Оценка количественных характеристик клубнеобразования дикого картофеля на основе анализа изображений клубней с использованием компьютерного приложения SeedСounter

Применение методов количественного цифрового фенотипирования для анализа параметров клубнеобразования диких клубненосных видов картофеля актуально для аннотации коллекций и для отбора оптимального донорного материала в работах по селекции культурного картофеля. На сегодняшний день в литературе не описано методов, позволяющих объективно количественно оценить морфологические параметры клубней дикого картофеля. В настоящей работе был проведен эксперимент по оценке морфологических характеристик клубней диких видов секции Petota Dumort. рода Solanum L. при помощи мобильного приложения SeedCounter, анализирующего изображения объектов, размещенных на стандартном листе бумаги. Двенадцать образцов генотипов из коллекции ВИР, относящихся к девяти диким видам, были выращены в вегетационных сосудах, расположенных в парнике, обтянутом укрывным материалом, в сроки вегетации культурного картофеля (Новосибирская область). Урожай клубней получен с представителей девяти генотипов. Измерена масса клубней с одного растения, урожай каждого растения проанализирован при помощи настольной версии приложения  SeedCounter (http://wheatdb.org/seedcounter). Произведен подсчет клубней, для каждого клубня получены следующие характеристики: длина, ширина, площадь проекции на лист бумаги, отношение длины к ширине, округлость, закругленность, шероховатость и компактность. При попарном сравнении девяти видов по перечисленным параметрам были выявлены достоверные различия в 86 % исследуемых пар. На основании показателей отношения длины к ширине и площади проекции клубня предложена формула для вычисления объема урожая клубней с одного куста. Вычисленные значения объема урожая имеют высокую корреляцию со значениями массы урожая с одного куста. Показатель объема урожая предлагается использовать для общей характеристики клубнеобразования дикого картофеля по четырехбалльной шкале (от 0 до 3). В исследуемой группе образцов выявлены генотипы, обладающие нулевым, слабым, средним и высоким клубнеобразованием. Полученные данные частично соответствуют оценке клубнеобразования, проведенной по критериям ВИР. Различие в результатах оценки,  вероятно, связано с условиями выращивания материала. Результаты применения метода позволяют рассматривать его как перспективный способ стандартного фенотипирования образцов коллекций диких видов картофеля.

1. Букасов С.М. Обзор таксономии видов картофеля секции Tuberarium (Dun.) Buk. Бюл. ВИР. 1980;105:6.

2. Каталог мировой коллекции ВИР. Вып. 816. Клоновая коллекция диких видов картофеля. СПб., 2014.

3. Киру С.Д., Костина Л.И., Трускинов Э.В., Зотеева Н.М., Рогозина Е.В., Королева Л.В., Фомина В.Е., Палеха С.В., Косарева О.С., Кириллов Д.А. Методические указания по поддержанию и изучению мировой коллекции картофеля. СПб.: ВИР, 2010.

4. Киру С.Д., Рогозина Е.В. Мобилизация, сохранение и изучение генетических ресурсов культивируемого и дикорастущего картофеля. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2017;21(1):7-15. DOI 10.18699/VJ17.219.

5. Aversano R., Contaldi F., Ercolano M.R., Grosso V., Iorizzo M., Tatino F., Delledonne M., Xumerle L., Molin A.D., Avanzato C., Ferrarini A., Sanseverino W., Cigliano R.A., Capella-Gutierrez S., Gabaldón T., Frusciante L., Bradeen J.M., Carputo D. The Solanum commersonii genome sequence provides insights into adaptation to stress conditions and genome evolution of wild potato relatives. Plant Cell. 2015;27(4):954-968. DOI 10.1105/tpc.114.135954.

6. Cervantes E., Martín J.J., Saadaoui E. Updated methods for seed shape analysis. Scientifica. 2016;2016:5691825. DOI 10.1155/2016/5691825.

7. Correll D.S. The Potato and its Wild Relatives. Renner: Texas Res. Found., 1962.

8. Huaman Z., Williams J., Salhuna W., Vincent L. Descriptors for the Cultivated Potato. Rome, Italy: Int. Board for Plant Genet. Res., 1977;77(32):47.

9. Komyshev E., Genaev M., Afonnikov D. Evaluation of the SeedCounter, a mobile application for grain phenotyping. Front. Plant Sci. 2017;7:1990. DOI 10.3389/fpls.2016.01990.

10. Ochoa C.M. The Potatoes of South America: Peru. Int. Potato Center, 2004.

11. Rady A.M., Guyer D.E. Rapid and/or nondestructive quality evaluation methods for potatoes: a review. Comput. Electron. Agr. 2015;117: 31-48. DOI 10.1016/j.compag.2015.07.002.

12. Si Y., Sankaran S., Knowles N.R., Pavek M.J. Potato tuber length-width ratio assessment using image analysis. Am. J. Potato Res. 2017; 94(1):88-93. DOI 10.1007/s12230-016-9545-1.

13. Si Y., Sankaran S., Knowles N.R., Pavek M.J. Image-based automated potato tuber shape evaluation. J. Food Meas. Charact. 2018; 12(2):702-709. DOI 10.1007/s11694-017-9683-2.

14. Spooner D.M., Van den Berg R.G., Rodrigues A., Bamberg J., Hijmans R.J., Lara-Cabrera S.I. Wild Potatoes (Solanum section Petota; Solanaceae) of North and Central America. Syst. Bot. Monogr.2004;68.

15. Su Q., Kondo N., Li M., Sun H., Al Riza D.F. Potato feature prediction based on machine vision and 3D model rebuilding. Comput. Electron. Agr. 2017;137:41-51. DOI 10.1016/j.compag.2017.03.020.

16. Tabatabaeefar A. Size and shape of potato tubers. Int. Agrophys. 2002; 16(4):301-306.