Анализ главных компонентов и сравнительная характеристика самок радужной форели трех разных пород

Введение. Во всем мире аквакультура является активно развивающейся отраслью сельского хозяйства. Показатели темпа роста и эффективность конверсии корма являются одними из экономически важных показателей для рыбоводных хозяйств [1].

Индивидуальный отбор потомства по массе тела может улучшить показатели темпа роста, а также снизить производственные затраты. В результате достигается сокращение сроков выращивания рыбы до товарного размера, что значительно увеличивает прибыль хозяйства [2].

При выведении породы росталь использовались особи стальноголового лосося (Salmogaird-neri), завезенные в поселок Ропша из Финляндии. Формирование стада осуществлялось с помощью индивидуального отбора и подбора. Использовалась семейная селекция с применением близкородственного скрещивания. Порода выводилась для условий северо-запада России (среднегодовая температура воды 6-8 °С) [3].

При создании радужной форели породы ро-фор использовались особи радужной форели, завезенные из Дании и Германии в Ропшу. Выведение новой породы осуществлялось методом массового отбора на ранних этапах и индивидуального подбора производителей с оценкой потомства по его качеству [4].

bonitation, breeding, PCA.

Исходными формами радужной форели породы ропшинская золотая являлись особи радужной форели пород росталь и рофор . Выведение породы производилось массовым отбором по окраске тела. Благодаря систематическому отбору особей с окраской ярко-желтого цвета удалось создать маточные стада форели [5-7].

Цель исследования. Провести сравнительную характеристику продуктивных показателей самок радужной форели трех разных пород и анализ главных компонентов (PCA).

Задачи исследования: создание опытных групп самок радужной форели трех разных пород; снятие размерно-весовых показателей; сравнение экстерьерных показателей трех разных пород; анализ главных компонент размерно-весовых показателей радужной форели.

Материалы и методы исследования.

С целью выявления отличительных особенностей продуктивных показателей радужной форели трех пород: рофор, росталь, ропшинская золотая, - были созданы опытные группы самок-производителей. Исследование проводили на базе Федерального селекционно-генетического центра рыбоводства (ФСГЦР), расположенного в поселке Ропша. Породы содержались в одинаковых условиях, и кормление проводилось по нормам биотехники выращивания ра- дужной форели ФСГЦР. Бонитировка проводилась во время нереста производителей. От каждой породы было взято по 18 самок в возрасте 4 лет. С особей были сняты размерно-весовые показатели (масса, длина по Смиту, длина до конца чешуйчатого покрова, длина головы, высота тела, толщина тела). Полученные данные были статистически обработаны с использованием Excel и занесены в таблицу. Сравнение средних величин проводилось с использованием критерия Стьюдента при уровне значимости p<0.05. Коэффициент изменчивости (CV, %) рассчитывался по формуле [8]

CV= ̅·100 % , где x̅ – среднее значение показателя; σ – стандартная ошибка.

Анализ главных компонетов проводили в R v. 4.1.0 с помощью библиотек GGally, dplyr и ggbiplot. Пакет dplyr использовался для структуризации данных, а GGally и ggbiplot для визуализации полученных результатов.

Результаты исследования и их обсуждение. На первом этапе проводились расчеты средних величин и коэффициента изменчивости у трех пород радужной форели по размерновесовым показателям (см. табл.).

Размерно-весовые показатели самок трех пород радужной форели

Показатель	Порода
	Ропшинская золотая		Рофор		Росталь
	Среднее значение	Cv,%	Среднее значение	Cv,%	Среднее значение	Cv,%
Масса, г	2051,4±314,0	15,3	1601,4±226,7	14,2	1351,7±151,9	11,2
Длина тела по Смиту, см	50,4±3,1	6,1	44,8±1,8	4,1	43,8±2,2	5
Длина тела до конца чешуйчатого покрова, см	46,7±2,8	5,9	41,2±1,3	3,2	40,8±2,1	5,1
Длина головы, см	9,5±0,6	5,3	7,9±0,3	3,8	8,2±0,4	4,9
Высота тела, см	14±0,9	6,4	11,4±0,7	6,2	11,1±0,6	5,4
Толщина тела, см	6,3±0,6	8,0	5,2±0,3	5,8	5,3±0,3	5,7

В представленной таблице видно, что самки радужной форели породы ропшинская золотая значительно превосходят по биомассе особей двух других пород (p-value = 0,001). Также следует отметить, что наиболее изменчив показатель массы тела. Минимальные различия пород по толщине тела.

Далее были построены диаграммы рассеяния для каждой пары фенотипических признаков. При помощи библиотеки GGallyв Rstudio был построен следующий график (рис. 1).

Так как наши данные имеют разные единицы измерения и разный разброс, необходимо было стандартизировать показатели (рис. 1). На данном графике представлены нормальность распределения показателей, диаграмма рассеяния и корреляция.

Используя правило Кеттела, которое имеет логику, схожую с методом согнутого колена (локтя) в кластерном анализе, был построен график, по горизонтальной оси которого отложены номера главных компонент, а по вертикальной – их дисперсии (собственные значения ковариационной матрицы) (рис. 2).

Рис. 1. Матрица диаграммы рассеяния

Рис. 2. График главных компонент

По графику видно, что в нашем случае главная компонента вторая, так как она находится на изгибе. Следовательно, для достаточно точного описания наших 6 показателей достаточно иметь две комбинации этих показателей (рис. 2).

Далее мы построили график визуализации главных компонент, используя библиотеку ggbiplot (рис. 3).

Рис. 3. Визуализация главных компонент

На графике изображены векторы, соответствующие переменным: длина тела до конца Смита, длина тела до конца чешуйчатого покрова, длина головы, высота тела, толщина тела, масса тела. По осям X и Y идут две первые (наиболее информативные) главные компоненты. Представлена связь исходных показателей с главными компонентами. Вектор толщина тела сонаправлен с осью второй главной компоненты, следовательно между ними положительная связь. Также он самый длинный из всех остальных показателей, это означает, что он имеет наибольшую зависимость от данной компоненты. Следует отметить, что угол между векторами показателей: длина головы, длина тела по Смиту и длина до конца чешуйчатого покрова – минимален, следовательно, корреляция между данными экстерьерными признаками положительная и связь этих признаков сильная. А корреляция этих длин с показателями толщина тела и высота тела минимальна. Также следует отметить, что связь между признаками высота тела и длина до конца чешуйчатого покрова минимальна, так как угол между ними равен около 90°.

Заключение. Самки радужной форели породы ропшинская золотая значительно превосходят особей двух других пород по биомассе, хотя данный показатель наиболее изменчив (среднее значение 2051,4±314,0 Cv – 15.3 %). Показатель толщина тела имеет положительную связь со второй главной компонентой и имеет наибольшую зависимость от данной компоненты. Корреляция между показателями длина головы, длина тела по Смиту и длина до конца чешуйчатого покрова положительная и связь этих признаков сильная. Связь между показателями высота тела и длина до конца чешуйчатого покрова минимальна.