Продуктивность и качественные показатели клубней картофеля

Введение. В современном картофелеводстве делается упор на улучшение биохимического состава клубней, что продиктовано запросами пищевой промышленности и данными о нутритивной ценности продукта. Ключевым целевым признаком выступает крахмалистость, поскольку крахмал является не только основным запасным углеводом, определяющим технологические свойства, но и источником резистентного (устойчивого) крахмала. Последний, составляя от 1 до 6% в вареном картофеле, выполняет важные физиологические функции, включая пребиотический эффект и защиту от канцерогенов, что подчеркивает медико-биологическую значимость селекции на данный признак [1, 2, 3].

Крахмалистость представляет собой сложный количественный признак, контролируемый полигенной системой с преимущественно доминантным типом наследования. Существует устойчивая положительная корреляция между крахмалистостью родительских форм и потомства, что подтверждает эффективность отбора по этому признаку [4, 5, 6]. При этом его тесная связь с содержанием сухого вещества (коэффициент корреляции r ≈ 0,999) позволяет использовать её как надежный индикатор в первичной оценке селекционного материала [7]. Однако успешная селекция требует преодоления, часто наблюдаемого негативного взаимодействия между высокой продуктивностью и качеством клубней, что делает выявление генотипов, сочетающих эти свойства, приоритетной задачей [8, 9].

Для объективного анализа селекционного материала и выявления таких генотипов необходимы комплексные статистические методы. Корреляционный и регрессионный анализы являются стандартным инструментом для количественной оценки взаимосвязей между хозяйственно-ценными признаками, такими как урожайность, крахмалистость и товарность [10, 11, 12].

В исследовании изучали гибридные популяции, полученные от скрещивания сортов Ладожский и Голубой Дунай, с последующей разработкой системы интегральных индексов на основе взвешенного суммирования нормализованных значений ключевых параметров в соответствии с адаптированной методикой.

Цель исследования заключалась в идентификации гибридов картофеля, оптимально сочетающих высокую продуктивность с необходимыми биохимическими показателями для их использования в различных направлениях потребления.

Условия, материалы и методы. Исследования проводились в 2024 году на опытном участке в горной зоне (с. Верхний Фиагдон, Алагирский район РСО– Алания) на высоте 1400 м над уровнем моря. Почва – горно-луговая степная, среднесуглинистая.

Объектом изучения служили 21 гибрид картофеля комбинации 133, полученный от скрещивания сортов Ладожский и Голубой Дунай: 18.133/875; 18.133/379; 18.133/155, 18.133/855, 18.133/354, 18.133/433, 18.133/450; 18.133/444; 18.133/226; 18.133/188; 18.133/436; 18.133/482; 18.133/452; 18.133/349; 18.133/173; 18.133/237; 18.133/893; 18.133/681; 18.133/32; 18.133/864; 18.133/39.

Исследования проводились в питомнике основного испытания согласно традиционной схеме селекционного процесса. Посадка проведена в двухрядковые делянки, по 20 клубней на гибрид в четырехкратной повторности.

Учет урожайности проводили путем взвешивания клубней с пересчетом на т/га. Товарность оценивали как процент клубней товарной фракции согласно ГОСТ 7176—2017 [13]. Содержание сухого вещества и крахмала определяли весовым методом по удельному весу на весах ВЛКТ-500-м.

Статистическую обработку данных проводили в соответствии с методикой Доспехова Б.А. [12]. Были рассчитаны: коэффициент корреляции Пирсона; коэффициент детерминации, уравнение регрессии, среднее значение, минимум, максимум, стандартное отклонение, размах, коэффициент вариации.

На основе взвешенного суммирования нормализованных значений нами были разработаны три интегральных индекса. Расчет проводили следующим образом:

• -    значения каждого признака нормализовались к диапазону 0-1;

• -    определялись весовые коэффициенты в зависимости от цели использования;

• -    рассчитывалась взвешенная сумма нормализованных значений.

Таким образом, формула будет выглядеть следующим образом: Х1 × (урож.) + Х2 × (крахм.) + Х3 × (товарн.).

Уравнение регрессии, полученное методом наименьших квадратов, имеет вид: у = 2,469 + 1,714 х х , где x - крахмалистость (%), у - урожайность (т/га).

Результаты и обсуждение. Известно, что высокое содержание крахмала и сухого вещества определяет пищевую ценность картофеля, выход товарной продукции при производстве крахмала, спирта, а также качество продуктов переработки: чипсов, сухого картофельного пюре, картофельной стружки, гранул [14]. Согласно модели сорта, содержание крахмала в сортах картофеля, предназначенных для возделывания в Северо-Кавказском регионе должно составлять: для ранних – 14,0%, среднеранних – 14,0-14,5 %, среднеспелых – 15,0-15,5% [15]. Результаты проведённых нами исследований гибридов картофеля в питомнике основного испытания по важнейшим хозяйственно-ценным признакам (урожайность, содержание сухого вещества в клубнях, крахмалистость) представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Хозяйственно-ценные признаки гибридов картофеля, 2024 год

Гибрид	Сухое вещество, %	Крахмал, %	Урожайность, т/га	Товарность, %
18.133/875	21,23	15,2	22,2	80
18.133/379	19,16	13,2	18,3	85
18.133/155	22,46	16,5	30,5	92
18.133/855	26,46	20,5	42,4	85
18.133/354	19,93	13,9	23,0	77
18.133/433	18,84	12,8	28,9	71
18.133/450	18,39	12,4	20,4	73
18.133/444	20,57	14,6	28,0	78
18.133/226	22,57	16,6	30,5	84
18.133/188	21,77	15,8	35,3	93
18.133/436	21,22	15,2	29,4	80
18.133/482	20,48	14,5	24,4	78
18.133/452	18,67	12,7	27,8	81
18.133/349	20,42	14,4	27,4	88
18.133/173	21,14	15,1	31,6	87
18.133/237	20,53	14,5	18,1	88
18.133/893	18,09	12,1	27,2	95
18.133/681	20,27	14,3	37,7	71
18.133/32	24,66	18,7	29,6	84
18.133/864	21,15	15,1	30,2	72
18.133/39	22,57	16,6	28,3	78

Условию модели сорта удовлетворяют гибриды 18.133/875, 18.133/155, 18.133/855, 18.133/354, 18.133/444, 18.133/226, 18.133/188, 18.133/436, 18.133/482, 18.133/349, 18.133/173, 18.133/237, 18.133/681, 18.133/32, 18.133/864, 18.133/39, обладающие крахмалистостью в пределах: от 13,9% (гибрид 18.133/354) до 20,5 (гибрид 18.133/855).

Абсолютным лидером стал гибрид 18.133/855 с содержанием крахмала 20,5% и сухого вещества 26,46%, что в сочетании с исключительной урожайностью 42,4 т/га обеспечило ему максимальный выход крахмала с единицы площади в 8,69 т/га. Также высокой крахмалистостью отличился гибрид 18.133/32, показавший 18,7% крахмала, что при урожайности 29,6 т/га, дает крахмала 5,53 т/га. Так же выделились формы с перспективным сочетанием признаков: гибриды 18.133/155 (16,5%, 30,5 т/га), 18.133/226 (16,6%, 30,5 т/га), 18.133/188 (15,8%, 35,3 т/га) и 18.133/681 (14,3%, 37,7 т/га), которые продемонстрировали не только достойную крахмалистость, но и высокую продуктивность, что выразилось в значительном выходе крахмала с гектара (от 4,77 до 5,57 т/га). Также выявлены гибриды с низкой крахмалистостью (12,1– 13,2%), которые не соответствуют целевым показателям: 18.133/893, 18.133/450, 18.133/452 , 18.133/433, 18.133/379.

Товарность картофеля определяется наличием крупных и средних клубней в гнезде. Согласно ГОСТ 7176—2017, наименьший диаметр клубней раннего картофеля – 28 мм, позднего картофеля – 35 мм, для картофеля удлиненной формы – 30 мм; наибольший диаметр составляет 80 мм, 80 мм и 75 мм соответственно.

По предварительной оценке гибриды 18.133/855 и 18.133/32 пригодны для производства сухого картофельного пюре, требования к которому составляют – не менее 24 % сухого вещества.

Урожайность картофеля в 2024 году в РФ составила 176,3 ц/га в хозяйствах всех категорий, и 280,8 ц/га – в сельскохозяйственных организациях, в Северо-Кавказском федеральном округе - 181,8 ц/га, 285,0 ц/га; в РСО – Алания – 185,8 ц/га и 226,6 ц/га соответственно. Таким образом, отличия между среднереспубликанскими и среднероссийскими данными небольшие [16]. С целью изучения возможности повышения урожайности картофеля с сохранением в его клубнях достаточного содержания основных биологических и биохимических показателей, в нашем исследовании была проведена статистическая обработка данных по 4 основным хозяйственноценным признакам различных гибридов картофеля селекции ФГБОУ ВО Горский ГАУ: сухое вещество, крахмалистость, урожайность, товарность. Данные проведённого анализа, представленного в таблице 2, демонстрируют существенную вариабельность изучаемых признаков.

Таблица 2 – Статистическая обработка биологических и биохимических показателей картофеля

Признак Среднее значение ± S Минимум Максимум R V, % Сухое  вещество, % 20,98 ± 2,03 18,09 26,46 8,37 9,7 Крахмалистость, % 14,99 ± 2,04 12,10 20,50 8,40 13,6 Урожайность, т/га 28,15 ± 5,97 18,10 42,40 24,30 21,2 Товарность, % 81,90 ± 7,13 71,00 95,00 24,00 8,7 где S - стандартное отклонение; R - размах; V - коэффициент вариации,%

В результате расчётов было установлено, что наибольшая вариабельность наблюдается по признаку урожайности (т/га) (CV = 21,2%), полученные данные указывают на большие генетические различия между гибридами по продуктивности. Размах значений достаточно велик по всем признакам: урожайность лучшего гибрида (42,4 т/га) превышает худший (18,1 т/га) в 2,3 раза, крахмалистость (20,5% и 12,1 %) в 1,7 раза, что подтверждает генетическое разнообразие коллекции.

Исследования гибридов в питомнике основного испытания гибридов в горной зоне РСО-Алания, позволили изучить взаимосвязь между хозяйственноценными признаками. Результаты проведённого корреляционного анализа с использованием коэффициента корреляции Пирсона подтверждают, что (рисунок 1) между содержанием сухого вещества в клубнях картофеля и содержанием крахмала выявлена практическая полная линейная зависимость (r=0,999, p<0,05).

Рисунок 1 – Матрица парных корреляций между хозяйственными признаками гибридов картофеля

В свою очередь показатель урожайности демонстрирует положительные умеренные корреляции как с сухим веществом (r=0,585, p<0,05), так и с крахмалистостью (r = 0,586, p < 0,05). Полученный в результате расчёта положительный результат, говорит о рациональности потенциальных, более углубленных исследований взаимосвязи между содержанием в клубнях сухого вещества и урожайности. Товарность не показала статистически значимых корреляций ни с одним из изучаемых признаков (p > 0,05), что свидетельствует о независимом наследовании этого признака и возможности селекции по товарности без негативного влияния на другие хозяйственные характеристики.

Для детального анализа наиболее важной для селекции взаимосвязи между крахмалистостью и урожайностью построена модель линейной регрессии, в которой урожайность выступала в качестве зависимой переменной (рисунок 2).

С помощью метода наименьших квадратов нами была построена регрессионная модель, представленная на рисунке 2 в виде красной линии.

По полученным расчетам, коэффициент корреляции Пирсона составил r = 0,586; коэффициент детерминации – R² = 0,343.

Коэффициент детерминации R² = 0,343 показывает, что 34,3% вариации урожайности в исследованной коллекции объясняется вариацией содержания крахмала. Наклон линии регрессии (1,714) указывает, что каждое увеличение крахмалистости на 1% ассоциируется с повышением урожайности на 1,714 т/га .

Рисунок 2 – Взаимосвязь между крахмалистостью и урожайностью у гибридов картофеля

Для комплексной оценки селекционной ценности гибридов нами были разработаны три интегральных показателя с учетом различных направлений использования картофеля. Поскольку между крахмалистостью и содержанием сухого вещества выявлена практически полная корреляция, в расчетах использовалась только крахмалистость как более специфичный для картофеля показатель качества.

Таким образом, формулы интегральных показателей будут иметь следующий вид:

• 1.    Индекс     общего     назначения:     0,334×урожайность     +

• 2.    Индекс для промышленной переработки на сухое картофельное пюре: 0,40×урожайность + 0,50×крахмалистость + 0,10×товарность

• 3.    Индекс для столового картофеля:   0,40×урожайность +

18.133/18. Для производства столового картофеля рекомендуются: 18.133/85, 18.133/18, 18.133/15.18.133/15 и 18.133/32. Эти гибриды характеризуются сбалансированным сочетанием всех изучаемых признаков и представляют особую ценность для селекции (табл.3).

0,333×крахмалистость + 0,333×товарность;

0,30×крахмалистость + 0,30×товарность

Результаты комплексной оценки демонстрируют, что (таблица 3) гибрид 18.133/85 является абсолютным лидером по всем интегральным показателям, демонстрируя уникальное сочетание максимальной урожайности (42,4 т/га), высокой крахмалистости (20,5%) и хорошей товарности (85,0%). Для промышленной переработки, для которой характерно высокое содержание сухих веществ в клубнях, наиболее перспективны: 18.133/85,  18.133/32,

Выделены четыре гибрида-универсала, стабильно входящие в список пяти лучших по всем интегральным показателям: 18.133/85,  18.133/18,

Таблица 3 – Гибриды лидеры по интегральным показателям

Место	Общее назначение	Для переработки	Столовый картофель
1	18.133/85 (0,861)	18.133/85 (0,958)	18.133/85 (0,875)
2	18.133/18 (0,688)	18.133/32 (0,636)	18.133/18 (0,690)
3	18.133/15 (0,636)	18.133/18 (0,595)	18.133/15 (0,624)
4	18.133/32 (0,600)	18.133/15 (0,554)	18.133/32 (0,588)
5	18.133/22 (0,529)	18.133/22 (0,526)	18.133/17 (0,529)

Система интегральных показателей позволяет проводить объективную комплексную оценку селекционного материала с учетом различных направлений использования картофеля. Применение весовых коэффициентов для разных целей использования делает оценку более гибкой и практикоориентированной.

Выводы:

• 1.    Установлены взаимосвязи между ключевыми биохимическими признаками. Обнаружена умеренная положительная корреляция между урожайностью и крахмалистостью (r = 0,586).

• 2.    Предложена система интегральных индексов на основе взвешенного суммирования нормализованных значений ключевых параметров. Дифференциация весовых коэффициентов позволяет объективно сравнивать генотипы для различных целевых направлений:  общего назначения,

• 3.    Идентифицированы перспективные гибриды для различных направлений селекции и производства: Гибрид 18.133/855 выделен как универсально ценная форма, сочетающая максимальную урожайность (42,4 т/га) с высоким содержанием крахмала (20,5%), и рекомендован в качестве донора для создания сортов технического и столового назначения. Для промышленной переработки (производство сухого пюре, крахмала) наиболее перспективны гибриды 18.133/855, 18.133/32 и 18.133/22. Для столового

промышленной переработки и столового использования.

использования (высокая товарность) рекомендован гибрид 18.133/188 с урожайностью 35,3 т/га и товарностью клубней 93%.