Journal of Crop Breeding

fa ارزیابی پایداری عملکرد دانه ارقام جو در شرایط دیم با استفاده از روش‌های پارامتری، نا‌پارامتری و شاخص‌های گزینشی چند‌صفتی Assessment of Grain Yield Stability of Barley Cultivars under Rainfed Conditions Using Parametric and Non-Parametric Methods, and Multi-Trait Indices اصلاح نباتات General پژوهشي Research مقدمه و هدف: جو (Hordeum vulgare L.) به&lrm;عنوان یکی از قدیمی‌ترین محصولات کشت شده در جهان، متعلق به جنس Hordeum و خانواده Poaceae و دارای عدد کروموزومی 2n=2x=14 است. طبق آخرین آمار سازمان خواربار و کشاورزی جهان، جو در سال 2023 با حدود 46 میلیون هکتار سطح زیر کشت و میزان تولید 7/145 میلیون تن، رتبه چهارم را در میان غلات پس از گندم، ذرت و برنج داشته است. افزایش جمعیت و ضرورت تأمین غذای کافی و مهم‌تر از همه، لزوم خودکفایی در تولیدات بخش کشاورزی با توجه بـه محدودیت منابع آب و کاهش سطح زیر کشت، موجب شده است تا دستیابی به ارقام جو با عملکرد بالا، از ضرورت‌های مهم بخش کشاورزی در نظر گرفته شود. اثر متقابل ژنوتیپ و محیط نشان&lrm;دهنده واکنش متفاوت به شرایط محیطی است، بدین معنی که بهترین ژنوتیپ در یک محیط، لزوماً در محیط دیگر نیز برترین ژنوتیپ نیست. محققین معیار‌های متفاوتی را جهت بررسی اثر متقابل ژنوتیپ و محیط، تشخیص پایداری ارقام و معرفی آن‌ها به کار برده‌اند که به طور کلی روش‌های تک متغیره و چند متغیره را در بر می‌گیرند. شاخص فاصله ژنوتیپ-ایدئوتیپ چند صفتی (MGIDI) و شاخص فاصله ژنوتیپ-ایدئوتیپ چند صفتی مبتنی بر تحلیل عاملی و طراحی ایدئوتیپ (FAI-BLUP) اخیراً به‌عنوان دو مدل برای انتخاب ژنوتیپ‌های ایده‌آل محصول بر اساس مجموعه‌ای از ویژگی‌های اندازه‌گیری شده، پیشنهاد شده‌اند. هدف از این پژوهش، شناسایی ارقام پایدار جو دیم از میان ارقام ایرانی و اروپایی در شرایط مختلف اقلیمی غرب ایران با استفاده از ترکیب روش‌های پارامتری، ناپارامتری و شاخص‌های ترکیبی انتخاب چندگانه (MGIDI و FAI-BLUP) بود. مواد و روش‌ها: به‌منظور تعیین پایداری عملکرد دانه در ارقام مختلف جو در منطقه غرب ایران، نه ژنوتیپ شامل شش رقم اروپایی و سه رقم ایرانی طی دو سال زراعی (1401–1400 و 1402–1401) در سه مکان از سه استان کرمانشاه، لرستان و ایلام در قالب طرح بلوک‌های کامل تصادفی با سه تکرار در شرایط دیم مورد ارزیابی قرار گرفتند. مدیریت زراعی در تمامی محیط‌ها به‌صورت یکنواخت اعمال گردید. تجزیه واریانس مرکب با در نظر گرفتن اثر ثابت ژنوتیپ و اثر تصادفی محیط انجام شد. برای ارزیابی پایداری، مجموعه‌ای از شاخص‌های پارامتری تک‌متغیره (شامل واریانس پایداری شوکلا، ضریب رگرسیون، انحراف از خط رگرسیون، اکووالانس ریک، شاخص برتری ژنوتیپی، شاخص مطلوبیت، ضریب تغییرات محیطی و واریانس محیطی) و ناپارامتری (شامل روش مجموع رتبه کانگ و آماره‌های Si و NPi) محاسبه شدند. همچنین از دو شاخص چندصفتی نوین MGIDI و FAI-BLUP برای انتخاب ژنوتیپ‌های برتر بر اساس مجموعه‌ای از شاخص‌های چندصفتی مرتبط با پایداری و عملکرد دانه استفاده شد. همبستگی بین شاخص‌های پایداری با عملکرد دانه نیز با استفاده از ضریب همبستگی اسپیرمن بررسی شد. یافته‌ها: نتایج تجزیه واریانس مرکب نشان داد که اثر محیط و اثر متقابل ژنوتیپ × محیط برای صفت عملکرد دانه بسیار معنی‌دار بود و سهم عمده تغییرات عملکرد ناشی از محیط بود، در حالی‌که اثر ژنوتیپ معنی‌دار نشد. این امر بیانگر واکنش متفاوت ارقام جو به شرایط متغیر محیطی و ضرورت استفاده از شاخص‌های پایداری بود. در نتیجه انتخاب ارقام مناسب بدون در نظر گرفتن پایداری امکان‌پذیر نیست. نتایج تجزیه پایداری با روش‌های پارامتری و ناپارامتری نشان داد که ارقام ALCE،SFERA ، NURE و AIACE ضمن داشتن عملکرد بالاتر از میانگین کل، از پایداری مطلوبی برخوردار بودند و به‌عنوان ارقام برتر شناخته شدند. به‌منظور انتخاب همزمان ژنوتیپ‌های برتر از نظر عملکرد و پایداری، شاخص‌های گزینشی چندصفتی MGIDI و FAI-BLUP مورد استفاده قرار گرفتند که نتایج آن‌ها دیدگاه جامع‌تری نسبت به روش‌های تک‌صفتی فراهم نمود. نتایج حاصل از شاخص MGIDI نشان داد که ژنوتیپ‌های PANAKA و SFERA دارای کمترین فاصله از ایدئوتیپ تعریف شده بوده و به‌عنوان ژنوتیپ‌های مطلوب انتخاب شدند. در مقابل، نتایج شاخص FAI-BLUP نشان داد که ژنوتیپ‌های ALCE و SFERA دارای بیشترین احتمال شباهت به ایدئوتیپ مطلوب بوده و به‌عنوان ژنوتیپ‌های برتر شناسایی شدند. همپوشانی انتخاب ژنوتیپ SFERA توسط هر دو شاخص MGIDI و FAI-BLUP میتواند بیانگر برتری پایدار این رقم از دیدگاه چندصفتی باشد. تفاوت در ژنوتیپ‌های منتخب توسط این دو شاخص نیز میتواند نشان‌دهنده ماهیت مکمل آن‌ها باشد؛ به‌طوری که MGIDI بیشتر بر تعادل صفات تمرکز دارد، در حالی که FAI-BLUP علاوه بر پایداری، وزن بیشتری به بهبود عملکرد می‌دهد. همبستگی بین شاخص‌ها نیز بیانگر آن بود که شاخص‌های PV (شاخص برتری ژنوتیپی)،  CV(ضریب تغییرات محیطی) و EV (واریانس محیطی) بیشترین قابلیت تفکیک ارقام پایدار و پر محصول را داشتند. نکته قابل توجه، وجود همبستگی مثبت و معنی‌دار بین شاخص‌های پارامتری و ناپارامتری بود. این همبستگی‌های قوی بین‌روشی، میتواند همپوشانی و سازگاری قابلتوجهی را بین شاخص‌های پارامتری و ناپارامتری در شناسایی ژنوتیپ‌های پایدار تایید نماید. نتیجه‌گیری: به‌طور کلی، نتایج این پژوهش نشان داد که استفاده همزمان از روش‌های پارامتری، ناپارامتری و شاخص‌های چندصفتی می‌تواند انتخاب دقیق‌تر و جامع‌تری از ارقام پایدار و برتر جو برای شرایط دیم غرب ایران را امکان‌پذیر سازد. ارقام ALCE، SFERA، NURE و AIACE به‌عنوان ارقامی با پایداری و عملکرد مطلوب شناخته شدند که می‌تواند گامی مؤثر در برنامه‌های اصلاحی جو و افزایش بهره‌وری این محصول در مناطق دیم باشد. شاخص‌های چندصفتی نیز به‌عنوان ابزارهای مکمل در فرآیند انتخاب، به ویژه زمانی که همزمان چندین صفت مورد توجه هستند، قابلیت کاربردی بالایی دارند. Background: Barley as one of the oldest cultivated crops in the world, belongs to the genus Hordeum and the family Poaceae with chromosome number of 2n = 2x = 14. According to the latest statistics of the Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO), barley covered approximately 46 million hectares worldwide in 2023, with a total production of about 145.7 million tons, ranking fourth among cereal crops after wheat, maize, and rice. Population growth and the necessity of ensuring adequate food supply, and more importantly achieving self-sufficiency in agricultural production in view of limited water resources and the reduction of cultivated areas, have made the development of high-yielding barley cultivars a major priority in agriculture. Genotype × environment interaction reflects the differential response of genotypes to the environmental conditions, meaning that the best genotype in one environment is not necessarily the best in another environment. Researchers have employed various criteria to investigate genotype × environment interaction, identify stable cultivars, and recommend them, which generally include both univariate and multivariate methods. Recently, the Multitrait Genotype–Ideotype Distance Index (MGIDI) and the Factor Analysis and Ideotype-Design–Based Genotype–Ideotype Distance Index (FAI-BLUP) have been proposed as two effective models for selecting ideal genotypes based on a set of measured traits. Therefore, the objective of this study was to identify stable rainfed barley cultivars among Iranian and European genotypes under diverse climatic conditions of western Iran using a combination of parametric, non-parametric, and multi-trait selection indices (MGIDI and FAI-BLUP). Methods: Nine genotypes, including six European cultivars and three Iranian cultivars, were evaluated to determine grain yield stability of barley cultivars in western Iran. The experiment was laid out over two cropping seasons (2020–2021 and 2021–2022) at three locations in three provinces—Kermanshah, Lorestan, and Ilam—using a randomized complete block design with three replications under rainfed conditions. Agronomic management practices were applied uniformly across all environments. Combined analysis of variance was performed considering genotype and environment as a fixed and a random effect, respectively. For stability assessment, a set of univariate parametric indices (including Shukla’s stability variance, regression coefficient, deviation from regression, Wricke’s ecovalence, superiority index, desirability index, environmental coefficient of variation, and environmental variance) and non-parametric methods (including Kang’s rank-sum method and the Si and NPi statistics) were calculated. In addition, the two modern multi-trait indices MGIDI and FAI-BLUP were used to select superior genotypes based on a set of multi-trait indices related to grain yield and stability. Spearman’s rank correlation was used to assess relationships among stability indices and grain yield. Results: The results of the combined analysis of variance indicated that the effects of environment and genotype × environment interaction were highly significant for grain yield, and that the major proportion of yield variation was attributed to the environment, whereas the main effect of genotype was not significant. This finding highlights the differential response of barley cultivars to variable environmental conditions and underscores the necessity of using stability indices. Consequently, selecting appropriate indicators without considering stability is not feasible. The results showed that the cultivars ALCE, SFERA, NURE, and AIACE, in addition to having grain yields higher than the overall mean, exhibited desirable stability and therefore they were identified as superior cultivars. In order to select simultaneously superior genotypes in terms of grain yield and stability, the multitrait selection indices such as MGIDI and FAI-BLUP were employed, and their results provided a more comprehensive perspective compared with single-trait approaches. The results of the MGIDI index indicated that the genotypes PANAKA and SFERA had the shortest distance from the defined ideotype and were therefore selected as desirable genotypes. In contrast, the results of the FAI-BLUP index showed that the genotypes ALCE and SFERA had the highest probability of similarity to the desired ideotype and were identified as superior genotypes. The selection overlap of genotype SFERA by both MGIDI and FAI-BLUP indices indicates its stable superiority from a multi-trait perspective. The difference in genotypes selected by these two indices also reflects their complementary nature; where MGIDI focuses more on traits balance, while FAI-BLUP, in addition to stability, places greater emphasis on yield improvement. Correlation analysis among indices also indicated that the PV (genotypic superiority index), CV (environmental coefficient of variation), and EV (environmental variance) had the greatest ability to discriminate stable and high-yielding cultivars. A notable point was the presence of significant positive correlations between the parametric and non-parametric indices. The strong correlation indicated substantial overlap and consistency between the parametric and non-parametric indices in identifying stable genotypes, confirming their agreement. Conclusion: Overall, the results of this study demonstrated that the simultaneous use of parametric and non-parametric methods along with multi-trait indices can enable a more accurate and comprehensive selection of stable and superior barley cultivars for rainfed conditions in western Iran. The cultivars ALCE, SFERA, NURE, and AIACE were identified as genotypes with desirable stability and yield performance and can contribute effectively to breeding programs and to increasing the productivity of barley in rainfed regions. Multi-trait indices also proved to be highly practical complementary tools in the selection process, particularly when multiple traits are considered simultaneously.   اثر متقابل ژنوتیپ × محیط, تجزیه پایداری, شاخص MGIDI, شاخص FAI-BLUP, Hordeum vulgare L. Genotype × environment interaction, Stability analysis, MGIDI index, FAI-BLUP index, Hordeum vulgare L. 0 0 http://jcb.sanru.ac.ir/browse.php?a_code=A-10-1006-1&slc_lang=fa&sid=1 Zeynab Mardani زینب مردانی zeynab.mardani90@gmail.com 100319475328460027841 100319475328460027841 No Razi University دانشگاه رازی Kianoosh Cheghamirza کیانوش چقامیرزا cheghamirza@yandex.ru 100319475328460027842 100319475328460027842 Yes Razi University دانشگاه رازی Leila Zarei لیلا زارعی lzarei1360@yahoo.com 100319475328460027843 100319475328460027843 No Razi University دانشگاه رازی Sohbat Bahraminejad صحبت بهرامی نژاد sohbah72@gmail.com 100319475328460027844 100319475328460027844 No Razi University دانشگاه رازی Reza Amiri رضا امیری rezaamiri20002007@yahoo.com 100319475328460027845 100319475328460027845 No Lorestan Agricultural and Natural Resources Research and Education Center مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی لرستان