Stability of the hypocotyl length of soybean cultivars using neural networks and traditional methods / Estabilidade do comprimento do hipocótilo de plantas de cultivares de soja por meio de redes neurais e metodologias tradicionais

ABSTRACT: The length of the hypocotyl has been highlighted as a potential descriptor of the soybean crop. However, there is no information available in the published literature about its behavior over several planting times. The present study aimed to identify soybean cultivars with stability and predictability of hypocotyl length behavior through neural networks and traditional adaptability and stability methodologies. We analyzed 16 soybean cultivars in 6 planting seasons under greenhouse conditions. In each season, a randomized block design with 4 replications was adopted. The experimental unit was composed of 3 plants. The plot mean was used in the analysis. Hypocotyl length data were analyzed by analysis of variance and Tukey's test. Then analyses were carried out using the Traditional Method, Plaisted and Peterson, Wricke, Eberhart and Russell, and Artificial Neural Networks. A significant effect (p<0.01 by the F test) was identified for Cultivars versus Planting Season and Planting Seasons and Cultivars. Cultivars BRS810C, BRSMG760SRR, TMG1175RR, and BMX Tornado RR showed lower averages, high stability, and general adaptability regarding soybean hypocotyl length whereas the cultivar BG4272 presented higher mean, high stability, and general adaptability. Identification of soybean cultivars of predictable and stable behavior as to hypocotyl length contributes to Soybean Improvement as it further our knowledge on the potential descriptor and the possibility of increasing the number of descriptors.

RESUMO: O comprimento do hipocótilo tem-se destacado como potencial descritor da cultura da soja, no entanto, não se tem informação sobre o seu comportamento ao longo de várias épocas de plantio. Diante disto, objetivou-se identificar cultivares de soja com estabilidade e previsibilidade de comportamento quanto ao comprimento do hipocótilo por meio de redes neurais e metodologias tradicionais de adaptabilidade e estabilidade. Analisou-se 16 cultivares de soja em seis épocas de plantio, em condições de casa de vegetação. Em cada época, adotou-se o delineamento em blocos casualizados com quatro repetições, sendo a unidade experimental composta por três plantas e usou-se a média da parcela na análise. Os dados de comprimento de hipocótilo foram analisados por meio da análise de variância e teste de Tukey e, posteriormente, procedeu-se análises por meio do Método Tradicional, Plaisted e Peterson, Wricke, Eberhart e Russell e Redes Neurais Artificiais. Identificou-se efeito significativo (p<0,01 pelo teste F) para Cultivares x Épocas, Épocas e Cultivares. As cultivares BRS810C, BRSMG760SRR, TMG1175RR e BMX Tornado RR apresentaram menores médias, alta estabilidade e adaptabilidade geral quanto ao comprimento do hipocótilo de soja; enquanto que, a cultivar BG4272 apresentou maior média, alta estabilidade e adaptabilidade geral. A identificação de cultivares de soja de comportamento previsível e estável, quanto ao comprimento do hipocótilo, contribui para o Melhoramento da Soja no tocante ao melhor conhecimento do potencial descritor e à possibilidade de incremento do número de descritores.

Efficiency of artificial hybridization in soybean during the summer depending on temperature and relative humidity / Eficiência da hibridação artificial em soja durante o verão depende da temperatura e umidade relativa

Hybridization is an important improvement method used in the soybean culture. However, there is little information on the recommended relative moisture and air temperature degree for artificial pollination. Therefore, this study aimed to determine the efficiency of artificial hybridization between soybean parents according to different periods of the day. Artificial pollination of 14 hybrid combinations occurred in greenhouse in three periods of the day. The parents were: TMG 801, TMG 803, BRSGO 7560, BRS Valiosa RR, Agua-Marinha RR and NK 7059 RR. The studied variables were: relative moisture, air temperature, number of days to flowering, performed artificial pollination, pods without sepal, produced seeds, germinated seeds, hybrid plants and percentage of pods without sepals. Data were submitted to normality and homogeneity of variance test, analysis of variance, Tukey, Scheffé and 2 tests, and correlation analysis. Six hundred and seventy-two artificial pollinations were performed. From which were obtained 436 pods without sepals and approximately 90% of produced seeds was hybrid. The results indicated that artificial pollinations performed in January, with parent used in this study, were more efficient in the period from 10:00 a.m. to 12:00 a.m., with mean relative moisture of 34.1% and mean temperature of 38.5 ºC and 2:00 a.m. to 4:00 p.m. with 30.7% and 41.6 ºC respectively for relative moisture and means of temperature.

A hibridação é um importante método de melhoramento utilizado na cultura da soja. No entanto, são poucas as informações sobre a magnitude da umidade relativa e da temperatura do ar recomendadas para a atividade de polinização artificial. Portanto, objetivou-se determinar a eficiência da hibridação artificial entre genitores de soja em função de diferentes períodos do dia. Efetuaram-se, em casa de vegetação, polinizações artificiais em 14 combinações híbridas em três períodos do dia. Os genitores utilizados foram: TMG 801, TMG 803, BRSGO 7560, BRS Valiosa RR, Água-Marinha RR e NK 7059 RR. As variáveis estudadas foram: umidade relativa, temperatura do ar, número de dias para o florescimento, polinizações artificiais efetuadas, vagens sem sépala, sementes produzidas, sementes germinadas, plantas híbridas e porcentagem de vagens sem sépalas. Os dados foram submetidos ao teste de normalidade e homogeneidade de variância, análise de variância, testes de Tukey, de Scheffé e 2 e análise de correlação. Foram efetuadas 672 polinizações artificiais, nas quais se obtiveram 436 vagens sem sépala. Aproximadamente, 90% das sementes produzidas foram híbridas. Os resultados indicaram que as polinizações artificiais realizadas em janeiro, com os genitores do presente estudo, foram mais eficientes no período das 10:00 h às 12:00 h, com umidade relativa média de 34,1% e temperatura média de 38,5 ºC e das 14:00h às 16:00h com 30,7% e 41,6 ºC, respectivamente para umidade relativa e temperatura média.

Diversidade de características agronômicas e moleculares em cultivares de soja com diferentes graus de resistência à Phakopsora Pachyrhizi / Diversity of agronomic and molecular traits of the soybean cultivars with diferent levels of Phakopsora Pachyrhizi resistance

Com o intuito de orientar melhoristas na escolha de parentais visando à resistência à ferrugem-asiática associada a características de interesse econômico, foram avaliados 17 genótipos de soja quanto às características agronômicas e moleculares por meio de marcadores microssatélites. Foram instalados dois experimentos, o primeiro inoculado com ferrugem-asiática e o segundo sem inoculação. A média de alelos por loco foi igual a 4,56, sendo verificados alelos exclusivos nas cultivares TMG 801, UFUS Impacta, UFUS Xavante, Conquista, BRSGO 7860RR, A 7002 e UFVTN 104. Por meio do índice ponderado, com base no polimorfismo molecular, verificou-se o maior valor de similaridade para as cultivares Conquista e BRS Valiosa RR. O peso médio de 100 sementes foi igual a 14,56g no experimento com ferrugem-asiática, e 18,0g no experimento sem ferrugem-asiática. As médias da proporção de lesões nos folíolos infectados por ferrugem-asiática ocorreram entre 11,48% a 47,18%. Com base nos resultados pôde-se concluir que existe substancial variabilidade genética no germoplasma da soja em relação aos alelos potencialmente ligados aos genes de resistência à ferrugem-asiática. Visando a resistência ou tolerância à ferrugem-asiática associada a características econômicas de interesse seriam mais indicados os cruzamentos das cultivares UFVTN 104 com TMG 801 e/ou UFUS Impacta, Conquista com UFUS Xavante, e UFUS 8011 com BRSGO 7560 e/ou TMG 803.

With intend to direct breeders in choose of parents for Asian soybean rust resistance associated with characteristics of interest economic, agronomic traits and microsatellite markers of 17 genotypes of soybean were evaluated in two experiments, one inoculated with soybean rust and the other without inoculation. The average of alleles per locus was 4.56. The cultivars TMG 801, UFUS Impacta, UFUS Xavante, Conquista, BRSGO 7860RR, A 7002 and UFVTN 104 exhibited exclusive alleles. The results of the weighted índex using molecular markers show the major similarity for the cultivars Conquista and BRS Valiosa RR. The average weight of 100 seeds was equal 14.56g on the experiment with soybean rust and 18.0g on experiment without soybean rust. The average of proportion of infection by soybean rust on the leaf range 11.48% to 47.18%. We conclude that there is substantial genetic variability on soybean germoplasm with relation the allele's potential linked for soybean rust resistance genes. With intend of associate Asian soybean rust resistance with economic interest characteristics will be indicated the mating among UFVTN 104 x TMG 801 and/or UFUS Impacta, Conquista x UFUS Xavante, UFUS 8011 x BRSGO 7560 and/or TMG 803.

Análise de trilha e correlações entre caracteres em soja cultivada em duas épocas de semeadura / Path analysis and correlations among traits in soybean grown in two dates sowing

O conhecimento das relações existentes entre caracteres, tais como estimados pelas correlações, tem sido de grande relevância no melhoramento vegetal, pois fornece informações úteis ao melhorista no processo de seleção. Todavia, a quantificação e a interpretação da magnitude das correlações não implicam efeitos diretos e indiretos. Nesse contexto, a análise de trilha apresenta-se como uma alternativa viável. Os objetivos deste estudo foram avaliar as correlações fenotípicas e genotípicas entre caracteres agronômicos importantes no melhoramento genético da soja, realizar análise de trilha, tendo como caráter principal a produtividade de grãos e identificar critérios de seleção indireta para produtividade de grãos. Foram conduzidos dois experimentos em condições de casa de vegetação, semeados em fevereiro e em dezembro de 2007. Os tratamentos foram constituídos de 90 genótipos de soja incluindo linhagens e cultivares. Adotou-se o delineamento de blocos casualizados com três repetições. Cada unidade experimental foi constituída por três plantas cultivadas em substrato num vaso de 3dm3 . Avaliaram-se os caracteres: número de dias para o florescimento e maturidade; altura da planta no florescimento e maturidade; número de nós na haste principal; altura da primeira vagem; número de vagens; produtividade de grãos; número médio de grãos por vagem; e o peso de 100 grãos. As correlações genotípicas tiveram, predominantemente, magnitude superior às correlações fenotípicas, sendo ambas de mesmo sinal nas duas épocas de semeadura. A partir das correlações fenotípicas, genotípicas e a análise de trilha identificaram-se o caráter número de vagens por planta, independentemente da época de semeadura, de maior efeito favorável sobre a produtividade de grãos.

The Knowledge of the existing relations between characters, such as those estimated by correlations, has great relevance in plant breeding, since it provides useful information for the breeder in the selection process. However, quantifying and interpreting the range of correlations does not imply in direct or indirect effects. In this context, path analysis becomes a viable alternative. This study evaluated the phenotypic and genotypic correlations among important agricultural traits for soybean genetic breeding, used path analysis with grain production as the principal trait and indentified grain yield as indirect selection criteria. Two experiments were done in greenhouse, sown in February and December 2007. Treatments consisted of 90 soybean genotypes. The experimental design was randomized blocks with 3 replications. Each experimental unit consisted of 3 plants grown in 3-dm3 containing substratum. The traits number of days to flowering and to maturity, plant height at flowering and at maturity, number of internodes in the main stem, height of first pod insertion, number of pods, grain yield, average number of seeds per pod, and the weight of 100 seeds. Genotypic correlations were greater range than the phenotypic ones, and both had the same sign in both sowing dates. The studies of phenotypic and genotypic correlations and path analysis identified the trait total number of pods per plant, independently of sowing date, as the one with the highest favorable effect on soybean grain yield.

Análise da repetibilidade em alguns descritores morfológicos para soja / Analysis of the repeatability in some morphologic descriptors to soybean

Estudos envolvendo descritores adicionais têm sido de importância para o melhoramento genético de soja. Por isso, neste trabalho, objetivou-se estimar o coeficiente de repetibilidade do comprimento do hipocótilo, do epicótilo, do internódio entre o nó das folhas unifolioladas e da primeira folha trifoliolada, do pecíolo e da raque da primeira folha trifoliolada e determinar o número mínimo de avaliações necessário para predizer o valor real dos genótipos. O trabalho foi desenvolvido na Universidade Federal de Viçosa, analisando-se 85 genótipos de soja em quatro experimentos, no delineamento inteiramente casualizado. A partir das estimativas dos coeficientes de repetibilidade e de determinação obtidos pelos métodos - da análise de variância, dos componentes principais e da análise estrutural -, foram calculados os números de avaliações necessárias. Concluiu-se que os comprimentos do hipocótilo, do epicótilo e do internódio requereram menor quantidade de medição em comparação com os comprimentos do pecíolo e da raque, para o mesmo nível de confiabilidade; e com 15 medições obteve-se 85 por cento de confiabilidade para comprimento do hipocótilo pelos métodos ANOVA e AE(correl) e 90 por cento para CP(correl) e CP(cov); 90 por cento de confiabilidade para comprimento do epicótilo e do internódio pelos métodos ANOVA, CP(correl), CP(cov) e AE(correl); 80 por cento de confiabilidade para comprimento da raque da primeira folha trifoliolada pelos métodos ANOVA, CP(correl), CP(cov) e AE(correl); e, para o comprimento do pecíolo da primeira folha trifoliolada, seriam necessárias 21 medições para confiabilidade de 80 por cento pelos métodos ANOVA e AE(correl) e de 85 por cento pelos CP(correl) e CP(cov).

Studies involving additional descriptors has been important for soybean genetic improvement, so this study aimed to estimate the repeatability the length coefficient of hypocotyl, epicotyl, the internode between the unifoliated leaf nodes and the first trifoliate leaf, from the petiole and from the rachis of the first trifoliate leaf stage and determine the minimum number of evaluations needed to predict the real value of the genotypes. The study was conducted at the Universidade Federal de Viçosa, analyzing 85 soybean genotypes in four experiments in a completely randomized design. The numbers of necessary evaluations were calculated from the estimates of repeatability and coefficient of determination obtained by the methods of analysis of variance of the principal component and by the structural analysis. It was concluded that the lengths of the hypocotyl, epicotyl and the internode required fewer measurements compared with the length of the petiole and rachis to the same level of reliability, and with 15 measurements 85 percent of reliability was obtained for hypocotyl length by ANOVA and AE(correl) methods and 90 percent by CP(correl) and CP(cov) methods; 90 percent reliability was obtained for epicotyl and internode length by ANOVA, CP(correl), CP(cov) and AE(correl) method; 80 percent reliability was obtained for rachis length by ANOVA, CP(correl), CP(cov) and AE(correl) methods; and for petiole length, 21 measurements were needed for reliability by ANOVA and AE(correl) methods and 85 percent for CP(correl) and CP(cov) methods.