Староместные сорта картофеля с горы Амиата стали предметом пристального внимания итальянских исследователей, которые подчеркивают важность сохранения картофельного наследия для селекции климатически устойчивых сортов.
Портал AgroXXI.ru ознакомился со статьей коллектива авторов Кафедры естественных наук Сиенского университета и Института биоэкономики (IBE) Национального исследовательского совета (CNR), Италия, в которой подчеркнута необходимость сохранения староместных сортов картофеля.
Картофель (Solanum tuberosum L.) является одной из важнейших сельскохозяйственных культур в мире, служащей источником питания для миллионов людей.
Картофель родом из Андского региона Южной Америки, но многочисленные разновидности рода Solanum эволюционировали, что привело к выбору разновидностей, известных сегодня.
Известно более 2000 видов Solanum, из которых только 160-180 производят клубни. Большинство из них используются в пищу, причем S. tuberosum является наиболее культивируемым в мире. Сегодня картофель выращивают более чем в ста странах.
По данным Продовольственной и сельскохозяйственной организации Объединенных Наций (ФАО), картофель является наиболее широко выращиваемой культурой после зерновых (пшеницы, риса и кукурузы) и входит в рацион питания почти во всех странах. В 2023 году мировое производство картофеля достигло 375 миллионов тонн, собранных с более чем 19 млн га.
Из этой продукции 50,4% поступает из Азии (Китай и Индия), 31,4% из Европы, 11,4% из Америки и 6,4% из Африки.
В последние годы площадь возделывания картофеля в Италии составляла около 50 000 гектаров, при этом средний общий национальный объем производства составлял около 1 400 000 тонн в год, а средняя урожайность составляла около 30 тонн с гектара, причем регионы Пьемонт, Эмилия-Романья и Ломбардия являются наиболее продуктивным.
В этом исследовании были изучены три местных сорта картофеля с горы Амиата ((Гроссето, Тоскана, Италия): «Бьянкона де Фаджето» («Biancona del Faggeto») - характеризуется удлиненной формой и светло-бежевой кожурой, «Куарантина делле Макке» («Quarantina delle Macchie») - с круглой формой и желтой кожурой, средне-глубокими глазками и кремовой мякотью и «Росса делле Макке» («Rossa delle Macchie») - с овальной формой и красновато-коричневой кожурой, неглубокими красными глазками и бледно-желтой мякотью.
Фотографии клубней картофеля. Слева направо: клубни сортов «Biancona del Faggeto», «Rossa delle Macchie» и «Quarantina delle Macchie».
Уникальные орографические условия лавового купола горы Амиата исторически создали форму изоляции, которая благоприятствовала развитию местных видов, в то время как древние потоки лавы, богатые минералами, внесли значительный вклад в плодородие почвы.
Обширное исследование в этом районе привело к выявлению только этих местных сортов; их выращивали, несмотря на их более низкие характеристики производительности, в первую очередь из-за превосходного вкуса мякоти и возможности хранения и использования в качестве пищи в течение нескольких месяцев после сбора урожая без какой-либо химической обработки или охлаждения.
Сначала в ходе исследования были опрошены фермеры и местные жители, чтобы собрать доказательства наличия местных сортов картофеля. За два года исследований обнаружено, что на местном уровне присутствуют только три предполагаемых сорта, которые выращиваются тремя разными семьями, сохраняются памятью предков и выращиваются в небольших семейных огородах.
Затем три местных сорта были оценены на предмет их нутрицевтического потенциала, такого как концентрация крахмала, антиоксидантная способность и содержание полифенолов, в дополнение к их устойчивости к условиям теплового стресса.
«Систематические измерения физиологических параметров проводились во время роста растений в контролируемых средах (Microcosmo) в условиях теплового стресса. Microcosmo оказался бесценным инструментом в этом исследовании, обеспечивая высококонтролируемую среду, которая позволяла проводить точный и воспроизводимый анализ реакций растений на абиотический стресс, сводя к минимуму влияние внешней среды на генотипы. Используя эти контролируемые системы, исследование обеспечивает прочную основу для интерпретации физиологических реакций с большей точностью и релевантностью. Таким образом, мы предпочли изучать местные сорта в хорошо контролируемых условиях в передовой камере роста, такой как Microcosmo. Результаты этого исследования дадут более глубокое понимание уникальных характеристик этих местных сортов и их потенциального использования для сохранения и устойчивого сельского хозяйства. Мы ожидаем, что наши выводы помогут улучшить продовольственную безопасность, повысить устойчивость сельского хозяйства перед лицом изменения климата и увеличить выращивание этих древних местных сортов в регионе, нуждающемся в экономическом развитии», - отметили авторы работы.
Нутрицевтический и генетический анализы проводились на клубнях, собранных с поля, тогда как физиологические оценки проводились на растениях, выращенных в симуляторах Microcosmo.
Во-первых, филогенетический анализ выявил отчетливую генотипическую идентичность этих местных сортов картофеля, указав, что «Quarantina» и «Rossa» были более тесно связаны, чем «Biancona». Поскольку различия между сортами картофеля в первую очередь обусловлены генетической изменчивостью, это открытие подтвердило различия, обнаруженные в нутрицевтическом содержании и физиологических реакциях местных сортов.
Генетические различия отражены в более высоком содержании крахмала в мякоти «Biancona del Faggeto» и более высоком общем содержании полифенолов и антиоксидантной способности ее кожуры по сравнению с мякотью. Два других местных сорта следуют тому же разнообразию содержания между мякотью и кожурой.
Тканеспецифическое распределение показало, что более высокое содержание крахмала в мякоти согласуется с литературными данными, определяя мякоть как основную ткань для хранения углеводов в клубнях картофеля. Эта схема распределения ресурсов, типичная для сортов картофеля, предполагает метаболические роли и различные схемы накопления крахмала, которые являются уникальными для каждого местного сорта картофеля.
Кроме того, более высокое общее содержание полифенолов и антиоксидантная способность в кожуре, наблюдаемые у всех местных сортов, согласуются с предыдущими исследованиями. Известно, что кожура служит защитным слоем, богатым антиоксидантными соединениями, помогая защищать от экологического стресса и активных форм кислорода.
Следовательно, результаты показывают, что «Biancona» демонстрирует более высокую концентрацию антиоксидантных соединений, что потенциально может привести к большей защитной активности. Однако важно подчеркнуть, что высокое содержание антиоксидантов не обязательно связано с повышенной защитной способностью - это возможность, которая требует дальнейшего подтверждения и может иметь место, а может и нет.
В целом, эти результаты подчеркивают различные роли, которые ткани мякоти и кожуры играют в хранении питательных веществ и защитных функциях соответственно.
Генетическое разнообразие картофеля имеет важное значение для создания стрессоустойчивых сортов, особенно против жары и засухи. Различные генотипы картофеля, включая диких родственников, демонстрируют различные реакции на стресс, о чем свидетельствуют урожайность и физиологические признаки, такие как содержание хлорофилла и стабильность мембран.
Селекционные усилия должны отдавать приоритет генотипам, которые могут выдерживать как жару, так и засуху, отражая реальные сценарии изменения климата.
Что касается воздействия высокой температуры и физиологических реакций, основные результаты показали снижение устьичной проводимости и, возможно, снижение поглощения CO2, что согласуется с обширной литературой, показывающей, что растения часто закрывают устьица, чтобы ограничить потерю воды во время теплового стресса, тем самым также ограничивая поглощение CO2 для фотосинтеза. В ответ на стресс растения явно отдают приоритет сохранению воды над поглощением углерода, что может оказать значительное влияние на общий рост и продуктивность культуры.
Эти эффекты были более выражены у сорта `Quarantina delle Macchie`, что делает его наиболее уязвимым. Однако не все параметры были затронуты температурой. Постоянные и стабильные значения как фактического, так и максимального квантового выхода фотосистемы II предполагают, что температура не влияет на функциональность фотосистемы II, поскольку повреждение обычно происходит в более экстремальных или продолжительных условиях.
Важно отметить, что физиологические реакции на тепловой стресс сложны и могут зависеть от множества генов. Филогенетическое дерево основано на небольшом количестве генетических маркеров, которые могут не включать все соответствующие генетические вариации. В результате филогенетическое дерево и физиологические реакции на тепловой стресс у этих местных сортов картофеля в некоторой степени сопоставимы.
Генетически близкие местные сорта (Quarantina и Rossa) показали более схожие снижения поглощения CO 2 и устьичной проводимости, что подразумевает более консервативное управление водными ресурсами, тогда как более генетически отличный сорт `Biancona`, который был меньше затронут стрессом, мог развить лучший механизм поддержания фотосинтеза. Это говорит о том, что генетический фон влияет на различные реакции на тепловой стресс.
Также возможно, что схожие реакции являются результатом разных процессов. Например, сорта Quarantina и Rossa могут иметь общий генетический путь, который приводит к их схожим реакциям, в то время как у сорта Biancona мог развиться уникальный механизм, позволяющий справляться с тепловым стрессом.
Выводы
С практической точки зрения исследование дает фермерам конкретные предложения. Оно предполагает, что в районах, подверженных жаре, следует высаживать более устойчивые к жаре сорта, такие как «Biancona del Faggeto» или «Rossa delle Macchie», а «Quarantina delle Macchie» следует оставить для более прохладного климата.
Кроме того, превосходный пищевой профиль `Biancona del Faggeto` создает возможности на рынке нутрицевтиков.
Исследование также подчеркивает важность использования передовых агрономических практик, таких как оптимизированное орошение и мониторинг микроклимата в контролируемых средах, для лучшего понимания и смягчения теплового стресса. Наконец, поддержание выращивания всех трех местных сортов имеет решающее значение для сохранения местного биоразнообразия и сельскохозяйственного наследия.
По статье группы авторов (Сара Парри, Кьяра Пиччини, Джампьеро Кай, Клаудио Кантини, Марко Роми, Вероника Конти), опубликованной в журнале Horticulturae 2025 на портале www.mdpi.com.
Схема симулятора Microcosmo и изображение выращиваемых растений. (A) Схема Microcosmo. Эпигеальная зона оснащена контроллерами температуры, влажности и светодиодного освещения, а также системой вентиляции; гипогеальная зона оснащена пластиковыми цилиндрами с почвой и контроллером температуры. (B) Фотографии растений картофеля, выращенных в одном из симуляторов Microcosmo. Слева направо: «Biancona del Faggeto», «Rossa delle Macchie», «Quarantina delle Macchie». Фото принадлежит группе указанных авторов.