vir-nwТруды по прикладной ботанике, генетике и селекцииProceedings on applied botany, genetics and breeding2227-88342619-0982N.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources10.30901/2227-8834-2025-2-68-78vir-nw-2336Research ArticleИЗУЧЕНИЕ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГЕНЕТИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ РАСТЕНИЙSTUDYING AND UTILIZATION OF PLANT GENETIC RESOURCESЭкспресс-оценка показателей питательной ценности семян Vigna unguiculata (L.) Walp. из коллекции ВИР с помощью БИК-спектроскопииRapid assessment of nutritional value indicators in Vigna unguiculata (L.) Walp. 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 

tatianashelenga@yandex.ruhttps://orcid.org/0009-0002-2859-0797НикифоровА. А.NikiforovA. A.

Артур Александрович Никифоров, аспирант 

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

Artur A. Nikiforov, Postgraduate Student 

42, 44 Bolshaya Morskaya Street, St. Petersburg 190000 

artur.nikiforov.2000@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3708-2594БурляеваМ. О.BurlyaevaM. O.

Марина Олеговна Бурляева, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник 

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

Marina O. Burlyaeva, Cand. Sci. (Biology), Leading Researcher 

42, 44 Bolshaya Morskaya Street, St. Petersburg 190000 

m.burlyaeva@vir.nw.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6568-5248ПерчукИ. Н.PerchukI. N.

Ирина Николаевна Перчук, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник 

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

Irina N. Perchuk, Cand. Sci. (Biology), Senior Researcher 

42, 44 Bolshaya Morskaya Street, St. Petersburg 190000 

i.perchuk@vir.nw.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 Federation20253006202518626878Copyright © Шеленга Т.В., Никифоров А.А., Бурляева М.О., Перчук И.Н., Попов В.С., 20252025Шеленга Т.В., Никифоров А.А., Бурляева М.О., Перчук И.Н., Попов В.С.Shelenga T.V., Nikiforov A.A., Burlyaeva M.O., Perchuk I.N., Popov V.S.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://elpub.vir.nw.ru/jour/article/view/2336

Актуальность. Вигна (Vigna unguiculata (L.) Walp.) – важнейшая пищевая и кормовая бобовая культура в странах с субтропическим и тропическим климатом. Семена вигны отличаются высокой питательной ценностью и содержат большое количество белка, крахмала, биологически активных соединений и железа, поэтому ее часто используют в питании в качестве заменителя мяса. Создание калибровочных моделей для экспресс-анализа основных показателей качества семян вигны на основе БИК-спектроскопии позволит ускорить оценку образцов по питательной ценности, снизить себестоимость анализа и сохранить селекционный материал.Материалы и методы. Изучали семена 39 образцов вигны (V. unguiculata) с различной окраской семенной кожуры из коллекции Всероссийского института генетических ресурсов растений имени Н.И. Вавилова (ВИР). Показатели качества (белок, крахмал, общее содержание антоцианов) анализировали аналитическими методами, принятыми в ВИР: содержание белка – методом Кьельдаля, крахмала – методом Эверса, антоцианы – спектрофотометрическим методом. Калибровочные модели рассчитывали с помощью системы обработки данных OPUS к ИК-анализатору MATRIX-I (Bruker Optics, Германия).Результаты и заключение. Использование разработанных калибровочных моделей для определения содержания белка, крахмала и антоцианов в семенах делает возможным массовый анализ образцов вигны с высокой точностью. Это позволит более точно и быстро подбирать исходный материал для селекции сортов с высокими показателями качества семян.

Background. Cowpea (Vigna unguiculata (L.) Walp. is an important food and feed legume crop in countries with subtropical and tropical climates. Cowpea seeds have high nutritional value and contain large amounts of protein, starch, bioactive compounds, and iron, so they are often used in nutrition as a meat substitute and included in various diets. The development of calibration models for a rapid analysis of the main quality indicators in cowpea seeds based on NIR (near-infrared) spectroscopy will speed up the evaluation of accessions for nutritional value, reduce the cost of analysis, and help to preserve valuable breeding material.Materials and methods. Seeds of 39 cowpea (V. unguiculata) accessions with different seed coat colors from the collection of the N.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources (VIR) were analyzed. Quality indicators (protein, starch, and total anthocyanin content) were studied using analytical techniques accepted at VIR: the Kjeldahl method for protein content, the Evers method for starch, and spectrophotometry for total anthocyanins. Calibration models were calculated using the OPUS software developed for the MATRIX-I IR analyzer (Bruker Optics, Germany).Results and conclusion. The use of the developed calibration models for assessing the protein, total anthocyanin and starch content in cowpea seeds makes it possible to perform their mass analysis with high precision. This will accelerate the selection of source material for breeding cultivars with high seed quality indicators and make it more accurate.

вигнакалибровочная модельбелоккрахмалантоцианыcowpeacalibration modelproteinstarchanthocyaninsработа выполнена в рамках государственного задания согласно тематическому плану ВИР по проекту № FGEM-2022-0002 «Выявление возможностей генофонда бобовых культур для оптимизации их селекции и диверсификации использования в различных отраслях народного хозяйства». Авторы благодарят рецензентов за их вклад в экспертную оценку этой работы.the work was carried out within the framework of the state task according to the theme plan of VIR, Project No. FGEM-2022-0002 “Identifying possibilities in the genetic diversity of leguminous crops to optimize their breeding and diversify uses in various sectors of the national economy”. The authors thank the reviewers for their contribution to the peer review of this work.ReferencesAwika J.M., Duodu K.G. Bioactive polyphenols and peptides in cowpea (Vigna unguiculata) and their health promoting properties: a review. Journal of Functional Foods. 2017;38:686-697. DOI: 10.1016/j.jff.2016.12.002Awika J.M., Duodu K.G. Bioactive polyphenols and peptides in cowpea (Vigna unguiculata) and their health promoting properties: a review. Journal of Functional Foods. 2017;38:686-697. DOI: 10.1016/j.jff.2016.12.002Belane A.K., Dakora F.D. Elevated concentrations of dietarily-important trace elements and macronutrients in edible leaves and grain of 27 cowpea (Vigna unguiculata (L.) Walp) genotypes: implications for human nutrition and health. Food and Nutrition Sciences. 2012;3(3):377-386. DOI: 10.4236/fns.2012.33054Belane A.K., Dakora F.D. Elevated concentrations of dietarily-important trace elements and macronutrients in edible leaves and grain of 27 cowpea (Vigna unguiculata (L.) Walp) genotypes: implications for human nutrition and health. Food and Nutrition Sciences. 2012;3(3):377-386. DOI: 10.4236/fns.2012.33054Бурляева М.О., Гуркина М.В., Мирошниченко Е.В. Применение многомерного анализа для выявления взаимосвязей хозяйственно ценных признаков вигны и дифференциации сортов по овощному и зерновому направлениям использования. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2021;182(4):36-47. DOI: 10.30901/2227-8834-2021-4-36-47Burlyaeva M.O., Gurkina M.V., Miroshnichenko E.V. Application of multivariate analysis to identify relationships among useful agronomic characters of cowpea and differentiation of cultivars for vegetable and grain uses. Proceedings on Applied Botany, Genetics and Breeding. 2021;182(4):36- 47. [in Russian] DOI: 10.30901/2227-8834-2021-4-36-47Бутенко Л.И., Подгорная Ж.В. Исследования антоцианового комплекса ягод, прошедших криообработку. Успехи современного естествознания. 2016;(11):14-17.Butenko L.I., Podgornaya Zh.V. Studies of the anthocyanin complex in berries that have undergone cryoprocessing (Issledovaniya antotsianovogo kompleksa yagod, proshedshikh krioobrabotku). Advances in Current Natural Sciences. 2016;(11):14-17. [in Russian]Chen H.J., Ooi Y.S., Liu M.L., Chao Y.Y. Study on the growth traits in eighth-month beans (Vigna unguiculata L.). International Journal of Advanced Scientific Research and Management. 2017;2(4):10-17.Chen H.J., Ooi Y.S., Liu M.L., Chao Y.Y. Study on the growth traits in eighth-month beans (Vigna unguiculata L.). International Journal of Advanced Scientific Research and Management. 2017;2(4):10-17.Методы анализа витаминов: Практикум / сост. Чупахина Г.Н., Масленников П.В. Калининград: Калининградский государственный университет; 2004. DOI: 10.13140/2.1.1147.7449Chupakhina G.N., Maslennikov P.V. (comp.). Methods of vitamin analysis: a practicum (Metody analiza vitaminov. Praktikum). Kaliningrad: Kaliningrad State University; 2004. [in Russian] DOI: 10.13140/2.1.1147.7449Clingensmith C.M., Grunwald S., Wani S.P. Evaluation of calibration subsetting and new chemometric methods on the spectral prediction of key soil properties in a datalimi ted environment. European Journal of Soil Science. 2018:70(1):107-126. DOI: 10.1111/ejss.12753Clingensmith C.M., Grunwald S., Wani S.P. Evaluation of calibration subsetting and new chemometric methods on the spectral prediction of key soil properties in a datalimi ted environment. European Journal of Soil Science. 2018:70(1):107-126. DOI: 10.1111/ejss.12753FAOSTAT. Food and Agriculture Organization of the United Nations. Food and Agriculture Data: [website]. Available from: https://www.fao.org/faostat/en/#data/QCL [accessed Deс. 14, 2024].FAOSTAT. Food and Agriculture Organization of the United Nations. Food and Agriculture Data: [website]. Available from: https://www.fao.org/faostat/en/#data/QCL [accessed Deс. 14, 2024].García-Sánchez F., Galvez-Sola L., Martínez-Nicolás J.J., Muelas-Domingo R., Nieves M. Using near-infrared spectroscopy in agricultural systems. In: K.G. Kyprianidis, J. Skvaril (eds). Developments in Near-Infrared Spectroscopy. Rijeka: InTechOpen; 2017. pub.1084734258. DOI: 10.5772/67236García-Sánchez F., Galvez-Sola L., Martínez-Nicolás J.J., Muelas-Domingo R., Nieves M. Using near-infrared spectroscopy in agricultural systems. In: K.G. Kyprianidis, J. Skvaril (eds). Developments in Near-Infrared Spectroscopy. Rijeka: InTechOpen; 2017. pub.1084734258. DOI: 10.5772/67236Gonçalves F.V., Medici L.O., Fonseca M.P.S., Pimentel C., Gaziola A.S., Azevedo R.A. Protein, phytate and mi nerals in grains of commercial cowpea genotypes. Anais da Academia Brasileira de Ciências. 2020;92 Suppl 1:e20180484. DOI: 10.1590/0001-3765202020180484Gonçalves F.V., Medici L.O., Fonseca M.P.S., Pimentel C., Gaziola A.S., Azevedo R.A. Protein, phytate and mi nerals in grains of commercial cowpea genotypes. Anais da Academia Brasileira de Ciências. 2020;92 Suppl 1:e20180484. DOI: 10.1590/0001-3765202020180484ГОСТ 32749-2014. Межгосударственный стандарт. Семена масличные, жмыхи и шроты. Определение влаги, жира, протеина и клетчатки методом спектроскопии в ближней инфракрасной области. Москва: Стандартинформ; 2019. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200111470 [дата обращения: 14.05.2024].GOST 32749-2014. Interstate standard. Oilseeds, oilcakes and oilmeals. Determination of moisture, oil, protein and fiber by Near-Infrared Reflectance. Moscow: Standartinform; 2019. [in Russian] URL: https://docs.cntd.ru/document/1200111470 [дата обращения: 14.05.2024].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].Ha T.J., Lee M.H., Jeong Y.N., Lee J.H., Han S.I., Park C.H. et al. Anthocyanins in cowpea [Vigna unguiculata (L.) Walp. ssp. unguiculata]. Food Science and Biotechnology. 2010;19(3):821-826. DOI: 10.1007/s10068-010-0115-xHa T.J., Lee M.H., Jeong Y.N., Lee J.H., Han S.I., Park C.H. et al. Anthocyanins in cowpea [Vigna unguiculata (L.) Walp. ssp. unguiculata]. Food Science and Biotechnology. 2010;19(3):821-826. DOI: 10.1007/s10068-010-0115-xHernández-Ruiz R.G., Olivares-Ochoa X.C., Salinas-Va rela Y., Guajardo-Espinoza D., Roldán-Flores L.G., Rivera-Leon E.A. et al. Phenolic compounds and anthocyanins in le gumes and their impact on inflammation, oxidative stress, and metabolism: comprehensive review. Molecules. 2025;30(1):174. DOI: 10.3390/molecules30010174Hernández-Ruiz R.G., Olivares-Ochoa X.C., Salinas-Va rela Y., Guajardo-Espinoza D., Roldán-Flores L.G., Rivera-Leon E.A. et al. Phenolic compounds and anthocyanins in le gumes and their impact on inflammation, oxidative stress, and metabolism: comprehensive review. Molecules. 2025;30(1):174. DOI: 10.3390/molecules30010174Khang D.T., Dung T.N., Elzaawely A.A., Xuan T.D. Phenolic profiles and antioxidant activity of germinated legumes. Foods. 2016;5(2):27. DOI: 10.3390/foods5020027Khang D.T., Dung T.N., Elzaawely A.A., Xuan T.D. Phenolic profiles and antioxidant activity of germinated legumes. Foods. 2016;5(2):27. DOI: 10.3390/foods5020027Огороднова У.А., Тимофеева О.А. Большой практикум по физиологии и биохимии растений: учебно-методическое пособие. Казань: Казанский федеральный университет; 2020.Ogorodnova U.A., Timofeeva O.A. Large practical course on plant physiology and biochemistry: a teaching aid (Bolshoy praktikum po fiziologii i biokhimii rasteniy: uchebnometodicheskoye posobiye). Kazan: Kazan Federal University; 2020. [in Russian]Olale K., Yenesew A., Jamnadass R., Sila A., Aynekulu E., Kuyah Sh. et al. Limitations to use of infrared spectroscopy for rapid determination of carbon-nitrogen and wood density for tropical species. Advances in Analytical Chemistry. 2013;3(3):21-28. DOI: 10.5923/j.aac.20130303.01Olale K., Yenesew A., Jamnadass R., Sila A., Aynekulu E., Kuyah Sh. et al. Limitations to use of infrared spectroscopy for rapid determination of carbon-nitrogen and wood density for tropical species. Advances in Analytical Chemistry. 2013;3(3):21-28. DOI: 10.5923/j.aac.20130303.01Orita A., Musou-Yahada A., Shoji T., Oki T., Ohta H. Comparison of anthocyanins, proanthocyanidin oligomers and antioxidant capacity between cowpea and grain legumes with colored seed coat. Food Science and Technology Research. 2019;25(2):287-294. DOI: 10.3136/fstr.25.287Orita A., Musou-Yahada A., Shoji T., Oki T., Ohta H. Comparison of anthocyanins, proanthocyanidin oligomers and antioxidant capacity between cowpea and grain legumes with colored seed coat. Food Science and Technology Research. 2019;25(2):287-294. DOI: 10.3136/fstr.25.287Павлова А.М. Вигна. В кн.: Культурная флора СССР. Т. 4. Зерновые бобовые. Москва; Ленинград; 1937. С.623-646.Pavlova A.M. Cowpea (Vigna). In: Flora of Cultivated Plants. Vol. 4. Grain Legumes. Moscow; Leningrad; 1937. p.623- 646. [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-o1Razgonova M.P., Burlyaeva M.O., Zinchenko Y.N., Krylova E.A., Chunikhina O.A., Ivanova N.M. et al. Identification and spatial distribution of bioactive compounds in seeds Vigna unguiculata (L.) Walp. by laser microscopy and tandem mass spectrometry. Plants (Basel). 2022;11(16):2147. DOI: 10.3390/plants11162147Razgonova M.P., Burlyaeva M.O., Zinchenko Y.N., Krylova E.A., Chunikhina O.A., Ivanova N.M. et al. Identification and spatial distribution of bioactive compounds in seeds Vigna unguiculata (L.) Walp. by laser microscopy and tandem mass spectrometry. Plants (Basel). 2022;11(16):2147. DOI: 10.3390/plants11162147Saha U., Endale D., Tillman P.G., Johnson W.C., Gaskin J., Sonon L. et al. Analysis of various quality attributes of sunflower and soybean plants by near infrared reflectance spectroscopy: development and validation calibration models. American Journal of Analytical Chemistry. 2017;8(7):462-492. DOI: 10.4236/ajac.2017.87035Saha U., Endale D., Tillman P.G., Johnson W.C., Gaskin J., Sonon L. et al. Analysis of various quality attributes of sunflower and soybean plants by near infrared reflectance spectroscopy: development and validation calibration models. American Journal of Analytical Chemistry. 2017;8(7):462-492. DOI: 10.4236/ajac.2017.87035Shevkani K., Kaur A., Kumar S., Singh N. Cowpea protein isolates: Functional properties and application in glutenfree rice muffins. LWT – Food Science and Technology. 2015;63(2):927-933. DOI: 10.1016/j.lwt.2015.04.058Shevkani K., Kaur A., Kumar S., Singh N. Cowpea protein isolates: Functional properties and application in glutenfree rice muffins. LWT – Food Science and Technology. 2015;63(2):927-933. DOI: 10.1016/j.lwt.2015.04.058Шуайбова Н.Ш., Хабибов А.Д., Омарова П.А. Сравнительный анализ структуры изменчивости морфологических признаков сортообразцов Vigna unguiculata (L.) Warp. в условиях равнинного Дагестана. Известия Горского государственного аграрного университета. 2020;57(1):128-137.Shuaibova N.Sh., Khabibov A.D., Omarova P.A. Сomparative analysis of the variable structure of Vigna unguiculata (L.) Warp. morphological features in the conditions of lowland Dagestan. Proceedings of Gorsky State Agrarian University. 2020;57(1):128-137. [in Russian]Šibul F., Orčić D., Vasić M., Anačkov G., Nađpal J., Savić A. et al. Phenolic profile, antioxidant and anti-inflammatory potential of herb and root extracts of seven selected legumes. Industrial Crops and Products. 2016;83:641-653. DOI: 10.1016/j.indcrop.2015.12.057Šibul F., Orčić D., Vasić M., Anačkov G., Nađpal J., Savić A. et al. Phenolic profile, antioxidant and anti-inflammatory potential of herb and root extracts of seven selected legumes. Industrial Crops and Products. 2016;83:641-653. DOI: 10.1016/j.indcrop.2015.12.057StatSoft. Электронный учебник по статистике: [сайт]. URL: http://statsoft.ru/home/textbook/default.htm [дата обращения: 06.05.2021]StatSoft. Electronic manual on statistics (Elektronny uchebnik po statistike): [website]. [in Russian] URL: http://statsoft.ru/home/textbook/default.htm [дата обращения: 06.05.2021]Timko M.P., Ehlers J.D., Roberts P.A. Cowpea. In: C. Kole (ed.). Genome Mapping and Molecular Breeding in Plants. Vol. 3. Pulses, Sugar and Tuber Crops. Berlin; Heidelberg: Springer; 2007. p.49-67. DOI: 10.1007/978-3-540-34516-9_3Timko M.P., Ehlers J.D., Roberts P.A. Cowpea. In: C. Kole (ed.). Genome Mapping and Molecular Breeding in Plants. Vol. 3. Pulses, Sugar and Tuber Crops. Berlin; Heidelberg: Springer; 2007. p.49-67. DOI: 10.1007/978-3-540-34516-9_3Tsamo A.T., Mohammed H., Mohammed M., Ndibewu P.P., Dakora F.D. Seed coat metabolite profiling of cowpea (Vigna unguiculata (L.) Walp.) accessions from Ghana using. UPLC-PDA-QTOF-MS and chemometrics. Natural Product Research. 2019;34(8):1158-1162. DOI: 10.1080/14786419.2018.1548463Tsamo A.T., Mohammed H., Mohammed M., Ndibewu P.P., Dakora F.D. Seed coat metabolite profiling of cowpea (Vigna unguiculata (L.) Walp.) accessions from Ghana using. UPLC-PDA-QTOF-MS and chemometrics. Natural Product Research. 2019;34(8):1158-1162. DOI: 10.1080/14786419.2018.1548463Zia-Ul-Haq M., Ahmad S., Amarowicz R., De Feo V. Antioxidant activity of the extracts of some cowpea (Vigna unguiculata (L) Walp.) cultivars commonly consumed in Pakistan. Molecules. 2013;18(2):2005-2017. DOI: 10.3390/molecules18022005Zia-Ul-Haq M., Ahmad S., Amarowicz R., De Feo V. Antioxidant activity of the extracts of some cowpea (Vigna unguiculata (L) Walp.) cultivars commonly consumed in Pakistan. Molecules. 2013;18(2):2005-2017. DOI: 10.3390/molecules18022005

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