah çalışmalarıyla ne denli fenotipik ve genotipik değişim gösterdiği ortaya konulmuştur. Son yıllarda dünya genelinde ve ülkemizde küresel ısınmanın özellikle tarımda etkisinin açıkça hissedildiği göz önüne alındığında bu çalışmada elde edilen bulguların ülkemizdeki ekmeklik buğday ıslahı çalışmalarına önemli katkılar sunması beklenmektedir.

Abstract:
This study was conducted to determine the genotypic differences among 189 registered bread wheat (Triticum aestivum L.) varieties, and 34 hulled wheat lines improved by selection breeding by using 22 molecular markers for adaptive and quality traits. In addition, the field experiments were carried out with 22 genotypes consisted of ancient, old and modern bread wheat varieties/candidates by randomized complete block design with three replicates in irrigated conditions in Ilgın/Konya during 2018-2019 and 2019-2020 growing seasons.
In genotypic characterization conducted for adaptive traits such as vernalization and photoperiodic response, it was determined that the frequencies of alleles vrn-A1, vrn-B1, vrn-D1 and Ppd-D1a have been clearly increased from past to present. It was also determined that the frequency of the allele Rht-B1b has been considerably increased after the Green Revolution. On the other hand, the allele Rht-D1b was found only in 8 varieties. The frequency of the allele Rht-24b pronounced as the new Green Revolution gene in recent years was determined to be 50.2% among the genotypes studied.
In genotypic characterization of the genes affecting grain quality, the allele NAM-B1a leading to high grain protein content was not identified in any of the genotypes. However, the most frequent allele combinations for puroindolines (Pin) were Pina-D1a/Pinb-D1a and Pina-D1a/Pinb-D1b (64.9% and 28.8%, respectively), followed by Pina-D1b/Pinb-D1a and Pina-D1a/Pinb-D1c (5.8% and 0.5%, respectively). It was also determined that the most frequent allele combinations for high molecular weight glutenin subunits (HMWG) were Ax2* (44.0%), Bx7 + By8 (42.3%) and Dx5 + Dy10 (64.9%), respectively. In addition, 48 bread wheat varieties had 10 points with high gluten quality according to quality scoring for high molecular weight glutenin subunit (HMWG) combinations.
In the second part of the study, statistically important differences were found among the genotypes for all agronomical and quality traits based on two years data. In addition, cultivar × year interaction was also important for all traits except for spike length and number of spikes per square. Taking into consideration the obtained data for old and modern wheat cultivars/candidates, it was determined that while grain yield, harvest index, volume weight, sedimantation volume and gluten index have been increased from past to present, plant height and number of spikes per square have decreased. According to linear regression analysis, the genetic gain in plant height, number of spikes per square, grain yield, harvest index, volume weight, grain hardness, sedimantation volume and gluten index were calculated as -0.22 cm, -23.47, 18.5 kg/ha, 0.10%, 0.06 kg/l, 0.09 PSI%, 0.22 ml and 0.22%, respectively. Additionally, no differences was found in protein content and wet gluten ratio between old and modern varieties.
In this study, it was revealed that the bread wheat varieties cultivated in Turkey changed genotypically and phenotypically to some extent from 1931 to present with breeding activities. Considering the effects of climate change especially on agriculture in the world and Turkey in recent years, it is expected that these findings will be beneficial to the bread wheat breeding studies carried out in the country.