Выявление биоморфологических показателей, связанных с урожайностью и качеством клубней картофеля в условиях Самарской области

Автор: Бакунов Алексей Львович, Дмитриева Надежда Николаевна

Журнал: Известия Самарского научного центра Российской академии наук @izvestiya-ssc

Статья в выпуске: 5-3 т.16, 2014 года.

Бесплатный доступ

У сортов картофеля различных групп спелости с использованием кластерного анализа и метода главных компонент изучены биоморфологические параметры, коррелирующие с высокой урожайностью и качеством продукции. С целью оптимизации селекционного процесса выявлены группы тесно связанных признаков, которые при подборе родительских пар могут быть выражены как один. Выделены три главных компоненты, оказывающие наиболее существенное влияние на изменчивость изученных параметров. Показано, что сходные результаты получены при применении как кластерного анализа, так и метода главных компонент.

Картофель, сорт, урожайность, главные компоненты

Короткий адрес: https://sciup.org/148203414

IDR: 148203414

Текст научной статьи Выявление биоморфологических показателей, связанных с урожайностью и качеством клубней картофеля в условиях Самарской области

Получение новых сортов картофеля, адаптированных к местным агроклиматическим условиям, возможно только при широком изучении существующих сортов по комплексу хозяйственно-ценных признаков и выявлении среди них потенциальных родительских форм. При выведении новых сортов у родительских пар необходимо учитывать биоморфологические показатели, коррелирующие с высокой урожайностью и качеством клубней. В современном сорте картофеля должно быть скомбинировано около 40 хозяйственно-ценных признаков, однако при подборе родительских пар возможно выявить группы признаков, тесно связанные между собой, которые могут быть выражены как один. При этом часть избыточных признаков отсеивается, что ведёт к оптимизации селекционного процесса.

Материал и методика

С целью изучения сортов картофеля различных групп спелости отечественной и зарубежной селекции ежегодно в Самарском НИИСХ закладывается питомник экологического испытания.

В 2000-2006 годах в питомнике были оценены 65 сортов отечественной и зарубежной селек ции, в том числе 12 раннеспелых, 31 среднеран- Бакунов Алексей Львович, кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник.

Рубцов Сергей Леонидович, научный сотрудник.

них, 13 среднеспелых, 9 среднепоздних. Анализ проводился по 11 признакам. Кроме урожайности и полевой устойчивости к вирусным и грибным заболеваниям, сорта оценивались по крахмалистости, сроку созревания, развитию ботвы и средней массе товарного клубня.

Посадка и уборка осуществлялись вручную, посадка – в предварительно нарезанные борозды. Предшественник – чёрный пар. Картофель выращивался без орошения. Почва опытного участка: чернозём террасовый, обыкновенный, малогумусный, среднемощный, тяжелосуглинистый. Проводились следующие работы по уходу за растениями: осенняя обработка пара гербицидом сплошного действия, глубокая культивация и обработка роторным культиватором, довсходовое боронование, две междурядные обработки с окучиванием, обработки посадок гербицидами и инсектицидами.

Коллекция сортов высаживалась на двухрядковых делянках по 50 клубней в четырёх повторностях (всего 200 клубней каждого сорта). В период вегетации проводились учёты и наблюдения согласно Методическим указаниям по экологическому сортоиспытанию картофеля (1982). Математическая обработка результатов проводилась по Доспехову (1985), методами рангового и кластерного анализов (Лакин, 1973) и методом главных компонент (Харман, 1972).

Результаты и обсуждение

На основе анализа данных за 2000-2004 годы установлено, что максимальной урожайностью за этот период характеризовались сорта отечественной селекции Юбилей Жукова, Ильинский, Корона, Удача, сорта селекции Германии Ароза, Рубин и сорт голландской селекции Ку- рода. У этих же сортов отмечена и максимальная полевая вирусоустойчивость. Взаимосвязь физиологических и морфологических признаков и степень влияния каждого из них на важнейшую сортовую характеристику – урожайность – была проанализирована путём вычисления матрицы парных коэффициентов корреляции.

В табл. 1 представлена сравнительная характеристика коллекции сортов картофеля по продуктивности, полевой устойчивости к вирусным и грибковым заболеваниям, раннеспелости, развитию ботвы и массе товарного клубня. При этом цифрами обозначены следующие признаки (среднее за 2000-2004 годы): 1 – урожайность

Таблица 1. Характеристика сортов картофеля по комплексу хозяйственно-ценных признаков. Самарский НИИСХ, 2000-2004 гг.

Сорт	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
Аринда	142,3	6	30	4	31	19	13,5	18	3,5	23,5	22,5
Арника	205,8	27	20	38,5	4,5	15	13,5	18	40,5	23,5	22,5
Ар оза	273,8	44	37	41	31	3,5	33	6	24	23,5	22,5
Асп ия	142,9	6	38,5	42,5	31	32	33	39,5	9,5	23,5	22,5
Атланта	136,4	6	13,5	7	31	39	4,5	18	3,5	5,5	22,5
Белоснежка	158,8	21	38,5	40	44	39	4,5	18	24	42,5	22,5
Белоярский раннний	118,9	1	1	16	4,5	22	33	45	40,5	5,5	22,5
Бобр	171,5	27	30	19,5	31	39	13,5	36	9,5	23,5	22,5
Бронницкий	130,5	15	3,5	23,5	4,5	9,5	8,5	2	9,5	35,5	22,5
Брянский дели кате с	157,7	40	44	42,5	31	39	33	18	9,5	35,5	22,5
Гол уби зна	201,9	33	44	7	31	25	33	43	3,5	35,5	22,5
Десница	235,4	36,5	15	11,5	16,5	39	19,5	18	24	5,5	22,5
До риса	126,1	18,5	7	11,5	31	19	33	18	9,5	23,5	22,5
Елизаве та	196,4	33	30	1,5	31	25	13,5	43	24	12,5	22,5
Жуковский ранний	214,7	24	13,5	19,5	1	9,5	45	18	40,5	23,5	22,5
Зарево	138,1	30	3,5	3	31	29	33	43	3,5	5,5	3
Зекура	179,3	11,5	30	31,5	31	9,5	33	18	24	5,5	22,5
Зов	209,3	6	30	7	12,5	2	1	36	40,5	35,5	22,5
Ильи нский	253,7	33	16	31,5	31	9,5	22,5	36	24	42	22,5
Калинка	163,8	17	30	14	31	45	43	18	24	5,5	22,5
Каратоп	164,4	2	3,5	1,5	4,5	1	33	2	40,5	5,5	3
Корона	252,6	36,5	20	38,5	31	29	7	30,5	24	42	42,5
Космос	120,2	11,5	30	7	31	16	19,5	18	24	23,5	42,5
Курода	228,5	43	41	31,5	31	29	44	18	24	42	42,5
Латона	178,9	33	11,5	15	31	39	33	39,5	40,5	23,5	2,5
Лорх	167,6	6	7	11,5	16,5	9,5	2	18	3,5	12,5	3
Лотос	152,5	27	7	23,5	4,5	39	13,5	18	40,5	23,5	22,5
Лютеция	157,5	15	20	31,5	10	39	33	18	40,5	23,5	22,5
Маран ка	164,8	11,5	9,5	19,5	12,5	9,5	33	18	3,5	5,5	22,5
Невский	207,2	18,5	30	17	31	39	4,5	18	24	42	22,5
Олимп	185,6	21	30	44,5	31	19	33	18	24	23,5	22,5
Памир	218,9	27	30	31,5	8,5	9,5	19,5	18	24	12,5	3
Пост 86	182,8	15	20	11,5	8,5	29	19,5	18	24	5,5	3
Ресурс	238,2	38,5	41	23,5	31	19	13,5	36	9,5	23,5	42,5
Ро зара	212,8	27	20	31,5	31	9,5	33	4,5	24	23,5	22,5
Романо	183,7	6	41	19,5	12,5	9,5	33	18	24	12,5	22,5
Рубин	235,3	38,5	23	31,5	16,5	23	33	4,5	24	23,5	22,5
Самарский	152,3	11,5	9,5	31,5	12,5	3,5	13,5	32,5	24	23,5	22,5
Сантэ	182,8	23	30	23,5	45	33	8,5	30,5	24	35,5	22,5
Симби рянин	148,6	21	30	31,5	31	39	4,5	32,5	24	5,5	22,5
Удача	229,5	41,5	30	31,5	31	25	22,5	36	40,5	35,5	42,5
Фелокс	130,5	6	3,5	7	4,5	9,5	33	2	40,5	23,5	22,5
Эрнтестольц	170,3	21	11,5	31,5	31	19	33	18	24	23,5	22,5
Эффект	184,1	33	17	31,5	16,5	29	13,5	18	24	42	22,5
Юбилей Жукова	266,0	41,5	44	44,5	31	39	33	41	24	42	42,5

(ц/га); 2 – вирусоустойчивость; 3 – устойчивость к фитофторозу по листьям; 4 – устойчивость к макроспориозу по листьям; 5 – устойчивость к фитофторозу по клубням; 6 – устойчивость к сухой гнили по клубням; 7 – устойчивость к различным видам парши по клубням; 8 – устойчивость к ризоктониозу; 9 – срок созревания; 10 – развитие ботвы; 11 –мас-са товарного клубня. В пунктах 2-11 варьирующие признаки оценивались в баллах, поэтому для вычисления коэффициентов корреляции значения каждого признака были заменены соответствующими рангами (Лакин, 1973). При этом увеличение ранга соответствует увеличению у сорта устойчивости к заболеваниям, либо увеличению выраженности признака (раннеспелости, развития ботвы, размера клубня).

Установлено, что в условиях Самарского НИИСХ урожайность сорта в наибольшей степени обусловлена его полевой устойчивостью к вирусным заболеваниям; коэффициент корреляции между этими признаками составил 0,64**. Кроме того, достоверно значимые средние корреляционные связи выявлены между урожайностью и устойчивостью по листьям к фитофторозу и макроспориозу; между продуктивностью и морфологическими признаками – развитием ботвы и массой клубня (таблица 2). Достаточно низкий коэффициент корреляции между урожайностью и массой клубня свидетельствует о том, что урожайность изученных сортов была больше обусловлена количеством клубней на один куст.

Выраженность морфологических признаков, в свою очередь, в достаточно большой степени зависит от поражаемости растения вирусами, макроспориозом и фитофторозом как по листьям, так и по клубням; морфологические признаки также тесно связаны между собой, то есть масса клубня зависит от степени развития ботвы (r = 0,63**). Не установлено достоверной корреляционной зависимости между раннеспелостью и другими признаками, кроме её слабой положительной связи с размером клубня (r = 0,36*). Это говорит о том, что в условиях Среднего Поволжья вирусными и грибковыми заболеваниями могут в равной степени поражаться сорта, относящиеся к различным группам спелости. Следовательно, хотя все выделившиеся по урожайности сорта относятся к среднеранней группе, их преимущество обусловлено в первую очередь высокой устойчивостью к вирусной и грибковой инфекции. Достоверная связь между раннеспелостью и массой клубня указывает на несколько большую роль этого компонента в формировании общей урожайности у раннеспелых и среднеранних сортов в сравнении с сортами других групп спелости.

Анализ матрицы коэффициентов корреляции также показал, что устойчивость сорта картофеля к вирусным заболеваниям в ряде случаев может указывать и на его устойчивость к фитофторозу по листьям, макроспориозу и фитофторозу по клубням. Так, коэффициенты корреляции между вирусоустойчивостью и этими признаками составили соответственно 0,33**; 0,44** и 0,42**. Сильнее связаны между собой поражаемость фитофторозом листьев и клубней (r = 0,58*). Однако других связей между заболеваниями, поражающими надземную часть растения, и заболеваниями, поражающими клубни, не выявлено, как не выявлено связи между заболеваниями клубней и урожайностью. Связано это, вероятно, с тем, что грибковые заболевания поражают клубни уже после формирования основной части урожая. Вместе с тем имеется достоверная положительная средняя корреляционная связь между поражаемостью клубней фитофторозом и сухой гнилью (r = 0,47**); фитофторозом и ризок-тониозом (r = 0,44**), то есть, если клубень поражён одним из этих заболеваний, то создаются благоприятные условия для поражения другими.

При подборе исходного материала для селек-

Таблица 2. Матрица коэффициентов корреляции признаков сортов картофеля, 2000-2004 гг.

При знаки	1
1		2
2	0,64**		3
3	0,43**	0,33**		4
4	0,37*	0,44**	0,39**		5
5	0,20	0,42**	0,58**	0,27		6
6	-0,08	0,29	0,27	0,12	0,47**		7
7	0,08	0,20	0,08	0,15	0,06	-0,03		8
8	0,14	0,22	0,28	0,04	0,44**	0,36*	0,0		9
9	0,25	0,08	-0,08	0,19	-0,18	0,01	0,24	0,07		10
10	0,38*	0,45**	0,39**	0,46**	0,39**	0,16	-0,07	0,19	0,18		11
11	0,42**	0,51**	0,54**	0,47**	0,55**	0,38*	0,28	0,44	0,36*	0,63**

*Значимо на 5% уровне **Значимо на 1% уровне ции картофеля необходимо оценивать потенциальные родительские формы по большому количеству признаков. Применение метода кластерного анализа позволило выявить тесно связанные между собой признаки и представить их как один признак. В случае с приведённым набором сортов и признаков таковыми являются:

- урожайность – вирусоустойчивость. Сорт, в течение нескольких лет имеющий высокие показатели урожайности, с большой долей вероятности имеет высокую полевую вирусоустойчивость.
- устойчивость к фитофторозу по листьям – устойчивость к фитофторозу по клубням. Эти признаки могут быть объединены в один – общая устойчивость к фитофторозу.
- развитие ботвы – масса товарного клубня.

В 2005-2006 годах проведён анализ сортов картофеля по 12 хозяйственно-ценным признакам методом главных компонент. Применение метода позволило найти нескоррелированные между собой главные компоненты и коэффициенты нагрузки, отражающие вклад каждой главной компоненты в выраженность признака. Выделены три главных компоненты, на долю которых приходятся 53,6% общего варьирования (табл. 3).

Наиболее значительное различие между сортами выявлено по первой главной компоненте – 21,11%. В неё с максимальными нагрузками входят следующие признаки: урожайность, вирусо-устойчивость, устойчивость к фитофторозу по листьям и к макроспориозу. Первая компонента позволяет выделить признаки, непосредственно связанные с формированием урожайности.

На долю второй компоненты приходилось 13,6% варьирования признаков. Она оказывала максимальное влияние на срок созревания, крахмалистость и поражённость клубней паршой.

Третья компонента объединяла 13,85% обще- го варьирования признаков; в неё с максимальными нагрузками входили размер товарного клубня, развитие ботвы и поражённость растений картофеля ризоктониозом (табл. 3).

Таким образом, анализ главных компонентов позволил выделить у изученных сортов группы тесно связанных признаков. Так, установлено, что в условиях Самарского НИИСХ урожайность сорта в наибольшей степени обусловлена его полевой устойчивостью к вирусным заболеваниям, макроспориозу и фитофторозу по листьям (компонента 1). Это хорошо согласуется с результатами изучения сортов картофеля методом кластерного анализа в 2000-2004 годах, когда также была выявлена тесная взаимосвязь указанных признаков, особенно урожайности и полевой вирусоустойчивости.

Вторая компонента характеризует тесную связь между сроком созревания, крахмалистостью и поражённостью клубней паршой. Действительно, результаты биохимических анализов за ряд лет свидетельствуют о более высокой крахмалистости среднеспелых и среднепоздних сортов и гибридов. Кроме того, из литературных данных известно, что в большинстве случаев высокая крахмалистость связана с поздним созреванием. Из анализа второй главной компоненты также следует, что раннеспелые сорта в условиях Самарского НИИСХ больше подвержены поражению различными видами парши. Таким образом, при селекции на повышенную крахмалистость в качестве одного из компонентов скрещивания можно рекомендовать среднеспелые или среднепоздние формы, устойчивые к парше.

Анализ третьей главной компоненты указывает на связь между морфологическими признаками: размером товарного клубня и развитием надземной массы растения, то есть масса клуб-

Таблица 3. Значение веса главных компонентов признаков сортов картофеля, 2005-2006 гг.

Пр изнак Коэф фиц иен ты нагрузки комп онен тов 1 2 3 Урожайн ость -0,830 -0,205 -0,095 Кра хмали стос ть 0,082 0,708 -0,294 Вирусоустойчивость -0,797 -0,123 -0,015 Фит офторо з по лист ья м -0,647 -0,123 -0,242 Фи тофт ороз по клубням -0,401 -0,137 0,008 Макрос пориоз -0,764 0,038 0,044 Па рша -0,334 -0,540 -0,317 Ризоктон иоз 0,221 -0,358 -0,582 Сухая гн иль -0,475 0,105 0,134 Срок созревания -0,072 -0,775 0,216 Разм ер клубн я -0,433 -0,090 -0,689 Развитие ботвы -0,247 0,011 -0,725 Дисперсия 3,133 1,632 1,662 Доля влияния компон ент ы, % 21,110 13,599 13,848 На коп лен ие дисперсии 26,110 39,709 53,557 ня у изученного набора сортов зависела от степени развития ботвы, в то же время крупноклуб-нёвые сорта с развитой вегетативной массой сильнее поражались ризоктониозом. Достоверная средняя положительная взаимосвязь между этими признаками установлена также и в исследованиях 2000-2004 гг., когда коэффициент корреляции между надземной массой и массой клубня бы равен 0,63; а между массой клубня и поражаемостью ризоктониозом – 0,44.

Заключение

Сравнительная характеристика применения двух методов показала большое сходство полученных результатов. Установлено, что ви-русоустойчивость является основным лимитирующим фактором продуктивности для изученного набора сортов в местных агроэкологических условиях. Выявлено три группы тесно связанных признаков; при подборе родительских пар из данного сортимента в каждом случае можно руководствоваться лишь одним из признаков:

- урожайность, вирусоустойчивость, устойчивость к фитофторозу по листьям и к макро-спориозу;
- срок созревания, крахмалистость, устойчивость к видам парши;
- развитие ботвы, масса товарного клубня, устойчивость к ризоктониозу.

Список литературы Выявление биоморфологических показателей, связанных с урожайностью и качеством клубней картофеля в условиях Самарской области

Методические указания по экологическому сортоиспытанию картофеля, М.: ВНИИКХ. -1982
Доспехов Б. А. Методика полевого опыта, М.: Колос. -1985
Лакин Г. Ф. Биометрия. -М.: Высшая школа, 1973. -343 с
Харман Г. Современный факторный анализ, М.: Статистика. -1972

Статья научная