بررسی پایداری تک‌متغیره و چندمتغیره جهت انتخاب لاین‌های امیدبخش گندم دوروم در شرایط محیطی مختلف

مقدمه و هدف: گندم که از جمله غلات تاثیرگذار میباشد، جزو مهم‎ترین منابع غذایی در کشورهای آسیایی و از جمله ایران است که سطح زیر کشت بیشتری را در مقایسه با سایر محصولات گیاهی در کشور به‎خود اختصاص داده است. گندم دوروم نوعی گندم تتراپلوئید است که اهمیت ویژه‌ای برای استفاده در صنایع غذایی و به‌ویژه تولید ماکارونی دارد. گندم دوروم منبع خوبی از فیبر غذایی، پروتئین و طیف وسیعی از ویتامین و مواد معدنی مانند آهن، منیزیم و ویتامین‎های گروهb  است که آن را به غذایی سالم و مغذی تبدیل می‌کند. این محصول همچنین دارای اهمیت اقتصادی خاصی برای کشور بوده و یک محصول استراتژیک است که تاثیر به‎سزایی در اقتصاد کشاورزی کشور دارد. بر اساس ثبات و پایداری بهره‌وری گیاهان در شرایط محیطی در حال تغییر، به‌نژادگران گیاهی می‌توانند محصولاتی را توسعه دهند که انعطاف پذیرتر بوده و پایداری مناسبی حتی در مواجهه با تغییرات آب و هوایی و سایر چالش‌های زیست محیطی دارند. هدف از مطالعه پیش‌رو بررسی نحوه پاسخ آنها به تغییرات محیطی جهت امکان‌سنجی معرفی این ژنوتیپ‌ها به‎عنوان ارقام قابل کاشت توسط زارعین است. مواد و روش‎ها: جهت امکان‌سنجی معرفی ارقام جدید گندم دوروم با عملکرد بالا و پایداری عملکرد مناسب در شرایط متفاوت محیطی، 18 ژنوتیپ گندم دوروم در کنار دو رقم شاهد (هانا و پارسی) در چهار سال زراعی (1393 الی 1396) در ایستگاه پژوهشی مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان کرمانشاه (ایستگاه تحقیقات کشاورزی اسلام‎آباد غرب) بر اساس طرح بلوک‌های کامل تصادفی در سه تکرار مورد مطالعه قرار گرفتند. تجزیه واریانس مرکب با توجه به معنی‌دار شدن اثرمتقابل ژنوتیپ × محیط برای عملکرد دانه، مقایسه میانگین برای ژنوتیپ‌ها و محیط و همچنین برای اثرمتقابل آنها انجام گرفت و همچنین تجزیه پایداری به روش‌های تک و چندمتغیره محاسبه شد. روش‌های مورد استفاده تک‌متغیره شامل پارامترهای واریانس محیطی (s2)، ضریب تغییرات محیطی مربوط به کلیه محیط‌های مورد بررسی (cv)، اکووالانس ریک (w2)، واریانس پایداری شوکلا (shukla-var)، ضرایب رگرسیون بر اساس مدل ابرهارت-راسل برای تجزیه اثرمتقابل ژنوتیپ × محیط به اجزای رگرسیون (b)، مقدار خطای استاندارد یا انحراف از خط‌رگرسیون در مدل ابرهارت-راسل (sd) و مقدار ضریب ‌تبیین مدل رگرسیون در مدل ابرهارت-راسل (r2) بود. همچنین، روش‌های چند‌متغیره شامل روش ammi، روش gge و روش نقشه ‌گرمایی جهت تحلیل پایداری ژنوتیپ‎ها مورد استفاده قرار گرفت. جهت محاسبات مربوط به تحلیل واریانس مرکب و مقایسه میانگین از نرم‎افزار sas استفاده شد. همچنین محاسبات تک‌متغیره پایداری نیز با استفاده از کدهای نوشته شده توسط نویسندگان در زبان ماتریس نرم‎افزار sas که به زبان انفعالی ماتریسی یاinteractive matrix language معروف است انجام گرفت. نرم‎افزار r و کتابخانه agricolae برای محاسبات مربوط به روش‌های چندمتغیره در مدل ammi و gge استفاده شد. رسم نقشه‌ گرمایی نیز در نرم‎افزار r و با کتابخانه ggcorrplot انجام شد.یافتهها: تحلیل واریانس مرکب در این پژوهش نشان‌دهنده معنی‌دار بودن اثرات اصلی ژنوتیپ و محیط به‎تنهایی و اثر متقابل ژنوتیپ × محیط در عملکرد دانه بود. به دلیل معنی‌دار بودن اثرمتقابل ژنوتیپ × محیط، پاسخ ژنوتیپ‌ها به محیط‌های مختلف متفاوت است، بنابراین جهت امکان‌سنجی معرفی ارقام جدید دوروم با پتانسیل بالا از جنبه عملکرد دانه و پایداری تولید در محیط‌های متفاوت تجزیه پایداری به روش‌های تک‌متغیره و چندمتغیره انجام گرفت. نتایج نقشه‌گرمایی نشان داد که این روش قادر به تفکیک سه گروه محیطی بود و تاییدکننده‌ی نتایج مقایسه میانگین بود. تعداد گروه‌های تفکیک شده ژنوتیپ‌ها بر اساس محیط‌های آزمایشی نیز شامل چهار گروه متفاوت بود. روش‌های متفاوت پایداری مورد استفاده در این پژوهش نیز تفاوت‌هایی را در ارتباط با پایداری و حساسیت ژنوتیپ‌ها نشان داد. بنابراین، در نهایت از روش رتبه‌بندی بر اساس مدل‌های مختلف پایداری استفاده شد. بر این اساس، ژنوتیپ‌های شماره 16، 14، 13 و 3 بر اساس همه روش‌های پایداری دارای عملکرد دانه بالا و پایداری مناسب (بالاتر از متوسط) و ژنوتیپ‌های شماره 18 و 19 نیز دارای پایداری بالا و عملکرد دانه مناسب بودند. چهار ژنوتیپ اول که پایداری مناسبی داشتند، دارای عملکرد متوسط بالاتر از هر دو شاهد بودند ولی دو ژنوتیپ بعدی که دارای پایداری بالایی بودند، عملکرد بیشتر از رقم هانا و کمتر از رقم پارسی نشان دادند. نتیجه‎گیری: با بررسی روش‌های مختلف پایداری تک‌متغیره شامل واریانس محیطی، ضریب تغییرات محیطی، واریانس شوکلا، روش مجموع مربعات رگرسیون، ضریب رگرسیون، باقی‎مانده مدل رگرسیون و ضریب تببین به‎همراه روش‌های چند‌متغیره شامل مدل ammi و مدل gge و همچنین روش نقشه‌گرمایی جهت تخمین پایداری و نحوه پاسخ 18 ژنوتیپ گندم دوروم به‎همراه دو رقم شاهد (هانا و پارسی)، مشخص گردید که نقشه ‌گرمایی کارایی مناسبی جهت برسی پاسخ ژنوتیپ‎ها به شرایط محیطی داشت و قادر به تفکیک سه گروه محیطی بود که نتایج مقایسه میانگین را تایید نمود. تعداد گروه‌های تفکیک شده ژنوتیپ‌ها بر اساس محیط‌های آزمایشی نیز شامل 4 گروه متفاوت بود. بر اساس نتایج تحلیل‎های پایداری، ژنوتیپ‌های 14، 16، 13 و 3 دارای عملکرد نهایی بالا و پایداری مناسب (بالاتر از متوسط) بر اساس همه روش‌های پایداری و ژنوتیپ‌های 19 و 18 نیز دارای پایداری بالا و عملکرد کل مناسب (بالاتر از متوسط) بودند. چهار ژنوتیپ اول که پایداری مناسبی داشتند دارای عملکرد متوسط بالاتر از هر دو شاهد بودند ولی دو ژنوتیپ بعدی که دارای پایداری بالایی بودند عملکرد بیشتر از رقم هانا و کمتر از رقم پارسی نشان دادند. در نهایت پیشنهاد می‌گردد که این شش ژنوتیپ جهت بررسی بیشتر وارد آزمایش‌های منطقه‌ای تحقیقی-ترویجی گردند تا در نهایت مناسب‌ترین آنها به‎عنوان رقم جدید گندم دوروم معرفی شود. 

screening elite genotypes of durum wheat based on univariate and multivariate stability models under unpredictable environments

extended abstractbackground: as one of the most influential cereals, wheat is among the most important food sources in asian countries, including iran, which has more cultivated area than other plant crops in iran. durum wheat is a type of tetraploid wheat that is particularly important for use in the food industry, especially pasta production. durum wheat is a good source of dietary fiber, protein, and a wide range of vitamins and minerals such as iron, magnesium, and b vitamins, making it a healthy and nutritious food. this product also has a special economic importance for iran and is a strategic product that has a significant impact on the country’s agricultural economy. based on the stability and productivity of plants in changing environmental conditions, plant breeders can develop products that are more flexible and have good stability even in the face of climate change and other environmental challenges. the upcoming study aims to investigate the durum wheat genotypes produced by iranian breeders and their response to environmental changes to make it possible to introduce these genotypes as cultivars that can be planted by farmers.methods: to verify the feasibility of introducing new durum wheat varieties with high yields and stable performance in different environmental conditions, 18 genotypes of durum wheat along with two control varieties (hana and parsi) were studied in four crop years at the research station of the agricultural research and training center and the natural resources of kermanshah province (islamabad west agricultural research station) based on a completely randomized block design in three replications and four consecutive years from 2013 to 2016. after adjusting the data, composite variance analysis was performed considering year × genotype in relation to grain yield. due to the significance of the genotype × environment interaction effect, the averages were compared for genotypes and the environment, as well as for their interaction, and stability analysis was calculated by univariate and multivariate methods. the univariate methods included environmental variance parameters (s2), coefficient of environmental changes related to all investigated environments (cv), rick’s equivalence (w2), shukla’s stability variance (shukla-var), regression coefficients based on the eberhart-russell model to analyze the genotype × environment interaction effect on the regression components (b), the standard error value or deviation from the regression line in the eberhart-russell model (sd), and the explanatory coefficient value of the regression model in the eberhart-russell model (r2). moreover, multivariate methods, including the ammi method, the gge method, and the heat mapping method, were used to analyze the stability of genotypes. sas software was used for calculations related to composite analysis of variance (anova) and mean comparison. univariate stability calculations were done using the codes written by the authors in the matrix language of sas software, which is known as interactive matrix language. r software and the agricolae library were used for calculations related to multivariate methods in ammi and gge models. heat mapping was also done in r software with the ggcorrplot library.results: the composite anova in this research showed the significance of the main effects of genotype and environment alone and the genotype × environment interaction effect in grain yield. due to the significant genotype × environment interaction effect, the response of genotypes to different environments is different. thus, analysis of stability was carried out by univariate and multivariate methods to allow for the introduction of new durum cultivars with high potential in terms of grain yield and production stability in different environments. the heat mapping results showed that this method could separate the three environmental groups and confirmed the average comparison results. the number of separated groups of genotypes based on experimental environments also included four different groups. the different stability methods used in this research also showed differences in relation to the stability and sensitivity of genotypes. therefore, the ranking method was used based on different sustainability models. accordingly, genotypes 3, 13, 14, and 16 produced high final yields and good stability (above average), and genotypes 18 and 19 showed high stability and good total yields based on all stability methods. the first four genotypes, with good stability, produced a higher average yield than both controls, but the next two genotypes, with high stability, showed a higher yield than the hana variety and less than the parsi variety.conclusion: different methods of univariate stability, including environmental variance, coefficient of environmental change, shokla variance, the regression sum of squares method, regression coefficient, the residual of the regression model, and explanatory coefficient, along with multivariate methods, including ammi and gge models as well as the heat mapping method were examined to estimate the stability and the response of 18 durum wheat genotypes along with two control varieties (hana and parsi). it was found that heat mapping had a good performance in assessing the response of the genotypes to environmental conditions and could separate three environmental groups, which confirmed the results of the average comparison. the number of separated groups of genotypes based on experimental environments included four different groups. based on the stability analysis results, genotypes 14, 16, 13, and 3 produced high final yields and good stability (above average) based on all stability methods, and genotypes 19 and 18 showed high stability and good total yields (above average). the first four genotypes, with good stability, produced higher average yields than both controls, but the next two genotypes, with high stability, showed higher yields than the hana variety and less than the parsi variety. finally, it is suggested that these six genotypes enter the regional research-promotion tests for further investigation so that the most suitable ones are finally introduced as a new variety of durum wheat.