Отбор перспективных образцов для селекции фасоли с использованием кластерного анализа в условиях южной лесостепи Западной Сибири

УДК 633.31/.37:631.527

Н.Г. Казыдуб, Т.В. Маракаева, М.М. Коробейникова, М.В. Епанчинцев

ОТБОР ПЕРСПЕКТИВНЫХ ОБРАЗЦОВ ДЛЯ СЕЛЕКЦИИ ФАСОЛИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КЛАСТЕРНОГО АНАЛИЗА В УСЛОВИЯХ ЮЖНОЙ ЛЕСОСТЕПИ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ

Представлены результаты отбора перспективных образцов с комплексом хозяйственно-ценных признаков из коллекции фасоли с использованием кластерного анализа для ее дальнейшей селекции в условиях южной лесостепи Западной Сибири.

Ключевые слова: фасоль, кластерный анализ, образец, хозяйственно-ценные признаки.

Введение

Ассортимент культур, используемых на территории Западной Сибири, довольно узок и не позволяет разнообразить рацион питания населения. По пищевым качествам среди продуктов растительного происхождения фасоль занимает одно из первых мест в питании многих народов мира, уступая лидерство лишь зерновым культурам.

В Российской Федерации посевных площадей под фасолью - 4,8 тыс. га, а в Западной Сибири она возделывается в основном как огородная культура. В нашей стране, несмотря на достоинства, фасоль не является традиционной культурой, однако спрос на нее увеличивается из года в год. В то же время в Средние века фасоль была незаменимым продуктом в использовании с разными целями. Отсутствие интереса к возделыванию фасоли у нынешних производителей сельхозпродукции Сибирского региона объясняется отсутствием сортов, хорошо адаптированных к конкретным почвенно-климатическим условиям зоны, пригодных к механизированной уборке, и низкое качество бобов. Связано это с тем, что районированные сорта не полностью отвечают требованиям современного сельского хозяйства. Необходимы сорта интенсивного типа, пригодные для возделывания как в регионах традиционного выращивания фасоли, так и в перспективных, нетрадиционных районах. Это будет способствовать расширению ареала возделываемой культуры [1].

В России возделывание фасоли возможно на Северном Кавказе, в ЦентральноЧерноземной зоне, на юге Нечерноземной зоны и в лесостепи и степи Западной Сибири. Интерес представляют для Западной Сибири лучшие сорта и образцы из вышеуказанных регионов, а также из зарубежья. Часть регионов относят к лесостепной зоне. Климатические условия этой природной зоны и европейских стран имеют значительное сходство [ 2]. В связи с этим весьма актуальны комплексное изучение лучших европейских сортов, местных образцов и выделение источников хозяйственно-ценных признаков: высокой продуктивности, высокого прикрепления нижнего боба, высокого качества бобов и др. в условиях лесостепи Западной Сибири.

Объекты и методы

Объектом исследований являлась коллекция фасоли, состоящая из 75 образцов овощного направления и 18 образцов зернового использования отечественной и иностранной селекции. В качестве стандарта у фасоли овощной использовали сорт Золушку, зерновой - Бусинку.

Изучение коллекционного материала вели по методике ВИР (Методические указания, 1975), методике государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур (Москва, 1989).

Кластерный анализ отбора образцов по комплексу хозяйственно-ценных признаков определяли по методу Warde с использованием компьютерной программы «Statistica 6». В качестве меры сходства использовали евклидово расстояние.

© Казыдуб Н.Г., Маракаева Т.В., Коробейникова М.М., Епанчинцев М.В., 2014

Результаты исследований

В процессе эволюции растительных объектов среда создала виды, которые имеют идеальную сбалансированность признаков, это обеспечивает им выживание в постоянно изменяющихся климатических условиях. Образцы коллекции фасоли - растительные объекты, созданные человеком за определенный промежуток времени; безусловно, гибридизация не дает идеальной сбалансированности признаков в генотипе, как это делала природа на протяжении продолжительного периода времени.

В своей работе селекционер часто сталкивается с большим объемом материала по целому набору разных по своей природе признаков, который необходимо каким-либо образом систематизировать, чтобы затем выделить лучшие формы по комплексу хозяйственно-ценных признаков [3].

В данных исследованиях авторы столкнулись с необходимостью классифицировать результаты оценки хозяйственно-ценных признаков у образцов коллекции фасоли овощного и зернового назначения для создания на их основе нового селекционного материала при селекции фасоли в условиях южной лесостепи Западной Сибири. С этой целью подвергли иерархической кластеризации 75 образцов фасоли овощной и 18 - зерновой. Рассматриваемые образцы имеют разную селекционную ценность по элементам продуктивности и пригодности к механизированной уборке.

После статистической обработки данных образцов фасоли зерновой кластерным анализом установлено, что в данной генеральной совокупности выделяются три хорошо различимых кластера. Для наглядной иллюстрации результатов кластеризации представлена денд-рограмма (древовидная диаграмма), на которой графически изображена иерархическая структура данной комбинации (рис. 1).

Рис. 1. Дендрограмма кластеризации образцов фасоли зерновой по элементам продуктивности и пригодности к механизированной уборке

Для образцов, выделенных в кластеры, характерен схожий набор признаков внутри кластера и достоверные различия с другими кластерами.

Первый кластер объединил 8 образцов, сочетающих оптимальную высоту растения (42,9 см), высокое прикрепление нижнего боба (20,3 см) с количеством бобов на растении -18 шт. и меньшей массой семян с одного растения (18,6 г).

Во второй группе (второй кластер) - 4 образца. Растения кластера сочетают максимальное количество бобов на растении (25 шт.) и количество семян в бобе (6 шт.), высокую массу семян с одного растения (28,7 г), и высокое прикрепление нижнего боба (26,6 см) и высокое расстояние от кончика нижнего боба до почвы (13,1 см).

В третью группу (третий кластер) вошли 6 образцов. Это растения, которые имеют низкую высоту (15 см), норму по высоте прикрепления нижнего боба (18 см), количество бобов на растении - 20 шт., низкое расстояние от кончика нижнего боба до почвы (8 см).

Кластерный анализ образцов фасоли зерновой по элементам продуктивности и пригодности к механизированной уборке показал, что при создании новых сортов в качестве исходного материала необходимо рассматривать прежде всего растения, относящиеся ко второму кластеру. Его образцы являются растениями с комплексом положительных хозяйственно-ценных признаков, отбор которых наиболее желателен для селекции фасоли на высокую продуктивность и пригодность к механизированной уборке. В первом и третьем кластерах отбор будет менее эффективен, так как образцы фасоли зерновой сочетают неоптимальные показатели продуктивности и пригодности к машинной уборке.

После статистической обработки данных образцов фасоли овощной кластерным анализом установлено, что в данной генеральной совокупности выделяются три хорошо различимые группы. Для наглядной иллюстрации результатов кластеризации представлена дендро-грамма (древовидная диаграмма), на которой графически изображена иерархическая структура данной комбинации (рис. 2).

С выделением образцов с высокими показателями элементов продуктивности и признаков пригодности к механизированной уборке основным критерием для разделения по классам стали наивысшие значения признаков: количество бобов на растении, количество семян в бобе, масса семян с одного растения, прикрепление нижнего боба и расстояние от кончика нижнего боба до почвы.

Для образцов, выделенных в кластеры, характерен схожий набор признаков внутри кластера и достоверные различия с другими кластерами.

К первой, самой многочисленной группе (третий кластер) отнесено 35 образцов, сочетающих оптимальную высоту растения (46,3 см), высокое прикрепление нижнего боба (23,4 см) с наибольшим количеством бобов на растении (28 шт.) и массой семян с одного растения (27,4 г).

Во второй группе (первый кластер) - 24 образца со средним количеством бобов на растении (20 шт.) и количеством семян в бобе (5 шт.), высокой массой семян с одного растения (23,1 г), оптимальным прикреплением нижнего боба (18 см) и низким расстоянием от кончика нижнего боба до почвы (6 см).

В третью, самую малочисленную группу (второй кластер) вошли 15 образцов, существенно отличающихся от растений первой и второй групп. Это растения, которые имеют самые низкие показатели по элементам продуктивности и пригодности к механизированной уборке.

Кластерный анализ образцов фасоли овощной по элементам продуктивности и пригодности к механизированной уборке показал, что при создании новых сортов в качестве исходного материала необходимо выбирать образцы, относящиеся к третьему кластеру. Это растения с комплексом положительных хозяйственно-ценных признаков, отбор которых наиболее желателен для селекции на продуктивность и пригодность к механизированной уборке. В первом и втором кластерах отбор будет менее эффективен, так как образцы фасоли овощной сочетают низкие показатели продуктивности и пригодности к механизированной уборке.

..

•xV

мима

iX i »VI

JUME

ttfdie Моия RixHiiDc^irauiH s nxracLiodtfHatf

й о н

о в

во в о иб ло со об

а ф

в

о ц

з а

рм б ям о ял

и ет

и ат

ац ааз

зк езир коп

еаст ми

х

ы н

е л е

з

г

ам о

агр лон

ро нх

ре

дт ен о

« И

с

а

йн

Фасоль овощная является одной из самых распространенных зернобобовых культур в частном секторе. Благодаря высоким вкусовым и питательным качествам зеленых бобов и ежегодной высокой урожайности бобы фасоли пополняют в организме человека дефицит витаминов, органических кислот и полезных минеральных солей.

На современном этапе интенсификации отрасли пищевой промышленности (заморозка и консервирование) большое значение приобретает подбор исходного материала для создания сортов, удовлетворяющих условиям спроса у населения. В связи с этим приоритетное направление в селекции фасоли овощной - создание высокопродуктивных сортов с высокими вкусовыми и технологическими качествами зеленых бобов.

Технологические требования к зеленым бобам фасоли как сырью для переработки предопределяют, что они должны быть однородными по степени зрелости и размеру, некрупными, без повреждений, с отсутствием пергаментного слоя в створках боба и выравненными [4].

Все образцы коллекции фасоли овощной методом кластерного анализа показателей технологических качеств зеленых бобов объединены в три кластера (рис. 3).

При классификации образцов фасоли овощной по технологическим признакам основным критерием послужили: высокая мясистость боба, отсутствие или наличие пергаментного слоя, выравненность боба и его длина.

Для образцов, выделенных в кластеры, характерен схожий набор признаков внутри кластера и достоверные различия с другими кластерами. Первый, самый многочисленный кластер объединил 31 образец с выравненными, мясистыми (3 балла), без пергаментного слоя бобами, длина боба - 11-14 см.

Во втором кластере - 14 образцов. Растения этого кластера - выравненные бобы с присутствием пергаментного слоя в створках, мясистые (2 балла), длина боба - 10-12 см.

В третий кластер вошли 15 образцов, существенно отличающихся от растений первой и второй групп. Это растения с четковидной (бугристой) поверхностью, наличием пергаментного слоя, мясистые (1 балл), длина боба - до 10 см.

При проведении кластерного анализа фасоли овощной по основным технологическим показателям отмечено: при создании новых сортов в качестве исходного материала необходимо рассматривать образцы, относящиеся к первому кластеру. У них высокие показатели, отбор по которым наиболее желателен для селекции на высокие технологические качества зеленых бобов.

Во втором кластере отбор будет менее эффективным, так как образцы фасоли овощной сочетают невысокие значения признака, а в третьем отбор по данному признаку не проводится из -за его низких значений.

Заключение

Таким образом, кластерный анализ образцов фасоли овощного и зернового назначения позволил разбить их на группы (кластеры) и выделить образцы, обладающие комплексом хозяйственно-ценных признаков, важных при селекции культуры на высокую продуктивность, высокие технологические качества боба и пригодность к механизированной уборке. Данная группировка образцов с привлечением методов элементарной статистики оказалась более корректной по сравнению с общепринятой классификацией.

Список литературы

1. Казыдуб, Н.Г. Селекция и семеноводство фасоли в условиях южной лесостепи Западной Сибири : дис. ... д-ра с.-х. наук : 06.01.05 / Казыдуб Нина Григорьевна. - Омск, 2013. - 282 с.

2. Васякин, Н.И. Селекция зернобобовых культур в Западной Сибири : дис. ... д-ра с.-х. наук : 06.01.05 / Васякин Николай Иванович. - Новосибирск, 2003. - 274 с.

3. Лысенко, А.А. Сравнительная продуктивность сортов гороха различных морфотипов и создание на их основе нового селекционного материала : автореф. дис. ... канд. с.-х. наук : 06.01.05 / Лысенко Александр Александрович. - Зерноград, 2011. - 23 с.

4. Маракаева, Т.В. Сравнительная оценка хозяйственно-ценных признаков образцов фасоли (PHASEO-LUS VULGARIS L.) и создание на их основе нового селекционного материала для условий южной лесостепи Западной Сибири : дис. ... канд. с.-х. наук : 06.01.05 / Маракаева Татьяна Владимировна. - Омск, 2014. - 180 с.

SUMMARY

N.G. Kazydub, T.V. Marakaeva, M.M. Korobeynikova, M. V. Epanchintsev

Selection of perspective standards for selection of kidney bean with the use of cluster analysis in the conditions of south forest-steppe of Western Siberia

The results of selection of perspective standards are presented with the complex of economic-valuable signs from collection of kidney bean with the use of cluster analysis for her further selection in the conditions of south forest-steppe of Western Siberia.

Keywords: kidney Bean, cluster analysis, standard, economic-valuable signs.