К перспективам оценки качества семян ореха грецкого с использованием цифровой микрофокусной рентгеноскопии

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Рост интереса к орехам как несомненным компонентам здорового рациона, наблюдающийся в последние годы, определяет расширение площадей их мирового культивирования, равно как и объемы получаемой продукции семян. Причинами, обеспечившими древнейшей культуре мирового земледелия, ореху грецкому, его растущую популярность, являются не только приятный вкус семян («ядра»), используемых в пищу непосредственно и в качестве компонента различных продуктов, но и их уникальный химический состав, богатый белками, витаминами и маслом, в котором широко представлены незаменимые полиненасыщенные жирные кислоты. Внедрение ореха грецкого в районы, не входящие в его естественный ареал, продолжается и сейчас благодаря усилиям специалистов, работающих в области интродукции и селекции, а также энтузиастов-любителей, предпринимающих попытки выращивания этой ценной культуры на своих садовых участках. Интродукция видов рода Juglans L. (орехов) в ботанический сад Самарского университета была начата в 1930-х годах. Как известно, одной из целей формирования дендрологической коллекции на территории Самарской области являлось внедрение новых видов растений, включая обладающий ценной древесиной и плодами с высокими питательными и вкусовыми свойствами орех грецкий, в лесонасаждения и сады области. Коллекция орехов создавалась из образцов семян, поступивших из различных географических пунктов (Саратов, Волгоград, Ставрополь, Крым, Украина, Молдавия, Киргизия, Узбекистан и др.). Масштабное изучение грецкого ореха на территории Самарской (с 1936 по 1992 гг. – Куйбышевской) области сталкивалось с климатическими сложностями, но всегда возобновлялось. В настоящее время в коллекции ореха грецкого насчитывается около 900 экземпляров генотипов различного происхождения, которые являются естественными гибридами на собственных корнях. В результате интродукционного изучения орехов собран обширный материал, относящийся к устойчивости и структурно-функциональным особенностям орехов. Статья представляет результаты тестового рентгеноскопического скрининга плодов ореха грецкого урожая 2021 года из дендрологической коллекции ботанического сада Самарского университета, выполненного для деревьев различного возраста и «генеалогии», относящихся к обыкновенной и ускоренной формам плодоношения. Показана перспективность данного метода исследований для оценки качества орехов. Плотная оболочка семени и особенности его внутренней структуры не являются преградой для выявления степени развития ядра. Полученные результаты открывают возможности неповреждающей экспресс-оценки качества орехов как специфического семенного материала в целях селекции и детального изучения их структурных особенностей.

Об авторах

Александр Владимирович Помогайбин

Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва

Email: botaniksad@yandex.ru

кандидат биологических наук, заместитель директора Ботанического сада

Россия, Самара

Полина Владимировна Родионова

Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва

Email: polina-rodionova-1996@mail.ru

аспирант кафедры экологии, ботаники и охраны природы

Россия, Самара

Людмила Михайловна Кавеленова

Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва

Автор, ответственный за переписку.
Email: lkavelenova@mail.ru

доктор биологических наук, профессор, заведующий кафедрой экологии, ботаники и охраны природы

Россия, Самара

Список литературы

  1. Van der Wall S.B. The evolutionary ecology of nut dispersal // The Botanical Review. 2001. Vol. 67, № 1. P. 74-104.
  2. Стрела Т.Е. Орех грецкий. Киев: Наук. думка, 1990. 192 с.
  3. Pycia K., Kapusta I., Jaworska G., Jankowska A. Antioxidant properties, profile of polyphenolic compounds and tocopherol content in various walnut (Juglans regia L.) varietis // European Food Research and Technology. 2019. Vol. 245. P. 607-616. doi: 10.1007/s00217-018-3184-3.
  4. Bernard A., Lheureux F., Dirlewanger E. Walnut: past and future of genetic improvement // Tree Genetics & Genomes. 2018. Vol. 14, № 1. P. 1-28. doi: 10.1007/s11295-017-1214-0.
  5. Food and Agriculture Organization of the United Nations. FAOSTAT. Crops and livestock products [Internet] // https://www.fao.org/faostat/en/#data/QCL.
  6. Алексеев Ю.Е., Жмылев П.Ю., Карпухина Е.А. Деревья и кустарники. Энциклопедия природы России. М.: Издательство «ABF», 1997. 592 с.
  7. Krist S. Walnut oil // Vegetable Fats and Oils. Springer, Cham, 2020. P. 773-780. doi: 10.1007/978-3-030-30314-3_120.
  8. Fregapane G., Ojeda-Amador R.M., Salvador M.D. Virgin walnut (Juglans regia L.) oil // Fruit oils: chemistry and functionality / ed. M. Ramadan. Springer, Cham, 2019. P. 133-147. doi: 10.1007/978-3-030-12473-1_5.
  9. Гричук В.П. История флоры и растительности Русской равнины в плейстоцене. М.: Наука, 1989. 183 с.
  10. Кузнецова Т.А. Флора верхнеплиоценовых отложений Среднего Поволжья и ее стратиграфическое значение // Труды Казан. фил. АН СССР. Сер. геол. наук. Вып. 10. Казань, 1964. 166 с.
  11. Клоков М.В. Основные этапы развития равнинной флоры европейской части СССР // Материалы по истории флоры и растительности СССР. Вып. 4. М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1963. С. 376-406.
  12. Денисенко Н.П. Исторические этапы развития растительного покрова на территории современного Заволжья и района Самарской Луки // Ботаника и сельское хозяйство: Учёные записки Куйбышевского педагогического института. Вып. 35. Куйбышев, 1961. С. 3-15.
  13. Дорофеев П.И. О плиоценовой флоре Самарской Луки // Доклады АН СССР. 1956. Т. 110, № 4. С. 665-667.
  14. Germain E. Genetic improvement of the Persian walnut (Juglans regia L.) // Acta Horticulture. 1997. Vol. 442. P. 21-31.
  15. McGranahan G., Leslie Ch. Breeding walnuts (Juglans regia) // Breeding Plantation Tree Crops: Temperate Species. Springer Sciences Business Media, 2009. P. 249-273.
  16. Губанов И.А., Крылова И.Л. Дикорастущие полезные растения СССР. М.: Мысль, 1976. 360 с.
  17. Броувер В., Штелин А. Справочник по семеноведению сельскохозяйственных, лесных и декоративных культур с ключом для определения важнейших семян / пер. с нем. В.И. Леунова. М.: Т-во научных изданий КМК, 2010. 694 с.
  18. Биганова С.Г., Сухоруких Ю.И., Луговской А.П. Современные тенденции селекции ореха грецкого в России // Современные проблемы науки и образования. 2015. № 2. С. 531.
  19. Помогайбин А.В. Биоэкологические особенности представителей родового комплекса Орех (Juglans) при интродукции в условиях Среднего Поволжья (г. Самара) // Вестник Самарского государственного университета. Естественнонаучная серия. 2006. № 7 (47). С. 172-176.
  20. Помогайбин А.В. Эколого-биологический анализ результатов интродукционных испытаний видов рода Орех (Juglans L.) в лесостепи Среднего Поволжья: автореф. дис. … канд. биол. наук. Тольятти, 2008. 16 с.
  21. Помогайбин А.В. Итоги интродукции представителей родового комплекса Juglans L. в лесостепи Среднего Поволжья // Проблемы современной дендрологии: мат-лы междунар. науч. конф. М.: Т-во научных изданий КМК, 2009. С. 283-286.
  22. Родионова П.В., Помогайбин А.В., Кавеленова Л.М. Оценка изменчивости показателя содержания липидов в ядре плодов Ореха грецкого (Juglans regia L.) при интродукции в Ботаническом саде Самарского университета // Вестник молодых ученых и специалистов Самарского университета. 2018. № 12. С. 52-56.
  23. Никольский М.А., Грязнов А.Ю., Жамова К.К. Мировой опыт использования интроскопических методов исследования в сельскохозяйственной биологии // Наука. Техника. Технологии (Политехнический вестник). 2015. № 2. С. 137-153.
  24. Архипов М.В., Великанов Л.П., Желудков А.Г., Гусакова Л.П., Алферова Д.В., Потрахов Н.Н., Прияткин Н.С. Возможности биофизических методов в агрофизике и растениеводстве // Биотехносфера. 2013. № 6 (30). С. 40-43.
  25. Архипов М.В., Демьянчук А.М., Гусакова Л.П., Великанов Л.П., Алферова Д.В. Рентгенография растений при решении задач семеноведения и семеноводства // Известия СПбГАУ. 2010. № 19. С. 36-40.
  26. Архипов М.В., Алексеева Д.И., Батыгин Н.Ф. и др. Методика рентгенографии в земледелии и растениеводстве. М.: РАСХН, 2001. 102 с.
  27. Архипов М.В., Потрахов Н.Н. Микрофокусная рентгенография растений. СПб.: Технолит, 2008. 194 с.
  28. Потрахов Н.Н., Труфанов Г.Е., Васильев А.Ю. и др. Микрофокусная рентгенография. СПб.: ЭЛБИ, 2012. 80 с.
  29. Рентгенографический анализ качества семян овощных культур: метод. указания. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2015. 42 с.
  30. Hernandez-Sanchez N., Moreda G.P., Herrero-Langreo A., Melado-Herreros A. Assessment of internal and external quality of fruits and vegetables // Imaging Technologies and Data Processing for Food Engineers. Cham: Springer, 2016. P. 269-309. doi: 10.1007/978-3-319-24735-9_9.
  31. Староверов Н.Е., Грязнов А.Ю., Жамова К.К., Ткаченко К.Г., Фирсов Г.А. Применение метода микрофокусной рентгенографии для контроля качества плодов и семян репродуктивных диаспор // Биотехносфера. 2015. № 6 (42). С. 16-19.
  32. Ткаченко К.Г., Фирсов Г.А., Грязнов А.Ю., Староверов Н.Е. Качество репродуктивных диаспор видов рода Яблоня (Malus Mill.), интродуцированных в Ботаническом саду Петра Великого // Вестник Удмуртского университета. Серия Биология. Науки о Земле. 2015. Т. 25, вып. 4. С. 75-80.
  33. Ткаченко К.Г., Староверов Н.Е., Грязнов А.Ю. Рентгеноскопическое изучение качества плодов и семян // Hortus Botanicus. 2018. Т. 13. С. 52-66.
  34. Землянова В.Е., Жавкина Т.М., Помогайбин А.В., Кавеленова Л.М., Родионова П.В., Розно С.А., Янков Н.В., Потрахов Н.Н. О возможностях экспресс-оценки качества плодов и семян древесных растений с помощью рентгенографического скрининга // Экобиотех 2021: мат-лы VII всерос. конф. с междунар. участием, г. Уфа, 4-7 октября 2021 г. Уфа: УИБ УФИЦ РАН, 2021. С. 207-211.
  35. Kavelenova L., Roguleva N., Yankov N., Ruzaeva I., Pavlova E., Nakrainikova D., Potrachov N. Assessment of the quality of seeds formed in situ and ex situ as a mandatory element of maintaining seed banks of rare plants // E3S Web of Conference, Actual Problems of Ecology and Environmental Management (APEEM 2021). 2021. Vol. 265. doi: 10.1051/e3sconf/202126505012.
  36. Землянова В.Е., Кавеленова Л.М., Накрайникова Д.Д., Павлова Е.А., Помогайбин А.В., Рогулева Н.О., Родионова П.В., Розно С.А., Рузаева И.В., Янков Н.В. К перспективам использования рентгенографической экспресс-оценки качества семян в биомониторинге и сохранении биоразнообразия // Биодиагностика состояния природных и природно-техногенных систем: мат-лы ХIX всерос. науч.-практ. конф. c междунар. участием. Киров, 2021. С. 99-103.
  37. Рогулева Н.О., Янков Н.В. Контроль жизнеспособности семян Murraya paniculata (L.) Jack // Вестник Оренбургского государственного педагогического университета. Электронный научный журнал. 2021. № 3 (39). С. 48-58.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
2. Рисунок 1 – Структура мирового производства орехов в 2019 г. (всего – 145499566 т) (построено авторами по данным статистической базы FAO [5])

Скачать (51KB)
3. Рисунок 2 – Динамика мировой продукции ореха грецкого за 1970–2019 гг. (построено авторами по данным статистической базы FAO [5]). Примечание. Подписи данных при крайних точках отражают объем плодов ореха грецкого, млн т, в 1970 и 2019 гг. соответственно

Скачать (46KB)
4. Рисунок 3 – Распределение площадей, занятых культурой ореха грецкого, по частям света в 2019 г. (построено авторами по данным статистической базы FAO [5]). Примечание. Для частей света указаны: площадь насаждений ореха, га; доля от суммарной площади, %

Скачать (27KB)
5. Рисунок 4 – Общий вид рентгеноскопической установки ПРДУ

Скачать (25KB)
6. Рисунок 5 – Примеры рентгеноскопических изображений ореха грецкого: А – семена с полноценно развитым ядром, Б – семена с практическим отсутствием либо недоразвитием ядра. Примечание. В каждой паре изображений первое – позитив, второе – негатив

Скачать (176KB)
7. Рисунок 6 – Участок рентгеноскопического снимка пробы семян ореха грецкого. Квадратами отмечены семена с различной выраженностью недоразвития ядра

Скачать (295KB)
8. Рисунок 7 – Доля дефектных семян в пробах орехов, сформированных в 2021 г. экземплярами деревьев различных лет посадки

Скачать (22KB)
9. Рисунок 8 – Доля дефектных семян ореха грецкого среди образцов от деревьев обычной и скороплодной форм созревания

Скачать (17KB)
10. Рисунок 9 – Доля дефектных семян ореха грецкого в соответствии с генеалогией сформировавших их деревьев

Скачать (13KB)

© Помогайбин А.В., Родионова П.В., Кавеленова Л.М., 2022

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».