Таксономический анализ представителей рода Pinus L., культивируемых на территории России

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева

Таксономический анализ представителей рода Pinus L., культивируемых на территории России

В данной работе рассматривается таксономический анализ 98 таксонов рода Pinus L., культивируемых на территории России, исследуемых по 38 морфологическим признакам. В ходе исследования выборка составила около 550 экземпляров, находящихся в ювенильном и виргинильном возрастных периодах. Использованием статистических методов удалось показать систематическое положение таксонов.

Ключевые слова: СОСНА, PINUS, МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИЗНАКИ, КОЭФФИЦИЕНТЫ СХОДСТВА ПО СОКЕЛУ И СНИТУ, ИЕРАРХИЧЕСКАЯ КЛАСТЕРИЗАЦИЯ, НЕИРАРХИЧЕСКАЯ КЛАСТЕРИЗАЦИЯ, ДЕНДРОГРАММА, ДЕНДРИТ, КЛАСТЕРЫ

Род Pinus L. насчитывает около 108 видов, широко распространенных в северном полушарии. Сосны с каждым годом приобретают все большую популярность в декоративном садоводстве. В Европе активно ведется селекция многих таксонов данного рода, в результате чего получено много новых форм. Экологические факторы оказывают сильное влияние на изменчивость морфологических признаков введенных в культуру видов, подвидов, разновидностей и форм [1]. Из-за появления большого количества интродуцентов появляется необходимость в комплексном изучении таксонов, включая аборигенные виды. Чтобы выделить и описать указанные признаки, потребовалось оригинальное исследование структуры побегов и побеговых систем [2], а также общего габитуса и формы зрелых мегастробилов. Использование таксономического анализа позволяет выделить кластеры таксонов, близких в той или иной степени по морфологическим признакам.

Цель работы - изучить таксоны рода Pinus L., произрастающие в культуре на территории нашей страны.

Задачи исследования:

1) уточнение модальностей количественных и качественных признаков методом описания;

3) таксономический анализ методом иерархической кластеризации;

4) таксономический анализ методом неирархической кластеризации

5) сравнение результатов кластерного анализа таксонов методами иерархической и неиерархической кластеризации;

6) сравнение полученных результатов с систематикой Little & Critchfield (1969). таксон pinus кластеризация

Объектами исследования были 98 таксонов рода Pinus L. (табл. 1).

Материал собран на территории Москвы и Московской области (дендрологический сад имени Р.И. Шредера, ГБС РАН имени Н.В. Цицина, Плодовая станция РГАУ-МСХА, питомники «Сезоны», «Resinosa», «Европа парк» и «Империал Гарден»), а также Орехово-зуевского района Тверской области (природный заказник «Лежнево»), Краснодарского края (парк «Дендрарий», парк «Южные культуры», Субтропический Ботанический Сад Кубани) и республики Крым (Никитский ботанический сад). Названия таксонов написаны исходя из современных представлений о систематике (табл. 2) [3].

Таблица 2. Список изученных таксонов рода Pinus и их происхождение

Изучаемые признаки выбирали, исходя из описаний определителей: «Деревья и кустарники СССР» [4] и др., а также работы Ю.Н. Карпуна [5]. Все описания морфологических признаков заносили в журнал. Из журнала признаки оцифровывали в программу Excel. При подготовке полученных данных к обработке статистическими программами использовали алгоритм, предложенный Исачкиным А.В. [6, 7]. Методами статистического анализа в программах Excel, Statistica 6.0, SPSS производили обработку собранной информации.

В исследовании изучалось 38 морфологических признаков, относимых к разным структурам растений (рис. 1-6), таких как: многолетние стволы, малолетние побеги, однолетние приросты, почки, брахибласты, шишки и параметры надземной части (табл. 3).

Размещено на http://www.allbest.ru//

Рис. 1. Почки P. koraiensis (слева) и P. sabiniana (справа)

Рис. 2. Однолетние побеги Pinus mugo f. Winter Gold зимой (слева) и летом (справа)

Рис. 3. Побеги 2-5 лет P. densiflora (слева) и P. bungeana (справа)

Рис. 4. Стволы P. brutia var. pityusa (слева) и P. armandii (справа)

Рис. 5. Шишки P. parviflora (слева) и P. roxburghii (справа)

Рис. 6. Крона P. nigra var. pallasiana (слева) и P. sylvestris f. Hillside Creeper (справа)

После заполнения журнала и перевода всей полученной информации в электронный вид удалось уточнить описания из разных литературных источников. В ходе дальнейшей обработки выполнена унификация переменных и статистический анализ выборки. Статистический анализ выборки выполнен на основе нахождения коэффициентов сходства по Сокелу и Сниту и проведения кластеризации.

Методом иерархической кластеризации с мерой расстояния между объектами, выраженной евклидовым расстоянием, и объединением в кластеры по методу Варда можно выделить кластеры n-ых порядков. При разрыве связей на уровне 1,2 единиц евклидова расстояния выделяется 33 кластера 1 порядка. При разрыве связей на уровне 2, 5,5, 10 и 20 единиц евклидовых расстояний выделяется 15 кластеров 2 порядка, 6 кластеров 3 порядка, 3 кластера 4 порядка и 2 кластера 5 порядка, соответственно (рис. 7).

Методом неирархической кластеризации в результате проведения максимального корреляционного пути по коэффициентам сходства по Сокелу и Сниту получен дендрит таксонов (рис. 8-11), который, при уровне разрыва связей, равном 0,645, разбит на плеяды, которых получилось 32. 19 из них состоят из одного признака, 7 - из двух признаков, 2 - из трех признаков, 1 - из пяти признаков, 1 - из девяти признаков, 1 - из восемнадцати признаков и 1 - из 27. (рис. 12-15).

Рис. 8. Размещение дендрита на листах

Рис. 9. Дендрит таксонов. Часть 1

Рис. 10. Дендрит таксонов. Часть 2

Рис. 11. Дендрит таксонов. Часть 3

Рис. 12. Кластеры таксонов 1-18 (кроме 13-го кластера)

Рис. 13. 13-й кластер таксонов

Рис. 14. Кластеры таксонов 19-27

Рис. 15. Кластеры таксонов 28-32

При изучения таксономии 38 признаков выделено 187 модальностей. В результате унификации все признаки были приведены к номинальной шкале.

В ходе проведения иерархической кластеризации при разрыве связей на уровне 1,2 единиц евклидова расстояния выделяется 33 кластера 1 порядка. При разрыве связей на уровне 2, 5,5, 10 и 20 единиц евклидовых расстояний выделяется 15 кластеров 2 порядка, 6 кластеров 3 порядка, 3 кластера 4 порядка и 2 кластера 5 порядка, соответственно

В ходе проведения неирархической кластеризации при уровне разрыва связей, равном 0,645, дендрит разбит на плеяды, которых получилось 32. 19 из них состоят из одного признака, 7 - из двух признаков, 2 - из трех признаков, 1 - из пяти признаков, 1 - из девяти признаков, 1 - из восемнадцати признаков и 1 - из 27.

Результаты иерархической (по кластерам 1-3 порядков) и неирархической кластеризации (по кластерам 1 порядка) в целом совпадают между собой.

Согласно концепции Little & Critchfield (1969) и дополнений Ю.Н. Карпуна род Pinus делят на 2 (3) подрода, секции и подсекции. Внутри видов выделяются декоративные формы. По результатам неирархической кластеризации кластеры выделены по разным систематическим уровням. Так, кластеры 3, 4, 10, 11, 12, 28 и 29 объединяют таксоны одних подсекций; кластеры 13, 19, 20 объединяются в большей степени по внутривидовым таксонам, а кластеры 30 и 32 соответствуют подроду Strobus. Кластеры, состоящие из 1 таксона, относятся к таким систематическим единицам, которые включают растения, сильно отличающиеся между собой по изучаемым признакам. По результатам иерархической кластеризации кластеры 1 и 2 порядков соответствуют в целом уровням секций, подсекций и внутривидовых таксонов, кластеры 3 порядка в целом не соответствуют систематике, а кластеры 4 и 5 порядков соответствуют подродам Strobus и Pinus

Терещенко С.А., Горбатенко Е.А. Семенное размножение сосны (Pinus L.) в условиях Калининградской области // Известия Калининградского государственного технического университета. - Калининград. - 2012.

Матюхин Д.Л., Манина О.С., Королева Н.С. Виды и формы хвойных, культивируемые в России. Часть 1 // Товарищество научных изданий КМК. - Москва. - 2009.

The Gymnosperm Database [электронный ресурс]. http://www.conifers.org/.

Васильев Я.Я. и др. Деревья и кустарники СССР. Том 1. - Ленинград: Академия наук СССР. - 1949. - 198 с.

Карпун Ю.Н. Итоги и перспективы интродукции древесных растений в России. Выпуск 2. - Сочи: Сочинский ботанический сад «Белые ночи». - 1994. - 136 с.

Исачкин А.В., Крючкова В.А. Cпособы унификации переменных для многомерного статистического анализа экспериментальных данных (на примере плодовых растений) // АгроЭкоИнфо. - 2016, №4. http://agroecoinfo.narod.ru/journal/STATYI/2016/4/st_450.doc.

Исачкин А.В., Крючкова В.А. Использование многомерных статистических методов для фенетической классификации видов яблони (Malus Mill.) // АгроЭкоИнфо. - 2016, №3. http://agroecoinfo.narod.ru/journal/STATYI/2016/3/st_317.doc.

Размещено на Allbest.ru