vir-nwТруды по прикладной ботанике, генетике и селекцииProceedings on applied botany, genetics and breeding2227-88342619-0982N.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources10.30901/2227-8834-2025-1-52-60vir-nw-2247Research ArticleИЗУЧЕНИЕ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГЕНЕТИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ РАСТЕНИЙSTUDYING AND UTILIZATION OF PLANT GENETIC RESOURCESЭкспресс-оценка биохимических показателей хозяйственной ценности образцов семян амаранта из коллекции ВИР с помощью БИК-спектроскопииRapid assessment of biochemical indicators of agronomic value in amaranth seed accessions from the VIR collection using NIR spectroscopyhttps://orcid.org/0000-0003-3992-5353ШеленгаТ. В.ShelengaT. V.

Татьяна Васильевна Шеленга, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник

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

Tatiana V. Shelenga, Cand. Sci. (Biology), Leading Researcher

42, 44 Bolshaya Morskaya Street, St. Petersburg 190000

alsol64@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6201-4294СоловьеваА. Е.SolovyevaA. E.

Алла Евгеньевна Соловьева, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник

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

Alla E. Solovyeva, Cand. Sci. (Biology), Senior Researcher

42, 44 Bolshaya Morskaya Street, St. Petersburg 190000

alsol64@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9967-7454СоколоваД. B.SokolovaD. V.

Диана Викторовна Соколова, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник

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

Diana V. Sokolova, Cand. Sci. (Biology), Senior Researcher

42, 44 Bolshaya Morskaya Street, St. Petersburg 190000

dianasokol@bk.ruВасиповВ. В.VasipovV. V.

Владимир Вячеславович Васипов, младший научный сотрудник

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

Vladimir V. Vasipov, Associate Researcher

42, 44 Bolshaya Morskaya Street, St. Petersburg 190000

v.vasipov@vir.nw.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6062-4139СмоленскаяА. Е.SmolenskayaA. E.

Анастасия Евгеньевна Смоленская, ведущий специалист

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

Anastasiya E. Smolenskaya, Leading Specialist

42, 44 Bolshaya Morskaya Street, St. Petersburg 190000

nastya-smolenska.n@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3274-7662ПоповВ. С.PopovV. S.

Виталий Сергеевич Попов, кандидат технических наук, старший научный сотрудник

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

Vitaliy S. Popov, Cand. Sci. (Engineering), Senior Researcher

42, 44 Bolshaya Morskaya Street, St. Petersburg 190000

v.popov@vir.nw.ruФедеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений имени Н.И. ВавиловаРоссияN.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic ResourcesRussian Federation20251104202518615260Copyright © Шеленга Т.В., Соловьева А.Е., Соколова Д.B., Васипов В.В., Смоленская А.Е., Попов В.С., 20252025Шеленга Т.В., Соловьева А.Е., Соколова Д.B., Васипов В.В., Смоленская А.Е., Попов В.С.Shelenga T.V., Solovyeva A.E., Sokolova D.V., Vasipov V.V., Smolenskaya A.E., Popov V.S.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://elpub.vir.nw.ru/jour/article/view/2247Актуальность

Актуальность. Разработанные калибровочные модели для экспресс-оценки хозяйственно ценных признаков семян амаранта с помощью спектроскопии в ближней области инфракрасного спектра (БИК) позволяют сохранить ценный селекционный материал и снизить себестоимость анализа.

Материалы и методы

Материалы и методы. Материалом для изучения послужили 30 образцов семян амаранта (Amaranthus hypochondriacus L., A. cruentus L., A. caudatus L.) из коллекции Всероссийского института генетических ресурсов растений имени Н.И. Вавилова (ВИР). Биохимические показатели качества и жирнокислотный состав масла изучали с помощью аналитических методов, принятых в ВИР: содержание белка – методом Кьельдаля; масла – методом сухого обезжиренного остатка; влажность – воздушно-тепловым методом; жирнокислотный состав масла – методом газо-жидкостной хроматографии. Калибровочные модели выполнены с использованием программного обеспечения OPUS, разработанного для ИК-анализатора MATRIX-I (Bruker Optics, Германия).

Результаты и заключение

Результаты и заключение. Калибровочные модели, полученные на ИК-анализаторе MATRIX-I с помощью программного обеспечения OPUS LAB для определения содержания белка, влажности, пальмитиновой, олеиновой кислот, позволяют проводить массовый анализ семян амаранта из коллекции ВИР с точностью до 1,5%. Модели, разработанные для количественного определения масла, стеариновой, линолевой и α-линоленовой кислот, нуждаются в доработке. Использование БИК-спектроскопии позволяет ускорить процесс получения данных по основным хозяйственно ценным показателям семян амаранта, сохраняет ценный материал и помогает определить дальнейшее направление селекционной работы.

 

 

Background

Background. Amaranth (Amaranthus L.) is a relatively new crop for the Russian Federation, with huge potential for growth intensity, productivity, and other agronomic traits. Development of new amaranth cultivars is an important solution to the problem of food quality improvement through the use of plant raw materials enriched with health-friendly and highly nutritious components. Calibration models were developed for rapid assessment of useful agronomic characters (the content of protein, oil, moisture, and basic fatty acids: palmitic, stearic, oleic, linoleic, and α-linolenic) in amaranth seeds preserved at the N.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources (VIR) using near-infrared (NIR) spectroscopy.

Materials and methods

Materials and methods. Thirty accessions of amaranth seeds (A. hypochondriacus L., A. cruentus L., and A. caudatus L.) from the VIR collection served as the material for the study. Biochemical indicators of seed quality and fatty acid composition of oil were studied using analytical methods adopted at VIR: the Kjeldahl method for protein content, the dry fat-free residue method for oil, the thermogravimetric method for moisture, and gas–liquid chromatography for fatty acid composition. Calibration models were constructed with the OPUS software developed for the MATRIX-I IR analyzer (Bruker Optics, Germany).

Results and conclusion

Results and conclusion. Calibration models obtained on a MATRIX-I IR analyzer for measuring the content of protein, moisture, palmitic and oleic acids facilitate mass analysis of amaranth seeds from the VIR collection with an accuracy of 1.5%. Models developed for the quantification of oil, stearic, linoleic and α-linolenic acids require improvement. NIR spectroscopy makes it possible to accelerate the process of obtaining data on major agronomic indicators of amaranth seeds, preserve valuable materials, and determine further steps in breeding practice.

Amaranthus L.calibration modelproteinoilmoisturefatty acid profileРабота выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (соглашение № 24-2600218 от 29.12.2023 «Взаимосвязь содержания сквалена в семенах зернового амаранта с анатомо-морфологическими характеристиками и биохимическими показателями в условиях Северо-Запада РФ»).This research was supported by the Russian Science Foundation under Agreement No. 24-26-00218 (Interaction of phenotypic and biochemical characteristics of grain amaranth with squalene content in seeds under the conditions of the Northwest of the Russian Federation) dated Dec. 29, 2023.ReferencesБыков А.И. Проблема кормового белка в Зауралье и основные пути ее решения. Аграрный вестник Урала. 2008;4(46):71-72.Bykov A. The problem of fodder fiber and the basic ways of its decision. Agrarian Bulletin of the Urals. 2008;4(46):71-72. [in Russian]Covas G. Publicación miscelánea Nº 13: Perspectivas del cultivo de los amarantos en la República Argentina. Anguil: Estación Experimental Agropecuaria; 1994. [in Spanish]Covas G. Publicación miscelánea Nº 13: Perspectivas del cultivo de los amarantos en la República Argentina. Anguil: Estación Experimental Agropecuaria; 1994. [in Spanish]Ермаков А.И., Арасимович В.В., Ярош Н.П., Перуанский Ю.В., Луковникова Г.А., Иконникова М.И. Методы биохимического исследования растений / под ред. А.И. Ермакова. 3-е изд. Ленинград: Агропромиздат; 1987).Ermakov A.I., Arasimovich V.V., Yarosh N.P., Peruanskiy Yu.V., Lukovnikova G.A., Ikonnikova M.I. Methods of biochemical research in plants (Metody biokhimicheskogo issledovaniya rasteniy). A.I. Ermakov (ed.). 3rd ed. Leningrad: Agropromizdat; 1987. [in Russian]Гонор К.В., Погожева А.В., Дербенева С.А., Мальцев Г.Ю., Трушина Э.Н., Мустафина O.K. Влияние антиатерогенной диеты с применением масла амаранта на антиоксидантный и иммунный статус у больных ишемической болезнью сердца и гиперлипопротеидемией. Вопросы питания. 2006;75(6):30-33.Gonor K.V., Pogozheva A.V., Derbeneva S.A., Maltsev G.Yu., Trushina E.N., Mustaphina O.K. The influence of a diet with including amaranth oil antioxidant and immune status in patients with ischemic heart disease and hyperlipoproteidemia. Problems of Nutrition. 2006;75(6):30-33. [in Russian]ГОСТ 9404-88. Межгосударственный стандарт. Мука и отруби. Метод определения влажности. Москва: Стандартинформ; 2007. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200022334 [дата обращения: 22.05.2024].GOST 9404-88. Interstate standard. Flour and bran. Method of moisture content determination. Moscow: Standartinform; 2007. [in Russian]. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200022334 [дата обращения: 22.05.2024].Grobelnik Mlakar S., Turinek M., Jakop M., Bavec M., Bavec F. Nutrition value and use of grain amaranth: potential future application in bread making. Agricultura. 2009;6:43-53.Grobelnik Mlakar S., Turinek M., Jakop M., Bavec M., Bavec F. Nutrition value and use of grain amaranth: potential future application in bread making. Agricultura. 2009;6:43-53.Huang Z.R., Lin Y.K., Fang J.Y. Biological and pharmacological activities of squalene and related compounds: potential uses in cosmetic dermatology. Molecules. 2009;14(1):540554. DOI: 10.3390/molecules14010540Huang Z.R., Lin Y.K., Fang J.Y. Biological and pharmacological activities of squalene and related compounds: potential uses in cosmetic dermatology. Molecules. 2009;14(1):540554. DOI: 10.3390/molecules14010540(Хуе К.Т., Ханг Н.Т.М., Тхань Л.Н., Хунг Л.Н., Спиридович Е.В., Алексеева Е.И. Семена амаранта как источник биологически активных веществ. Вестник Астраханского государственного технического университета. 2014,9(1):62-66.Hue C.T., Hang N.T.M., Thanh L.N., Spiridovich E.V., Alekseeva E.I., Hung N.V. Study on biochemical composition of amaranth seeds (by the samples of Vietnam). Vestnik of Astrakhan State Technical University. 2014,9(1):62-66. [in Russian]Khoreva V.I., Popov V.S., Kon’kova N.G. Application of the IR spectrometry method in the screening study of various oat species. Ecological Genetics. 2022;20(4):349-357. DOI: 10.17816/ecogen108503Khoreva V.I., Popov V.S., Kon’kova N.G. Application of the IR spectrometry method in the screening study of various oat species. Ecological Genetics. 2022;20(4):349-357. DOI: 10.17816/ecogen108503Kjeldahl J. A new method for the determination of nitrogen in organic matter. Zeitschrift für Analytische Chemie. 1883;22:366-382. DOI: 10.1007/BF01338151Kjeldahl J. A new method for the determination of nitrogen in organic matter. Zeitschrift für Analytische Chemie. 1883;22:366-382. DOI: 10.1007/BF01338151Магомедов И.М., Чиркова Т.В. Амарант – прошлое, настоящее и будущее. Успехи современного естествознания. 2015;1(ч. 7):11081113.Magomedov I.M., Chirkova T.V. Amaranth – past, present and future. Advances in Current Natural Sciences. 2015;1(Pt 7):1108-1113. [in Russian]Попов В.С., Шеленга Т.В., Блинова Е.В., Хорева В.И. Применение БИК-спектроскопии для определения основных биохимических показателей качества у овса песчаного. Биотехнология и селекция растений. 2024;7(2):31-41. DOI: 10.30901/2658-6266-2024-2-o1Popov V.S., Shelenga T.V., Blinova E.V., Khoreva V.I. Application of NIR spectroscopy to determine the basic biochemical parameters of black oat grain quality. Plant Biotechnology and Breeding. 2024;7(2):31-41. [in Russian]. DOI: 10.30901/2658-6266-2024-2-o1Reichert P., Schuwirth N. Linking statistical bias description to multiobjective model calibration. Water Resources Research. 2012;48(9):W09543. DOI: 10.1029/2011wr011391Reichert P., Schuwirth N. Linking statistical bias description to multiobjective model calibration. Water Resources Research. 2012;48(9):W09543. DOI: 10.1029/2011wr011391Sadergaski L.R., Manard B.T., Andrews H.B. Analysis of trace elements in uranium by inductively coupled plasma-optical emission spectroscopy, design of experiments, and partial least squares regression. Journal of Analytical Atomic Spectrometry. 2023;38(4):800-809. DOI: 10.1039/d3ja00013cSadergaski L.R., Manard B.T., Andrews H.B. Analysis of trace elements in uranium by inductively coupled plasma-optical emission spectroscopy, design of experiments, and partial least squares regression. Journal of Analytical Atomic Spectrometry. 2023;38(4):800-809. DOI: 10.1039/d3ja00013cShelenga T.V., Piskunova T.M., Malyshev L.L., Taipakova A.A., Solovyeva A.E. Seed oil biochemical composition of cultivated Cucurbita L. species from the VIR collections grown in the Astrakhan Province of the Russian Federation. Agronomy. 2020;10(10):1491. DOI: 10.3390/agronomy10101491Shelenga T.V., Piskunova T.M., Malyshev L.L., Taipakova A.A., Solovyeva A.E. Seed oil biochemical composition of cultivated Cucurbita L. species from the VIR collections grown in the Astrakhan Province of the Russian Federation. Agronomy. 2020;10(10):1491. DOI: 10.3390/agronomy10101491Smith T.J. Squalene: potential chemopreventive agent. Expert Opinion on Investigational Drugs. 2000;9(8):1841-1848. DOI: 10.1517/13543784.9.8.1841Smith T.J. Squalene: potential chemopreventive agent. Expert Opinion on Investigational Drugs. 2000;9(8):1841-1848. DOI: 10.1517/13543784.9.8.1841Sokolova D., Shelenga T., Zvereva O., Solovieva A. Comparative characteristics of the amino acid composition in amaranth accessions from the VIR Collection. Turkish Journal of Agriculture and Forestry. 2021;45(1):68-78. DOI: 10.3906/tar-2007-7Sokolova D., Shelenga T., Zvereva O., Solovieva A. Comparative characteristics of the amino acid composition in amaranth accessions from the VIR Collection. Turkish Journal of Agriculture and Forestry. 2021;45(1):68-78. DOI: 10.3906/tar-2007-7Соколова Д.В. Способ производства ферментированного чая из красноокрашенных сортов амаранта. Российская Федерация; патент № 2793627; 2023.Sokolova D.V. Method for producing fermented tea from red-coloured Amaranth varieties. Russian Federation; patent number 2793627; 2023. [in Russian]Soriano-García M., Arias-Olguín I.I., Montes J.P.C., Ramírez D.G.R., Figueroa J.S.M., Valverde E.F. et al. Nutritional functional value and therapeutic utilization of amaranth. Journal of Analytical and Pharmaceutical Research. 2018;7(5):596-600. DOI: 10.15406/japlr.2018.07.00288Soriano-García M., Arias-Olguín I.I., Montes J.P.C., Ramírez D.G.R., Figueroa J.S.M., Valverde E.F. et al. Nutritional functional value and therapeutic utilization of amaranth. Journal of Analytical and Pharmaceutical Research. 2018;7(5):596-600. DOI: 10.15406/japlr.2018.07.00288Таипова Р.М., Кулуев Б.Р. Амарант: особенности культуры, применение, перспективы возделывания в России и создания трансгенных отечественных сортов. Биомика. 2015;7(4):284-299.Taipova R.M., Kuluev B.R. Amaranth: features of culture, prospects of cultivation in Russia and generation of transgenic Russian varieties. Biomics. 2015;7(4):284-299. [in Russian]Tang Y., Tsao R. Phytochemicals in quinoa and amaranth grains and their antioxidant, anti-inflammatory, and potential health beneficial effects: a review. Molecular Nutrition and Food Research. 2017;61(7):1600767. DOI: 10.1002/mnfr.201600767Tang Y., Tsao R. Phytochemicals in quinoa and amaranth grains and their antioxidant, anti-inflammatory, and potential health beneficial effects: a review. Molecular Nutrition and Food Research. 2017;61(7):1600767. DOI: 10.1002/mnfr.201600767.

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