بررسی برهمکنش ژنوتیپ - محیط در ژنوتیپ‌های چغندرقند (.beta vulgaris l) برای گزینش بهینه

مقدمه و هدف: برهمکنش ژنوتیپ - محیط پدیده‌ای است که به تفاوت پاسخ‌ ژنوتیپ‌ها در محیط‌های مختلف اشاره دارد و بر پیشرفت برنامه‌های اصلاحی تاثیر می‌گذارد. این پدیده برای به‌نژادگران اهمیت خاصی دارد، زیرا انتخاب و ارزیابی ژنوتیپ‌های برتر را دشوار می‌کند. شناخت این پدیده به به‌نژادگران این امکان را می‌دهد تا در ارزیابی و انتخاب ژنوتیپ‌ها دقت بیشتری کرده و ژنوتیپ‌هایی را انتخاب کنند که با شرایط محیط هدف سازگار هستند. همچنین، برهمکنش ژنوتیپ-محیط می‌تواند فرصت‌هایی را برای به‌نژادگران فراهم کند تا ژنوتیپ‌هایی را انتخاب کنند که برهمکنش مثبت با محیط خاصی دارند یا عملکرد مناسبی در محیط‌های مختلف نشان می‌دهند. در نتیجه، با کشت ژنوتیپ‌ها در محیط‌های مختلف، می‌توان پاسخ‌های ژنوتیپی را ثبت کرد و ژنوتیپ‌های برتر و پایدار را انتخاب کرد. در مطالعه حاضر سعی شد تا مجموعه‌ای از هیبریدهای چغندرقند با هدف بررسی تاثیر برهمکنش ژنوتیپ- محیط بر پتانسیل تولید کمی ریشه و شکر سفید و نیز تعیین سازگاری آن‌ها، در محیط‌های با شرایط متفاوت کشت گردند و ضمن به‌کارگیری روش‌های آماری مختلف، هیبریدهای موفق شناسایی شوند. مواد و روش‌ها: در پژوهش انجام‌شده، 18 ژنوتیپ چغندرقند شامل 15 هیبرید داخلی و سه شاهد خارجی بودند که قبلاً برای افزایش مقاومت به بیماری‌های ریزومانیا، ریزوکتونیا و نماتد مولد سیست تولید شده بودند. ارزیابی‌های فنوتیپی در دو سال متوالی (1401 و 1402) در دو ایستگاه تحقیقات کشاورزی در کرج و کرمانشاه در قالب طرح بلوک‌های کامل تصادفی با چهار تکرار انجام شد. در طول فصل زراعی، مبارزه با علف‌های هرز، آبیاری، مصرف کود و سایر فعالیت‌های مدیریتی مزرعه انجام شد. پس از حصول داده‌های مربوط به عملکرد ریشه و عملکرد شکر سفید، تجزیه و تحلیل‌های آماری صورت پذیرفت. یافته‌ها: میانگین مربعات اثر اصلی ژنوتیپ نشان داد که تفاوت معنی‌داری از نظر عملکرد ریشه و عملکرد شکر سفید بین ژنوتیپ‌های آزمایشی وجود دارد. اثرات برهمکنش سال×مکان و ژنوتیپ×سال×مکان در سطح احتمال یک درصد برای هر دو صفت عملکرد ریشه و عملکرد شکر سفید و ژنوتیپ×سال در سطح احتمال پنج درصد بر روی عملکرد شکر سفید تفاوت معنی‌داری ایجاد کردند. این نتایج نشان می‌دهند که تغییرات محیطی و ژنتیکی ممکن است عملکرد ژنوتیپ‌ها را در محیط‌های مختلف تحت تاثیر قرار دهد و باعث تفاوت‌های معنی‌دار در عملکرد ریشه و شکر سفید ژنوتیپ‌ها بین محیط‌ها شود. با استفاده از روش gge بای‌پلات، مشخص شد که مولفه‌های اصلی اول و دوم به‎ترتیب 93/44 و 3/85 درصد و در مجموع 97/29 درصد از تغییرات عملکرد ریشه را تبیین کردند. در خصوص عملکرد شکر سفید، مولفه‌های اول و دوم به‎ترتیب 95/10 و 2/54 درصد و در مجموع 97/64 درصد از تغییرات را توجیه نمودند. با توجه به اینکه دو مولفه اصلی اول و دوم نقش مهمی در واریانس داده‌ها داشتند، بای‌پلات‌های مربوطه می‌توانند به‌خوبی تغییرات ژنوتیپ و برهمکنش ژنوتیپ×محیط را توضیح دهند. بای‌پلات همبستگی بین محیط‌ها نشان داد که از نظر عملکرد ریشه بین محیط‌های آزمایشی همبستگی مثبتی وجود دارد، همچنین بین شرایط محیطی کرج در سال 1402 و کرمانشاه در سال 1401 همبستگی مثبت کاملی برقرار است. بای‌پلات عملکرد شکر سفید نیز حاکی از همبستگی مثبت بین محیط‌های کرج و کرمانشاه بود. بر اساس بای‌پلات چندضلعی در دو مکان کرج و کرمانشاه در هر دو سال آزمایش، ژنوتیپ‌های 18، 15، 12، 14 و 8 بهترین ژنوتیپ‌ها از نظر عملکرد ریشه بودند. از نظر عملکرد شکر سفید در چهار محیط تحت بررسی ژنوتیپ‌های 18، 15 و 14 برتر بودند. بای‌پلات بررسی هم‌زمان پایداری و عملکرد نشان داد که ژنوتیپ‌های 18، 15، 12 و 14 دارای بیشترین میزان عملکرد ریشه و ژنوتیپ‌های 18، 15 و 14 دارای بیشترین میزان عملکرد شکر سفید و پایداری بودند و به‌عنوان بهترین ژنوتیپ‌ها شناخته شدند. بر اساس بای‌پلات ژنوتیپ ایده‌آل فرضی، از نظر عملکرد ریشه ژنوتیپ‌های 15، 12 و 14 و از نظر عملکرد شکر سفید ژنوتیپ‌های 18، 15، 14، 10 و 12 با توجه به اینکه کم‌ترین فاصله را با ژنوتیپ ایده‌آل فرضی داشتند، به‌عنوان بهترین ژنوتیپ‌ها معرفی شدند. با استفاده از شاخص پایداری چندمتغیره و اعمال فشار گزینشی 20 درصد، ژنوتیپ 16 به‌عنوان رتبه اول و ژنوتیپ‌های 10، 9 و 6 به‌عنوان رتبه‌های بعدی پایدارترین ژنوتیپ‌ها انتخاب شدند. مقایسه ارزش صفات در ژنوتیپ‌های منتخب نشان داد که ارزش صفات عملکرد ریشه و درصد قند ناخالص افزایش یافته و ارزش پتاسیم، نیتروژن آمینه و سدیم کاهش یافته است و در مجموع، ژنوتیپ‌های انتخابی باعث بهبود و پیشرفت در تمامی صفات مورد مطالعه شده‌اند. از طرفی تمامی صفات در ژنوتیپ‌های منتخب از وراثت‌پذیری بالایی برخوردار بودند.نتیجه‌گیری: نتایج به‌دست‌آمده نشان داد که برهمکنش‌های محیطی و ژنتیکی می‌توانند عملکرد ژنوتیپ‌ها را در شرایط مختلف تحت تاثیر قرار دهد و باعث ایجاد اختلافات معنی‌دار در عملکرد آن‌ها شود. در مجموع، ژنوتیپ‌های 18، 15، 14 و 10 به‌عنوان پایدارترین ژنوتیپ‌ها انتخاب شدند. 

exploring the genotype-environment interaction in sugar beet (beta vulgaris l.) genotypes for optimal selection

background: genotype-environment interaction, reflecting how genotypes respond differently across environments, significantly impacts breeding progress. this phenomenon poses challenges for breeders in selecting and evaluating superior genotypes. understanding the genotype-environment interaction enables breeders to meticulously assess and select genotypes that align well with target environment conditions. moreover, it offers opportunities to identify genotypes that exhibit positive interactions with specific environments or demonstrate robust performance in diverse environments. by cultivating genotypes in varied environments, breeders can observe genotypic responses, facilitating the selection of superior and stable genotypes. a thorough exploration of the genotype-environment interaction necessitates the application of robust statistical methods. in this study, a series of sugar beet hybrids were grown in diverse environments to investigate the impact of the genotype-environment interaction on the quantitative production potential of root yield and white sugar yield, assess their adaptability, and employ different statistical approaches to identify successful hybrids.methods: this research involved the cultivation of 18 sugar beet genotypes that encompassed 15 hybrids and three control varieties previously developed to enhance resistance against rhizomania, rhizoctonia, and cyst nematode diseases. phenotypic evaluations were conducted over two consecutive crop years (2022 and 2023) at two agricultural research stations in karaj, alborz, iran, and kermanshah, kermanshah, iran, utilizing a randomized complete block design with four replications. standard agricultural practices, including weed control, irrigation, fertilizer application, and other farm management activities, were implemented, throughout the cropping season. statistical analyses were performed on the collected data related to root yield and white sugar yield.results: the analysis of genotype main effects revealed a significant difference in both root yield and white sugar yield. the interaction effects of year-location and genotype-year-location at the 1% probability level for both root yield and white sugar yield traits and genotype-year at the 5% probability level on white sugar yield made a significant difference. these findings suggest that fluctuations in environmental conditions and genetic factors can impact genotype performance across diverse environments, leading to marked variations in root yield and white sugar yield among genotypes. using the gge biplot method, it was found that the first and second principal components of the genotype-environment interaction explained 93.44 and 3.85%, respectively, and a total of 97.29% of variations in the root yield. regarding the white sugar yield, the first and second principal components of the genotype-environment interaction explained 95.10 and 2.54%, respectively, and a total of 97.64% of variations. considering that the first and second principal components played an important role in the variance of the data, the respective biplots can well explain the genotype variations and the genotype-environment interaction. the association biplot illustrated positive correlations between experimental environments, with a strong positive correlation observed between karaj in 2023 and kermanshah in 2022 for the root yield. similarly, a positive correlation between the environments of karaj and kermanshah was identified in terms of the white sugar yield. genotypes 18, 15, 12, 14, and 8 exhibited superior root yields across locations, while genotypes 18, 15, and 14 excelled in the white sugar yield across the four studied environments. a combined assessment of stability and yield indicated that genotypes 18, 15, 12, and 14 excelled in the root yield, and genotypes 18, 15, and 14 performed exceptionally well in the white sugar yield and stability, being recognized as top-performing genotypes.