vir-nwТруды по прикладной ботанике, генетике и селекцииProceedings on applied botany, genetics and breeding2227-88342619-0982N.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources10.30901/2227-8834-2023-1-118-127vir-nw-1503Research ArticleКОЛЛЕКЦИИ МИРОВЫХ ГЕНЕТИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ КУЛЬТУРНЫХ РАСТЕНИЙ ДЛЯ РАЗВИТИЯ ПРИОРИТЕТНЫХ НАПРАВЛЕНИЙ СЕЛЕКЦИИCOLLECTIONS OF THE WORLD’S CROP GENETIC RESOURCES FOR THE DEVELOPMENT OF PRIORITY PLANT BREEDING TRENDSКаротиноиды и каротины в плодах Cucurbita maxima, C. moschata и C. pepo в условиях Северо-Запада РоссииCarotenoids and carotenes in the fruits of Cucurbita maxima, C. moschata and C. pepo under the conditions of Northwestern Russiahttps://orcid.org/0000-0002-9267-6619ПискуноваТ. М.PiskunovaT. M.

кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник

190000 Россия, Санкт-Петербург, ул. Б. Морская, 42, 44

Cand, Sci. (Agriculture), Leading Researcher 

 42, 44 Bolshaya Morskaya Street, St. Petersburg 190000, Russia

https://orcid.org/0000-0003-3992-5353ШеленгаТ. В.ShelengaT. V.

кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник

190000 Россия, Санкт-Петербург, ул. Б. Морская, 42, 44

Cand. Sci. (Biology), Leading Researcher 

 42, 44 Bolshaya Morskaya Street, St. Petersburg 190000, Russia

tatianashelenga@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7627-5412ОзерскийП. В.OzerskyP. V.

 кандидат биологических наук, старший научный сотрудник 

190000 Россия, Санкт-Петербург, ул. Б. Морская, 42, 44

Cand. Sci. (Biology), Senior Researcher

 42, 44 Bolshaya Morskaya Street, St. Petersburg 190000, Russia

ozerski@list.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6201-4294СоловьеваА. Е.SolovyevaA. E.

 кандидат биологических наук, старший научный сотрудник 

190000 Россия, Санкт-Петербург, ул. Б. Морская, 42, 44

Cand. Sci. (Biology),, Senior Researcher 

 42, 44 Bolshaya Morskaya Street, St. Petersburg 190000, Russia 

alsol64@yandex.ruФедеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений имени Н.И. ВавиловаРоссияN.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic ResourcesRussian Federation2023200420231841118127Copyright © Пискунова Т.М., Шеленга Т.В., Озерский П.В., Соловьева А.Е., 20232023Пискунова Т.М., Шеленга Т.В., Озерский П.В., Соловьева А.Е.Piskunova T.M., Shelenga T.V., Ozersky P.V., Solovyeva A.E.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://elpub.vir.nw.ru/jour/article/view/1503

Тыква – одна из наиболее ценных овощных культур, которая широко используется в пищу во всем мире, являясь важным источником каротиноидов и каротинов, биологически активных веществ с антиоксидантной и другими видами активности. Их содержание в значительной мере зависит от видовых и сортовых особенностей тыквы. Коллекция Всероссийского института генетических ресурсов растений имени Н.И. Вавилова (ВИР) насчитывает более 3000 образцов пяти культурных видов тыквы и является важнейшим источником исходного материала для получения новых сортов с целью расширения ассортимента продуктов функционального питания. Задачей нашего исследования было изучение содержания каротиноидов, каротинов, в том числе β-каротина, в плодах тыквы Cucurbita maxima Duch., C. pepo L. и C. moschata Duch. ex Poir., выращенных в условиях Северо-Западного региона России, который характеризуется коротким вегетационным периодом и невысокой суммой активных температур. Проведенное нами исследование с последующим статистическим анализом позволило выявить достоверные отличия между видами и сортами тыквы из коллекции ВИР по содержанию каротиноидов, суммы каротинов и β-каротина. Для образцов C. maxima и C. moschata, в отличие от C. pepo, был характерен широкий диапазон варьирования этих признаков. Выявлено статистически значимое влияние цвета мякоти и цвета коры плодов на содержание в них каротиноидов, каротинов и β-каротина (p < 0,001). Минимальное количество каротиноидов, каротинов и β-каротина установлено для плодов со светло-желтой мякотью, максимальное – с темно-оранжевой. Плоды тыквы с красной корой накапливали больше целевых соединений, в отличие от плодов с белой корой. Выделенные нами образцы Cucurbita c высоким содержанием каротинов и каротиноидов являются ценным исходным материалом для селекции сортов с улучшенным биохимическим составом для расширения линейки продуктов функционального питания, пригодных к выращиванию в регионах с условиями, нетипичными для производства данной культуры.

Cucurbits are among the most valuable vegetable crops widely used for food all over the world, being an important source of carotenoids and carotenes, biologically active substances with antioxidant and other types of activity. Their content largely depends on the Cucurbita species and varietal features. The Cucurbita collection of the N.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources (VIR) contains more than 3,000 accessions of five cultivated Cucurbita spp. and serves as the most important source of source material for developing new cultivars in order to expand the range of functional food products. The present research was aimed at studying the content of carotenoids and carotenes in the fruits of Cucurbita maxima Duch., C. pepo L. and C. moschata Duch. ex Poir. grown in Northwestern Russia, which is characterized by a short growing season and a low sum of active temperatures. The performed study revealed significant differences between the Cucurbita species and cultivars in terms of the content of carotenoids, total carotenes and β-carotene. In contrast to C. pepo, the accessions of C. maxima and C. moscato were characterized by a wide range of variation of these characters. A statistically significant effect of the flesh and fruit skin color on the content of carotenoids, carotenes and β-carotene in them was observed (p < 0.001). The minimum amount of carotenoids, carotenes and β-carotene was found in the fruits with light yellow flesh, and the maximum in those with dark orange flesh. Cucurbit fruits with red skin accumulated more target compounds in contrast to the fruits with white skin. The identified Cucurbita accessions with high content of carotenes and carotenoids can be used as valuable source material for breeding cultivars with improved biochemical composition, which can broaden the range of functional food products when grown in the regions with unfavorable conditions for the production of this crop.

Cucurbitaфункциональное питаниекаротиноидыкаротиныселекция сортовCucurbitafunctional nutritioncarotenoidscarotenescultivar breedingРабота выполнена при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации по договору № 075-15-2021-1050 от 28.09.2021.This work was supported by the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation under Agreement No. 075-15-2021-1050 dated Sept. 28, 2021.ReferencesAzevedo-Meleiro C.H., Rodriguez-Amaya D.B. Qualitative and quantitative differences in carotenoid composition among Cucurbita moschata, Cucurbita maxima, and Cucurbita pepo. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2007;55(10):4027-4033. DOI: 10.1021/jf063413dAzevedo-Meleiro C.H., Rodriguez-Amaya D.B. Qualitative and quantitative differences in carotenoid composition among Cucurbita moschata, Cucurbita maxima, and Cucurbita pepo. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2007;55(10):4027-4033. DOI: 10.1021/jf063413dBuzigi E., Pillay K., Siwela M. Potential of pumpkin to combat vitamin A deficiency during complementary feeding in low and middle income countries: variety, provitamin A carotenoid content and retention, and dietary reference intakes. Critical Reviews in Food Science and Nutrition. 2022;62(22):6103-6112. DOI: 10.1080/10408398.2021.1896472Buzigi E., Pillay K., Siwela M. Potential of pumpkin to combat vitamin A deficiency during complementary feeding in low and middle income countries: variety, provitamin A carotenoid content and retention, and dietary reference intakes. Critical Reviews in Food Science and Nutrition. 2022;62(22):6103-6112. DOI: 10.1080/10408398.2021.1896472Cavalcante M.L., Rodriguez-Amaya D.B. Carotenoid composition of the tropical fruits Eugenia uniflora and Malpighia glabra. In: G. Charalambous (ed.). Food Science and Human Nutrition. Amsterdam: Elsevier Science Publishers; 1992. p.643-650.Cavalcante M.L., Rodriguez-Amaya D.B. Carotenoid composition of the tropical fruits Eugenia uniflora and Malpighia glabra. In: G. Charalambous (ed.). Food Science and Human Nutrition. Amsterdam: Elsevier Science Publishers; 1992. p.643-650.Dietary reference intakes for vitamin A, vitamin K, arsenic, boron, chromium, copper, iodine, iron, manganese, molybdenum, nickel, silicon, vanadium, and zinc. Institute of Medicine. Panel of micronutrients. Washington DC: National Academy Press; 2001.Dietary reference intakes for vitamin A, vitamin K, arsenic, boron, chromium, copper, iodine, iron, manganese, molybdenum, nickel, silicon, vanadium, and zinc. Institute of Medicine. Panel of micronutrients. Washington DC: National Academy Press; 2001.Методы биохимического исследования растений / под ред. А.И. Ермакова. Ленинград: Агропромиздат; 1987.Ermakov A.I. (ed.). Methods of biochemical research on plants (Metody biokhimicheskogo issledovaniya rasteniy). Leningrad: Agropromizdat; 1987. [in Russian].Fu C., Shi H., Li Q. A review on pharmacological activities and utilization technologies of pumpkin. Plant Foods for Human Nutrition. 2006;61:70-77. DOI: 10.1007/s11130-006-0016-6Fu C., Shi H., Li Q. A review on pharmacological activities and utilization technologies of pumpkin. Plant Foods for Human Nutrition. 2006;61:70-77. DOI: 10.1007/s11130-006-0016-6Фурса Т.Б.; Малинина М.И.; Артюгина З.Д. Изучение и сохранение коллекции дынь и тыкв. Методические указания. Ленинград; 1988.Fursa T.B.; Malinina M.I.; Artyugina Z.D. Study and conservation of the collection of melons and gourds. Guidelines (Izucheniye i sokhraneniye kollektsii dyn i tykv. Metodicheskiye ukazaniya). Leningrad; 1988. [in Russian].Голубкина Н.А., Химич Г.А., Антошкина М.С., Плотникова Ю.Д., Надежкин С.М., Коротцева И.Б. Особенности каротиноидного состава тыквы Конфетка, перспективы использования. Овощи России. 2021;(1):111-116. DOI: 10.18619/2072-9146-2021-1-111-116Golubkina N.A., Khimich G.A., Antoshkina M.S., Plotnikova U.D., Nadezhkin S.M., Korottseva I.B. Peculiarities of pumpkin carotenoid composition ‘Konfetka’ variety, prospects of utilization. Vegetable Crops of Russia. 2021;(1):111-116. [in Russian]. DOI: 10.18619/2072-9146-2021-1-111-116Kim H.Y., Nam S.Y., Yang S.Y., Kim H.M., Jeong H.J. Cucurbita moschata Duch. and its active component, β-carotene effectively promote the immune responses through the activation of splenocytes and macrophages. Immunopharmacology and Immunotoxicology. 2016;38(5):319-326. DOI: 10.1080/08923973.2016.1202960Kim H.Y., Nam S.Y., Yang S.Y., Kim H.M., Jeong H.J. Cucurbita moschata Duch. and its active component, β-carotene effectively promote the immune responses through the activation of splenocytes and macrophages. Immunopharmacology and Immunotoxicology. 2016;38(5):319-326. DOI: 10.1080/08923973.2016.1202960Kim M.Y., Kim E., Kim Y.N., Choi C., Lee B.H. Comparison of the chemical compositions and nutritive values of various pumpkin (Cucurbitaceae) species and parts. Nutrition Research and Practice. 2012;6(1):21-27. DOI: 10.4162/nrp.2012.6.1.21Kim M.Y., Kim E., Kim Y.N., Choi C., Lee B.H. Comparison of the chemical compositions and nutritive values of various pumpkin (Cucurbitaceae) species and parts. Nutrition Research and Practice. 2012;6(1):21-27. DOI: 10.4162/nrp.2012.6.1.21Kimura M,, Rodriguez-Amaya D.B., Yokoyama S.M. Cultivar differences and geographic effects on the carotenoid composition and vitamin A value of papaya. Food Science and Technology. 1991;24(5):415-418.Kimura M,, Rodriguez-Amaya D.B., Yokoyama S.M. Cultivar differences and geographic effects on the carotenoid composition and vitamin A value of papaya. Food Science and Technology. 1991;24(5):415-418.Kulczyński B., Gramza-Michałowska A. The profile of carotenoids and other bioactive molecules in various pumpkin fruits (Cucurbita maxima Duchesne) cultivars. Molecules. 2019a;24(18):3212. DOI: 10.3390/molecules24183212Kulczyński B., Gramza-Michałowska A. The profile of carotenoids and other bioactive molecules in various pumpkin fruits (Cucurbita maxima Duchesne) cultivars. Molecules. 2019a;24(18):3212. DOI: 10.3390/molecules24183212Kulczyński B., Gramza-Michałowska A. The profile of secondary metabolites and other bioactive compounds in Cucurbita pepo L. and Cucurbita moschata pumpkin cultivars. Molecules. 2019b;24(16):2945. DOI: 10.3390/molecules24162945Kulczyński B., Gramza-Michałowska A. The profile of secondary metabolites and other bioactive compounds in Cucurbita pepo L. and Cucurbita moschata pumpkin cultivars. Molecules. 2019b;24(16):2945. DOI: 10.3390/molecules24162945Maťová A., Hegedűsová A., Andrejiová A., Hegedűs O., Hugyivárová M. Dynamics of changes in total carotenoids and antioxidant activity in fruits of selected varieties of Cucurbita moschata Duch. during storage. Potravinarstvo = Slovak Journal of Food Sciences. 2019;13(1):823-830. DOI: 10.5219/1187Maťová A., Hegedűsová A., Andrejiová A., Hegedűs O., Hugyivárová M. Dynamics of changes in total carotenoids and antioxidant activity in fruits of selected varieties of Cucurbita moschata Duch. during storage. Potravinarstvo = Slovak Journal of Food Sciences. 2019;13(1):823-830. DOI: 10.5219/1187Murkovic M., Mülleder U., Neunteufl H. Carotenoid content in different varieties of pumpkins. Journal of Food Composition and Analysis. 2002;15(6):633-638. DOI: 10.1006/jfca.2002.1052Murkovic M., Mülleder U., Neunteufl H. Carotenoid content in different varieties of pumpkins. Journal of Food Composition and Analysis. 2002;15(6):633-638. DOI: 10.1006/jfca.2002.1052Oloyede F.M., Agbaje G.O., Obuotor E.M., Obisesan I.O. Nutritional and antioxidant profiles of pumpkin (Cucurbita pepo L.) immature and mature fruits as influenced by NPK fertilizer. Food Chemistry. 2012;135(2):460-463. DOI: 10.1016/j.foodchem.2012.04.124Oloyede F.M., Agbaje G.O., Obuotor E.M., Obisesan I.O. Nutritional and antioxidant profiles of pumpkin (Cucurbita pepo L.) immature and mature fruits as influenced by NPK fertilizer. Food Chemistry. 2012;135(2):460-463. DOI: 10.1016/j.foodchem.2012.04.124Perez Gutierrez R.M. Review of Cucurbita pepo (pumpkin) its phytochemistry and pharmacology. Medicinal Chemistry. 2016;6(1):12-21. DOI: 10.4172/2161-0444.1000316Perez Gutierrez R.M. Review of Cucurbita pepo (pumpkin) its phytochemistry and pharmacology. Medicinal Chemistry. 2016;6(1):12-21. DOI: 10.4172/2161-0444.1000316Seo J.S., Burri B.J.C., Quan Z., Neidlinger T.R. Extraction and chromatography of carotenoids from pumpkin. Journal of Chromatography A. 2005;1073(1-2):371-375. DOI: 10.1016/j.chroma.2004.10.044Seo J.S., Burri B.J.C., Quan Z., Neidlinger T.R. Extraction and chromatography of carotenoids from pumpkin. Journal of Chromatography A. 2005;1073(1-2):371-375. DOI: 10.1016/j.chroma.2004.10.044Шашкина М.Я., Шашкин П.Н., Сергеев А.В. Каротиноиды как основа для создания лечебно-профилактических средств. Российский биотерапевтический журнал. 2009;8(4):91-98.Shashkina M.Y., P.N. Shashkin, A.V. Sergeev. Carotenoids as a base for development of cancer chemoprevention. Russian Biotherapeutic Journal. 2009;8(4):91-98. [in Russian].Соловьева А.Е.; Соколова Д.В.; Пискунова Т.М.; Артемьева А.М. Питательные и биоактивные вещества в овощных культурах и их роль в улучшении качества пищевых продуктов. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2014;175(2):5-19.Solovyova A.E.; Sokolova D.V.; Piskunova T.M.; Artemyeva A.M. Nutrients and bioactive compounds in vegetable crops and their role in food quality improvement. Proceedings on Applied Botany, Genetics and Breeding. 2014;175(2):5-19. [in Russian].Whang H.J., Park Y.K., Seog H.M. Carotenoid pigment of pumpkin cultivated in Korea. The Korean Journal of Food And Nutrition. 1999;12:508-512.Whang H.J., Park Y.K., Seog H.M. Carotenoid pigment of pumpkin cultivated in Korea. The Korean Journal of Food And Nutrition. 1999;12:508-512.Yadav M., Jain S., Tomar R., Prasad G.B.K.S., Yadav H. Medicinal and biological potential of pumpkin: An updated review. Nutrition Research Reviews. 2010;23(2):184-190. DOI: 10.1017/S0954422410000107Yadav M., Jain S., Tomar R., Prasad G.B.K.S., Yadav H. Medicinal and biological potential of pumpkin: An updated review. Nutrition Research Reviews. 2010;23(2):184-190. DOI: 10.1017/S0954422410000107

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