01.08.2024 г.
Сотрудники ИБХФ РАН Татьяна Заварыкина и Галина Нечитайло совместно с сотрудниками ФНЦО Надеждой Голубкиной и Еленой Джос и коллегами из других научных центров в течение последних нескольких лет проводят работы по изучению влияния условий космического полета на семена томатов. В ходе комплексной работы учёными исследуются морфометрические, биохимические и молекулярно-биологические особенности растений томатов, выращенных из семян, длительное время находившихся на Международной космической станции (МКС). Так, в 2021 году было показано значительное воздействие длительного неоднократного пребывания в условиях космического полета на особенности сорта Подмосковный ранний [Dzhos E, Golubkina N, Antoshkina M, Kondratyeva I, Koshevarov A, Shkaplerov A, Zavarykina T, Nechitailo G, Caruso G. Effect of Spaceflight on Tomato Seed Quality and Biochemical Characteristics of Mature Plants. Horticulturae. 2021; 7(5):89. https://doi.org/10.3390/horticulturae7050089 https://www.mdpi.com/2311-7524/7/5/89/]. На настоящий момент завершен этап, на котором коллективом авторов проведены биохимические исследования, позволившие выявить изменения как биохимических параметров, так и минерального состава плодов томатов новых перспективных сортов Лотос и Осенняя рапсодия, полученных в ФНЦО в ходе селекционной работы.
Известно, что хранение семян в космическом полете вызывает молекулярно-генетические изменения, которые влияют на выращенные из них растения. В работе было изучено воздействие условий космического полета на семена томатов (Solanum lycopersicum L.) двух сортов Лотос и Осенняя рапсодия, полученных в ФНЦО в ходе селекционной работы. Для этого семена экспонировали на МКС в течение полугода, затем опытные семена и наземный контроль высевали в теплице для получения плодов и анализа биохимических показателей и минерального состава. Растения, выращенные из опытных семян, имели более мелкий размер плодов, но не отличались по урожайности от контрольных, имели такой же высокий вкусовой показатель. В плодах опытных растений наблюдалось значительное повышение ряда биохимических показателей: количества сухого вещества, пищевых волокон, моносахаридов, лимонной, яблочной кислот и снижение щавелевой кислоты по сравнению с контрольными растениями. Антиоксидантный статус плодов томата определяется многими параметрами, такими как содержание органических кислот, моносахаридов, пролина и полифенолов; общая антиоксидантная активность (АОА); и каротиноидный профиль. В плодах опытных растений не зафиксировано существенных изменений АОА, фотосинтетических пигментов, а также содержания полифенолов и пролина. Отмечалась лишь тенденция к повышению уровня пролина и аскорбиновой кислоты. Наиболее значимые изменения антиоксидантного статуса были выявлены при исследовании каротиноидов кожуры и мякоти плодов. В мякоти плодовопытных растений содержание каротиноидов было в 1,44–1,70 раза ниже, тогда как в кожуре – в 1,27–1,90 раза выше по сравнению с контрольными растениями.Полученные результаты указывают на значимое перераспределения каротиноидов в кожуре и мякоти томата из-за длительного окислительного стресса под влиянием условий космического полета.
Высокий антиоксидантный статус внешних тканей растений отражает мощный механизм их защиты от различных форм стресса. Молекулярно-генетические изменения в семенах томатов, вызванные длительным космическим полетом, привели к увеличению содержания каротиноидов во внешней кожуре плода и уменьшению накопления каротиноидов в мякоти. Общее содержание каротиноидов в кожуре плодов опытных растений томатов в 2,4–4,4 раза превышало значения в образцах мякоти этих же плодов.
Выявлена тенденция к увеличению общего накопления минеральных веществ в мякоти плодов опытных растений по сравнению с кожурой в 1,13–1,50 раза. В плодах опытных растений наблюдалось снижение уровня Ca, Sr и Mo и увеличение Se как в мякоти, так и в кожуре. Концентрация Fe и особенно Pb была ниже в мякоти плодов опытных растений.
«Влияние окислительного стресса, вызванного длительным космическим полетом, проявляется как в изменении биохимических характеристик, так и минерального состава плодов томата, вызывает перераспределение каротиноидов а также макро- и микроэлементов в кожуре и мякоти плодов», – считает д.с-х.н., главный научный сотрудник ФНЦО Надежда Александровна Голубкина. «Длительная экспозиция семян томатов в условиях Международной космической станции приводит к молекулярно-генетическим изменениям, проявление которых на биохимическом уровне было выявлено в ходе данного исследования. Изучение этих генетических изменений – дальнейшее направление нашей работы», – комментирует к.б.н., старший научный сотрудник ИБХФ РАН Татьяна Михайловна Заварыкина.
Учёные отмечают, что выявленные изменения биохимических параметров и минерального состава (хозяйственно-ценных признаков) плодов томатов сортов Лотос и Осенняя рапсодия могут быть использованы в дальнейшей селекционной работе.
Рисунок. Внешний вид контрольных и опытных растений томата (а, б) и гомогенатов мякоти плодов контрольных и опытных растений томата (в, г).
Golubkina N, Dzhos E, Bogachuk M, Antoshkina M, Verba O, Zavarykina T, Nechitailo G, Murariu OC, Tallarita AV, Caruso G. Effect of Seed Spaceflight Storage on Tomato Fruit Quality and Peel/Pulp Mineral and Antioxidant Distribution. Horticulturae. 2024; 10(3):289. https://doi.org/10.3390/horticulturae10030289
