Yield stability and mega environment analysis based on the performance of quality protein maize in Sub-Saharan Africa
Loading...
Date
2013-06-30
Authors
Issa, AbduRahman Beshir
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
University of the Free State
Abstract
English: Quality protein maize (QPM) which is nutritionally enhanced, has the potential to alleviate malnutrition and related diseases in communities where maize is a dietary staple and often the only source of proteins. The wide dissemination and utilisation of QPM in Africa depends on the competitiveness of cultivars for grain yield and other agronomic traits compared to normal maize. This study was conducted to (i) evaluate the grain yield performance and stability of newly developed early maturing QPM hybrids under stress and non-stress environments of ESA (ii) analyse mega-environments of SSA based on the primary and secondary traits of QPM (iii) asses the adaptation pattern of QPM in SSA based on multivariate analysis techniques (iv) identify and recommend best performing and widely adapted early maturing open pollinated QPM varieties for large scale production in the region and (v) enhance the role of QPM in combating protein energy malnutrition and attendant diseases in SSA. The result of the evaluation of 96 single cross hybrids (95 QPM and one normal maize) for grain yield and stability showed that the candidate varieties out yielded the normal check based on combined ANOVA across 15 environments. Nine parametric and non-parametric measures were used to analyse grain yield stability. The parameters ranked the entries differently mainly due to the inclusion of extreme (stress) environments in the analysis and the less stable nature of single cross hybrids. Most of the stability parameters were significantly and positively correlated. AMMI and GGE biplots were effective for the analysis of the multi environment data set. The models were used to identify stable genotypes, discriminating environments and adaptation patterns of the entries in ESA. Entries 40 and 37 were the highest yielding while entry 60 was the most stable. The optimum environments in Harare, Zimbabwe were the most discriminating and representative. Mega-environment analysis using the GGE biplot grouped the environments into four groups, with each having more than one site except Chisumbanje, Zimbabwe which was identified as a separate mega-environment. AMMI2 explained 60% of the G x E interaction which was higher than the GGE2 (50%) which in turn was higher than the AMMI1 (35.73%) model. The GGE biplot options allow better visualisation of the complex multi-environment data than the AMMI model. Candidate QPM OPVs out yielded the normal maize commercial variety, Katumani in 37 environments of ECA based on two sets of trials conducted during 2006-2008. However, Katumani was earliest maturing in all the environments. The environments were grouped into different mega-environments based on grain yield and days to anthesis. The classification of environments into similar mega-environments will facilitate germplasm exchange among environments and will assist the large scale production of QPM in similar environments. It was found that recycling of QPM OPVs for more than three years or seasons will result in significant yield reduction. Hence, seeds should be renewed after three generations of recycling. Although this study should significantly contribute to the role of QPM in reducing malnutrition and related diseases in SSA through best performing genotypes, the fast-track deployment of QPM in the region, however, depends upon the presence of a functional maize seed system. A viable maize seed system will improve access and availability of QPM seeds, particularly OPV seeds, to resource poor farmers who are the most vulnerable to food and nutritional insecurity. Future research can also deal with the effect of diverse growing conditions of SSA on the nutritional quality of QPM and how farmers can maintain the seed and protein quality of OPVs.
Afrikaans: Kwaliteit proteïen mielies (QPM) wat verhoogde voedingswaarde het, het die potensiaal om wanvoeding en verwante siektes in gemeenskappe uit te wis waar mielies die stapel voedsel en dikwels die enigse bron van proteïen is. Die wye verspreiding en gebruik van QPM in Afrika hang af van hoe kompeterend QPM is in terme van opbrengs en ander agronomiese eienskappe teenoor gewone mielies. Hierdie studie is gedoen om (i) graanopbrengs en stabiliteit van nuut ontwikkelde vroeg ryp QPM basters onder stremmings en optimale toestande in oostelike en suidelike Afrika te bepaal (ii) om mega-omgewings van SSA te bepaal vanaf primêre en sekondêre eienskappe van QPM (iii) om die aanpassingspatrone van QPM in sub Sahara Afrika (SSA) te bepaal volgens multivariaat analise tegnieke (iv) om die bes produserende en aangepaste oop bestuifde QPM variëteite te identifiseer vir grootskaalse produksie in die area en (v) om die rol van QPM in die stryd teen proteïen wanvoeding en verwante siektes in SSA te vergroot. Die evaluasie van 96 enkelkruis basters (95 QPM en een normale baster) vir graanopbrengs het getoon dat die kandidaat variëteite hoër opbrengs as die normale baster gehad het in die ANOVA van 15 omgewings. Nege parametriese en nie-parametriese stabiliteitsmetings is gebruik om stabiliteit te bepaal. Die parameters het die inskrywings in verskillende volgordes geplaas hoofsaaklike a.g.v. die insluiting van ekstreme (stres) omgewings in die analise en die onstabiele karakter van enkelkruis basters. Meeste van die stabiliteitsparameters was betekenisvol positief gekorreleer. AMMI en GGE modelle was effektief vir die analise van die multi-omgewing datastel. Die modelle is gebruik om stabiele genotipes, diskriminerende omgewings en aanpassingspatrone van die inskrywings in oostelike en suidelike Afrika te bepaal. Inskrywings 40 en 37 het die hoogste opbrengs gegee, en inskrywing 60 was die mees stabiel. Die optimum omgewings by Harare-Zimbabwe was die mees diskriminerend en verteenwoordigend. Mega-omgewing analise met die GGE model het die omgewings in vier verdeel, elk met meer as een lokaliteit, behalwe Chisumbanje, Zimbabwe wat as ‘n aparte mega-omgewing gekategoriseer is. AMMI2 het 60% van die G x E interaksie verklaar wat hoër was as GGE2 (50%) wat weer hoër was as die AMMI1 (35.73%) model. Die GGE biplot opsie laat beter visualisering van komplekse multi-omgewing data toe as die AMMI model. Kandidaat QPM OPVs het hoër opbrengste gehad as die gewone kommersiële mielie variëteit, Katumani in 37 omgewings in oostelike en sentraal Afrika, gebasseer op twee stelle proewe wat uitgevoer is in 2006-2008. Katumani was egter die vroegste ryp in al die omgewings. Die omgewings is gegroepeer in verskillende mega-omgewings gebasseer op graanopbrengs en dae tot blom. Die klassifikasie van omgewings in soortgelyke megaomgewings sal kiemplasma uitruiling tussen omgewings fasiliteer en sal bydra tot grootskaalse produksie van QPM in soortgelyke omgewings. Daar is gevind dat die hersirkulering van QPM OPVs vir meer as drie jaar of seisoene betekenisvolle afname in opbrengs sal veroorsaak. Daarom moet saad met vars saad vervang word teen die vierde generasie. Alhoewel hierdie studie betekenisvol behoort by te dra tot die rol van QPM om verminderde wanvoeding en verwante siektes in SSA te weeg te bring deur beter presterende QPM genotipes vry te stel, sal die vinnige verspreiding van QPM in die streek afhang van ‘n funksionele mieliesaad sisteem. ‘n Lewensvatbare saadsisteem sal toegang en beskikbaarheid van QPM saad, veral OPV saad, vir hulpbronarm boere verhoog wat die mees sensitief is vir voedsel en voedings insekuriteit. Die verbetering van die sisteem waar verbeterde QPM variëteite miljoene boere in SSA kan bereik, is noodsaaklik. Toekomstige navorsing kan ook kyk na die effek van diverse produksietoestande in SSA op voedingswaarde van QPM en hoe boere saad en proteïen kwaliteit van OPVs kan onderhou.
Afrikaans: Kwaliteit proteïen mielies (QPM) wat verhoogde voedingswaarde het, het die potensiaal om wanvoeding en verwante siektes in gemeenskappe uit te wis waar mielies die stapel voedsel en dikwels die enigse bron van proteïen is. Die wye verspreiding en gebruik van QPM in Afrika hang af van hoe kompeterend QPM is in terme van opbrengs en ander agronomiese eienskappe teenoor gewone mielies. Hierdie studie is gedoen om (i) graanopbrengs en stabiliteit van nuut ontwikkelde vroeg ryp QPM basters onder stremmings en optimale toestande in oostelike en suidelike Afrika te bepaal (ii) om mega-omgewings van SSA te bepaal vanaf primêre en sekondêre eienskappe van QPM (iii) om die aanpassingspatrone van QPM in sub Sahara Afrika (SSA) te bepaal volgens multivariaat analise tegnieke (iv) om die bes produserende en aangepaste oop bestuifde QPM variëteite te identifiseer vir grootskaalse produksie in die area en (v) om die rol van QPM in die stryd teen proteïen wanvoeding en verwante siektes in SSA te vergroot. Die evaluasie van 96 enkelkruis basters (95 QPM en een normale baster) vir graanopbrengs het getoon dat die kandidaat variëteite hoër opbrengs as die normale baster gehad het in die ANOVA van 15 omgewings. Nege parametriese en nie-parametriese stabiliteitsmetings is gebruik om stabiliteit te bepaal. Die parameters het die inskrywings in verskillende volgordes geplaas hoofsaaklike a.g.v. die insluiting van ekstreme (stres) omgewings in die analise en die onstabiele karakter van enkelkruis basters. Meeste van die stabiliteitsparameters was betekenisvol positief gekorreleer. AMMI en GGE modelle was effektief vir die analise van die multi-omgewing datastel. Die modelle is gebruik om stabiele genotipes, diskriminerende omgewings en aanpassingspatrone van die inskrywings in oostelike en suidelike Afrika te bepaal. Inskrywings 40 en 37 het die hoogste opbrengs gegee, en inskrywing 60 was die mees stabiel. Die optimum omgewings by Harare-Zimbabwe was die mees diskriminerend en verteenwoordigend. Mega-omgewing analise met die GGE model het die omgewings in vier verdeel, elk met meer as een lokaliteit, behalwe Chisumbanje, Zimbabwe wat as ‘n aparte mega-omgewing gekategoriseer is. AMMI2 het 60% van die G x E interaksie verklaar wat hoër was as GGE2 (50%) wat weer hoër was as die AMMI1 (35.73%) model. Die GGE biplot opsie laat beter visualisering van komplekse multi-omgewing data toe as die AMMI model. Kandidaat QPM OPVs het hoër opbrengste gehad as die gewone kommersiële mielie variëteit, Katumani in 37 omgewings in oostelike en sentraal Afrika, gebasseer op twee stelle proewe wat uitgevoer is in 2006-2008. Katumani was egter die vroegste ryp in al die omgewings. Die omgewings is gegroepeer in verskillende mega-omgewings gebasseer op graanopbrengs en dae tot blom. Die klassifikasie van omgewings in soortgelyke megaomgewings sal kiemplasma uitruiling tussen omgewings fasiliteer en sal bydra tot grootskaalse produksie van QPM in soortgelyke omgewings. Daar is gevind dat die hersirkulering van QPM OPVs vir meer as drie jaar of seisoene betekenisvolle afname in opbrengs sal veroorsaak. Daarom moet saad met vars saad vervang word teen die vierde generasie. Alhoewel hierdie studie betekenisvol behoort by te dra tot die rol van QPM om verminderde wanvoeding en verwante siektes in SSA te weeg te bring deur beter presterende QPM genotipes vry te stel, sal die vinnige verspreiding van QPM in die streek afhang van ‘n funksionele mieliesaad sisteem. ‘n Lewensvatbare saadsisteem sal toegang en beskikbaarheid van QPM saad, veral OPV saad, vir hulpbronarm boere verhoog wat die mees sensitief is vir voedsel en voedings insekuriteit. Die verbetering van die sisteem waar verbeterde QPM variëteite miljoene boere in SSA kan bereik, is noodsaaklik. Toekomstige navorsing kan ook kyk na die effek van diverse produksietoestande in SSA op voedingswaarde van QPM en hoe boere saad en proteïen kwaliteit van OPVs kan onderhou.
Description
Keywords
Thesis (Ph.D. (Plant sciences : Plant Breeding))--University of the Free State, 2013, Corn -- Breeding -- Africa, Sub-Saharan, Corn -- Climate factors, Corn -- Economic aspects, Sub-Saharan Africa, Mega-environment analysis, G x E interaction, AMMI and GGE, Stability analysis, Grain yield, QPM