Размещено на http://www.allbest.ru/

Создание сортов и гибридов овощных культур с повышенным содержанием биологически активных веществ и антиоксидантов

В.К. Гинс,

Рассматривается проблема использования нетрадиционных овощных культур с повышенным содержанием биологически активных веществ и антиоксидантов в качестве потенциальных источников сырья при создании нового поколения продуктов пищевого, диетического, лечебно-профилактического и лекарственного использования. Обсуждается возможность создания сортов, гибридов и линий овощных культур с повышенным содержанием вторичных метаболитов посредством направленного отбора по биохимическим показателям с целью изменения метаболизма растений в сторону усиления биосинтеза необходимых соединений, которые синтезируются только в растениях. Представлены итоги работы ВНИИ селекции и семеноводства овощных культур по интродукции и молекулярной селекции различных видов овощных растений.

CREATION OF VARIETIES AND HYBRIDS OF VEGETABLE CROPS WITH INCREASED CONTENT OF BIOLOGICALLY ACTIVE SUBSTANCES AND ANTIOXIDANTS

V.K. Gins, P.F. Kononkov, V.F. Pivovarov, M.S. Gins

The problem of employment of uncommon vegetable crops with increased content of biologically active substances and antioxidants as potential sources of material for creation of new generation of products of nutritional, dietary, treatment-and-preventive and drug destination was considered. The possibility of creation of varieties, hybrids and lines of vegetable crops with increased content of secondary metabolites by means of directional breeding on biochemical parameters for the change of plants metabolism was discussed. The resume of activity All-Russian Scientific Research Institute of Breeding and Seed Production of Vegetable Crops on introduction and molecular breeding of different species of vegetable crops was presented. овощной продукт антиоксидант

Селекция овощных культур на качество издавна велась с использованием вначале органолептических, а в настоящее время - биохимических методов. Понятие "качество овощной продукции" включает в себя много показателей, к числу которых относятся вкус, окраска, аромат, консистенция, лежкость плодов и др. Степень проявления этих признаков определяется химическим составом и содержанием белков, жиров, углеводов и большой группы соединений, так называемых вторичных метаболитов, которые синтезируются только в растениях и большинство из них обладает биологической активностью (1). По современным представлениям, овощные культуры служат одним из основных источников большой группы биологически активных веществ (БАВ), в которую входят и антиоксиданты (АО), эффективно влияющие на многие процессы жизнедеятельности растительных и животных организмов, в том числе защитные функции (2).

К настоящему времени в результате селекции на хозяйственно ценные признаки были созданы отечественные сорта и гибриды овощных культур с более высоким содержанием БАВ, например сладкого перца, содержащие большее количество аскорбиновой кислоты по сравнению с родительскими формами, а также томата и моркови, характеризующиеся повышенным содержанием углеводов и каротиноидов и др. (3). Однако по сравнению с лекарственными растениями - основными источниками физиологически активных соединений - в растениях овощных культур содержится существенно меньше витаминов, БАВ и антиоксидантов. Это связано в первую очередь с тем, что селекция овощных культур ведется в основном на повышение урожайности и устойчивости к заболеваниям, а содержание биохимических веществ является следствием нерегулируемой изменчивости. При этом, как правило, фенотипическое проявление признаков оценивают по морфологическим показателям и продуктивности растений, и только в отдельных случаях были проанализированы биохимические механизмы. К сожалению, в овощеводстве до сих пор не уделяют должного внимания направленной селекции на повышение содержания БАВ и АО, а также исследованию молекулярных механизмов изменчивости содержания физиологически активных веществ.

В связи с этим своевременна и актуальна разработка физиолого-биохимических основ селекции овощных культур на повышенное содержание БАВ и антиоксидантов, которая базируется на концепции "овощные культуры с повышенным содержанием БАВ и АО - это пища и лекарство" (2).

Задача нового нетрадиционного направления селекции (отбор по биохимическим признакам) сортов и гибридов культивируемых растений с повышенным содержанием БАВ и АО - исследование на молекулярном уровне регуляторных механизмов, определяющих накопление биологически ценных веществ в онтогенезе, что позволит управлять процессами роста и развития растений.

Изучение влияния генома растения на процессы биосинтеза и метаболизма БАВ и АО на биохимическом уровне и обратного действия БАВ и АО на генетический аппарат даст возможность целенаправленно управлять процессами синтеза необходимых для человека биологически активных компонентов, и, как следствие, повысить хозяйственную ценность растений. Для этого необходимо выявить взаимосвязи между направленным повышением у растений содержания БАВ и АО, с одной стороны, и возможными изменениями ряда морфофизиологических признаков и биохимического метаболизма конкретных овощных культур, с другой, что служит основой понимания закономерностей формирования продуктивности и устойчивости к абиогенным и биогенным стрессорам.

Для дальнейшей разработки фундаментальных основ селекции, включающей отбор овощных культур на повышенное содержание БАВ и АО, следует широко использовать мировую коллекцию с целью создания исходного материала. При этом необходимо особое внимание уделить следующим направлениям исследований:

-- детальному изучению состава и динамики содержания БАВ и АО у растений в онтогенезе и при действии стрессоров, а также отбору источников на высокое содержание физиологически активных веществ;

-- определению интервала варьирования по содержанию БАВ и АО в популяциях или среди видов (сортов, линий) овощных культур на разных стадиях вегетации и при выращивании в различных регионах страны с целью выявления корреляционных связей между хозяйственно ценными и биохимическими признаками, с одной стороны, и морфофизиологическими признаками и урожайностью, с другой;

-- изучению молекулярных механизмов метаболизма БАВ и АО и их изменению в процессе селекции;

-- выявлению регуляторных механизмов биосинтеза БАВ и АО.

Новое направление селекции овощных культур на повышенное содержание БАВ и АО связано не только с дальнейшей разработкой теоретических основ селекции, но и совершенствованием практических приемов создания линий, гибридов и сортов, которые включают:

-- использование методов аналитической селекции при индивидуальном (у самоопыляющихся растений) и семейственном (у перекрестноопыляющихся растений) отборе по содержанию ценных БАВ и АО, а в дальнейшем - инбридинга и чистых линий, на основе которых появляется возможность создавать гетерозисные гибриды с улучшенными биохимическими показателями;

-- разработку экспресс-методов для биохимического анализа исходных форм и созданных на их основе гибридов, линий и сортов овощных культур;

-- создание технологий обработки семян и растений на разных стадиях вегетации УФ-светом, гормонами и другими биологическими препаратами для усиления биосинтеза необходимых соединений и получения мутантов с повышенным содержанием БАВ.

Н.И. Вавилов неоднократно указывал на то, что правильный выбор исходного материала - залог успеха (4). Широкое использование в практической селекции ценных образцов овощных культур из мировых коллекций необходимо для обеспечения исходным материалом. Однако представляет интерес и расширение сортимента овощных культур посредством интродукции лучших сортов, созданных мировой селекцией для определенных регионов. Во Всероссийском НИИ селекции и семеноводства овощных культур (ВНИИССОК) селекционную работу с интродуцированными культурами проводят по двум направлениям - натурализации и акклиматизации. Как известно, натурализацию, то есть введение различных видов и сортов в новые климатические условия, проводят на основе теории климатических аналогов, что по существу не затрагивает аппарата наследственности. В тех случаях, когда из-за несоответствия продолжительности периода вегетации невозможно интродуцировать растение из одной климатической зоны в другую, прибегают к акклиматизации - отбору биотипов, более приспособленных к новому климату. Последующий этап работы включает в себя целенаправленное постоянное воздействие на введенное в культуру растение с целью повышения содержания БАВ и АО, закрепление у него хозяйственно ценных признаков селекционными методами. Биохимическая селекция открывает новые возможности не только в повышении содержания ценных веществ, но и, сдвигая в нужном направлении биосинтетические реакции клетки, в изменении морфофизиологических признаков органов растения. Так, использование методов индивидуального, семейственного и клонового отбора по биохимическим показателям позволило создать сорта овощных культур, обогащенные БАВ и АО (табл. 1).

1. Овощные культуры, интродуцированные во ВНИИССОК при использовании селекционных методов

Интродуцированные во ВНИИССОК овощные растения (амарант, хризантема съедобная, стахис, спаржевый салат, якон, китайские сортотипы листовой и пак-чой капусты, водяной кресс и др.) являются перспективными источниками БАВ и АО, сравнимыми с лекарственными растениями, входящими в фармакопею России (5, 6).

Устойчивость растений к заболеваниям тесно связана с содержанием детоксикаторов, которые непосредственно участвуют в неспецифических защитных реакциях организма. При ухудшении экологической среды резко возросли стрессовые нагрузки, что привело к снижению иммунитета и увеличению числа различных стресс-заболеваний человека (рак, сердечно-сосудистые нарушения, ишемия и др.), связанных с появлением избыточного количества активных форм кислорода и свободных радикалов. В защите от повреждающего действия активных радикалов участвуют различные по природе биоантиоксиданты. Показано, что ряд витаминов растительного происхождения обладает антиокислительными свойствами, например аскорбиновая кислота, вещества группы витамина Р, каротиноиды, алкалоид амарантин, микроэлемент селен и др. (7). В листьях маки, водяного кресса, хризантемы съедобной нами выявлено высокое содержание аскорбиновой кислоты, каротиноидов, флавоноидов и антоцианов, а в листьях амаранта - в том числе алкалоида амарантина (8). Экстракты из этих растений обладают высокой антиоксидантной, антибактериальной и фунгицидной активностью, а их действие сравнимо с таковым жень-шеня и лимонника (9). Все вышеперечисленные растения обладают устойчивостью ко многим заболеваниям и вредителям, что, возможно, также обусловлено высоким содержанием антиоксидантов.

Следует отметить, что во ВНИИССОК с 1984 года активно проводят селекционную работу по выведению сортов и гибридов овощных культур с повышенным содержанием различных биологически активных компонентов, например моркови (каротиноиды), физалиса (пектины), столовой свеклы (бетанитин) (3). В последние годы во ВНИИССОК создан новый сортимент овощных культур, в том числе более 20 сортов нетрадиционных культур, имеющих повышенное содержание БАВ и АО и обладающих устойчивостью к болезням (табл. 2). Многие из этих сортов внесены в Госреестр. В перспективе большое внимание предполагается уделять разработке физиолого-биохимических основ интродукции и селекции овощных культур, выделению доноров и ген-источников БАВ и АО с целью создания нового поколения продуктов диетического и лечебно-профилактического действия на основе использования биологически активного сырья.

Многие интродуцированные растения могут быть использованы как промышленное сырье для получения биологически активных антиоксидантных пищевых добавок. Так, выявлена высокая потенциальная способность ряда овощных культур аккумулировать селен в клубеньках и корнеплодах (от 100 до 500 раз от исходного). Разработаны комплексные методы по повышению содержания биологически связанного селена в плодах растений стахиса, чеснока, якона, топинамбура (9). Высокое содержание селена в клубеньках стахиса сорта Ракушка обусловливает широкий спектр его лечебного и профилактического действия (5). Так, уже создана биологически активная пищевая добавка "Стахисел", получен препарат, обладающий антиметастатическими свойствами (10, 11). Селеносодержащий порошок клубеньков стахиса используют для получения хлеба и мучных кондитерских изделий, которые можно отнести к продуктам питания лечебно-профилактического назначения (11). Создан новый вид сахарного печенья, обогащенного селеном и пищевыми волокнами (12).

2. Новые сорта овощных культур, характеризующиеся повышенным содержанием БАВ, устойчивостью к болезням и хозяйственно ценными признаками

Листья сортов нетрадиционных овощных культур селекции ВНИИССОК обогащены растительными полифенолами, из которых особый интерес представляют флавоноиды и антраценовые производные, в том числе оксиантрахиноны (13).

Флавоноиды кроме Р-витаминной активности обладают спазмолитической активностью, способствуют свертыванию крови и снижению концентрации холестерина в крови. Повышенное содержание флавоноидов, аскорбиновой кислоты и каротиноидов в листьях хризантемы съедобной сорта Узорчатая и водяного кресса сорта Подмосковный позволяет рекомендовать эти культуры для профилактики сердечно-сосудистых заболеваний, а хризантему съедобную - также в качестве лечебно-профилак-тического средства в составе слабительных сборов, так как в стеблях и корнях растений содержатся 1-8-диоксиантрахиноны (14).

Для использования в пищевой промышленности перспективной культурой является амарант, растения которого имеют многоцелевое назначение - семенное, зерновое, овощное, техническое, кормовое, декоративное и лекарственное (15). Благодаря высокому содержанию БАВ, АО в листьях амаранта сорта Валентина пищевая добавка АМВИТА, приготовленная на их основе, может применяться как в качестве готового продукта, так и растительного сырья при изготовлении разнообразных продуктов лечебно-профилактического действия в пищевой промышленности.

Таким образом, в практическом аспекте целенаправленная селекция овощных культур на повышение содержания биологически активных веществ и антиоксидантов позволяет создавать сорта, линии и гибриды, обогащенные вторичными метаболитами, большинство из которых синтезируется только в растениях, однако они необходимы для нормальной жизнедеятельности живых организмов. Белково-витаминное сырье нетрадиционных культур с высокими антиоксидантными свойствами и содержанием биологически активных веществ - потенциальный источник производства нового поколения продуктов лечебно-профилактического назначения.

Литература

Г у д в и н Т., М е р с е р Э. Введение в биохимию растений. М., 1986, 2.

Г и н с В.К., К о н о н к о в П.Ф., Г и н с М.С. Селекция овощных культур на высокое содержание биологически активных веществ. Вест. РАСХН, 2001, 1: 27-29.

П и в о в а р о в В.Ф. Селекция и семеноводство овощных культур. М., 1999, 1 и 2.

В а в и л о в Н.И. О состоянии научно-исследовательских работ и о повышении квалификации научных кадров. С.-х. биол., 1998, 5: 87-113.

К о н о н к о в П.Ф., Б у н и н М.С., К о н о н к о в а С.Н. Новые овощные растения. М., 1992.

П и в о в а р о в В.Ф., К о н о н к о в П.Ф., Н и к у л ь ш и н В.П. Овощи - новинки на вашем столе. М., 1998.

С у х а н о в а Т.А., С е р е б р о в В.Ю. Биохимия клетки. Томск, 2000.

Г и н с М.С., Л о з о в с к а я Е.Т., Г и н с В.К. и др. Биохимический состав и антиоксидантные свойства интродуцируемых овощных растений. Докл. РАСХН, 2000, 3: 14-15.

Г о л у б к и н а Н.А., Г и н с В.К., К о н о н к о в П.Ф. и др. Способ обогащения чеснока и корнеплодов селеном. Патент № 2189155. Бюл. изобр. и откр., 2002, 26.

Г и н с В.К., К о н о н к о в П.Ф., Г и н с М.С. Стахисел. Патент № 2185829. Бюл. изобр. и откр., 2000, 21.

К о н о в а л о в а Н.П., Д ь я ч к о в с к а я Р.Ф., К о н о н к о в П.Ф. Противоопухолевое средство. Патент № 1811849. Бюл. изобр. и откр., 1993, 16.

Ш е л а м о в а С.А., Д е р к а н о с о в а Н.М., Г и н с В.К. и др. Стахис как биологический обогатитель хлеба и мучных кондитерских изделий. Пищевая технология, 1998, 2-3: 32-33.

Д е р к а н о с о в а Н.М., Ш е л а м о в а С.А., Г и н с В.К. и др. Обогащение мучных кондитерских изделий селеном. В сб.: Хранение и переработка сельхозсырья. М., 2000, 5: 43-44.

Г и н с В.К., К о л е с н и к о в М.П., К о н о н к о в П.Ф. и др. Оксиантрахиноны и флавоноиды хризантемы съедобной (овощной). Прикл. биохим. и микробиол., 2000, 36, 3: 344-353.

К о н о н к о в П.Ф., Г и н с В.К., Г и н с М.С. Амарант - перспективная культура XXI века. М., 1999.

Размещено на Allbest.ru