Morphological and anatomical characterization of Actinidia kolomikta (Rupr. & Maxim.) Maxim. (C3) and Amaranthus tricolor L. (C4) leaves

Received: February 1st, 2022 ; Accepted: March 27th, 2022 ; Published: April 27th, 2022 ; Correspondence: [email protected] and anatomical features of new cultivars with photosynthesis of C3 (Actinidia kolomikta (Rupr. & Maxim.) Maxim. cv. ‘Narodnaya’) and C4 (Amaranthus tricolor L. cv. ‘Valentina’) were established by light and scanning electron microscopy, as well as energy-dispersive analysis. The leaf lamina of Actinidia kolomikta cv. ‘Narodnaya’ has a dorsoventral anatomical structure, anomocytic stomata on the abaxial epidermis and two types of trichomes: multicellular, uniseriate hairs and multicellular bristle-like protrusions, containing raphids. The needle-like raphides are located in subepidermal layers along the veins. A vascular system of petiole consists of two upper concentric bundles and the crescentic vascular strand. A starch sheat is present. Raphides (needle-shaped and rectangular) are located in phloem and cortical parenchyma cells, contain Ca, K, Mg, P and Si. The leaf lamina of Amaranthus tricolor cv. ‘Valentina’ have the kranz-anatomy, dorsiventral mesophyll and contain druses. Betacyanins are concentrated in the epidermis and mesophyll, but are not present in the bundle sheath. The number of vascular bundles in petioles is odd-numbered and variable (from 5 to 13). Trichomes are multicellular, uniseriate, ending in a large oval cell. Cells with betacyanins are present in the epidermis cortex, and, rarely, the collenchyma and phloem of the petiole. Cells with betaxanthins are absent. A starch sheat is brightly pigmented with betacyanins. The crystall sand is deposited in the parenchyma cells of the cortex and pith of the petiole and contains Ca (mainly) and K oxalates. Druses in the leaf lamina additionally contain Mg and P

Fatty oil accumulation in vegetable soybean seeds and its thin-layer chromatography

Received: February 23rd, 2021 ; Accepted: May 5th, 2021 ; Published: May 20th, 2021 ; Correspondence: [email protected] paper studies the accumulation of crude oil (triacylglycerides, monoacylglycerides, diacylglycerides, free fatty acids, phospholipids, tocopherols, pigments, sterols, waxes) in soybean vegetable samples. Samples were taken from two groups: grown in an experimental field and in protected ground of the Federal Scientific Center for Vegetable Growing in the Moscow Region. Both groups were observed in the phase of technical ripeness and in the phase of complete biological ripeness (finally ripe seeds). Soxhlet method as arbitration in analysis was used as suitable for the extraction of lipophilic substances. It was determined that the fat content in the technical ripeness phase in most soybean samples averaged 10.5%. In the phase of biological ripeness, the highest accumulation of fatty oil was observed in Hidaka and Nordic (17.6%). The oil content in vegetable forms of soybeans was consistently lower than that of grain varieties: in the phases of technical and biological ripeness by 55.6% and 22.0% (in relative values) respectively. Thus, he accumulation of oil in seeds is determined mainly genetically. The refractive index of vegetable and oil soybean was established equal on average 1.4755. According to this finding the soybean oil can be classified as semi-drying. Thin layer chromatography (TLC) was used to study the lipophilic components of soybean fatty oil. It was found experimentally that the best separation of the components is achieved using an eluent system: carbon tetrachloride: chloroform in a 2: 3 ratio. It was found that the main fatsoluble compounds are the following (in order of increasing Rf in the chromatogram): phospholipids, monoacylglycerides, triacylglycerides, tocopherols, fatty acid esters. As a finding of the research vegetable soybean cultivated at 55 °N in both technical and biological ripeness phases significantly accumulate crude oil in the seeds. This crude oil contained ω-6, ω-3, phospholipids, and vitamin E

СТАХИС – ПЕРСПЕКТИВНАЯ ОВОЩНАЯ КУЛЬТУРА С ЛЕКАРСТВЕННЫМИ СВОЙСТВАМИ. ТЕХНОЛОГИЯ ВЫРАЩИВАНИЯ СТАХИСА

The technology of cultivation of stachys, the vegetable and officinal crop, in vitro and in vivo is presented in the article. There is a problem of cultivation of this crop on big areas in private farms duo to the lack of specialized machines. The main labor-intensive process of Stachys`s agrotechnology is harvesting of nodules in autumn (in October). In this period, the temperature drops below zero, and heavy rainfall is possible. This problem can be partially solved with the use of biotechnological methods. Stachys is susceptible to viral and fungal diseases. Diseasefree plants and nodules can be obtained through in vitro propagation. The multiplication ratio of Stachys, using method of clonal micropropagation, is very high (1:200). It shows the exploitability of method of tissue culture and plant cells for cultivation of stachys.В статье представлена технология выращивания овощной и лекарственной культуры стахиса in vitro и in vivo. Низкая рентабельность производства стахиса в личных подсобных хозяйствах в условиях Нечерноземной зоны России обусловлена отсутствием комплекса специализированных машин, что не позволяет выращивать эту культуру на больших площадях. Основным трудоемким приемом агротехники стахиса является уборка клубеньков осенью (в октябре). В этот период температура воздуха может опускаться ниже нуля, и возможны обильные осадки.Помимо этого, стахис подвержен вирусным и грибным заболеваниям, поэтому необходимо периодически оздоравливать клубеньки и размножать их с использованием биотехнологических методов. Показан высокий коэффициент размножения стахиса способом клонального микроразмножения (1:200), что свидетельствует о перспективности выращивания его с использованием метода культуры тканей и клеток растений

ИЗУЧЕНИЕ СВОЙСТВ КРАСЯЩЕГО ЭКСТРАКТА ИЗ СОЦВЕТИЙ И ЛИСТЬЕВ АМАРАНТА И ПЕРСПЕКТИВЫ ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

The peculiarities of accumulation and sustainability of the betacyanins's pigment of antioxidant Amaranthin in the inflorescences of different species of amaranth have been discussed. The method of extraction of the betacyanins's staining pigment from inflorescences of amaranth (cv. Valentina) has been proposed. The optimal storage conditions of the betacyanins's staining pigment have been found.

СОСТАВ И АНТИОКСИДАНТНАЯ АКТИВНОСТЬ АМИНОКИСЛОТ В ЛИСТЬЯХ AMARANTHUS TRICOLOR L. СОРТА EARLY SPLENDOR

Material for research was fresh leaves of Amaranthus tricolor L. varieties Early Splendor. They were grown in a greenhouse (Federal Scientific Vegetable Center, Moscow region). Using GC-MS, 8 and 11 amino acids were identified in extracts of hetero- and autotrophic leaves. One of the mechanisms that provide resistance to stresses of various natures is the accumulation of free amino acids; therefore, the total content of antioxidants can serve as an indicator of plant resistance. The amino acids found in amaranth leaves have pronounced functional activity in the human body. For example, tyrosine is the most important neurotransmitter, stimulates the brain, is involved in the control of stress. In humans, the precursor of tyrosine is the essential amino acid phenylalanine, while tyrosine is formed by hydroxylation of the phenyl group of phenylalanine. In this case, the lack of the latter in food leads to a deficiency of tyrosine in the body. Tryptophan controls the body's protective and adaptive functions. Amino acids valine, leucine, glutamine, proline - stimulate the growth of beneficial intestinal flora and biomass accumulation. Thus, the amino acid composition determines the nutritional and pharmacological value of amaranth leaf biomass. This indicates that amaranth leaves are a promising raw material for creating functional products and herbal remedies.Материалом служили свежие листья овощного амаранта (Amaranthus tricolor L.) сорта Early Splendor, который выращивали в пленочной теплице (ФНЦО, Московская обл.). С использованием ГХ-МС в экстрактах гетеро- и автотрофных листьев было идентифицировано 8 и 11 аминокислот. Одним из механизмов, обеспечивающих устойчивость к стрессам различной природы, является накопление свободных аминокислот, поэтому величина суммарного содержания антиоксидантов может служить индикатором устойчивости растений. Обнаруженные в листьях амаранта аминокислоты обладают выраженной функциональной активностью в организме человека. Например, тирозин является важнейшим нейромедиатором, стимулирует работу мозга, участвует в контроле за стрессом. В организме человека предшественником тирозина является незаменимая аминокислота фенилаланин, при этом тирозин образуется путем гидроксилирования фенильной группы фенилаланина. Отсутствие последнего в пище ведет к дефициту тирозина в организме. Триптофан контролирует защитно-приспособительные функции организма. Аминокислоты валин, лейцин, глутамин, пролин – стимулируют рост полезной кишечной флоры и накопление биомассы. Таким образом, аминокислотный состав определяет пищевую и фармакологическую ценность листовой биомассы амаранта. Это указывает на то, что листья амаранта являются перспективным сырьем для создания функциональных продуктов и фитопрепаратов

ЭЛЕМЕНТЫ ТЕХНОЛОГИИ ВЫРАЩИВАНИЯ ЛИСТОВОЙ БИОМАССЫ АМАРАНТА С ПОВЫШЕННЫМ СОДЕРЖАНИЕМ АНТИОКСИДАНТОВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ПРОДУКТОВ ПРФИЛАКТИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ

Diverse technological methods are widely used in horticulture to improve the energy of seed germination, as well as growth and development of plants and their productivity. Ecologically safe methods to accelerate the plant growth processes are known as a presowing treatment of seeds and foliar feeding by plant growth-stimulating agents of natural origin. Pre-sowing seed treatment is necessary when plants grow and maturate not simultaneously, as noticed in amaranth. The action of growth-stimulating agents is an influence in slight concentration not only on biometrical plant parameters, but also on photosynthetic reactions and whole plant physiology. The seed treatment by preparations containing biologically active substances is not only ecologically safe methods but also an economically profitable. Consequently, improvement of quality in vegetable crops by high content of biologically active substances in them, such as polyphenols can be reached with technologies based on the use of preparations, containing biologically active substances and biogenic chemical elements. It was shown that distinctive feature of red leaf plants of amaranth cultivar ‘Valentina’ was a very variable concentration of phenolic compounds such as flavonoids (quercetin, apigenin and their glycosides), hydroxycinnamic acids, simple phenols, polymeric and condensed polyphenols in different aged leaves at the time of vegetation. Moreover, the metabolite variation, antioxidant in fractions of phenolic compounds, obtained from different aged leaves, was increased by biopreparations of natural origin. It is supposed that those preparations had an effect on stress-action system as in protective plant reaction, increasing the antioxidants content. The data obtained has shown that the plants of amaranth, as a promising source of antioxidants, can be used to develop functional food products and phytopreparations.В растениеводстве широко используются разнообразные технологические приёмы, повышающие энергию прорастания семян, рост и развитие растений, и их продуктивность. Экологически безопасными приемами ускорения ростовых процессов является предпосевная обработка семян и некорневая подкормка растений ростстимулирующими препаратами природного происхождения. Необходимость в предпосевной обработке семян возникает у растений, семена которых неодновременно созревают, как например у амаранта. Действие ростстимулирующих биопрепаратов обусловлено их способностью в небольших концентрациях влиять не только на морфобиометрические показатели и продуктивность, но и на реакции биосинтеза, обмена веществ и физиологические процессы растений. Обработка семян препаратами, содержащими биологически активные вещества растительного происхождения, относится не только к экологически безопасным приемам, позволяющим повысить содержание важных биохимических веществ, но и к экономически выгодным. Следовательно, повышение качества листовых овощных растений путём увеличения в них содержания биологически активных веществ, например, полифенолов, можно решать с помощью технологий, основанных на использовании природных препаратов, содержащих биологически активные компоненты и биогенные химические элементы. Выявлено, что отличительной чертой краснолистных растений амаранта сорта Валентина в процессе вегетации является сильная изменчивость концентраций фенольных соединений в разновозрастных листьях: флавоноидов (кверцетина, апегенина и их гликозидов), оксикоричных кислот, простых фенолов, конденсированных и полимерных полифенолов. При этом изменчивость метаболитов – антиоксидантов во фракциях фенольных соединений, полученных из разновозрастных листьев, усиливается при обработке биопрепаратами природного происхождения, что позволяет предполагать, что они способны оказывать стресс-действие на защитные системы амаранта, повышая содержание антиоксидантов. Полученные данные свидетельствуют о том, что амарант, как перспективный источник антиоксидантов может использоваться при создании функциональных продуктов и фитопрепаратов

СОДЕРЖАНИЕ И ПИГМЕНТНЫЙ СОСТАВ АВТОТРОФНОЙ И ГЕТЕРОТРОФНОЙ ТКАНИ ЛИСТЬЕВ АМАРАНТА ВИДА A. TRICOLOR L.

At present there is numerous evidence of the antioxidant positive role in the defensive reaction that is capable to protect not only plants, but also humans against oxidative stress. Plant pigments such as natural dyes from leaves, flowers and fruits are known to have high antioxidant activity. Amaranth species A. tricolor L. cultivar ‘Early Splendor’ is a convenient model for the comparative studying of the formation processes of differently colored pigment composition in leaf tissues that differs in the ability to photosynthesize. Leaves of amaranth cultivar ‘Valentina’ were as a standard. The aim of the experiment was a comparative studying of the pigments content: amaranthine, chlorophyll a and b, carotenoids in the cauline leaves of amaranth cultivars ‘Valentina’ and ‘Early Splendor’, as well as in the red and green areas of the leaves. Analysis of the aqueous extract of red Early Splendor amaranth apical leaves showed the presence of betacyanin pigment - amaranthine, in the absorption spectrum in which peak was seen in the green region at 540 nm. In addition to the antioxidant amaranthine there are  also antioxidants which might be phenolic glycosides, and ascorbic acid in the extract, the total content of which is almost twice as small as in the leaves of amaranth cauline of this cultivar. Yellow fraction was found in the ethanolic extract of red leaves. Its absorption spectrum had peaks in the blue region at 445 nm and 472 nm and a shoulder at 422 nm that indicated the presence of betaxanthin, betalamic acid or carotenoids. Water-soluble antioxidants - amaranthine and ascorbic acid were found in  auline leaves of studied species. Their content in the leaves of Valentina cultivar was higher than in the leaves of cultivar ‘Early Splendor’, and the maximum level of photosynthetic pigments was found in ‘Early Splendor’ leaves. The obtained results showed that the amaranth is a promising source of pigments with the antioxidant  activity that can be used for production of food dyes.В настоящее время получены многочисленные доказательства позитивной роли антиоксидантов в защитных реакциях, способных защитить от окислительного стресса не только растения, но и человека. Известно, что природные красящие вещества листьев, цветков и плодов – растительные пигменты проявляют высокую антиоксидантную активность. Удобной моделью для сравнительного изучения процессов формирования пигментного состава в гетерогенных тканях листа, различающихся по способности к фотосинтезу, являются растения амаранта вида A. tricolor L. сорта Early Splendor. В качестве стандарта служили листья амаранта вышеуказанного вида сорта Валентина. Целью работы является сравнительное исследование содержания пигментов: амарантина, хлорофиллов a и б, каротиноидов в стеблевых листьях амаранта сорта Валентина и Early Splendor, а также в красной и зеленой зонах верхушечных листьев последнего. Анализ водного экстракта красных верхушечных листьев амаранта Early Splendor показал наличие бетацианинового пигмента амарантина, в спектре поглощения которого обнаружен пик в зеленой области при длине волны 540 нм. Помимо антиоксиданта амарантина в экстракте содержатся антиоксиданты, вероятно, гликозиды фенольных соединений иаскорбиновая кислота, суммарное содержание которых почти в 2 раза меньше по сравнению со стеблевыми листьями амаранта этого сорта. Спиртовой экстракт красных листьев окрашен в желтый цвет. Его спектры поглощения имели в синей области пики при 445 нм и 472 нм и плечо при 422 нм, что указывает на присутствие бетаксантина, беталамовой кислоты или каротиноидов. В стеблевых листьях изученных видов обнаружены водорастворимые антиоксиданты – амарантин и аскорбиновая кислота, содержание которых в листьях сорта Валентина превыша-ло их количество в листьях сорта Early Splendor, в то время как в листьях последнего было обнаружено максимальное количество фотосинтезирующих пигментов. Полученные данные свидетельствуют о том, что амарант как перспективный источник красящих пигментов с антиоксидантной активностью может использоваться для получения пищевых красителей

Антиоксидантная активность пигментированного картофеля (Solanum tuberosum L.), содержание антоцианов, их биосинтез и физиологическая роль

Relevance. Potatoes with red and purple flesh are highly valued dietary products and sources of polyphenolic compounds with antioxidant activity, especially anthocyanins. It has been found that the anthocyanin content in potatoes correlates with the total soluble phenolic content and antioxidant activity. These measures are significantly higher for coloured potatoes. The total phenolic content in particular the total anthocyanin content increases during the cold storage of coloured potatoes. Pigmented potatoes are also more preferable for food and industrial processing because of retaining of antioxidant properties and improving of final products quality. Сoloured potatoes selection and biotechnological approaches of regulation of anthocyanins accumulation are based on the understanding of the molecular genetic processes of anthocyanins biosynthesis. The anthocyanin biosynthesis is a part of the phenylpropanoid metabolic pathway. It is controlled by the MBW complex. The MBW complex includes the transcription factors MYB, bHLH, and WD40. A number of the MYB complex genes have been identified in potatoes. The key role in potatoes pigmentation variability is currently assigned to the StAN1 gene. According to available data anthocyanins play a protective role in response to various types of stress in potatoes.Актуальность. Сорта картофеля с красной и фиолетовой мякотью представляют высокую диетическую ценность, так как являются источниками полифенольных соединений с антиоксидантной активностью, прежде всего антоцианов. Установлено, что содержание антоцианов у картофеля коррелирует с суммарным содержанием растворимых фенольных соединений и антиоксидантной активностью. Эти показатели значительно выше у картофеля с пигментированной кожурой и мякотью. При холодном хранении такого картофеля содержание фенольных соединений, в частности антоцианов, увеличивается. Пигментированный картофель также является более предпочтительным для потребления в пищу и промышленной переработки, так как в ходе этих процессов сохраняет антиоксидантные свойства и улучшает качество конечных продуктов. Селекция картофеля по признаку окраски мякоти и биотехнологические подходы регуляции накопления антоцианов базируются на понимании молекулярно-генетических процессов их биосинтеза. Биосинтез антоцианов включен в фенилпропаноидный метаболический путь и находится под контролем комплекса MBW, который включает в себя транскрипционные факторы MYB, bHLH и WD40. У картофеля был идентифицирован ряд генов, принадлежащих комплексу MYB. Ключевая роль в изменчивости по признаку пигментации в данный момент отводится гену StAN1. Имеются обширные данные о защитной роли антоцианов в ответ на различные типы стресса у картофеля

ОЦЕНКА И ПОДБОР ИСХОДНОГО МАТЕРИАЛА ДЛЯ СЕЛЕКЦИИ СОИ НА ХОЗЯЙСТВЕННО ЦЕННЫЕ ПРИЗНАКИ В УСЛОВИЯХ ЦЕНТРАЛЬНОГО РАЙОНА ЕВРОПЕЙСКОЙ ЧАСТИ РОССИИ

Soybeans is the most important source of high quality protein using as food and oil. Soybean protein is balanced for amino acid composition that is advantage in comparison with other legumes, oil crops, and cereals. Soybean protein contains all the essential amino acids in a ratio close to the animal protein. Due to the acute deficiency of protein, the interest in soybean production and breeding of new varieties are constantly growing worldwide. The early ripening lines for the duration of the vegetation period and interphase periods of development were selected. The soybean samples with a maximum seed weight per a plant, thousand-seed weight and the largest number of seeds in a bean were revealed. The genotypes with the optimal displays of these traits for the breeding in the different directions were identified.Соя – важнейший источник высококачественного белка, используемого в пищевых целях, и растительного масла. Белок сои сбалансирован по аминокислотному составу, и в этом состоит его преимущество по сравнению с остальными бобовыми, масличными и зерновыми культурами. Соевый белок содержит все незаменимые аминокислоты в соотношении, близком к животному белку. В связи с острым дефицитом протеина интерес к производству сои и созданию новых сортов постоянно растёт во всем мире. Выявлены наиболее скороспелые линии по продолжительности периода вегетации и межфазных периодов. Отмечены сортообразцы сои с максимальной массой семян с растения, массой 1000 семян и наибольшим числом семян в бобе. Выделены генотипы с оптимальным сочетанием перечисленных признаков для дальнейшего использования в различных направлениях селекции

ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ БИОПРЕПАРАТОВ В СЕЛЕКЦИИ ЛУКОВ НА ЗЕЛЕНЬ

Food and pharmacological value in onion leaves is mainly represented by ascorbic acid, chlorophylls and secondary metabolites: carotenoids, phenolic compounds. At the same time, their quantity depends on the conditions of cultivation and treatment with biostimulants. The experiment was carried out in a greenhouse on sod-podzolic soil in the Moscow region under conditions of natural insolation at a temperature of 20 ... 25 ° C in March using varieties of VNIISSOK selection – Chernyj princ and Zolotnichok. The effect of Albit and Amir biostimulants on the content of antioxidants and photosynthetic pigments in the leaves of onion was studied. The work shows the promise of using growth-stimulating plant and bacterial preparations for foliar treatment of onion leaves, which allow increasing the yield of leaves and the content of antioxidants. In the leaves of the Chernyj princ variety, an increase in the content of ascorbic acid by 30% was observed when treated with biostimulant Amir, as well as an increase in leaf weight by 8% when treated with Amir and by 14% when treated with biostimulant Albit. Foliar treatment of onion leaves with biostimulants Albit and Amir resulted in an increase in the amount of ethanol-soluble antioxidants.Пищевую и фармакологическую ценность в листьях лука репчатого в основном представляют аскорбиновая кислота, хлорофиллы и вторичные метаболиты: каротиноиды, соединения фенольной природы. При этом их количество зависит от условий выращивания и обработки биопрепаратами. Опыт проводили в защищенном грунте на дерново-подзолистой почве в Московской области в условиях естественной инсоляции при температуре 20…25°С в марте месяце с использованием сортов лука селекции ВНИИССОК – Черный принц и Золотничок. Исследовалось влияние ростостимулирующих препаратов Альбит и Амир на содержание в листьях лука репчатого антиоксидантов и фотосинтетических пигментов. В работе показана перспективность использования ростостимулирующих растительных и бактериальных препаратов для некорневой обработки лука репчатого, позволяющих увеличить урожайность зеленых листьев и содержание антиоксидантов. В листьях лука сорта Черный принц наблюдали увеличение содержания аскорбиновой кислоты на 30% при обработке биопрепаратом Амир, а также увеличение массы листьев на 8% при обработке Амиром и на 14% – при обработке биопрепаратом Альбит. Внекорневая обработка листьев лука биопрепаратами Альбит и Амир приводила также к увеличению содержания суммы спирторастворимых антиоксидантов