ارزیابی پایداری عملکرد هیبریدهای سیب‎ زمینی (solanum tuberosum l.) با استفاده از روش‌های آماری ناپارامتری

مقدمه و هدف: سیب‌زمینی (solanum tuberosum l.) یک محصول غذایی مهم است که انرژی کم‎ هزینه و پروتئین باکیفیت فراهم می‌کند. به‎ عنوان یک محصول اساسی در کشاورزی جهانی، سیب‌زمینی به ‎ویژه در کشورهای در حال توسعه از اهمیت تغذیه‌ای بالایی برخوردار است. سیب‌زمینی سومین محصول مهم غذایی جهان پس از برنج و گندم است و به‎ عنوان منبعی مهم از ویتامین‌ها و مواد معدنی ضروری نقش کلیدی در امنیت غذایی جهانی، به‎ ویژه در کشورهای در حال توسعه، ایفا می‌کند. در ایران، سطح زیرکشت سیب‌زمینی حدود 81 هزار هکتار با میانگین عملکرد 30/8 تن در هکتار و تولید سالانه 2/5 میلیون‎ تن است. با افزایش تقاضای جهانی غذا، بهبود عملکرد و پایداری تولید این محصول ضروری است. عملکرد سیب‌زمینی یک صفت کمی پیچیده است که توسط ژن‌های متعدد کنترل ‎شده، تحت ‎تاثیر ژنوتیپ، محیط و اثر متقابل آن‌ها قرار دارد. درک اثر ژنوتیپ × محیط (ge) برای ارزیابی پایداری عملکرد و سازگاری ژنوتیپ‌ها تحت شرایط مختلف ضروری است. این اثر متقابل می‌تواند علاوه ‎بر تغییر در مقدار، سبب تغییر رتبه ارقام در محیط‌های مختلف شود و چالش‌هایی را برای برنامه‌های اصلاح نباتات ایجاد کند. اثر متقابل ge به‎ طور گسترده توسط بیومتریست‌ها مورد مطالعه قرار گرفته ‎است و روش‌های متعددی برای تجزیه و تحلیل آن توسعه داده شده‎ اند. شاخص‌های مختلف پایداری به محققان این امکان را داده‎ است که ژنوتیپ‌های با پایداری و سازگاری بالا را از ژنوتیپ‌هایی که سازگار به یک محیط خاص هستند تفکیک کنند. روش‌های ناپارامتریک متعددی برای تحلیل پاسخ ژنوتیپ‌ها به تغییرات محیطی پیشنهاد شده‌اند که جایگزین‌های مناسبی برای معیارهای پایداری پارامتریک، به‎ ویژه در مواجهه با داده‌های پرت، ارائه می‌دهند. روش­ های ناپارامتریک مبتنی ‎بر رتبه، ارزیابی قابل اعتمادی را از پایداری ژنوتیپ‌ها بدون نیاز به فرضیات آماری سخت‌گیرانه امکان‌پذیر می‌سازند. این پژوهش با هدف مقایسه عملکرد و بررسی اثر متقابل ge در 25 هیبرید و رقم سیب‌زمینی در پنج منطقه طی دو سال انجام شد تا ژنوتیپ‌های پرمحصول و پایدار شناسایی شوند.مواد و روش‌ها: بیست هیبرید سیب‌زمینی همراه با پنج رقم شاهد (ساوالان، آگریا، کایزر، لوکا و ساتینا) در قالب طرح بلوک‌های کامل تصادفی با سه تکرار تحت شرایط آب و هوایی متفاوت در اردبیل، خراسان رضوی، کرج، اصفهان و همدان مورد ارزیابی قرار گرفتند. داده‌های عملکرد غده از ردیف‌های میانی هر کرت جمع‌آوری شدند. برای بررسی پایداری ارقام و هیبریدها، از روش‌های آماری ناپارامتری هان (si(1)، si(2)، si(3) و si(6))، آماره ‎های تنارازو (np1، np2، np3 و np4)، آماره‌های صباغ‌نیا (nsi(1) و nsi(2)) آماره پایداری کتاتا (myσ و σr)، آماره پایداری fox-rank و آماره پایداری مجموع رتبه استفاده شد.یافته‌ها: تجزیه واریانس مرکب نشان داد که اثرات اصلی ژنوتیپ، سال، مکان و اثرات متقابل دو‌گانه و سه‌گانه بین ژنوتیپ، سال و مکان در سطح احتمال 1% معنی‌دار بودند. به ‎دلیل تفاوت زیاد بین محیط‌ها، بررسی پایداری پویا در اولویت قرار گرفت. آماره‌های پایداری که همبستگی بالایی با عملکرد ژنوتیپ‌ها داشتند، شامل روش فاکس، آماره σmy و میانگین رتبه پایداری انتخاب شدند. بر اساس این معیارها، هیبریدهای 5، 1 و 8 به‎عنوان پایدارترین و پرمحصول‌ترین ژنوتیپ‌ها شناسایی شدند. هیبرید 5 با عملکرد 41/21 تن در هکتار، بالاترین عملکرد را در بین تمام ارقام و هیبریدهای مورد مطالعه نشان داد. با این حال، سایر روش‌های ناپارامتریک همبستگی معنی‌داری با میانگین عملکرد نداشتند و به‎ منظور استفاده کاربردی آن‎ها از پلات عملکرد و شاخص پایداری استفاده شد تا از این طریق ژنوتیپ‌هایی انتخاب شوند که همزمان پایداری و عملکرد مطلوبی داشته ‎باشند. بر اساس آماره ‎های si(1) و si(2)، هیبرید شماره 5 با قرارگیری در بهترین موقعیت پلات به­ عنوان ژنوتیپ پایدار و پرمحصول معرفی شد. بر اساس آماره si(3)، هیبریدهای 5، 6، 3 و رقم ساوالان؛ آماره si(6)  هیبریدهای 17، 3 و 6؛ آماره np1 هیبریدهای 17، 19 و 6؛ آماره np2 هیبریدهای 17، 3، 6، 8 و رقم ساوالان؛ آماره‌های np3 و np4 هیبریدهای 17 و 6؛ آماره nsi(1) هیبریدهای 9، 3 و رقم شاهد ساتینا؛ و آماره nsi(2) هیبریدهای 3 و 6 با قرار گرفتن در ناحیه اول، به‎ عنوان ارقام و هیبریدهای دارای عملکرد بالاتر از میانگین و سازگاری عمومی به محیط‌های مختلف معرفی شدند. از ضریب همبستگی رتبه‌ای اسپیرمن برای بررسی روابط بین پارامترهای پایداری استفاده شد. همچنین، تحلیل خوشه‌ای سلسله مراتبی (براساس مقادیر وزن‎ دهی‎ نشده ژنوتیپ‌ها) برای درک ارتباط بین روش‌های ناپارامتریک انجام شد.نتیجه‌گیری: در این مطالعه، برای ارزیابی پایداری عملکرد هیبریدهای سیب‌زمینی از روش‌های آماری ناپارامتری استفاده شد. با توجه به تاکید بر پایداری پویا، روش‌های فاکس، آماره σmy و میانگین رتبه پایداری به‎ عنوان معیارهای کلیدی انتخاب شدند که منجر به معرفی هیبریدهای 5، 1 و 8 به‎ عنوان هیبریدهای بهینه شد. با توجه به ماهیت پویای پایداری این هیبریدها، انتظار می‌رود که عملکرد آن‎ها در شرایط محیطی بهبود پیدا کند و با کاربرد نهاده‌های کشاورزی بهینه، افزایش یابد.

evaluation of the yield stability of potato (solanum tuberosum l.) cultivars and hybrids using non-parametric statistical methods

extended abstractbackground: potato (solanum tuberosum l.) is an important food crop that provides low-cost energy and high-quality protein. as a staple crop in global agriculture, potatoes hold significant nutritional value, particularly in developing countries. ranked as the world's third most important food crop after rice and wheat, potatoes serve as an important source of vitamins and essential minerals, playing a key role in global food security, especially in developing nations. in iran, the cultivated area of potatoes spans approximately 81,000 hectares, with an average yield of 30.8 tons per hectare and an annual production of 2.5 million tons. given the rising global food demand, it is essential to improve the yield and sustainability of this crop. potato yield is a complex quantitative trait controlled by multiple genes and influenced by the genotype, environment, and their interaction (ge). understanding the ge interaction is crucial for evaluating yield stability and genotype adaptability under varying conditions. this interaction can lead to rank changes among cultivars across different environments, in addition to a change in quantity, posing challenges for breeding programs. the g × e interaction has been extensively studied by biometricians, with numerous analytical methods developed to assess it. various stability indices allow researchers to distinguish genotypes with high stability and adaptability from those suited only to specific environments. nonparametric methods have been proposed as robust alternatives to parametric stability measures, particularly when dealing with outliers. rank-based nonparametric methods enable reliable stability evaluations without stringent statistical assumptions. this study aimed to compare yield performance and analyze the g × e interaction in 25 potato hybrids and cultivars across five regions over 2 years to identify high-yielding and stable genotypes.methods: twenty potato hybrids, along with five control cultivars (savalan, agria, kaiser, luca, and satina), were evaluated in a randomized complete block design with three replications under varying climatic conditions in ardabil, khorasan razavi, karaj, isfahan, and hamedan. tuber yield data were collected from the middle rows of each plot. stability was assessed using nonparametric statistical methods, including huehn's indices (si(1), si(2), si(3), and si(6)), thennaro's statistics (np1, np2, np3, and np4), sabaghnia's indices (nsi(1) and nsi(2)), katata's stability parameters (σx and σmy), fox-rank stability statistic, and rank-sum stability statistic. results: the results of the combined analysis of variance indicated that the main effects of genotype, year, location, and the two-way and three-way interactions between genotype, year, and location were significant at the 1% probability level. dynamic stability was prioritized due to substantial differences in environments. thus, methods that have a high correlation with the performance of genotypes were used in this study.  the stability statistics of fox, the σmy statistic, and the average stability rank were selected to select stable and high-yielding genotypes. based on these statistics, hybrids 5, 1, and 8 were identified as the most stable and high-yielding genotypes, respectively. hybrid 5 exhibited the highest yield (41.21 t/ha) among all tested cultivars and hybrids. however, other nonparametric correlation methods did not show a significant relationship with mean performance. for their practical application, performance plots and stability indices were used to select genotypes that simultaneously exhibit both stability and desirable performance. based on the si(1) and si(2) statistics, hybrid 5 was identified as a stable and high-yielding genotype due to its optimal position in the plot. according to si(3): hybrids 5, 6, 3, and the savalan cultivar; si(6): hybrids 17, 3, and 6; np1: hybrids 17, 19, and 6; np2: hybrids 17, 3, 6, 8, and the savalan; np3 and np4: hybrids 17 and 6; nsi(1): hybrids 9, 3, and the control cultivar satina; and nsi(2): hybrids 3 and 6, were identified as having above-average performance and general adaptability to different environments. simple correlation coefficients using spearman's rank correlation were used to measure the relationship between the stability parameters. a hierarchical cluster analysis based on non-weighted values of genotypes was performed to understand the nature of relationships among the nonparametric methods. conclusion: given the emphasis on dynamic stability, the methods of fox, the σmy statistic, and the mean stability rank were selected as key criteria, leading to the identification of hybrids 5, 1, and 8 as the optimal hybrids. due to the dynamic nature of these hybrids' stability, their performance is expected to improve under enhanced environmental conditions and with the optimized application of agricultural inputs.