Изменчивость морфологических и биохимических признаков кресс-салата (Lepidium sativum L.) из коллекции ВИР в условиях интенсивной светокультуры

Автор: Курина А.Б., Железнова К.О., Соловьева А.Е., Синявина Н.Г., Панова Г.Г., Артемьева А.М.

Журнал: Сельскохозяйственная биология @agrobiology

Рубрика: Продуктивность, качество и технологии

Статья в выпуске: 5 т.58, 2023 года.

Бесплатный доступ

Производство свежей овощной продукции высокого качества для населения России остается важной задачей. Получать урожай в течение всего года позволяет технология интенсивной светокультуры (сити-фермы, вертикальные фермы, фабрики растений). Очевидно, что для такого выращивания требуются сорта и линии, максимально реализующие продукционный потенциал в этих специфических условиях. В последние годы проводятся исследования, направленные на поиск и подбор образцов различных культур для светокультуры, цель которых - повышение эффективности и рентабельности производства, а также расширение ассортимента растительной продукции. Кресс-салат Lepidium sativum L. как скороспелая культура с большим разнообразием форм, различающихся по хозяйственно ценным признакам, прежде всего по урожайности и биохимическому составу, представляет значительный интерес для адаптации к подобным технологиям. Однако, влияние условий выращивания, характерных для светокультуры, на проявление признаков продуктивности и качества у образцов кресс-салата, различающихся по эколого-географическому происхождению и ботанической принадлежности, практически не изучено. В настоящей работе мы впервые провели комплексную оценку изменчивости хозяйственно ценных признаков кресс-салата в условиях интенсивной светокультуры. Целью нашей работы было фенологическое, морфологическое, биохимическое изучение 72 образцов L. sativum трех разновидностей - кресс-салата цельнолистного (var. latifolium ), посевого (var. sativum ) и кудрявого (var. crispum ) из мировой коллекции ВИР в условиях интенсивной светокультуры и выявление источников ценных признаков. Морфометрическое описание (высота и диаметр розетки, форма и размеры листа), определение весовых (масса) показателей роста растений, товарной продуктивности, содержания сухого вещества, аскорбиновой кислоты, пигментного комплекса (хлорофиллов, каротиноидов и антоцианов) (биохимический анализ) проводили в фазу технической спелости в 3-кратной повторности. В изученной выборке наибольшую изменчивость выявили по содержанию антоцианов ( Cv = 42,5 %), средней массе растения ( Cv = 40,3 %), урожайности товарной части продукции ( Cv = 38,3 %). Остальные признаки характеризовались средней степенью изменчивости. Отмечены особенности позднеспелых образцов: позднее стеблевание, бóльшая масса растения (в среднем 3,6 г) и высокое содержание сухого вещества (в среднем 9,0 %), тогда как скороспелые и ультраскороспелые формы накапливают большее количество аскорбиновой кислоты (в среднем 32,8±5,7 мг/100 г) и позволяют получать большее число урожаев за год. В среднем наиболее урожайными оказались позднеспелые образцы var. latifolium из Ирана (к-91) и Азербайджана (к-112, к-125, к-131), образец var. sativum из Ирана (к-92) и образец var. crispum из Дании (к-185). Выявлены статистически значимые различия между ботаническими разновидностями по содержанию пигментов. Образцы var. latifolium в целом характеризовались бóльшим содержанием суммы хлорофиллов (124,2±14,0 мг/100 г), каротиноидов (37,3±4,4 мг/100 г), каротинов (6,1±0,6 мг/100 г) и β-каротина (5,0±0,6 мг/100 г). Изменчивость по содержанию каротинов была наибольшая в группе образцов var. sativum ( Cv = 24,7 %), по содержанию антоцианов - в группе var. crispum ( Cv = 44,7 %). В результате исследований нами выявлены образцы кресс-салата, которые выделяются по скорости развития, устойчивости к стеблеванию и по формируемой урожайности при выращивании в условиях интенсивной светокультуры, а также потенциальные источники хозяйственно ценных признаков для дальнейшей селекции форм кресс-салата, наиболее адаптированным к этой технологии.

Еще

Кресс-салат, интенсивная светокультура, урожайность, аскорбиновая кислота, хлорофиллы, каротиноиды, изменчивость

Короткий адрес: https://sciup.org/142239858

IDR: 142239858   |   DOI: 10.15389/agrobiology.2023.5.889rus

Список литературы Изменчивость морфологических и биохимических признаков кресс-салата (Lepidium sativum L.) из коллекции ВИР в условиях интенсивной светокультуры

  • Солдатенко А.В., Пивоваров В.Ф., Харченко В.А., Иванова М.И. Селекция листовых и пряно-ароматических культур: состояние и направления. Овощи России, 2019, 3: 7-14 (doi: 10.18619/2072-9146-2019-3-7-14).
  • Лудилов В.А. Иванова М.И. Азбука овощевода. М.:, 2004.
  • Benke K., Tomkins B. Future food-production systems: vertical farming and controlled-environ-ment agriculture. Sustainability: Science, Practice and Policy, 2017, 13(1): 13-26 (doi: 10.1080/15487733.2017.1394054).
  • Al-Kodmany, K. The vertical farm: A review of developments and implications for the vertical city. Buildings, 2018, 8(2): 24 (doi: 10.3390/buildings8020024).
  • Payen F. T., Evans D. L., Falagán N., Hardman C. A., Kourmpetli S., Liu L., et al. How much food can we grow in urban areas? Food production and crop yields of urban agriculture: A meta-analysis. Earth's Future, 2022, 10: e2022EF002748 (doi: 10.1029/2022EF002748).
  • Plant factory: an indoor vertical farming system for efficient quality food production /Kozai T., G. Niu, M. Takagaki (eds.). Academic Press, 2019.
  • Reddy R.V.S.K., Omprasad J., Janakiram T. Technological innovations in commercial high tech horticulture, vertical farming and landscaping. Int. J. Innov. Hortic., 2022, 11(1): 78-91 (doi: 10.5958/2582-2527.2022.00008.2).
  • Lubna F.A., Lewus D.C., Shelford T.J., Both A.-J. What you may not realize about vertical farming. Horticulturae, 2022, 8: 322 (doi: 10.3390/horticulturae8040322).
  • Wong C. E., Teo Z. W. N., Shen L., Yu H. Seeing the lights for leafy greens in indoor vertical farming. Trends Food Sci. Technol., 2020, 106: 48-63 (doi: 10.1016/j.tifs.2020.09.031).
  • Kozai T. Towards sustainable plant factories with artificial lighting (PFALs) for achieving SDGs. Int. J. Agric. & Biol. Eng. (IJABE), 2019, 12(5): 28-37 (doi: 10.25165/j.ijabe.20191205.5177).
  • Панова Г.Г., Удалова О.Р., Канаш Е.В., Галушко А.С., Кочетов А.А., Прияткин Н.С., Архи-пов М.В., Черноусов И.Н. Основы физического моделирования «идеальных» агроэкосистем. Журнал технической физики, 2020, 90(10): 1633-1639 (doi: 10.21883/JTF.2020.10.49792.429-19).
  • Egorova K. V., Sinyavina N. G., Artemyeva A. M., Kocherina N. V., Chesnokov Y. V. QTL Analysis of the Content of Some Bioactive Compounds in Brassica rapa L. Grown under Light Culture Conditions. Horticulturae, 2021, 7(12): 583 (doi: 10.3390/horticulturae7120583).
  • Артемьева А. М., Синявина Н. Г., Панова Г. Г., Чесноков Ю. В. Биологические особенности капустных овощных культур вида Brassica rapa L. при выращивании в интенсивной светокультуре. Сельскохозяйственная биология, 2021, 56(1): 103-120 (doi: 10.15389/agrobiology.2021.1.103rus).
  • Кочетов А.А., Мирская Г.В., Синявина Н.Г., Егорова К.В. Трансгрессивная селекция: методология ускоренного получения новых форм растений с прогнозируемым комплексом хозяйственно ценных признаков. Российская сельскохозяйственная наука, 2021, 6: 29-37 (doi: 10.31857/S2500262721060065).
  • Курина А.Б., Артемьева А.М., Синявина Н.Г., Кочетов А.А., Панова Г.Г. Биологические особенности редиса (Raphanus sativus L.) при выращивании в условиях интенсивной светокультуры. Картофель и овощи, 2019, 4: 26-29 (doi: 10.25630/PAV.2019.68.78.004).
  • Hayashi E., Kozai T. Phenotyping- and AI-Based Environmental Control and Breeding for PFAL. Smart Plant Factory, 2018, 405-411 (doi: 10.1007/978-981-13-1065-2_25).
  • Watson A., Ghosh S., Williams M. J., Cuddy W. S., Simmonds J., Rey M. D., Hickey L. T. Speed breeding is a powerful tool to accelerate crop research and breeding. Nat. Plants, 2018, 4: 23-29 (doi: 10.1038/s41477-017-0083-8).
  • Ghosh S., Watson A., Gonzalez-Navarro O. E., Ramirez-Gonzalez R. H., Yanes L., Hickey L.T. Speed breeding in growth chambers and glasshouses for crop breeding and model plant research. Nat. Protoc., 2018, 13 (12): 2944-2963 (doi: 10.1038/s41596-018-0072-z).
  • Синявина Н.Г., Кочетов А.А., Егорова К.В., Кочерина Н.В., Чесноков Ю.В. Генетико-биохимические исследования и морфобиологическая оценка редиса (Raphanus sativus L.) в условиях интенсивной светокультуры. Генетика, 2022, 58(6): 668-677 (doi: 10.31857/S0016675822060108).
  • Фотев Ю.В., Артемьева А.М., Зверева О.А. Генетические ресурсы овощных растений: от селекции нетрадиционных культур к функциональным продуктам питания. Вавиловский журнал генетики и селекции, 2021, 25(4): 442-447 (doi: 10.18699/VJ21.049).
  • Ramirez D., Abellán-Victorio A., Beretta V., Camargo A., Moreno D.A. Functional ingredients from Brassicaceae species: overview and perspectives. Int. J. Mol. Sci., 2020, 21(6): 1998 (doi: 10.3390/ijms21061998).
  • Aqafarini A., Lotfi M., Norouzi M., Karimzadeh G. Induction of tetraploidy in garden cress: morphological and cytological changes. Plant Cell, Tissue and Organ Culture (PCTOC), 2019, 137(3): 627-635 (doi: 10.1007/s11240-019-01596-5).
  • Bedassa T., Eshete M. Genetic divergence analysis of garden cress (Lepidium sativum L.). Int. J. Biodivers. Conserv., 2013, 5(11): 770-774 (doi: 10.5897/IJBC2013.0626).
  • Циунель М. М. Кресс-салат. Гавриш, 2006, 6: 8-9.
  • Sharma A. A comprehensive review on pharmacological properties of garden cress (Lepidium sativum) seeds. Res. in Pharm. Sci., 2020, 10: 13-18 (doi: 10.24092/CRPS.2020.100201).
  • Bansal D., Bhasin P., Yadav O., Punia A. Assessment of genetic diversity in Lepidium sativum (Chandrasur) a medicinal herb used in folklore remedies in India using RAPD. Journal, Genetic Engineering & Biotechnology, 2012, 10(1): 39-45 (doi: 10.1016/j.jgeb.2012.04.002).
  • Sabaghnia N., Ahadnezhad A., Janmohammdi M. Genetic variation in garden cress (Lepidium sativum L.) germplasm as assessed by some morphological traits. Genet. Resour. Crop Evol., 2015, 62(5): 733-745 (doi: 10.1007/s10722-014-0192-4).
  • Гиренко М.М., Коровина О.Н., Дорофеев В.Ф. Культурная флора СССР. Т. 12. Листовые овощные растения (спаржа, ревень, щавель, шпинат, портулак, кресс-салат, укроп, цикорий, салат). Л., 1988.
  • Bedassa T., Andargie M., Eshete M. Genetic variability and association among yield, yield related traits and oil content in Ethiopian garden cress (Lepidium sativum L.) genotypes. J. Plant Breed. Crop Sci., 2013, 7(5): 141-149 (doi: 10.5897/JPBCS2013.0396).
  • Беспалько Л.В., Молчанова А.В., Пинчук Е.В., Сирота С.М., Козарь Е.Г. Биохимический состав пряноароматических культур при выращивании на установке многоярусной узко-стеллажной гидропоники в защищенном грунте. Сельскохозяйственные науки, 2017, 7-1(33): 240-244.
  • Sat I.G., Yildirim E., Turan M., Demirbas M. Antioxidant and nutritional characteristics of garden cress (Lepidium sativum). Acta Sci. Polonorum-Hort. Cultus, 2013, 12: 173-179.
  • Malar J., Chairman K., Singh A. R. J., Vanmathi J. S., Balasubramanian A., Vasanthi K. Anti-oxidative activity of different parts of the plant Lepidium sativum Linn. Biotechnology Reports, 2014, 3: 95-98 (doi: 10.1016/j.btre.2014.05.006).
  • Чижикова О.Г. Кресс-салат и мята как перспективное сырье для хлебобулочных изделий. Известия ДВФУ. Экономика и управление, 2017, 1: 113-118.
  • Ajdanian L., Mehdi Babaei, Hossein Aroiee. Investigation of photosynthetic effects, carbohydrate and starch content in cress (Lepidium sativum) under the influence of blue and red spectrum. Heliyon, 2020, 6: e05628 (doi: 10.1016/j.heliyon.2020.e05628).
  • Hassan L.G., Hassan S.W., Hashim T., Umar K.J., Sani N.A. Determination of nutritive values of garden cress (Lepidium Sativum L.) leaves. Bayero Journal of Pure and Applied Sciences, 2012, 4: 18-23 (doi: 10.4314/bajopas.v4i2.4).
  • Пинчук Е.В., Беспалько Л.В., Козарь Е.Г., Балашова И.Т., Сирота С.М., Шевченко Т.Е. Ценная овощная зелень на гидропонике для круглогодичного потребления. Овощи России, 2019, 3: 45-53 (doi: 10.18619/2072-9146-2019-3-45-53).
  • Ajdanian L., Babaei M., Aroiee H. The growth and development of cress (Lepidium sativum) affected by blue and red light. Heliyon, 2019, 5(7): e02109 (doi: 10.1016/j.heliyon.2019.e02109).
  • Sharma S., Agarwal N. Nourishing and healing prowess of garden cress (Lepidium sativum Linn.) — a review. Indian Journal of Natural Products and Resources, 2011, 2: 292-297.
  • Buso P., Manfredini S., Reza Ahmadi-Ashtiani H., Sciabica S., Buzzi R., Vertuani S., Baldis-serotto A. Iranian medicinal plants: from ethnomedicine to actual studies. Medicina, 2020, 56(3): 97 (doi: 10.3390/medicina56030097).
  • Jahani S., Heidari Z., Azami M., Moudi B. Comparison of anticancer effects of hydroalcoholic extracts of Camellia sinensis and Lepidium sativum L on hela cell line. International Journal of Cancer Management, 2020, 13(11): e98913 (doi: 10.5812/ijcm.98913).
  • Rajab W.J., Ali L.H. Efficacy of Lepidium sativum seeds against carbon tetra chloride induced hepa-totoxicity in rats. Biochemical and Cellular Archives, 2020, 20(1): 1141-1146.
  • Painuli S., Quispe C., Herrera-Bravo J., Semwal P., Martorell M., Almarhoon Z.M., Seilkhan A., Ydyrys A., Rad J.S., Alshehri M.M., Daştan S.D., Taheri Y., Calina D., Cho W.C. Nutraceutical profiling, bioactive composition, and biological applications of Lepidium sativum L. Oxid. Med. Cell Longev., 2022, 2022: 2910411 (doi: 10.1155/2022/2910411.а).
  • Al-Yahya M., Mossa J., Ageel A., Rafatullah S. Pharmacological and safety evaluation studies on Lepidium sativum L., Seeds. Phytomedicine, 1994, 1(2): 155-159 (doi: 10.1016/S0944-7113(11)80035-8).
  • Yadav Y.C., Srivastav D., Seth A., Saini V., Balaraman R., Ghelani T.K. In vivo antioxidant po-tential of Lepidium sativum L. seeds in albino rats using cisplatin induced nephrotoxicity. Interna-tional Journal of Phytomedicine, 2010, 2(3): 292-298.
  • Patel U., Kulkarni M., Undale V., Bhosale A. Evaluation of diuretic activity of aqueous and meth-anol extracts of Lepidium sativum garden cress (Cruciferae) in rats. Tropical Journal of Pharmaceutical Research, 2009, 8(3): 215-219 (doi: 10.4314/tjpr.v8i3.44536).
  • Paranjape A.N., Mehta A.A. A study on clinical efficacy of Lepidium sativum seeds in treatment of bronchial asthma. Iranian Journal of Pharmacology & Therapeutic, 2006, 5(1): 55-59.
  • Raval N.D., Ravishankar B., Ashok B. Anti-inflammatory effect of Chandrashura (Lepidium sativum Linn.) an experimental study. AYU (An International Quarterly Journal of Research in Ayurveda), 2013, 34(3): 302 (doi: 10.4103/0974-8520.123132).
  • Панова Г.Г., Черноусов И.Н., Удалова О.Р., Александров А.В., Карманов И.В., Аникина Л.М., Судаков В.Л., Якушев В.П. Научно-технические основы круглогодичного получения высоких урожаев качественной растительной продукции при искусственном освещении. Доклады Российской академии сельскохозяйственных наук, 2015, 4: 17-21.
  • Иванова К.В., Гиренко М.М. Методические указания по изучению малораспространенных овощных культур. Л., 1968.
  • Ермаков А.И., Арасимович В.В., Ярош Н.П. Методы биохимического исследования растений. Л., 1987.
  • StatSoft Inc., Electronic Statistics Textbook (Electronic Version), StatSoft, Inc., Tulsa, 2013. Режим доступа: http://www.statsoft.com/textbook. Без даты.
  • Наследов А.Д. Математические методы психологического исследования. Анализ и интерпретация данных. СПб, 2012.
  • Пивоваров В.Ф., Добруцкая Е.Г. Экологические основы селекции и семеноводства овощных культур. М., 2000.
  • Жученко А.А. Адаптивный потенциал культурных растений. Кишинев, 1988.
  • Лудилов В.А., Иванова М.И. Редкие и малораспространенные овощные культуры (биология, выращивание, семеноводство). М., 2009.
  • Kumar V., Kumar Yadav H. Assessment of genetic diversity in Lepidium sativum L. using inter simple sequence repeat (ISSR) marker. Physiol. Mol. Biol. Plants, 2019, 25(2): 399-406 (doi: 10.1007/s12298-018-0622-4).
  • Белова А.Ю., Мурашев С.В., Вержук В.Г. Влияние пигментов в листьях растений на формирование и свойства плодов. Научный журнал НИУ ИТМО. Сер. Процессы и аппараты пищевых производств, 2012, 1(13): 13.
  • Железнова К.О., Соловьева А.Е., Курина А.Б. Разнообразие кресс-салата (Lepidium sativum L.) и руколы (Eruca sativa L.) коллекции ВИР по пигментному составу. Тезисы Международной научно-практической конференции «Ароматические и лекарственные растения: интродукция, селекция, агротехника, биологически активные вещества, влияние на человека» (Ялта, 2021 год). Симферополь, 2021: 43.
Еще
Статья научная