Field comparison between selection methods at the maize seedling stage in relation to aluminum tolerance

Selection and breeding for aluminum tolerance is a useful approach to increase maize (Zea mays L.) grain yield in acid soils. The objective of this work was the comparison between two screening approaches for the development of Al tolerant maize populations. One cycle of divergent selection for aluminum tolerance, using both nutrient solution and pots with acid soil, were completed in the maize population SIKALQ. The four sub-populations selected through both selection procedures were compared with the original population and checks in field trials repeated over locations. Eight environments stratified into four groups varying from non acid to high aluminum saturation were used. Three variables were analyzed for comparisons of methodologies: grain yield, plant height and days to male flowering. The populations performed similarly in the high productivity locations and the differences between tolerant and sensitive ones were more evident for increasing levels of toxic aluminum. In spite of little differences, selection in pots with acid soil was more efficient than nutrient solution in changing the genetic structure of the population toward more tolerant and sensitive levels.

A seleção e o melhoramento visando tolerância ao alumínio é um procedimento valioso para aumentar a produção de milho (Zea mays L.) em solos ácidos. O objetivo deste trabalho foi comparar a eficiência de duas metodologias de seleção de plântulas, no desenvolvimento de populações de milho tolerantes ao alumínio. Foi realizado na população SIKALQ, um ciclo de seleção divergente para tolerância ao alumínio, utilizando solução nutritiva e vasos com solo ácido. As quatro sub-populações selecionadas pelas duas metodologias foram comparadas com a população original e testemunhas em experimentos de campo em vários locais. Foram utilizados oito locais, estratificados em quatro grupos começando com solos não ácidos até com alta saturação com alumínio. As comparações foram realizadas utilizando três variáveis: produção de grãos, altura de planta e dias até florescimento. As populações apresentaram um comportamento semelhante entre elas nos locais de alta produtividade, e as diferenças entre as tolerantes e suscetíveis ficaram mais evidentes na medida em que aumentou a toxidez por alumínio. Os resultados sugerem que a seleção em vasos com solo ácido foi mais eficiente em alterar a estrutura genética da população do que a solução nutritiva.

Selection methods for maize seedlings in greenhouse as related to aluminum tolerance

Genetic improvement is a useful approach to increase aluminum tolerance in maize. This experiment was carried out to compare two screening techniques under greenhouse conditions and estimate the association between the results obtained for both bioassays with grain yield. Nutrient solution (NS) and pots with acid soil (AS) were utilized as screening methodologies to perform one cycle of divergent selection for aluminum tolerance in the tropical maize population SIKALQ. The four sub-populations obtained by both approaches were compared with the original and checks in a greenhouse and in multilocation field trials. Evaluation under the conditions of NS and AS showed that the populations with the best performances were those selected for aluminum tolerance under the same condition of evaluation. The variables measured in greenhouse showed good correlation and the most closely related were fresh root weight (FRW) and dry rot weight (DRW) (0.79). All of these variables showed low correlation with yield in non acid conditions ( 0.30). The correlation was more important (~ 0.50) as soil aluminum saturation increased. The best correlation was observed for visual scoring (VS) (0.68), FRW (0.47) and net root growth (NRG) (0.52).

O melhoramento genético tem se mostrado como estratégia eficiente para melhorar a tolerância ao alumínio em milho. O objetivo deste trabalho foi comparar dois metodos de seleção em casa de vegetação e estimar a associação entre os resultados obtidos em cada um desses ensaios com a produção de grãos no campo. Solução nutritiva (NS) e vasos com solo ácido (AS) foram utilizadas nas metodologias de seleção para realizar um ciclo de seleção divergente para tolerância ao alumínio na população de milho tropical SIKALQ. As quatro subpopulações obtidas foram comparadas com a original e as testemunhas em experimentos de casa de vegetação e de campo. A avaliação sob as condições de NS e AS mostraram que as populações com melhor comportamento foram aquelas selecionadas para tolerância ao alumínio nas mesmas condições da avaliação. As variáveis medidas na casa de vegetação apresentaram boa correlação e as mais fortemente relacionadas foram peso fresco da raiz (FRW) e peso seco da raiz (DRW) (0.79). Todas as variáveis apresentaram baixa correlação com a produção de grãos em solos sem acidez ( 0.30). A correlação foi mais importante (~ 0.50) na medida que a saturação com alumínio do solo foi aumentando. Os melhores valores de correlação foram observados para avaliação visual (VS) (0.68), FRW (0.47) e crescimento líquido da raiz (NRG) (0.52).

Selection methods for maize seedlings in greenhouse as related to aluminum tolerance

Genetic improvement is a useful approach to increase aluminum tolerance in maize. This experiment was carried out to compare two screening techniques under greenhouse conditions and estimate the association between the results obtained for both bioassays with grain yield. Nutrient solution (NS) and pots with acid soil (AS) were utilized as screening methodologies to perform one cycle of divergent selection for aluminum tolerance in the tropical maize population SIKALQ. The four sub-populations obtained by both approaches were compared with the original and checks in a greenhouse and in multilocation field trials. Evaluation under the conditions of NS and AS showed that the populations with the best performances were those selected for aluminum tolerance under the same condition of evaluation. The variables measured in greenhouse showed good correlation and the most closely related were fresh root weight (FRW) and dry rot weight (DRW) (0.79). All of these variables showed low correlation with yield in non acid conditions ( 0.30). The correlation was more important (~ 0.50) as soil aluminum saturation increased. The best correlation was observed for visual scoring (VS) (0.68), FRW (0.47) and net root growth (NRG) (0.52).

O melhoramento genético tem se mostrado como estratégia eficiente para melhorar a tolerância ao alumínio em milho. O objetivo deste trabalho foi comparar dois metodos de seleção em casa de vegetação e estimar a associação entre os resultados obtidos em cada um desses ensaios com a produção de grãos no campo. Solução nutritiva (NS) e vasos com solo ácido (AS) foram utilizadas nas metodologias de seleção para realizar um ciclo de seleção divergente para tolerância ao alumínio na população de milho tropical SIKALQ. As quatro subpopulações obtidas foram comparadas com a original e as testemunhas em experimentos de casa de vegetação e de campo. A avaliação sob as condições de NS e AS mostraram que as populações com melhor comportamento foram aquelas selecionadas para tolerância ao alumínio nas mesmas condições da avaliação. As variáveis medidas na casa de vegetação apresentaram boa correlação e as mais fortemente relacionadas foram peso fresco da raiz (FRW) e peso seco da raiz (DRW) (0.79). Todas as variáveis apresentaram baixa correlação com a produção de grãos em solos sem acidez ( 0.30). A correlação foi mais importante (~ 0.50) na medida que a saturação com alumínio do solo foi aumentando. Os melhores valores de correlação foram observados para avaliação visual (VS) (0.68), FRW (0.47) e crescimento líquido da raiz (NRG) (0.52).

Field comparison between selection methods at the maize seedling stage in relation to aluminum tolerance

Selection and breeding for aluminum tolerance is a useful approach to increase maize (Zea mays L.) grain yield in acid soils. The objective of this work was the comparison between two screening approaches for the development of Al tolerant maize populations. One cycle of divergent selection for aluminum tolerance, using both nutrient solution and pots with acid soil, were completed in the maize population SIKALQ. The four sub-populations selected through both selection procedures were compared with the original population and checks in field trials repeated over locations. Eight environments stratified into four groups varying from non acid to high aluminum saturation were used. Three variables were analyzed for comparisons of methodologies: grain yield, plant height and days to male flowering. The populations performed similarly in the high productivity locations and the differences between tolerant and sensitive ones were more evident for increasing levels of toxic aluminum. In spite of little differences, selection in pots with acid soil was more efficient than nutrient solution in changing the genetic structure of the population toward more tolerant and sensitive levels.

A seleção e o melhoramento visando tolerância ao alumínio é um procedimento valioso para aumentar a produção de milho (Zea mays L.) em solos ácidos. O objetivo deste trabalho foi comparar a eficiência de duas metodologias de seleção de plântulas, no desenvolvimento de populações de milho tolerantes ao alumínio. Foi realizado na população SIKALQ, um ciclo de seleção divergente para tolerância ao alumínio, utilizando solução nutritiva e vasos com solo ácido. As quatro sub-populações selecionadas pelas duas metodologias foram comparadas com a população original e testemunhas em experimentos de campo em vários locais. Foram utilizados oito locais, estratificados em quatro grupos começando com solos não ácidos até com alta saturação com alumínio. As comparações foram realizadas utilizando três variáveis: produção de grãos, altura de planta e dias até florescimento. As populações apresentaram um comportamento semelhante entre elas nos locais de alta produtividade, e as diferenças entre as tolerantes e suscetíveis ficaram mais evidentes na medida em que aumentou a toxidez por alumínio. Os resultados sugerem que a seleção em vasos com solo ácido foi mais eficiente em alterar a estrutura genética da população do que a solução nutritiva.

Genetic correlation between traits in the ESALQ-PB1 maize population divergently selected for tassel size and ear height

Full-sib and selfed (S1) progenies were obtained from sub-populations of ESALQ-PB1, divergently selected for tassel size (T+ and T-) and ear height (E+ and E-), and used for estimating genetic and phenotypic correlation coefficients between traits. The analyzed traits were: EW- total ear weight (g/plant), PH- plant height (cm), EH- ear height (cm), TB- tassel branch number and TL- tassel length. The highest genetic (rG) and phenotypic (rF) correlation was observed for the combination PH x EH, as expected, with average of 0.800 and 0.778, respectively over sub-populations and locations. It is apparent that divergent selection for tassel size did not affect greatly the correlation between PH and EH in the full sib progenies, but in the inbred progenies the correlation was smaller in the sub-population selected for larger tassels. Genetic correlation between PH and EH with tassel traits was always positive but ranged from 0.020 to 0.668 in Piracicaba and from 0.06 to 0.309 in Rio Verde. Genetic correlation between PH and EH with yield (EW) also was positive in the range of 0.087 to 0.503. EH showed higher correlation with EW in relation to PH x EW and differences were larger in the sub-populations divergently selected for ear height. Correlation between tassel traits with other traits was positive in most of instances and a lack of consistency was observed among sub-populations. Generally the coefficients of genetic and phenotypic correlation differed substantially from the estimates in the base population ESALQ-PB1 before divergent selection for tassel size and ear placement. Divergent selection affected the correlation between traits under unpredicted and varying magnitudes.

Progênies de irmãos germanos e de autofecundação (S1) foram obtidas de sub-populações de ESALQ-PB1 após seleção divergente para tamanho do pendão (T+ e T-) e altura da espiga (E+ e E-) e utilizadas para estimar os coeficientes de correlação genética e fenotípica entre caracteres. Foram analisados os caracteres: EW- peso de espigas (g/planta), PH- altura da planta (cm), EH- altura da espiga (cm), TB- número de ramificações do pendão e TL- comprimento do pendão. Como esperado, as maiores correlações genéticas (rG) e fenotípicas (rF) foram observadas para a combinação PH x EH, com médias de 0,800 e 0,778 , respectivamente, em várias sub-populações e locais. Aparentemente, a seleção divergente para tamanho do pendão não afetou fortemente a correlação entre PH e EH nas progênies de irmãos germanos, mas nas progênies endogâmicas a correlação foi menor na sub-população selecionada para pendão grande. A correlação genética entre PH e EH com os caracteres do pendão foram sempre positivas mas variaram de 0,020 a 0,068 em Piracicaba e de 0,060 a 0,309 em Rio Verde. A correlação genética entre PH e EH com produção (EW) também foi positiva, na faixa de 0,087 a 0,503. EH mostrou maior correlação com EW em relação a PH x EW e as diferenças foram maiores nas sub-populações que sofreram seleção divergente para altura da espiga. A correlação entre os caracteres do pendão com outros caracteres foi positiva na maioria dos casos e uma falta de consistência foi observada entre sub-populações. Em geral, os coeficientes de correlação genética e fenotípica diferiram substancialmente das estimativas na população base ESALQ-PB1 antes da seleção divergente para tamanho do pendão e posição da espiga. A seleção divergente afetou a correlação entre caracteres sob magnitudes imprevisíveis e variáveis.

Genetic correlation between traits in the ESALQ-PB1 maize population divergently selected for tassel size and ear height

Full-sib and selfed (S1) progenies were obtained from sub-populations of ESALQ-PB1, divergently selected for tassel size (T+ and T-) and ear height (E+ and E-), and used for estimating genetic and phenotypic correlation coefficients between traits. The analyzed traits were: EW- total ear weight (g/plant), PH- plant height (cm), EH- ear height (cm), TB- tassel branch number and TL- tassel length. The highest genetic (rG) and phenotypic (rF) correlation was observed for the combination PH x EH, as expected, with average of 0.800 and 0.778, respectively over sub-populations and locations. It is apparent that divergent selection for tassel size did not affect greatly the correlation between PH and EH in the full sib progenies, but in the inbred progenies the correlation was smaller in the sub-population selected for larger tassels. Genetic correlation between PH and EH with tassel traits was always positive but ranged from 0.020 to 0.668 in Piracicaba and from 0.06 to 0.309 in Rio Verde. Genetic correlation between PH and EH with yield (EW) also was positive in the range of 0.087 to 0.503. EH showed higher correlation with EW in relation to PH x EW and differences were larger in the sub-populations divergently selected for ear height. Correlation between tassel traits with other traits was positive in most of instances and a lack of consistency was observed among sub-populations. Generally the coefficients of genetic and phenotypic correlation differed substantially from the estimates in the base population ESALQ-PB1 before divergent selection for tassel size and ear placement. Divergent selection affected the correlation between traits under unpredicted and varying magnitudes.

Progênies de irmãos germanos e de autofecundação (S1) foram obtidas de sub-populações de ESALQ-PB1 após seleção divergente para tamanho do pendão (T+ e T-) e altura da espiga (E+ e E-) e utilizadas para estimar os coeficientes de correlação genética e fenotípica entre caracteres. Foram analisados os caracteres: EW- peso de espigas (g/planta), PH- altura da planta (cm), EH- altura da espiga (cm), TB- número de ramificações do pendão e TL- comprimento do pendão. Como esperado, as maiores correlações genéticas (rG) e fenotípicas (rF) foram observadas para a combinação PH x EH, com médias de 0,800 e 0,778 , respectivamente, em várias sub-populações e locais. Aparentemente, a seleção divergente para tamanho do pendão não afetou fortemente a correlação entre PH e EH nas progênies de irmãos germanos, mas nas progênies endogâmicas a correlação foi menor na sub-população selecionada para pendão grande. A correlação genética entre PH e EH com os caracteres do pendão foram sempre positivas mas variaram de 0,020 a 0,068 em Piracicaba e de 0,060 a 0,309 em Rio Verde. A correlação genética entre PH e EH com produção (EW) também foi positiva, na faixa de 0,087 a 0,503. EH mostrou maior correlação com EW em relação a PH x EW e as diferenças foram maiores nas sub-populações que sofreram seleção divergente para altura da espiga. A correlação entre os caracteres do pendão com outros caracteres foi positiva na maioria dos casos e uma falta de consistência foi observada entre sub-populações. Em geral, os coeficientes de correlação genética e fenotípica diferiram substancialmente das estimativas na população base ESALQ-PB1 antes da seleção divergente para tamanho do pendão e posição da espiga. A seleção divergente afetou a correlação entre caracteres sob magnitudes imprevisíveis e variáveis.

Inbreeding in two maize subpopulations selected for tassel size

The present work was based on the evaluation of full sib and S1 progenies from the maize (Zea mays L.) population ESALQ-PB1 after six cycles of divergent selection for tassel size. The following traits were analyzed: plant height , ear height, tassel branch number, tassel length, and tassel weight. For all traits, the experimental units were means of three plants per plot. Progenies were evaluated in eleven experiments (completely randomized blocks) with three replications in Piracicaba -- SP, Brazil. Means of inbred (m1) and non-inbred (m0) progenies were used to estimate inbreeding depression (I = m1 -- m0) and the contribution of homozygotes (mu0 + a*) and heterozygotes (d*) to the population mean. Considering the five traits under study, inbreeding depression varied from 1.9 to 15.9% but significance for that effect was detected only for plant height. Plant traits exhibited higher depression than tassel traits; and tassel branch number seems to be more sensitive to inbreeding than the other two tassel traits. Except for plant height, it was apparent that inbreeding depression was higher in the subpopulation negatively selected for tassel size (T--). Estimates of A = mu0 + a* and d* indicate a smaller effect of dominance deviations for all traits, as compared to the contribution of homozygotes. Significant variability among progenies was detected in most instances.

O presente trabalho foi baseado na avaliação de progênies de irmãos germanos e S1 da população de milho (Zea mays L.) ESALQ-PB1 depois de seis ciclos de seleção divergente para tamanho do pendão. Os seguintes caracteres foram analisados: altura da planta, altura da espiga, número de ramificações do pendão, comprimento do pendão e peso do pendão. Para todos os caracteres, as unidades experimentais foram médias de três plantas por parcela. As progênies foram avaliadas em onze experimentos (blocos completamente casualizados) com três repetições em Piracicaba -- SP, Brasil. As médias das progênies endogâmicas (m1) e não endogâmicas (m0) foram usadas para estimar a depressão por endogamia (I = m1 -- m0) e a contribuição de homozigotos (mi0 + a*) e heterozigotos (d*) para a média populacional. Considerando os cinco caracteres sob estudo, a depressão por endogamia variou de 1,9 to 15,9% mas somente para altura da planta foi detectada significância para aquele efeito. Os caracteres da planta exibiram maior depressão do que os caracteres do pendão; e o número de ramificações do pendão parece ser mais sensível à endogamia do que os outros caracteres do pendão. Com exceção de altura da planta, foi evidente que a depressão por endogamia foi maior na subpopulação selecionada negativamente para tamanho do pendão (T--). As estimativas de A = mi0 + a* e d* indicam um menor efeito dos desvios de dominância para todos os caracteres, quando comparados com a contribuição dos homozigotos. Foi detectada variabilidade significativa entre progênies na maioria dos casos.

Inbreeding in two maize subpopulations selected for tassel size

The present work was based on the evaluation of full sib and S1 progenies from the maize (Zea mays L.) population ESALQ-PB1 after six cycles of divergent selection for tassel size. The following traits were analyzed: plant height , ear height, tassel branch number, tassel length, and tassel weight. For all traits, the experimental units were means of three plants per plot. Progenies were evaluated in eleven experiments (completely randomized blocks) with three replications in Piracicaba -- SP, Brazil. Means of inbred (m1) and non-inbred (m0) progenies were used to estimate inbreeding depression (I = m1 -- m0) and the contribution of homozygotes (mu0 + a*) and heterozygotes (d*) to the population mean. Considering the five traits under study, inbreeding depression varied from 1.9 to 15.9% but significance for that effect was detected only for plant height. Plant traits exhibited higher depression than tassel traits; and tassel branch number seems to be more sensitive to inbreeding than the other two tassel traits. Except for plant height, it was apparent that inbreeding depression was higher in the subpopulation negatively selected for tassel size (T--). Estimates of A = mu0 + a* and d* indicate a smaller effect of dominance deviations for all traits, as compared to the contribution of homozygotes. Significant variability among progenies was detected in most instances.

O presente trabalho foi baseado na avaliação de progênies de irmãos germanos e S1 da população de milho (Zea mays L.) ESALQ-PB1 depois de seis ciclos de seleção divergente para tamanho do pendão. Os seguintes caracteres foram analisados: altura da planta, altura da espiga, número de ramificações do pendão, comprimento do pendão e peso do pendão. Para todos os caracteres, as unidades experimentais foram médias de três plantas por parcela. As progênies foram avaliadas em onze experimentos (blocos completamente casualizados) com três repetições em Piracicaba -- SP, Brasil. As médias das progênies endogâmicas (m1) e não endogâmicas (m0) foram usadas para estimar a depressão por endogamia (I = m1 -- m0) e a contribuição de homozigotos (mi0 + a*) e heterozigotos (d*) para a média populacional. Considerando os cinco caracteres sob estudo, a depressão por endogamia variou de 1,9 to 15,9% mas somente para altura da planta foi detectada significância para aquele efeito. Os caracteres da planta exibiram maior depressão do que os caracteres do pendão; e o número de ramificações do pendão parece ser mais sensível à endogamia do que os outros caracteres do pendão. Com exceção de altura da planta, foi evidente que a depressão por endogamia foi maior na subpopulação selecionada negativamente para tamanho do pendão (T--). As estimativas de A = mi0 + a* e d* indicam um menor efeito dos desvios de dominância para todos os caracteres, quando comparados com a contribuição dos homozigotos. Foi detectada variabilidade significativa entre progênies na maioria dos casos.