ovoshchiОвощи РоссииVegetable crops of Russia2072-91462618-7132Федеральный научный центр овощеводства10.18619/2072-9146-2024-2-100-105ovoshchi-2375Research ArticleАГРОХИМИЯ, АГРОПОЧВОВЕДЕНИЕ, ЗАЩИТА И КАРАНТИН РАСТЕНИЙAGROCHEMISTRY, SOIL SCIENCE, PLANT PROTECTION AND QUARANTINEИзучение антоцианов в кожуре и мякоти клубней гибридов картофеля (Solanum tuberosum L.)Studying anthocyanins in the skin and flesh of the tubers of some potato hybrids (Solanum tuberosum L.)КимИ. В.KimI. V.

Ирина Вячеславовна Ким, доктор с.-х. наук, ведущий научный сотрудник лаборатории

лаборатория диагностики болезней картофеля

692539; ул. Воложенина, 30; Приморский край; Тимирязевский

Irina V. Kim, Dr. Sci. (Agriculture), Leading Researcher

Laboratory for Diagnostics of Potato Diseases

692539; 30B, Volozhenina st.; Primorsky kray; Ussuriysk; Timiryazevsky

kimira-80@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2390-3486КлыковА. Г.KlykovA. G.

Алексей Григорьевич Клыков, доктор биол. наук, академик РАН, заведующий отделом

отдел селекции и биотехнологии сельскохозяйственных культур

692539; ул. Воложенина, 30; Приморский край; Тимирязевский

Alexey G. Klykov, Dr. Sci. (Biology), Academician of RAS, Head of the Department

Department of the Breeding and Biotechnology of Agricultural Crops

692539; 30B, Volozhenina st.; Primorsky kray; Ussuriysk; Timiryazevsky

ФГБНУ «ФНЦ агробиотехнологий Дальнего Востока им. А.К. Чайки»РоссияFederal State Budget Scientific Institution “Federal Scientific Center of Agricultural Biotechnology of the Far East named after A.K. Chaiki”Russian Federation20242703202402100105Copyright © Ким И.В., Клыков А.Г., 20242024Ким И.В., Клыков А.Г.Kim I.V., Klykov A.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vegetables.su/jour/article/view/2375   Актуальность

   Актуальность. Антоцианы в картофеле привлекают особое внимание в качестве компонентов функционального питания. В настоящее время все больший интерес вызывают исследования об использовании антоцианов для животных и человека, помимо их важной роли в жизни растений.

   Цель исследования – идентифицировать количественный и качественный состав антоцианов в клубнях ценных гибридов картофеля приморской селекции.

   Объектом исследований служили пять перспективных гибридов картофеля (Solanum tuberosum L.) различных групп спелости изконкурсного сортоиспытания ФГБНУ «ФНЦ агробиотехнологий Дальнего Востока им. А. К. Чайки».

   Исследования проводили в 2018-2023 годах в условиях полевого и лабораторного экспериментов Приморского края РФ. Антоцианы разделяли методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ). Компоненты идентифицировали методами масс-спектрометрии второго порядка.

   Результаты

   Результаты. Дана оценка гибридов по содержанию антоцианов тканей клубня – кожуры и мякоти. Отмечены сортообразцы с содержанием антоцианов в обеих частях клубня: При-15-12-14 (петунидин-3-арабинозид: 310,0 и 91,1 мг/кг; цианидин-3-глюкозид: 149,8 и 39,8 мг/кг), При-14-52-2 (петунидин-3-арабинозид: 360,0 и 143,0 мг/кг; цианидин-3-глюкозид: 80,4 и 81,2 мг/кг). Выделившиеся образцы имеют окрашенную кожуру: фиолетовую и сине-фиолетовую. Мякоть с фиолетовым пигментом была свойственна генотипам –При-14-52-2 и При-15-12-14. Гибриды При-15-12-14 и При-14-52-2 отличились наибольшим содержанием суммарного количества антоцианов в мякоти – 130,9 и 224,2 мг/кг соответственно. В результате исследований в клубнях исследуемых образцов выявлено восемь различных антоцианов: дельфинидин-3-глюкозид, дельфинидин-3-рамнозил-5-глюкозид, петунидин-3-глюкозид, мальвидин-3-глюкозид, цианидин-3-глюкозид, цианидин-3-рамнозил-5-глюкозид, пеларгонидин-3-глюкозид, петунидин-3-арабинозид. Установлено, что для клубней с розовой и красной кожурой характерно наличие пеларгонидин-3-глюкозида. Петунидин-3-глюкозид и цианидин-3-глюкозид обеспечивают фиолетовую окраску кожуры. Выделенная группа сортообразцов рекомендуется для использования в диетическом питании и целенаправленных скрещиваниях селекции.

   Relevance

   Relevance. Today special attention is paid to potato anthocyanins as components of functional food. Increasing interest is generated by research on the use of anthocyanins for the benefit of animals and people in addition to their significant role in the life of plants.

   The research goal was to identify the quantitative and qualitative composition of anthocyanins in the tubers of valuable potato hybrids of Primorsky selection.

   Five promising potato hybrids (Solanum tuberosum L.) belonging to different groups of maturity and involved in the comparative variety testing by FSBSI “FSC of Agricultural Biotechnology named after A. K. Chaiki” were used as the research object.

   The research was carried out under the conditions of field and laboratory experiments in Primorsky kray, Russia, in 2018-2023. The anthocyanins were divided by the method of high-performance liquid chromatography. The anthocyanins were identified by the method of second-order mass spectrometry.

   Results

   Results. The research evaluated the potato hybrids for the content of anthocyanins in the tissues of the tubers – skin and flesh. The following specimens were determined to have a high content of anthocyanins both in the skin and flesh: Pri-15-12-14 (petunidin-3-arabinoside: 310.0 and 91.1 mg/kg; cyanidin-3-glucoside: 149.8 and 39.8 mg/kg) and Pri-14-52-2 (petunidin-3-arabinoside: 360.0 and 143.0 mg/kg; cyanidin-3-glucoside: 80.4 and 81.2 mg/kg). The selected specimens were characterized by purple and blue-purple skin. Genotypes Pri-14-52-2 and Pri-15-12-14 had tuber flesh with purple pigmentation. Hybrids Pri-15-12-14 and Pri-14-52-2 had the highest total content of anthocyanins in the flesh – 130.9 and 224.2 mg/kg, respectively. The conducted research identified eight different anthocyanins in the tubers of the studied potato specimens: delphinidin-3-glucoside, delphinidin-3-ramnosil-5-glucoside, petunidin-3-glucoside, malvidin-3-glucoside, cyanidin-3-glucoside, cyanidin-3-ramnosil-5-glucoside, pelargonidin-3-glucoside, and petunidin-3-arabinoside. The tubers with pink and red skin were determined to contain pelargonidin-3-glucoside. Petunidin-3-glucoside and cyanidin-3-glucoside colored tuber skin purple. The selected group of specimens might be recommended for use as functional food and in goal-oriented breeding.

картофель (Solanum tuberosum L.)антоцианыгибридымасс-спектрометрияВЭЖХPotato (Solanum tuberosum L.)anthocyaninshybridsmass spectrometryhigh-performance liquid chromatographyReferencesQuina F.H., Moreira J.P.F., Vautier-Giongo C., Rettori D., Rodrigues R., A. Freitas et al. Photochemistry of anthocyanins and their biological role in plant tissues. Pure Appl. Chem. 2009;81(9):1687-1694. doi: 10.1351/PAC-CON-08-09-28.Quina F.H., Moreira J.P.F., Vautier-Giongo C., Rettori D., Rodrigues R., A. Freitas et al. Photochemistry of anthocyanins and their biological role in plant tissues. Pure Appl. Chem. 2009;81(9):1687-1694. doi: 10.1351/PAC-CON-08-09-28.Onslow M.W. The anthocyanin pigments of plants. Second ed. Cambrige: University Press; 2014.Onslow M.W. The anthocyanin pigments of plants. Second ed. Cambrige: University Press; 2014.Mierziak J., Kostyn K., Kulma A. Flavonoids as important molecules of plant interactions with the environment. Molecules. 2014;19(10):16240-16265. doi: 10.3390/molecules191016240.Mierziak J., Kostyn K., Kulma A. Flavonoids as important molecules of plant interactions with the environment. Molecules. 2014;19(10):16240-16265. doi: 10.3390/molecules191016240.Kalita D., Jayanty S.S. Comparison of polyphenol content and antioxidant capacity of colored potato tubers, pomegranate and blueberries. J. Food Proc. Technol. 2014;(5):358. doi: 10.4172/2157-7110.1000358.Kalita D., Jayanty S.S. Comparison of polyphenol content and antioxidant capacity of colored potato tubers, pomegranate and blueberries. J. Food Proc. Technol. 2014;(5):358. doi: 10.4172/2157-7110.1000358.Schieber A., Saldana M.A. Potato peels: a source of nutritionally and pharmacologically interesting compounds – a review. Food. 2009;3(2):23-29. https://doi.org/10.7939/R33T9DM0H.Schieber A., Saldana M.A. Potato peels: a source of nutritionally and pharmacologically interesting compounds – a review. Food. 2009;3(2):23-29. doi: 10.7939/R33T9DM0H.Zhang Y., Jung C.S., De Jong W.S. Genetic analysis of pigmented tuber flesh in potato. Theor. Appl. Genet. 2009;119(1):143-150. doi: 10.1007/s00122-009-1024-3.Zhang Y., Jung C.S., De Jong W.S. Genetic analysis of pigmented tuber flesh in potato. Theor. Appl. Genet. 2009;119(1):143-150. doi: 10.1007/s00122-009-1024-3.Поливанова О.Б., Гинс Е.М. Антиоксидантная активность пигментированного картофеля (Solanum tuberosum L.), содержание антоцианов, их биосинтез и физиологическая роль. Овощи России. 2019;(6):84-90. doi: 10.18619/2072-9146-2019-6-84-90. EDN ITVJJO.Polivanova O.B., Gins E.M. Antioxidant activity of potatoes (Solanum tuberosum L.) and anthocyanin content, its biosynthesis and physiological role. Vegetable crops of Russia. 2019;(6):84-90. (In Russ.) doi: 10.18619/2072-9146-2019-6-84-90. EDN: ITVJJO.Eichhorn S., Winterhalter P. Anthocyanins from pigmented potato (Solanum tuberosum L.) varieties. Food Res. Int. 2005;38(8/9):943-948. doi: 10.1016/j.foodres.2005.03.011.Eichhorn S., Winterhalter P. Anthocyanins from pigmented potato (Solanum tuberosum L.) varieties. Food Res. Int. 2005;38(8/9):943-948. doi: 10.1016/j.foodres.2005.03.011.Козлова Л.Н., Пискун Г.И., Корзан А.А., Незаконова О.Б., Рядинская Е.А. Взаимосвязь между суммарной антиоксидантной способностью и морфологическими характеристиками клубней картофеля. Картофелеводство. 2020;27(2):37-41. EDN: LNBJEK.Kozlova L.N., Piskun G.I., Korzan A.A., Nezakonova О.В., Ryadinskaya Е.A. Relationship between total antioxidant capacity and morphologica characteristics of potatoes tubers. Potato Growing. 2020;27(2):37-41. (In Russ.) EDN: LNBJEK.Choi M.K., Park S.J., Eom S.H., Kang M.H. Anti-diabetic and hypolipidemic effects of purple-fleshed potato in streptozotocin-induced diabetic rats. Food Sci. Biotechnol. 2013; 22: 1-6. doi: 10.1007/s10068-013-0231-5.Choi M.K., Park S.J., Eom S.H., Kang M.H. Anti-diabetic and hypolipidemic effects of purple-fleshed potato in streptozotocin-induced diabetic rats. Food Sci. Biotechnol. 2013; 22: 1-6. doi: 10.1007/s10068-013-0231-5.Kaspar K.L., Park J.S., Brown C.R., Mathison B.D., Navarre D.A., Chew B.P. Pigmented potato consumption alters oxidative stress and inflammatory damage in men. J. Nutr. 2011;141:108-111. doi: 10.3945/jn.110.128074.Kaspar K.L., Park J.S., Brown C.R., Mathison B.D., Navarre D.A., Chew B.P. Pigmented potato consumption alters oxidative stress and inflammatory damage in men. J. Nutr. 2011;141:108-111. doi: 10.3945/jn.110.128074.Lemos M.A., Aliyu M.M., Hungerford G. Influence of cooking on the levels of bioactive compounds in Purple Majesty potato observed via chemical and spectroscopic means. Food Chem. 2015;173:462-467. doi: 10.1016/j.foodchem.2014.10.064.Lemos M.A., Aliyu M.M., Hungerford G. Influence of cooking on the levels of bioactive compounds in Purple Majesty potato observed via chemical and spectroscopic means. Food Chem. 2015;173:462-467. doi: 10.1016/j.foodchem.2014.10.064.Bellumori M., Innocenti M., Michelozzi M., Cerretani L., Mulinacci N. Coloured-fleshed potatoes after boiling: Promising sources of known antioxidant compounds. J. Food Composit. Anal.2017;59:1-7. doi: 10.1016/j.jfca.2017.02.004.Bellumori M., Innocenti M., Michelozzi M., Cerretani L., Mulinacci N. Coloured-fleshed potatoes after boiling: Promising sources of known antioxidant compounds. J. Food Composit. Anal.2017;59:1-7. doi: 10.1016/j.jfca.2017.02.004.Bellumori M., Nancy A., Silva Ch., Vilca L., Andrenelli L., Cecchi L. et al. A Study on the Biodiversity of Pigmented Andean Potatoes: Nutritional Profile and Phenolic Composition. Molecules. 2020;25(3169):1-17. doi: 10.3390/molecules25143169.Bellumori M., Nancy A., Silva Ch., Vilca L., Andrenelli L., Cecchi L. et al. A Study on the Biodiversity of Pigmented Andean Potatoes: Nutritional Profile and Phenolic Composition. Molecules. 2020;25(3169):1-17. doi: 10.3390/molecules25143169.Ezekiel R., Singh N., Sharma S., Kaur A. Beneficial phytochemicals in potato – a review. Food Res. Int. 2013;50:487-496. doi: 10.1016/j.foodres.2011.04.025.Ezekiel R., Singh N., Sharma S., Kaur A. Beneficial phytochemicals in potato – a review. Food Res. Int. 2013;50:487-496. doi: 10.1016/j.foodres.2011.04.025.Мелешина О.В., Мелешин А.А. Создание картофеля с повышенной антиоксидантной активностью – перспективное направление в селекции современных сортов. В кн.: Материалы научно-практической конференции «Современное состояние и перспективы развития селекции и семеноводства картофеля». М. 2018. С. 129-139. EDN: XSIMQP.Meleshina O.V., Meleshin A.A. Creating potato with high antioxidant activity – promising direction in the breeding of modern varieties. In: Proceedings of the Scientific Conference “Modern state and prospects of the breeding and seed production of potato”. Moscow, 2018. P. 129-139. (in Russ.)Гинс Е.М., Москалев Е.А., Поливанова О.Б., Митюшкин А.В., Симаков Е.А. Оценка содержания веществ с антиоксидантной активностью в образцах картофеля коллекции исходных родительских форм Федерального исследовательского центра картофеля имени А.Г. Лорха. Вестник РУДН. Серия: Агрономия и животноводство. 2020;15(3):242-252. doi: 10.22363/2312-797X-2020-15-3-242-252. EDN: IHYMLA.Gins E.M., Moskalev E.A., Polivanova O.B., Mityushkin A.V., Simakov E.A. Antioxidant contents in potato cultivars from the collection of Russian Potato Research Center. RUDN journal of agronomy and animal industries. 2020;15(3):242-252. doi: 10.22363/2312-797X-2020-15-3-242-252. (In Russ.) EDN: IHYMLA.Tian J., Chen J., Ye X., Chen S. Health benefits of the potato affected by domestic cooking : a review. Food Chem. 2016;202:165-175. doi: 10.1016/j.foodchem.2016.01.120.Tian J., Chen J., Ye X., Chen S. Health benefits of the potato affected by domestic cooking : a review. Food Chem. 2016;202:165-175. doi: 10.1016/j.foodchem.2016.01.120.Стрыгина К.В., Хлесткина Е.К. Синтез антоцианов у картофеля (Solanum tuberosum L.): генетические маркеры для направленного отбора. Сельскохозяйственная биология. 2017;52(1):37-49. doi: 10.15389/agrobiology.2017.1.37rus. EDN: YFQFCR.Strygina K.V., Khlestkina E.K. Anthocyanins synthesis in potato (Solanum tuberosum L.): genetic markers for smart breeding. Agricultural Biology. 2017;52(1):37-49. doi: 10.15389/agrobiology.2017.1.37rus. (In Russ.) EDN: YFQFCR.Feller A., Machemer K., Braun E.L., Grotewold E. Evolutionary and comparative analysis of MYB and bHLH plant transcription factors. Plant J. 2011;66(1) 94-116. doi: 10.1111/j.1365-313X.2010.04459.x.Feller A., Machemer K., Braun E.L., Grotewold E. Evolutionary and comparative analysis of MYB and bHLH plant transcription factors. Plant J. 2011;66(1) 94-116. doi: 10.1111/j.1365-313X.2010.04459.x.Andre C.M., Ourfir M., Guignard C., Hoffman L., Hausman J.F., Evers D. et al. Antioxidant profiling of native Andean potato tubers (Solanum tuberosum L.) reveals cultivars with high levels of beta-carotene, alpha-tocopherol, chlorogenic acid, and petanin. J. Agric. Food Chem. 2007;55(26):10839-10849. doi: 10.1021/jf0726583.Andre C.M., Ourfir M., Guignard C., Hoffman L., Hausman J.F., Evers D. et al. Antioxidant profiling of native Andean potato tubers (Solanum tuberosum L.) reveals cultivars with high levels of beta-carotene, alpha-tocopherol, chlorogenic acid, and petanin. J. Agric. Food Chem. 2007;55(26):10839-10849. doi: 10.1021/jf0726583.Симаков Е.А., Митюшкин А.В., Журавлев А.А., Митюшкин Ал-др В., Гайзатулин А.С. Сравнительная оценка исходного материала картофеля в селекции на повышение питательной ценности клубней. Картофелеводство. 2020;27(2):30-36.Simakov E.A., Mityushkin A.V., Zhuravlev A.A., Mityushkin A.V., Gayzatulin A.S. Comparative evaluation of potatoes basic material in breeding to increase tubers nutrient quality. Potato Growing. 2020;27(2):30-36. (In Russ.)Ким И.В., Клыков А.Г. Перспективы развития картофелеводства на Дальнем Востоке. Вестник Дальневосточного отделения Российской академии наук. 2018;3(199):12-15. EDN: VPWXQW.Kim I.V., Klykov A.G. The development prospects of the potato breeding in the Far East. Vestnik of Far Eastern Branch of Russian Academy of Sciences. 2018;3(199):12-15. (In Russ.) EDN: VPWXQW.Lewis C.E., Walker J.R.L., Lancaster J.E., Sutton K.H. Determination of anthocyanins, flavonoids and phenolic acids in coloured potatoes. I: Coloured cultivars of Solanum tuberosum L. J. Sci. Food Agric. 1998;77(1):45-57. doi: 10.1002/(SICI)1097-0010(199805)77:1<45::AID-JSFA1>3.0.CO;2-SLewis C.E., Walker J.R.L., Lancaster J.E., Sutton K.H. Determination of anthocyanins, flavonoids and phenolic acids in coloured potatoes. I: Coloured cultivars of Solanum tuberosum L. J. Sci. Food Agric. 1998;77(1):45-57. doi: 10.1002/(SICI)1097-0010(199805)77:1<45::AID-JSFA1>3.0.CO;2-S

The authors declare that there are no conflicts of interest present.