بهینه‌سازی انتخاب هیبرید‌های ذرت در آزمایش‌های چند محیطی مقدماتی: مقایسه رویکردهای کلاسیک و فضایی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 مؤسسه تحقیقات اصلاح و تهیه نهال و بذر، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، ایران

2 بخش تحقیقات علوم زراعی و باغی، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی کرمان، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرمان، ایران

3 بخش تحقیقات علوم زراعی و باغی، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی کرمانشاه، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرمانشاه،

10.22124/cr.2026.33205.1896

چکیده

مقدمه: در اصلاح نباتات، شناسایی ژنوتیپ‌های با عملکرد بالا و پایدار برای معرفی به‌عنوان ارقام جدید و یا انتخاب ژنوتیپ‌های با پتانسیل بالا در مراحل مقدماتی آزمایش‌های به‌نژادی اهمیت ویژه‌ای دارد. با این حال طرح‌های آزمایشی ممکن است برای در نظر گرفتن ناهمگنی مزرعه در منطقه آزمایشی کافی نباشند. هدف از این بررسی، ارزیابی پتانسیل مدل‌های مکانی برای تصحیح داده‌های یک برنامه به‌نژادی ذرت از نظر روندهای مکانی و بهبود پیش‌بینی مقادیر ژنوتیپی و افزایش دقت انتخاب ژنوتیپ‌ها در مقایسه با طرح آماری کلاسیک بود.

مواد و روش ها: در این مطالعه، تحلیل داده‌های آزمایش‌ مزرعه‌ای براساس یک رویه دو مرحله‌ای انجام شد. در مرحله نخست، داده‌های هر آزمایش به‌طور جداگانه با استفاده از مدل‌های تصحیح فضایی (SpATS،AR1×AR1 و مدل ترکیبی SpATS+AR1×AR1) اصلاح شدند تا ناهمگنی‌های مکانی و اثرات محیطی سیستماتیک حذف گردد. سپس در مرحله دوم، داده‌های تصحیح‌شده وارد تحلیل چندمحیطی بر پایه Factor Analytic (FA) شدند تا برهم‌کنش ژنوتیپ × محیط مدل‌سازی و ژنوتیپ‌های برتر بر اساس عملکرد و پایداری شناسایی شوند. بدین منظور آزمایشی با ۱۰۵ هیبرید ذرت در قالب طرح آلفا-لاتیس با دو تکرار و پنج بلوک ناقص در هر تکرار در سه ایستگاه کرج، کرمان و کرمانشاه اجرا شد.

نتایج و بحث: نتایج نشان داد که مدل SpATS به‌طور مؤثر تغییرات فضایی بزرگ‌مقیاس را جذب کرده و نسبت به داده‌های خام و سایر مدل‌ها، خطای پیش‌بینی (RMSE) را به‌طور قابل توجهی کاهش می‌دهد. مقایسه مدل فضایی SpATS با طرح آلفا-لاتیس نشان داد که مدل SpATS دقت برآورد عملکرد واقعی و رتبه‌بندی ژنوتیپ‌ها را به‌طور چشمگیری بهبود می‌بخشد. پس از تصحیح داده‌ها با SpATS، تحلیل چندمحیطی بر پایه FA انجام شد تا برهم‌کنش ژنوتیپ × محیط مدل‌سازی شده و ژنوتیپ‌های با عملکرد بالا و پایداری مناسب شناسایی شوند. ایستگاه کرمانشاه (E3) با واریانس ژنتیکی بالا، قدرت تفکیک بیشتری داشت و مناسب‌ترین ایستگاه برای شناسایی ژنوتیپ‌های برتر بود. نمودار بای‌پلات FA2 نشان داد که ژنوتیپ‌های نزدیک مرکز مختصات مانند H80، H102، H33 وH22 سازگاری عمومی و پایداری بالایی دارند، در حالی که ژنوتیپ‌های دور از مرکز مانند H60، H24، H86، H93 وH91 برهم‌کنش بیشتری با محیط‌ها دارند و وابستگی آنها به شرایط محیطی بالاتر است. ژنوتیپ‌های ماننذ H24، H35، H26، H28 وH34 بهترین ترکیب FA1 و FA2 را نشان داشتند. علاوه بر این، شاخص پایداری WAASB و شاخص ترکیبی عملکرد–پایداری WASSBY برای انتخاب ژنوتیپ‌ها به‌کار گرفته شد. ژنوتیپ‌های H24، H30، H26 و H49با مقادیر بالایWASSBY، تعادل مطلوبی بین عملکرد و ثبات محیطی داشتند. بر اساس عملکرد و شاخص‌های پایداری، علیرغم برتری این پنج هیبرید (H24، H26، H30،H35 و H49)، به منظور حفظ تنوع ژنتیکی و فرصت‌های اصلاحی، حدود ۲۰ درصد از ژنوتیپ‌های برتر به ادامه برنامه به‌نژادی وارد شدند. به طورکلی بر اساس نتایج می‌توان گفت که استفاده از مدل‌های فضایی، به‌ویژه با در نظر گرفتن ناهمگنی مزرعه در آزمایش‌های مزرعه‌ای ذرت SpATS، همراه با تحلیل FA با بهبود تجزیه و تحلیل داده‌ها و پیش‌بینی مقادیر ژنوتیپی، رویکردی کارآمد و قابل اعتماد برای افزایش دقت انتخاب ژنوتیپ‌های برتر در آزمایش‌های چندمحیطی فراهم می‌کند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Optimization of maize hybrids selection in preliminary environmental trails: comparison of classical and spatial approaches

نویسندگان [English]

  • mohammadreza shiri 1
  • Hamid Najafinezhad 2
  • Sharareh Fareghi 3
1
2 Crop and Horticultural Science Research Department, Kerman Agricultural and Natural Resources Research and Education Center, AREEO, Kerman, Iran.
3 Crop and Horticultural Science Research Department, Kermanshah Agricultural and Natural Resources Research and Education Center, AREEO, Kermanshah, Iran
چکیده [English]

Introduction: In plant breeding, identification of high-yield genotypes and suitable stability for introducing new cultivars or selection of high potential genotypes in preliminary breeding trials is very important. However, experimental design may not be sufficient to consider field heterogeneity in the plot area. The aim of this study was to evaluate the potential of spatial models to correct spatial trends and improve prediction of genotype values and increase accuracy of selection of genotypes in comparison with classic statistical design.

Materials and methods: In this study, data analysis were conducted based on a two - step procedure. In the first step, the data of each experiment were modified separately using spatial correction models (SpATS, AR1×AR1 and SpATS + AR1×AR1 combined model) to remove the spatial heterogeneity and systematic environmental effects. Then, in the second step, the corrected data entered the Multi-Environment Trials based on factor Analytic (FA) to accurately model the genotype × environment interaction and to identify superior genotypes based on yield and stability. For this purpose, an experiment was conducted with 105 hybrid maize hybrids in α -lattice design with two replications and five incomplete blocks per replication in three stations of Karaj, Kerman and Kermanshah.

Results and discussion: The results showed that the SpATS model effectively eliminate large - scale spatial variations and decreases the error of prediction (RMSE) in comparison with raw data and other models. Comparison of SpATS spatial model with the alpha lattice design showed that the SpATS model significantly improved the accuracy of the yield and ranking of genotypes. After correction of data with SpATS, Multi-Environment Trials were performed based on factor Analytic (FA) to model the interaction of genotype × environment and genotypes with high yield and suitable stability were identified. Kermanshah station with high genetic variance, had more genotype discriminate and was the most suitable station for identification of superior genotypes. The FA2 biplot indicated that genotypes located near the origin, such as H80, H102, H33, and H22, exhibited broad adaptability and high stability. In contrast, genotypes positioned farther from the origin, including H60, H24, H86, H93, and H91, showed stronger genotype × environment interactions and greater dependence on environmental conditions. Genotypes such as H24, H35, H26, H28, and H34 demonstrated the most favorable combination of FA1 and FA2 scores. In addition, the stability index WAASB and the combined performance–stability index WASSBY were employed for genotype selection. Genotypes H24, H30, H26, and H49, with high WASSBY values, exhibited a desirable balance between yield performance and environmental stability. Based on performance and stability indices, despite the superiority of five hybrids (H24, H26, H30, H35, and H49), approximately 20% of the top-performing genotypes were advanced to the next stage of the breeding program in order to maintain genetic diversity and enhance breeding opportunities. Overall, the results suggest that the application of spatial models, particularly SpATS, while accounting for field heterogeneity in maize trials, in combination with FA analysis, improves data analysis and the prediction of genotypic values. This integrated approach provides an efficient and reliable framework for increasing the accuracy of selecting superior genotypes in multi-environment trials.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Spatial correction
  • Splines (SpATS)
  • autoregressive model (AR1×AR1)
  • Linear Mixed Models
  • Factor Analytic Model
  • WASSBY index