Особенности биохимических показателей и элементного состава сортов салата Lactuca sativa L., выращенных из семян после длительного хранения на МКС

   Хранение семян сельскохозяйственных растений в условиях космических станций является эффективным методом осуществления быстрой селекции растений на повышенную адаптационную способность, накопление биологически активных соединений и продуктивность. Изучены особенности биохимического и минерального состава (ИСП-МС) салата, выращенного в пленочной теплице из семян, хранившихся в течение года на Международной Космической Станции (МКС). Показана высокая межсортовая вариабельность в отзывчивости салата на воздействие микрогравитации и космического излучения по показателям урожая, биометрических показателей, антиоксидантного статуса и минерального состава растений. Так, среди сортов Петрович, Синтез, Московский парниковый, Пикник, Кавалер и Букет опытные семена только первых 4-х сортов оказались всхожими. Урожайность достоверно повышалась у сорта Московский парниковый, а для сортов Петрович, Синтез и Пикник наблюдалась тенденция к снижению урожайности. Возрастание накопления фотосинтетических пигментов под действием космического стресса было выявлено у сорта Московский парниковый, и именно этот сорт отличался повышенным уровнем пролина в листьях и наименьшим содержанием МДА. Достоверного изменения других показателей антиоксидантного статуса растений, выращенных из космических семян, не наблюдалось, однако под действием микрогравитации и радиации значительно изменялся минеральный состав взрослых растений. Среди исследованных 23 элементов выявлено достоверное увеличение уровней ванадия, селена, железа и хрома по сравнению с контрольными растениями. Установлены достоверные взаимосвязи между Ca, Sr, Cd, Co, Mg, Mo и Pb (r > 0.9; p < 0.001).

1. Musgrave M.E. Seeds in space. Seed Sci. Res. 2002;(12):1–16.

2. Xianfang W., Long Z., Weixu D., Chunhua L. Study of space mutation breeding in China. Appl. Life Sci. 2004;(18):241–246.

3. He X., Liu M., Lu J., Xue H., Pan Y. Space mutation breeding: a brief Introduction of screening New floricultural, vegetable and medicinal varieties from earth-grown plants returned from China’s satellites and spaceships. In Teixeira da Silva JA (ed.), Floriculture, Ornamental and Plant Biotechnology: Advances and Topical Issues. 2006. 1st Edn. Isleworth: Global Science Books, pp. 266–271.

4. Liu L.X., Guo H.J., Zhao L., Gu J., Zhao S. Advances in crop improvement by space mutagenesis in China. ICSC. 2008;(4):274.

5. Prasad B., Richter P., Vadakedath N., Haag F.W.M., Strauch S.M., Mancinelli R., Schwarzwälder A., Etcheparre E., Gaume N., Lebert M. How the space environment influences organisms: an astrobiological perspective and review. Int. J. Astrobiol. 2021;(20):159–177. doi: 10.1017/S1473550421000057.

6. Ferl R.J., Koh J., Denison F., Paul A.L. Spaceflight induces specific alterations in the proteomes of Arabidopsis. Astrobiol. 2015;(15):32-56. doi: 10.1089/ast.2014.1210.

7. Caplin N.M. Developmental, morphological and physiological effects of chronic low doses of ionizing radiation on plants on Earth and in space. Ph. Dr Thesis, University of the West of England, Bristol, England, 2019.

8. Deyong Z., Jie C., Yishu Y., Meng Z., Shan S., Xin G. Effects of space flight on expression of key proteins in rice leaves. Rice Sci. 2020;(27):423–433. doi: 10.1016/j.rsci.2019.12.011.

9. Hayat S., Hayat Q., Alyemeni M.N., Wani A.S., Pichtel J., Ahmad A. Role of proline under changing environments: a review. Plant Signal Behav. 2012;7(11):1456-66. doi: 10.4161/psb.21949.

10. Kharchenko V., Golubkina N., Skrypnik L., Murariu O.C., Vecchietti L., Caruso G. The Effect of One-year Seed Spaceflight Storage on Biochemical and Mineral Characteristics of Mature Leafy Vegetables Belonging to Brassicaceae, Apiaceae and Asteraceae Families Horticuturae. 2023;(9):535. doi: 10.3390/ horticulturae9050535.

11. Djoss H., Golubkina N., Kondratyeva I., Koshevarov A., Shkaplerov A., Zavarikina T., Nechitailo G., Caruso G. Effect of spaceflight on tomato seed quality and biochemical characteristics of mature plants Horticulturae. 2021;7(5):89. doi: 10.3390/horticulturae7050089.

12. Lichtenthaler H.K. Chlorophylls and carotenoids: pigments of photosynthetic biomembranes. Methods of Enzymology. 1987;(148):350–382.

13. Голубкина Н.А., Кекина Е.Г., Молчанова А.В., Антошкина М.С., Надежкин С.М., Солдатенко А.В. Антиоксидантны растений и методы их определения. Москва, 2020, Инфра-M. doi: 10.12737/1045420.

14. Ouertani R.N., Abid G., Karmous C., Chikha M.B., Boudaya O., Mahmoudi H., Mejri S., Jansen K., Ghorbel A. Evaluating the contribution of osmotic and oxidative stress components on barley growth under salt stress. AoB Plants. 2021;13(4):plab034. doi: 10.1093/aobpla/plab034.

15. Heath R.L., Parker L. Photoperoxidation in isolated chloroplasts. I. Kinetics and stoichiometry of fatty acid peroxidation. Arch. Biochem. Biophys. 1968;(125):189–198. doi: 10.1016/0003-9861(68)90654-1.

16. Levine H.G. The Influence of Microgravity on Plants. NASA ISS Research Academy and Pre Application Meeting, 3- 5^th August 2010. At url: https://www.nasa.gov/pdf/478076main.

17. Chandler J.O., Haas F.B., Khan S., Bowden L., Ignatz M., Enfissi E.M.A., Gawthrop F., Griffiths A., Fraser P.D., Rensing S.A., Leubner-Metzger G. Rocket science: the effect of spaceflight on germination physiology, ageing, and transcriptome of Eruca sativa seeds. Life. 2020;10(4):49. doi: 10.3390/life10040049.

18. Maoka T. Carotenoids as natural functional pigments. J. Nat. Med. 2020;74(1):1-16. doi: 10.1007/s11418-019-01364-x.

19. Jia C.-Z., Wang J.-J., Chen D.-L., Hu X.-W. Seed Germination and Seed Bank Dynamics of Eruca sativa (Brassicaceae): A Weed on the Northeastern Edge of Tibetan Plateau. Front. Plant Sci. 2022;(13):820925. doi: 10.3389/fpls.2022.820925.

20. Hashioto H., Uragami C., Cogdell R.J. Carotenoids and photosynthesis, in Carotenoids in Nature (Cham, Switzerland: Springer). 2016. P. 111–139.

21. Khan Z., Thounaojam T.C., Chowdhury D. The role of selenium and nano selenium on physiological responses in plant : a review. Plant Growth Regul. 2023;(100):409–433. doi: 10.1007/s10725-023-00988-0.

22. Голубкина Н.А., Папазян Т.Т. Селен в питании. Растения, животные, человек. М. Печатный годов, 2006.

23. Hanus-Fajerska E., Wiszniewska A., Kaminska I. A dual role of vanadium in environmental systems—beneficial and detrimental effects on terrestrial plants and humans. Plants. 2021;(10):1110. doi: 10.3390/plants10061110.

24. López-Bucio J.S., Ravelo-Ortega G., López-Bucio J. Chromium in plant growth and development: Toxicity, tolerance and hormesis. Environ. Pollut. 2022;(312):120084. doi: 10.1016/j.envpol.2022.120084.

25. Kabata-Pendias A. Trace Elements in Soils and Plants. 4^th ed. 2011, CRC Press: Boca Raton, FL, USA.

26. Zhang S., Li Q., Nazir M.M., Ali S., Ouyang Y., Ye S., Zeng F. Calcium Plays a Double-Edged Role in Modulating Cadmium Uptake and Translocation in Rice. Int J Mol Sci. 2020;29,21(21):8058. doi: 10.3390/ijms21218058.

27. Aslam M., Verma D.K., Dhakerya R., Rais S., Alam M., Ansari F.A. Bioindicator: A Comparative Study on Uptake and Accumulation of Heavy Metals in Some Plant`s Leaves of M.G. Road, Agra City, India Res. J. Environ. Earth Sci. 2012;б4(12):1060-1070.

28. Han Z., Wei X., Wan D., He W., Wang X., Xiong Y. Effect of Molybdenum on Plant Physiology and Cadmium Uptake and Translocation in Rape (Brassica napus L.) under Different Levels of Cadmium Stress. Int. J. Environ. Res. Public Health 2020;(17):2355. doi: 10.3390/ijerph17072355.