Биофортификация картофеля для повышения питательного содержания клубней картофеля в целях борьбы со скрытым голодом простирается дальше в космос – такой картофель послужит пищей во время космических путешествий или колонизации.
Картофель — четвёртая по значимости продовольственная культура в мире после кукурузы, пшеницы и риса по производству.
Мировое производство картофеля составило 391 миллион тонн в 2024 году. Он обеспечивает необходимыми питательными веществами, включая воду, углеводы, витамины, минералы, белки и жиры. Картофель является основным продуктом почти во всех уголках мира и с удовольствием употребляется людьми всех возрастов в ежедневных приёмах пищи, включая закуски. Кроме того, он также является важным сырьём для производства крахмала благодаря высокому содержанию углеводов. Китай - крупнейший производитель картофеля, на его долю приходится примерно 93,4 миллиона метрических тонн, что эквивалентно примерно 24% мирового производства.
В то же время значительная часть населения мира, превышающая 2 миллиарда человек, в основном в развивающихся странах, страдает от дефицита микронутриентов, несмотря на наличие достаточного количества пищи. Термин «скрытый голод» применяется к этому явлению, когда люди, зависящие от нескольких продуктов, особенно дети и женщины, испытывают дефицит жизненно важных минералов, таких как железо, йод, кальций и цинк, витамины, вызывающие опасные для жизни заболевания, включая анемию и дефицит железа, йода и цинка, витамина А. По оценкам, 1 из 2 детей дошкольного возраста и 2 из 3 женщин репродуктивного возраста могут страдать от дефицита микроэлементов.
Ряд процедур, таких как генетическая биофортификация с помощью традиционного разведения или трансгенных методов, могут помочь достичь цели селекции на более питательный картофель. Трансгенный картофель с высоким содержанием витамина А или фолиевой кислотой и комплементарное агрономическое биообогащение (например, обогащение цинком на основе удобрений) могут помочь снизить дефицит.
Существует несколько преимуществ нацеливания на культуру картофеля для биообогащения. Культура адаптируется к широкому спектру условий окружающей среды и может покрывать ежедневные энергетические потребности за короткий промежуток времени по сравнению с другими зерновыми культурами. Ряд характеристик этой культуры, включая адаптивность к различным системам, раннюю зрелость и формирование клубней при непрерывном освещении, делают её отличным кандидатом для исследований в космических программах.
Различные космические агентства также рассматривают урожай картофеля для включения в космическую пищу, что вызывает значительный научный интерес к использованию культуры для борьбы с недоеданием у людей как на Земле, так и за её пределами. Ограниченная доступность пищи и трудности с выращиванием высокопитательных культур во время дальних космических путешествий могут привести к болезням, вызванным недоеданием, и увеличить риск опасного космического излучения, снижая иммунитет и не хватая необходимых микроэлементов, необходимых для укрепления иммунитета, которые важны для активации систем восстановления ДНК. Таким образом, проблема скрытого голода или дефицита микроэлементов может преследовать человечество за пределами планеты Земля и во время продолжающегося поиска освоения космоса.
Несколько продуктов, включая помидоры, микрозелень, салат и картофель, рассматривались в различных исследованиях как потенциальные продукты для астронавтов во время космических путешествий. Культуры отбираются на основе занимаемой площади, жизненного цикла и больших долей для урожая.
Питание астронавта должно быть рационализовано на основе деминерализации костей, нарушения иммунной системы (в условиях микрогравитации) и канцерогенеза (из-за высокой силы космического излучения). Специфические проблемы, связанные с пространством, такие как деминерализация и дисфункция иммунной системы, могут требовать очень питательного рациона, который также помогает поддерживать оптимальный уровень микроэлементов.
Кроме того, нужны универсальные с точки зрения пищевых привычек растения, поскольку астронавты происходят из разных культур. Картофель же имеет высокую съедобную ценность среди стран мира.
Картофель — идеальная культура для космических исследований и может служить пищей для астронавтов. Успешное выращивание этой культуры в различных системах, таких как гидропоника и аэропоника, делает её отличным кандидатом для изучения её реакции в будущих космических программах.
Биообогащённый картофель может иметь несколько преимуществ по сравнению с другими культурами, например, больше калорий и плотности питательных веществ, поскольку он накапливает большое количество крахмала (около 80% сухой массы), что может обеспечивать концентрированную ежедневную энергию и разнообразие питательных веществ, таких как цинк, железо и витамин A в небольшом пространстве. Кроме того, под землёй у них высокая биомасса, что снижает зависимость от вертикального пространства и минимизирует стресс от микрогравитации.
Высокая биомасса, такая как листья и стебли, может быть переработана в компост, что сбалансирует поступление питательных веществ в почву или среду. Предварительное исследование в гидропонной системе картофеля показало, что гидропонно выращенный картофель имеет на 200% выше потенциал урожайности (как по массе клубней, так и по большему числу крупных клубней), чем картофель, выращенный в поле.
Эксперимент космического шаттла NASA показал, что клубни хорошо сформированы как в космосе, так и на Земле. Это можно объяснить эффективным контролем света и температуры в контролируемой среде.
Тем не менее, культура требует инженерной подготовки, прежде чем стать идеальным источником космической пищи. Необходимо решить несколько целей разведения; например, сокращение цикла роста за счёт увеличения темпов роста и формации клубней может повысить производственный потенциал. Некоторые сорта, такие как Норленд, Денали и Рассет Бурбанк были идентифицированы как обладающие способностью образовывать клубни при непрерывном освещении.
Одним из значительных препятствий для космической пищи является быстрая потеря питательных веществ из-за короткого срока хранения, а скорость потери питательных веществ, таких как витамины B и C, выше, чем у других питательных веществ. Овощи сохраняют качество примерно 1–4 года, в отличие от фруктов (1,5 года) и мясных продуктов (2 года). В этом контексте рассматривается так называемый «золотой картофель», который обогащается β-каротином, который является предшественником витамина A.
Картирование ассоциаций произвело революцию в знаниях, позволив быстро и эффективно напрямую картографировать область, которая может влиять на интересующие признаки в основном наборе генетического материала различных культур, включая β-каротин, железо, цинк и незаменимые аминокислоты.
Генная инженерия, такая как технологии редактирования генома, особенно CRISPR/Cas9, может использоваться для чрезмерной экспрессии генов, участвующих в поглощении, транслокации и накоплении микроэлементов. Несколько уже хорошо известных генов могут быть нацелены и чрезмерно экспрессированы для выработки биообогащённых культур. Например, чрезмерная экспрессия AtNAS1 и PvFERRITIN может значительно повысить содержание железа и цинка в клубнях картофеля, не влияя на урожайность и не вызывая сопротивление связи. Введение генов, связанных с провитамином А и β-каротином, собственно, и привело к появлению золотого картофеля, чего нельзя было достичь традиционной селекцией.
В заключение, картофель считается полезной пищей для длительных космических миссий, а цели селекции космического картофеля включают биофортификацию, укороченный цикл роста, высокую эффективность использования питательных веществ, высокий индекс урожая и повышенную стабильность микроэлементов во время хранения.
Статью о селекции космического картофеля опубликовали эксперты Университета Саргодха, Пакистан, и Шведского университета сельскохозяйственных наук.
Источник: Agriculture 2026, doi.org/10.3390/agriculture16040461