Genetic variability of South African spring wheats for milling and breadmaking quality
Loading...
Date
2003-12
Authors
Koekemoer, Francois Petrus
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
University of the Free State
Abstract
English: The main aim of this study was to use a data with regards to milling and baking quality
characteristics generated under similar environmental locations and seasons, in order to
determine the source, size and magnitude of genotype x environment interaction; the optimal
locality, year, and replication combinations; to compare the various available statistical
procedures in assessing performance stability and to evaluate the different existing methods
available regarding their suitability for grouping different genotypes into homogeneous
groups. In order to achieve this, five spring wheat cultivars (Triticum aestivum L.) were grown
in five environments under irrigation from 1997 through 1999. The cultivars used in this
study displayed a broad range in milling and baking quality.
1. The source, size and magnitude of genotype x environment interaction for spring
wheat under irrigation were determined. From the results, the best and poorest cultivar in
overall milling performance was Kariega and SST 822 respectively, while the best and
poorest overall baking performance were displayed by Kariega and SST 876 respectively. All
the characteristics related to gluten strength and the elastic properties namely SDSsedimentation
test, wet gluten content standardized at 12% protein, mixograph mixing time,
alveograph strength, alveograph distensibility and alveograph PIL ratio displayed genotypic
variance contributions above 30% and even as high as 57.65% for mixograph mixing time.
Genotype x location and genotype x year interaction components for most of the milling and
baking characteristics was insignificant. However, genotype x location x year interaction was
significant for most milling and baking characteristics.
2. The optimal locality, year, and replication combinations regarding the screening of
spring wheat genotypes for milling and baking quality under irrigation were also determined.
From the data it was clear that there is not a large improvement in relative efficiency when a
second and third replicate is used in the determination of the optimal amount of localities in
order to distinguish between genotypes. A similar pattern is also observed regarding the
number of years needed and almost no differences were observed if either three, four or
even five year's quality data are taken into account. It has been proven that for both the
milling and baking characteristics five trials are needed over a two-year test period.
3. Various available statistical procedures were used in assessing performance stability
regarding milling and baking characteristics in order to identify the most suitable method.
The following statistical analysis were conducted and procedures followed in order to
determine stability for the milling and baking characteristics: (i) Wricke's - Wj (1962)
ecovalence, (ii) Eberhart and Russell's - S2dj (1966) deviation parameter, (iii) Shukla's - 0-2j
(1972) stability variance, (iv) Linn and Binn's - Pj (1988a) cultivar superiority performance
and (v) AMMI stability value - ASV (Purchase, 1997). Lower significant rank correlation
coefficients were found in the pairwise comparisons of both Eberhart and Russell's as well as
that of Lin and Binn, but in the latter to a lesser extent. From this study, it would appear that
all three the following appropriate methods namely Wricke's ecovalence, Shukla's stability
variance as well as the AMMI Stability Value can be used to describe the stability of a
genotype.
Looking at the stability of the cultivars per se it can be concluded that Marico is very unstable
for its hectolitre mass (HLM) values. Marico is however very stable for the expression of its
inherent kernel hardness values (VK, SKCS-HI and BFLY). Kariega is however very
unstable regarding the expression of its inherent kernel hardness value. SST 825 displays
unstable hectolitre mass and hardness values. SST 825 has very stable characteristics that
influence kernel size. SST 822 expressed very stable flour yield as well as hardness values.
SST 876 produced very stable values for hectolitre mass as well as the traits that influence
kernel size but it produced an unstable flour yield.
Marico is very unstable regarding its rheological as well as baking properties. Kariega on the
other hand displays remarkable stable rheological as well as baking performance properties.
SST 825 is unstable in the expression of its grain (GPC-Leco) and flour protein (FPC-Leco)
levels. SST 825 produced stable alveograph strength (AS) and alveograph distensibility (AD)
values. SST 822 however has very stable GPC-Leco as well as FPC-Leco values. Although
SST 876 showed very stable GPC-Leco as well as FPC-Leco values, its rheological
properties is weak.
4. Different selection methods were used to group different genotypes into
homogeneous groups according to their milling and baking characteristics respectively. How
effective these methods identify superior genotypes according to their milling and baking
characteristics was also determined. The suitability of these methods were evaluated, in
order to determine which is the appropriate method for evaluating the milling and baking
quality characteristics from multilocation field trials for new testing lines to be considered for
release. Therefore, two test lines were also used in order to verify the accuracy of the
evaluation methods, which were the combination of the independent culling with absolute
limits of acceptability relative to a check method from the SAGL, Lukow's (1991) multiple
linear regression analysis method, Howard's (2003) milling and baking worth procedure,
canonical variate analysis (CVA) and cluster analysis. It can be concluded that Lukow's
method has the tendency to identify lines that has stronger gluten strength characteristics,
which makes sense because is was developed for the Canadian wheat market. Howard's
milling and baking worth procedure has relative value for ranking cultivars, but the weighted
contributions should be changed according to environmental influence on milling and baking
characteristics. It was found that the CVA analysis is an objective and efficient procedure to
evaluate new breeding lines regarding their milling and baking potential in comparison to a
biological quality standard. The cluster analysis gave similar clusters when compared with
the groupings of the CVA for baking results but not for the milling characteristics.
Afrikaans: Die hoofdoel van die studie was om 'n data stel te gebruik ten opsigte van maal en bakeienskappe wat verkry is onder dieselfde lokaliteite en jare om sodoende die bron, omvang van die genotipe x omgewinginteraksie te bepaal; die optimale aantal lokaliteite, jare en replikasie kombinasies te bepaal; om tussen verskillende beskikbare statistiese metodes wat stabiliteit bepaal te vergelyk; om 'n geskikte metode te identifiseer wat genotipes in homogene groepe kan opdeel op grond van hul maal- en bakeienskappe. Om die doelwitte te bereik is vyf lentekoring cultivars (Triticum aestivum L.) afkomstig van vyf omgewings in die besproeiingsgebiede vanaf 1997 tot 1999 gebruik. Die cultivars gebruik in die studie toon 'n wye reeks variasie ten opsigte van hul maal- en bakeienskappe. 1. Die bron, grootte en omvang van die genotipe x omgewinginteraksie vir lente koring onder besproeiing is bepaal. Vanuit die resultate is die beste en swakste presteerders rakende hulle maaleienskappe Kariega en SST 822 respektiewelik, terwyl die beste en swakste presteerder ten opsigte van hul bakeienskappe, Kariega en SST 876 onderskeidelik was. AI die eienskappe verbonde aan glutensterkte en elastisiteit naamlik SOS - sedimentasie, nat gluteninhoud gestandardiseer by 12% proteïeninhoud, miksogrammentyd, alveograafsterkte, alveograafrekbaarheid, en alveograaf PIL verhouding het genotipiese vaiansie bydraes bo 30% en selfs so hoog as 57.65% vir miksogrammentyd getoon. Komponenente vir genotipe x lokaliteitinteraksie asook vir genotipe x jaarinteraksie was nie betekenisvol vir meeste van die maaleienskappe sowel as die bakeienskappe nie. Die genotipe x lokaliteit x jaarinteraksie vir meeste maal- en bakeienskappe was betekenisvol. 2. Optimale lokaliteit, jaar en herhaling kombinasie is ook bereken, ten opsigte van die toetsing van lente koringgenotipes onder besproeiing vir beide die maal- en bakeienskappe. Uit die data is dit duidelik dat die effektiwiteit nie verbeter wanneer twee of meer herlhalings ingesluit word nie, om sodoende die optimale aantal lokaliteite te bereken. 'n Soortgelyke tendens is ook waarneembaar vir die aantal jare ingesluit, omtrent geen betekenisvolle verbetering in effektiwiteit kon verkry word wanneer drie, vier of selfs vyf jaar se kwaliteitsdata in berekening geneem word nie. Vir beide maal-en bakeienskappe is vyf lokaliteite oor 'n twee jaar toetsperiode voldoende. 3. Verskeie statistiese tegnieke is gebruik om die stabiliteit ten opsigte van die maal- en bakeienskappe te beraam, die mees effektiewe tegnieke is ook bepaal. Die volgende statistiese tegnieke is uitgevoer op die data (i) Wricke se - Wj (1962) "ekovalens", (ii) Eberhart en Russell se - S2dj (1966) afwykingsparameter, (iii) Shukla se - a2j (1972) stabiliteitsvariansie, (iv) Linn en Binn se - Pj (1988a) cultivar superioriteitsprestasie (v) AMMI se stabiliteitswaarde - ASV (Purchase, 1997). Laer betekenisvolle rangordekorrelasies is gevind vir Eberhart en Russel sowel as Lin en Binns se tegnieke, alhoewel tot 'n mindere mate vir die laasgenoemde tegniek. Uit die studie is dit duidelik dat al die die ander tegnieke naamlik Wricke se ekovalens, Shukla se stabiliteitsvariansie en die AMMI stabiliteitswaarde gebruik kan word om die stabiliteit van 'n cultivar te kan beskryf. lndien die stabilieit van die cultivars apart bestudeer word kan daar afgelei word dat Marico baie onstabiel is ten opsigte van hektolitermassawaardes (HLM). Marico is egter baie stabiel ten opsigte van die uitdrukking van korrelhardheidseienskappe (VK, SKSC-HI en BFLY). Kariega aan die ander kant is weer baie onstabiel ten opsigte van die uitdrukking van sy hardheidseienskappe. SST 825 is baie onstabiel ten opsigte van hektolitermassa sowel as hardheidswaardes. SST 825 is egter baie stabiel in die uitdrukking van eienskappe verantwoordelik vir korrelgrootte. SST 822 is baie stabiel ten opsigte van meelopbrengs asook hardheidswaardes. SST 876 toon baie stabiele hektolitermassawaardes asook stabiele waardes ten opsigte van eienskappe betrokke by korrelgrootte. Marico is baie onstabiel ten opsigte van die reologiese-eienskappe sowel as bakeienskappe. Kariega is egter baie stabiel ten opsigte van die bogenoemde eienskappe. SST 825 is baie onstabiel in die uitdrukking van graan- (GPC-Leco) asook meelproteïeninhoud (FPC-Leco) vlakke. SST 825 produseer egter baie stabiele alveograafsterktes (AS) en alveograafrekbaarheidswaardes (AD). SST 822 toon egter baie stabiele GPC-Leco asook FPC-Leco waardes. SST 876 vertoon baie stabiele GPC-Leco asook FPC-Leco waardes. 4. Verskeie seleksiemetodes is gebruik om die cultivars in homogene groepe te groepeer op grond van hul maal- en bakeienskappe. Die metodes is ook beoordeel op grond van hul effektiwiteit om uitstaande cultivars te identifiseer ten opsigte van hul maal- en bakeienskappe. Die geskiktheid van die metodes om nuwe potensiële cultivars te identifiseer afkomstig uit kwaliteitsdata uit meervoudige lokaliteite, is ook ondersoek. Dus is twee nuwe toetslyne se kwaliteitsdata ingeluit om die effektiwiteits van die metodes te evalueer. Die volgende seleksiemetodes is ondersoek, naamlik 'n kombinasie van onafhanklike eliminering gekoppel aan voorafbepaalde absolute limiete in verhouding tot 'n standard metode van die SAGL, Lukow se (1991) meervoudige liniêreregressie-analise, Howard se (2003) maal- en bakwaardemetode, kanoniese veranderlike-analise (eVA) en trosanalise. Dit is gevind dat Lukow se metode nie geskik is nie, omrede dit genotypes identifiseer met sterk gluteneienskappe. Howard se metode kan gebruik word om cultivars te orden volgens hul prestasie, maar die gewigte toegeken aan eienskappe wat meestal beïnvloedbaar is deur die omgewing is nog te hoog. Die eVA metode is 'n objektiewe en effektiewe metode om nuwe genotypes te beoordeel op grond van hul maal- en bakeienskappe teenoor die biologiese standard. Die trosanalise verskaf ooreenstemende groepe met die eVA ten opsigte van maaleienskappe maar nie vir die bakeienskappe nie.
Afrikaans: Die hoofdoel van die studie was om 'n data stel te gebruik ten opsigte van maal en bakeienskappe wat verkry is onder dieselfde lokaliteite en jare om sodoende die bron, omvang van die genotipe x omgewinginteraksie te bepaal; die optimale aantal lokaliteite, jare en replikasie kombinasies te bepaal; om tussen verskillende beskikbare statistiese metodes wat stabiliteit bepaal te vergelyk; om 'n geskikte metode te identifiseer wat genotipes in homogene groepe kan opdeel op grond van hul maal- en bakeienskappe. Om die doelwitte te bereik is vyf lentekoring cultivars (Triticum aestivum L.) afkomstig van vyf omgewings in die besproeiingsgebiede vanaf 1997 tot 1999 gebruik. Die cultivars gebruik in die studie toon 'n wye reeks variasie ten opsigte van hul maal- en bakeienskappe. 1. Die bron, grootte en omvang van die genotipe x omgewinginteraksie vir lente koring onder besproeiing is bepaal. Vanuit die resultate is die beste en swakste presteerders rakende hulle maaleienskappe Kariega en SST 822 respektiewelik, terwyl die beste en swakste presteerder ten opsigte van hul bakeienskappe, Kariega en SST 876 onderskeidelik was. AI die eienskappe verbonde aan glutensterkte en elastisiteit naamlik SOS - sedimentasie, nat gluteninhoud gestandardiseer by 12% proteïeninhoud, miksogrammentyd, alveograafsterkte, alveograafrekbaarheid, en alveograaf PIL verhouding het genotipiese vaiansie bydraes bo 30% en selfs so hoog as 57.65% vir miksogrammentyd getoon. Komponenente vir genotipe x lokaliteitinteraksie asook vir genotipe x jaarinteraksie was nie betekenisvol vir meeste van die maaleienskappe sowel as die bakeienskappe nie. Die genotipe x lokaliteit x jaarinteraksie vir meeste maal- en bakeienskappe was betekenisvol. 2. Optimale lokaliteit, jaar en herhaling kombinasie is ook bereken, ten opsigte van die toetsing van lente koringgenotipes onder besproeiing vir beide die maal- en bakeienskappe. Uit die data is dit duidelik dat die effektiwiteit nie verbeter wanneer twee of meer herlhalings ingesluit word nie, om sodoende die optimale aantal lokaliteite te bereken. 'n Soortgelyke tendens is ook waarneembaar vir die aantal jare ingesluit, omtrent geen betekenisvolle verbetering in effektiwiteit kon verkry word wanneer drie, vier of selfs vyf jaar se kwaliteitsdata in berekening geneem word nie. Vir beide maal-en bakeienskappe is vyf lokaliteite oor 'n twee jaar toetsperiode voldoende. 3. Verskeie statistiese tegnieke is gebruik om die stabiliteit ten opsigte van die maal- en bakeienskappe te beraam, die mees effektiewe tegnieke is ook bepaal. Die volgende statistiese tegnieke is uitgevoer op die data (i) Wricke se - Wj (1962) "ekovalens", (ii) Eberhart en Russell se - S2dj (1966) afwykingsparameter, (iii) Shukla se - a2j (1972) stabiliteitsvariansie, (iv) Linn en Binn se - Pj (1988a) cultivar superioriteitsprestasie (v) AMMI se stabiliteitswaarde - ASV (Purchase, 1997). Laer betekenisvolle rangordekorrelasies is gevind vir Eberhart en Russel sowel as Lin en Binns se tegnieke, alhoewel tot 'n mindere mate vir die laasgenoemde tegniek. Uit die studie is dit duidelik dat al die die ander tegnieke naamlik Wricke se ekovalens, Shukla se stabiliteitsvariansie en die AMMI stabiliteitswaarde gebruik kan word om die stabiliteit van 'n cultivar te kan beskryf. lndien die stabilieit van die cultivars apart bestudeer word kan daar afgelei word dat Marico baie onstabiel is ten opsigte van hektolitermassawaardes (HLM). Marico is egter baie stabiel ten opsigte van die uitdrukking van korrelhardheidseienskappe (VK, SKSC-HI en BFLY). Kariega aan die ander kant is weer baie onstabiel ten opsigte van die uitdrukking van sy hardheidseienskappe. SST 825 is baie onstabiel ten opsigte van hektolitermassa sowel as hardheidswaardes. SST 825 is egter baie stabiel in die uitdrukking van eienskappe verantwoordelik vir korrelgrootte. SST 822 is baie stabiel ten opsigte van meelopbrengs asook hardheidswaardes. SST 876 toon baie stabiele hektolitermassawaardes asook stabiele waardes ten opsigte van eienskappe betrokke by korrelgrootte. Marico is baie onstabiel ten opsigte van die reologiese-eienskappe sowel as bakeienskappe. Kariega is egter baie stabiel ten opsigte van die bogenoemde eienskappe. SST 825 is baie onstabiel in die uitdrukking van graan- (GPC-Leco) asook meelproteïeninhoud (FPC-Leco) vlakke. SST 825 produseer egter baie stabiele alveograafsterktes (AS) en alveograafrekbaarheidswaardes (AD). SST 822 toon egter baie stabiele GPC-Leco asook FPC-Leco waardes. SST 876 vertoon baie stabiele GPC-Leco asook FPC-Leco waardes. 4. Verskeie seleksiemetodes is gebruik om die cultivars in homogene groepe te groepeer op grond van hul maal- en bakeienskappe. Die metodes is ook beoordeel op grond van hul effektiwiteit om uitstaande cultivars te identifiseer ten opsigte van hul maal- en bakeienskappe. Die geskiktheid van die metodes om nuwe potensiële cultivars te identifiseer afkomstig uit kwaliteitsdata uit meervoudige lokaliteite, is ook ondersoek. Dus is twee nuwe toetslyne se kwaliteitsdata ingeluit om die effektiwiteits van die metodes te evalueer. Die volgende seleksiemetodes is ondersoek, naamlik 'n kombinasie van onafhanklike eliminering gekoppel aan voorafbepaalde absolute limiete in verhouding tot 'n standard metode van die SAGL, Lukow se (1991) meervoudige liniêreregressie-analise, Howard se (2003) maal- en bakwaardemetode, kanoniese veranderlike-analise (eVA) en trosanalise. Dit is gevind dat Lukow se metode nie geskik is nie, omrede dit genotypes identifiseer met sterk gluteneienskappe. Howard se metode kan gebruik word om cultivars te orden volgens hul prestasie, maar die gewigte toegeken aan eienskappe wat meestal beïnvloedbaar is deur die omgewing is nog te hoog. Die eVA metode is 'n objektiewe en effektiewe metode om nuwe genotypes te beoordeel op grond van hul maal- en bakeienskappe teenoor die biologiese standard. Die trosanalise verskaf ooreenstemende groepe met die eVA ten opsigte van maaleienskappe maar nie vir die bakeienskappe nie.
Description
Keywords
Wheat -- Genetics, Wheat -- Milling, Wheat -- Breeding -- South Africa, Genotype-environment interaction, Thesis (Ph.D. (Plant Sciences (Plant Breeding))--University of the Free State, 2003