بررسی برخی صفات مورفولوژیکی و فیزیولوژیکی برگ سرخدار منطقه ارسباران با هدف پیشنهاد برخی اقدامات مدیریتی

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسنده

دانشیار، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی اهر، دانشگاه تبریز، اهر، ایران

چکیده

مقدمه و هدف: وجود تعداد کم رویشگاه‌های درخت سرخدار (Taxus baccata L.) در جنگل‌های ارسباران، زادآوری پایین این گونه، درمعرض تهدید­بودن، داشتن ارزش بالا از نظر دارویی و نقش مهم در حفظ سیمای طبیعی منطقه بر اهمیت این گونه ارزشمند می­افزاید و نیاز به حفاظت از آن را شدت می‌بخشد. با این حال اطلاعات دقیقی از سطح تنوع ­ژنتیکی گونه سرخدار در این منطقه دردسترس نیست. هدف اصلی این پژوهش، شناسایی جمعیتی از گونه سرخدار در منطقه ارسباران بود که دارای تنوع ژنتیکی کمتری بوده تا بر این مبنا، بتوان اقدامات مدیریتی برای افزایش سطح تنوع ژنتیکی برای آن جمعیت ضعیف پیشنهاد داد.
مواد و روش‌ها: دو رویشگاه عمده درخت مهم سرخدار در منطقه ارسباران، به نام‌های روستای کلاله علیا واقع در شهرستان خداآفرین و روستای کورن واقع در شهرستان هوراند انتخاب شدند. در هر رویشگاه 20 اصله درخت سالم سرخدار به‌طور تصادفی انتخاب و از هر پایه درختی 20 برگ سالم از وسط شاخه‌های دو­ساله (از سمت راست و چپ شاخه‌ها)، از قسمت میانی تاج درخت و همچنین از قسمت‌های بیرونی تاج (جهت شمالی و جنوبی تاج) جمع‌آوری شدند. در مجموع 800  نمونه برگی تصویربرداری شد. صفات مورفولوژیک برگ شامل سطح برگ (cm2)، محیط برگ (cm)، طول برگ (cm) و عرض برگ در 50 درصد طول برگ (cm) اندازه‌گیری شد. همچنین شاخص برگ، محتوای نسبی آب برگ، سطح ویژه (cm2/g)، وزن خشک و وزن ویژه (g/cm2) نمونه‌های برگ محاسبه شدند. تجزیه واریانس آشیانه‌ای بین جمعیت‌های مورد بررسی انجام شد. سپس واریانس محیطی، واریانس ژنتیکی، واریانس فنوتیپی، وراثت‌پذیری، ضریب تغییرات فنوتیپی، ضریب تغییرات ژنتیکی، همبستگی ژنتیکی و همبستگی فنوتیپی صفات محاسبه شد. تجزیه به مولفه‌های اصلی برای تعیین صفاتی که دارای بیشترین درصد واریانس هستند، انجام شد.
یافته‌ها: نتایج، تفاوت معنی‌داری را برای صفات سطح برگ، سطح ویژه برگ، شاخص برگ، وزن ویژه و وزن خشک برگ در سطح اطمینان 95 درصد و 99 درصد در جمعیت‌های مختلف سرخدار نشان داد. میانگین صفات سطح برگ، سطح ویژه برگ، محیط برگ و محتوای نسبی آب در جمعیت کلاله از جمعیت کورن بیشتر بود. در مقابل، بیشترین مقدار شاخص برگ، وزن ویژه و وزن خشک در جمعیت کورن مشاهده شد. نتایج نشان داد که در هر دو جمعیت، صفت سطح ویژه برگ دارای بالاترین مقدار واریانس ژنوتیپی است. بالاترین مقدار ضریب تغییرات ژنتیکی و فنوتیپی در جمعیت کلاله برای صفت وزن خشک و کمترین آن برای صفت محتوای نسبی آب برگ به‌دست آمد. کمترین مقدار ضریب تغییرات فنوتیپی در جمعیت کورن مربوط به صفت شاخص برگ بود. مقدار وراثت‌پذیری بیشتر از 50 درصد در جمعیت کلاله فقط برای صفت محیط برگ مشاهده شد. برای جمعیت کورن مقدار وراثت‌پذیری برای صفات سطح برگ و محیط برگ، بیشتر از 50 درصد بود. ضریب تغییرات ژنتیکی برای جمعیت کلاله فقط برای صفت وزن خشک بیشتر ار 20 درصد بود و برای جمعیت کورن، ضریب تغییرات ژنتیکی برای همه صفات مورد پژوهش کمتر از 20 درصد بود. بالاترین مقدار همبستگی ژنتیکی معنی‌دار در جمعیت کورن (985/0 -) و کلاله (981/0 -) بین صفات سطح ویژه برگ و وزن ویژه مشاهده شد. همچنین در جمعیت کورن نیز بیشترین مقدار همبستگی مثبت و معنی‌دار (9808/0) بین صفات سطح برگ و محیط برگ مشاهده شد. نتایج بررسی همبستگی ژنتیکی و فنوتیپی در جمعیت‌ها نشان داد که در بیشتر صفات مقادیر همبستگی ژنتیکی بین صفات بیشتر از همبستگی فنوتیپی است؛ به‌طوری‌که بیشترین همبستگی ژنتیکی مثبت (9808/0) بین صفات سطح برگ و محیط برگ مشاهده شد.
نتیجه‌گیری: با توجه به نتایج این پژوهش، مشاهدات میدانی و همچنین با قبول این پیش‌فرض که اگر تنوع ژنتیکی جمعیتی کمتر از دیگر جمعیت‌های آن گونه باشد آن جمعیت ضعیف‌تر هست، در مجموع ﻣﻲ‌ﺗﻮان پیشنهاد داد از آنجایی که تنوع ژنتیکی درختان سرخدار در جمعیت روستای کورن کمتر از جمعیت روستای کلاله است؛ از این‌رو، تعدادی بذر (حداقل از 30 درخت بذری) از جمعیت برتر کلاله به جمعیت ضعیف‌تر کلاله منتقل شود که این کار در حقیقت تقویت جریان ژنی در بین جمعیت‌ها بوده و می‌تواند سبب جبران تنوع ژنتیکی از بین رفته در کورن شود. همچنین، نصب توری در اطراف نونهال‌های سرخدار تنها­افتاده در جمعیت ضعیف‌تر کورن توصیه می‌شود. با هدف حفاظت از سرخدار در خارج از رویشگاه طبیعی خود، از جمعیت سرخدار کلاله که تنوع ژنتیکی بالاتری دارد، نمونه‌هایی برای تکثیر انتخاب و زیر سایه درختان بلند در باغ گیاه‌شناسی دانشگاه تبریز و پارک جنگلی عباس میرزای تبریز کاشته شود. پیدا کردن بهترین منبع بذر سرخدار از طریق بررسی تنوع ژنتیکی صفات بذر نیز پیشنهاد می‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Investigation of some morphological and physiological traits of yew leaf in the Arasbaran region to propose some management strategies

نویسنده [English]

  • Mohammad Esmaeilpour
Associate Professor, Ahar Faculty of Agriculture and Natural Resources, University of Tabriz, Ahar, I. R. Iran
چکیده [English]

Background and Objective: The scarcity of English Yew (Taxus baccata L.) habitats in the Arasbaran forests, coupled with its low natural regeneration, endangered status, high medicinal value, and critical role in maintaining the region's ecological landscape, underscores the importance of this valuable species and the urgent need for its conservation. Despite its significance, precise data regarding the genetic diversity of Yew in this region is currently unavailable. The primary objective of this study was to identify Yew populations in the Arasbaran region that exhibit lower genetic diversity in order to propose management strategies aimed at enhancing the genetic levels of these vulnerable populations.
Material and Methods: Two primary Yew habitats in the Arasbaran region, Kalaleh-ye Olya village (Khoda Afarin county) and Kuran village (Horand county), were selected for this study. In each habitat, 20 healthy trees were randomly selected. From each tree, 20 healthy leaves were collected from the middle of two-year-old branches (both left and right sides), the middle canopy, and the outer canopy (both northern and southern aspects). A total of 800 leaf samples were imaged. Morphological traits, including leaf area (cm2), perimeter (cm), length (cm), and width at 50% of the length (cm), were measured. Additionally, the leaf index, relative water content (RWC), specific leaf area (SLA, cm2/g), dry weight, and specific leaf weight (g/cm2) were calculated. A nested Analysis of Variance (nested ANOVA) was performed to compare the populations. Subsequently, environmental variance, genetic variance, phenotypic variance, heritability, phenotypic and genetic coefficients of variation, and genetic and phenotypic correlations were calculated. Finally, Principal Component Analysis (PCA) was conducted to identify the traits contributing most significantly to the total observed variance.
Results: The results indicated significant differences (at 95% and 99% confidence levels) for leaf area, Specific Leaf Area (SLA), leaf index, specific weight, and leaf dry weight across the different Taxus baccata populations. The mean values for leaf area, SLA, leaf perimeter, and Relative Water Content (RWC) were higher in the Kalaleh population compared to the Kuran population. Conversely, the highest values for leaf index, specific weight, and dry weight were observed in the Kuran population. In both populations, SLA exhibited the highest genotypic variance. In the Kalaleh population, the highest genetic and phenotypic coefficients of variation (GCV and PCV) were recorded for dry weight, while the lowest were found for RWC. The lowest PCV in the Kuran population was associated with the leaf index trait. Heritability exceeding 50% was observed only for leaf perimeter in the Kalaleh population, whereas in the Kuran population, heritability for both leaf area and perimeter surpassed this threshold. The GCV for the Kalaleh population exceeded 20% only for dry weight, while for the Kuran population, the GCV for all studied traits remained below 20%. The highest significant genetic correlations were observed between SLA and specific weight in both the Kuran (r = −0.985) and Kalaleh (r = −0.981) populations. Additionally, the Kuran population showed its highest significant positive correlation (0.9808) between leaf area and leaf perimeter. Analysis of genetic and phenotypic correlations across populations revealed that genetic correlation values were generally higher than phenotypic correlations for most traits, with the highest positive genetic correlation (0.9808) recorded between leaf area and leaf perimeter.
Conclusion: Based on the results of this study, field observations, and the premise that populations with lower genetic diversity are inherently more vulnerable, it can be concluded that the Yew population in Kuran exhibits lower genetic diversity compared to the Kalaleh population. Consequently, it is recommended that seeds from at least 30 seed-bearing trees from the superior Kalaleh population be transferred to the Kuran site. This intervention would effectively enhance gene flow between populations and help compensate for the loss of genetic diversity in Kuran. Additionally, installing protective netting around isolated Yew saplings in the weaker Kuran population is advised. For ex-situ conservation efforts, samples from the genetically diverse Kalaleh population should be selected for propagation and planted under the canopy of established trees at the University of Tabriz Botanical Garden and Abbas Mirza Forest Park in Tabriz. Finally, further research into the genetic diversity of seed traits is suggested to identify the optimal seed sources for future restoration projects.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Genetic diversity
  • Genetic erosion
  • Natural resources management
  • Phenotypic diversity
Abedi, R.; The impact of nature-based tourism on structure and biodiversity characteristics of Arasbaran forest. Journal of Plant Research (Iranian Journal of Biology2019, 2, 406-416 (In Persian).
Almeida-Rocha, JM.; Soares, L.A.; Andrade, E.R.; Gaiotto, F.A.; Cazetta, E.; The impact of anthropogenic disturbances on the genetic diversity of terrestrial species: a global meta‐analysis. Molecular Ecology 2020, 29, 4812–4822.
Aspalter, S.; Ciceu, A.; Albis, C.M.L.; Chakraborty, D.; Schueler, S.; Provenance variation in functional traits of European forest trees: Meta-analysis reveals effects of taxa and age despite critical research gaps. Ecology and Evolution 2025, 15, 1-40.
Bina, H.; Yousefzadeh, H.; Hosseinpour, B.; Abdollahi, H.; Genetic diversity and structure of Iranian wild apples (Malus orientalis Uglitzk) distributed in Iran using SSR markers. Forest Research and Development 2022, 7, 671-686 (In Persian).
Bogdan, S.; Katičić-Trupčević, I.; Kajba, D.; Genetic variation in growth traits in a Quercus robur L. open-pollinated progeny test of the Slavonian provenance. Silvae Genet 2004, 53, 198–201.
Casier, M.; Van Diest, A.; Aerts, R.; Peeters, G.; Van Acker, K.; Hellemans, B.; Honnay, O.; Muys, B.; Genetic diversity and structure of endangered native yew Taxus baccata in remnant populations in Belgium. Forest Ecology and Management 2024, 553, 121633.
Esmaeilpour, M.; Taheri Abkenar, K.; Aalami, A.; Binoyand, A.; Genetic diversity of birch (Betula pendula Roth) populations using microsatellite markers. Modern Genetics 2014, 9, 501-510 (In Persian).
Falconer, D.S.; Mackay, T.F.C.; Introduction to quantitative genetics. Addison Wesley Longman Ltd, London, 1996; p. 448.
Fallah, H.; Tabari, M.; Azadfar, D.; Babaie, F.; Investigation of genetic diversity in endangered stands of Populus capsica Bornm. of sub-mountain forests in north of Iran. Iranian Journal of Rangelands and Forests Plant Breeding and Genetic Research 2012, 19, 289-303 (In Persian).
Ghanbari, S.; Moradi, G.; Nasiri, V.; Quantitative characteristics and structure of tree species in two different conservation situations in Arasbaran Forests. Iranian Journal of Forest and Poplar Research 2018, 26, 355-367(In Persian).
Ghanbari, S.; Sefidi, K.; Fathizadeh, O.; Composition and structure of English yew forest stands (Taxus baccata L.) in different conservation systems of Arasbaran forests, Iran. Journal of Wood and Forest Science and Technology 2019, 26, 31-49 (In Persian).
Golchehreh, E.; Shirzad, H.; Ghanbari, S.; Ghurbani, B.; Evaluation of morphological and biochemical traits of some genotypes of Ribes biberistentii L. in Ilgene Chay watershed of Arasbaran forests. Forest Research and Development 2022, 8, 181-196 (In Persian).
Han, E.; Tamaki I.; Heo T.; Byeon J.; Gantsetseg A.; Jang Y.; Park J.; Lee J.; Genetic variation and structure shaped by recent population fragmentation in the boreal conifer Thuja koraiensis: Conservation perspectives. Global Ecology and Conservation 2025, 59, 1-13.
Iszkuło, G.; Lewandowski, A.; Jasinska, A.K.; Dering, M.; Light limitation of growth in 10-year-old seedling of Taxus baccata L. (European yew). Polish Journal of Ecology 2007, 55, 827–831.
Jalili, A.; Jamzad, Z.; Red data book of Iran. Research Institute of Forests and Rangelands. 1999; p. 748.
Karimi, L.; Azadfar, D.; Consideration and comparison of genetic diversity of English yew species (Taxus baccata L.) by using branch and leaf peroxidase. Iranian Journal of Rangelands and Forests Plant Breeding and Genetic Research 2011, 18: 227-238 (In Persian).
Liu, Z.; Gao, C.; Li, J.; Miao, Y.; Cui, K.; Phenotypic diversity analysis and superior family selection of industrial raw material forest species-Pinus yunnanensis Franch. Forests 2022, 13, 618. 
Mckeand, S.E.; Li, B.; Grissom, J.E.; Isik, F.; Jayawickrama, K.J.S.; Genetic parameter estimates for growth traits from diallel tests of Loblolly pine throughout the Southeastern United States. Silvae Genetica 2008, 57, 101-110. 
Mohebi Bijarpasi, M.; Rostami Shahraji, T.; Samizadeh Lahiji, H.; Genetic and phenotypic variation of Fagus orientalis Lipsky. Populations at different elevations of Masal forests, Guilan province, Iran. Iranian Journal of Rangelands and Forests Plant Breeding and Genetic Research 2020, 27: 278-290 (In Persian).
Nasiri Madiseh, Z.; Mofid, M.R.; Ebrahimi, M.; Khayyam Nekoei, S.M.; Khosro Shahi, M.; Isolation of taxol producing endophytes fungi from Iranian yew (Taxus baccata L.). Journal of Shahrekord University of Medical Sciences 2009, 11, 101-107 (In Persian).
Nedjimi, B.; Provenance variability in cone, seed and wing characteristics of Aleppo pine (Pinus halepensis Mill.) from Djelfa, Algeria. Discover Forest 2025, 1, 7.
Rostami Shahraji, T.; Yousefpour Rashti, M.; The study of natural regeneration of taxus baccata in Dorfak forest region in Guilan province. Natural Resources 2003, 15, 15-19 (In Persian).
Rostami, R.; Seyedi, N.; Yousefzadeh, H.; Genetic diversity of wild apple (Malus orientalis Uglitz.) in Hyrcanian forests of Iran by SSR markers. Forest Research and Development 2019, 5, 169-179 (In Persian).
Tumpa, K.; Liber, Z.; Šatović, Z.; Medak, J.; Idžojtić, M.; Vidaković, A.; Vukelić, J.; Šapić, I.; Nikl, P.; Poljak, I.; High level of phenotypic differentiation of common yew (Taxus baccata L.) populations in the north-western part of the Balkan Peninsula. Forests 2022, 13: 78.
Valizadeh M.; Moghadam M.; Introduction to quantitative genetics. Academic publishing center, Tehran, 2016; p. 558.
Wang, Y.; Wang, X.; Wu, J.; et al. Phylogeography and genetic diversity of Ulmus elongata (Ulmaceae), a tertiary relict tree with extremely small populations (PSESP). BMC Plant Biology 2025, 25, 1-13.