Iranian Society of Crops and Plant Breeding Sciences

fa ارزیابی پایداری عملکرد دانه اکوتیپ‌های سیاه‌دانه (.Nigella sativa L) با استفاده از آماره‌های ناپارامتری Evaluation of seed yield stability of black cumin (Nigella sativa L.) ecotypes using non-parametric statistics تخصصي Special پژوهشي Scientific & Research یکی از مباحث مهم در به‌نژادی گیاهان دارویی، برهمکنش ژنوتیپ × محیط است که روش‌های آماری متعددی برای برآورد آن و انتخاب ژنوتیپ‌های با عملکرد پایدار و پرمحصول معرفی شده است. در این آزمایش 36 اکوتیپ‌ سیاه‌دانه، در قالب طرح بلوک‌های کامل تصادفی با سه تکرار در چهار ایستگاه تحقیقاتی (کرج، مشهد، گرگان و لرستان) در دو سال زراعی 1402-1401 و 1403-1402 مورد ارزیابی قرار گرفتند. نتایج تجزیه واریانس مرکب نشان داد که اثر اکوتیپ و برهمکنش ژنوتیپ × محیط معنی‌دار بود. با توجه به نتایج آماره‌های ناپارامتری اکوتیپ‌های 17 (TN-59-248)، 2 (TN-59-5)، 20 (TN-59-252)، 10 (TN-59-133)، 15 (TN-59-223) و 22 (TN-59-255) به‌عنوان اکوتیپ‌های پایدار و اکوتیپ‌های 27 (TN-82-676)، 33 (TN-82-750) و 9 (TN-59-118) به‌عنوان اکوتیپ‌های ناپایدار شناسایی شدند. نتایج نشان داد که میانگین عملکرد دانه اکوتیپ‌های سیاه‌دانه 1228 کیلوگرم در هکتار) همبستگی مثبت و معنی‌داری با آماره TOP داشت. بر اساس نتایج تجزیه به مؤلفه‌های اصلی، آماره‌های ناپارامتری در سه گروه قرار گرفتند. بر اساس نتایج تجزیه خوشه‌ای نیز آماره‌های ناپارامتری در چهار گروه متمایز قرار گرفتند. بر اساس نتایج تجزیه خوشه‌ای، اکوتیپ‌های سیاه‌دانه در چهار گروه اصلی و اکوتیپ‌های برتر در یک گروه قرار گرفتند. بر اساس نتایج آماره‌های ناپارامتری، اکوتیپ‌های 10 (TN-59-133) و 17 (TN-59-225) به‌ترتیب با میانگین عملکرد دانه 1484 و 1461 کیلوگرم در هکتار بیشترین عملکرد دانه را داشتند و به‌عنوان اکوتیپ‌های با عملکرد بالا و پایدار جهت استفاده در برنامه‌های به‌نژادی و معرفی به عنوان رقم مناسب برای کرج، مشهد، گرگان و لرستان و محیط‌های مشابه شناسایی شدند.   Introduction: Black cumin (Nigella sativa L.) is an annual medicinal plant of the Ranunculaceae family, native to the Middle East and the Indian subcontinent, and is widely cultivated in Iran for its valuable oil, protein, alkaloids, and essential oils with proven anti-inflammatory, antibacterial, anticancer, and antioxidant properties. Genotype × environment (G×E) interaction is a major challenge in plant breeding because it complicates the identification of high-yielding and yield-stable genotypes. Non-parametric stability methods are particularly useful when data are not normally distributed or when outlier genotypes are present, since they are based on yield ranking rather than distributional assumptions. While non-parametric statistics have been successfully applied in crops such as maize, safflower, lentil, and wheat, few studies have evaluated black cumin germplasm from the National Plant Gene Bank of Iran. Materials and Methods: In this experiment, 36 black cumin (Nigella sativa L.) ecotypes were evaluated using randomized complete block design with three replications across four research stations in Iran (Karaj, Mashhad, Gorgan, and Lorestan) over two growing seasons (2022–23 and 2023–24). Combined analysis of variance was performed to assess the ecotype × environment interaction (with environment defined as the combination of year and location, i.e., eight environments). Non-parametric stability statistics were calculated including Huhn and Nassar (S(1), S(2), S(3), S(6)), Thennarasu (NP(1), NP(2), NP(3), NP(4)), Fox (TOP and LOW), and Kang's rank mean (KR). Spearman's rank correlation, principal component analysis, and cluster analysis were used to investigate relationships among the statistics, and all analyses were performed using R 4.4.2 software. Results: Combined analysis of variance revealed that the main effect of ecotype and ecotype × environment interaction were significant at the 1% probability level, indicating significant genetic diversity and different responses of ecotypes to environment. The sum of Zi(1) (56) and Zi(2) (48.32) values was less than the critical χ² value with 35 degrees of freedom, indicating no significant difference among ecotypes. Based on the different non-parametric statistics, ecotypes 10 (TN-59-133), 17 (TN-59-225), and 20 (TN-59-252) were consistently identified as the most high-yielding and yield-stable ecotypes. Mean seed yield had a positive and significant correlation with the TOP statistic and a negative correlation with S(3), S(6), NP(2), NP(3), NP(4), KR, and LOW statistics. Positive and significant correlations were observed among the Huhn and Nassar and Thennarasu statistics. Principal component analysis classified the non-parametric statistics into four distinct groups, explaining 82.4% of the total variance, with S(1), NP(1), and NP(4) in one group and TOP, MID, and yield in another. Cluster analysis of the statistics revealed two main clusters and five sub-clusters, confirming that rank-based statistics provide similar information. Cluster analysis of ecotypes placed the superior ecotypes 10 (TN-59-133), 17 (TN-59-225), and 20 (TN-59-252) in one group. The highest seed yields were recorded for ecotypes 10 (TN-59-133, 1484 kg.ha-1) and 17 (TN-59-225, 1461 kg.ha-1), which also exhibited high yield stability. Conclusion: The results of the present experiment demonstrated that significant genetic diversity exists among black cumin ecotypes, providing a suitable basis for selection and development of superior cultivars. Non-parametric stability statistics effectively identified high-yielding and yield-stable ecotypes. Ecotypes 10 (TN-59-133), 17 (TN-59-225), and 20 (TN-59-252) showed consistent high yield and yield stability. The significant correlations between the statistics and the results of principal component and cluster analyses confirmed the reliability of the selected ecotypes. Therefore, ecotypes 10 (TN-59-133) and 17 (TN-59-225) were identified as high-yielding and yield-stable ecotypes for utilization in black cumin breeding programs and for release as suitable cultivars for Karaj, Mashhad, Gorgan, and Khorramabad and regions with similar environmental conditions. برهمکنش اکوتیپ و محیط, تجزیه پایداری, تجزیه خوشه‌ای, تجزیه همبستگی و سیاه‌دانه Black cumin, Cluster analysis, Correlation, Ecotype × environment interaction and Stability analysis 304 323 http://agrobreedjournal.ir/browse.php?a_code=A-10-1633-1&slc_lang=fa&sid=1 Hamid Reza Fanaei حمید رضا فنایی fanay52@yahoo.com 100319475328460013752 100319475328460013752 No Seed and Plant Improvement Institute, Agricultural Research, Education and Extension Organization, Karaj, Iran 2. Expert, Seed and Plant Improvement Institute, Agricultural Research, Education and Extension Organization, Karaj, Iran مؤسسه تحقیقات اصلاح و تهیه نهال و بذر، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، ایران Manni Marefatzadeh-Khameneh مانی معرفت زاده خامنه mani.marefatzadeh@gmail.com 100319475328460013753 100319475328460013753 Yes Seed and Plant Improvement Institute, Agricultural Research, Education and Extension Organization, Karaj, Iran مؤسسه تحقیقات اصلاح و تهیه نهال و بذر، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، ایران Majid Reza Kianei freez مجید رضا کیانی فریز m.kiani@areeo.ac.ir 100319475328460013754 100319475328460013754 No Field and Horticultural Crops Science Research Department, Razavi Khorasan Agricultural and Natural Resources Research and Education Center, Agricultural Research, Education and Extension Organization, Mashhad, Iran بخش تحقیقات علوم زراعی و باغی، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی خراسان رضوی، سازمان تحقیقات، ترویج و آموزش کشاورزی، مشهد، ایران Mohammad Taghi Feazbakhsh محمدتقی فیض بخش feyz_54@yahoo.com 100319475328460013755 100319475328460013755 No Field and Horticultural Crops Science Research Department, Golestan Agricultural and Natural Resources Research and Education Center, Golestan, Iran بخش تحقیقات علوم زراعی و باغی، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی گلستان، سازمان تحقیقات، ترویج و آموزش کشاورزی، گلستان، ایران Masoud Rafeei مسعود رفیعی rafieemasoud@yahoo.com 100319475328460013756 100319475328460013756 No Field and Horticultural Crops Science Research Department, Lorestan Agricultural and Natural Resources Research and Education Center, Agricultural Research, Education and Extension Organization, Khoarramabad, Iran بخش تحقیقات علوم زراعی و باغی، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی لرستان، سازمان تحقیقات، ترویج و آموزش کشاورزی، لرستان، ایران