ВКР нади последний. I. Обзор литературы 5 1 Общая характеристика антиоксидантной системы растений 5

• Название: I. Обзор литературы 5 1 Общая характеристика антиоксидантной системы растений 5
• Дата: 21.05.2022
• Размер: 106.58 Kb.
• Имя файла: ВКР нади последний.docx
• Тип: Реферат; #542218
• страница: 2 из 5

I. Обзор литературы

1.1 Общая характеристика антиоксидантной системы растений

В растениях существует сложная и многоуровневая сеть антиоксидантной системы (АОС), работающая для противодействия вредным реактивным формам (РС), наиболее важными из которых являются активные формы кислорода (АФК), и поддержания гомеостаза внутри клетки. Специфическими AOSs для растительных клеток являются, прежде всего, ферменты глутатион-аскорбат цикла (Asc-GSH), за которыми следуют фенольные соединения и липофильные антиоксиданты, такие как каротиноиды и токоферолы. Доказательством того, что растительные клетки обладают отличными системами антиоксидантной защиты, является их способность выживать при H2О2 концентрации, несовместимые с жизнью клеток животных. Для выживания стрессовых растений особенно важно, чтобы АОС сотрудничали и участвовали в окислительно-восстановительных реакциях, обеспечивая, таким образом, лучшую защиту и регенерацию активных восстановленных форм. Учитывая, что растения изобилуют антиоксидантными соединениями, а люди не предрасположены к синтезу большинства из них, появились новые области исследований. Антиоксидантный потенциал растительных соединений использовался для приготовления омолаживающих составов, обогащения и консервации пищевых продуктов, а также для разработки новых методов лечения заболеваний с окислительным стрессом, вовлеченным в этиологию.

Растения - это многоклеточные организмы, которые благодаря своей неспособности к трансформации имеют очень хорошо развитые адаптационные системы и механизмы защиты к различным условиям окружающей среды. Внешние факторы, такие как засуха, высокие и низкие температуры, а также высокий уровень радиации оказывают неблагоприятное воздействие на растения. Стандартной характеристикой различных стрессоров является их способность стимулировать генерацию активных форм кислорода (АФК) в растительной ткани, накопление которых в клетке вызывает окислительный стресс. Этот термин был первоначально введен Sies и Cadenas (1985). А именно, окислительный стресс подразумевает нарушение окислительно-восстановительного равновесия вследствие повышения уровня АФК в самой клетке; однако самой последней версией определения может быть “дисбаланс между окислителями и антиоксидантами в пользу окислителей, приводящий к нарушению окислительно-восстановительной сигнализации и контроля и/или молекулярному повреждению” (Sies, 2018). Кроме того, в последнее время окислительный стресс классифицируется на подформы: окислительный стресс, присутствующий в физиологических условиях (эустресс), и окислительный стресс, оказывающий вредное воздействие на макромолекулы (дистресс; Лущак, 2014).

Парадоксально, но кислород как молекула, поддерживающая аэробную жизнь, несмотря на то, что он необходим для энергетического метаболизма и дыхания, участвует в механизме возникновения различных заболеваний и дегенеративных состояний (Sies et al., 2017). С эволюцией фотосинтеза, первоначально цианобактериями, а затем растениями, более 2 миллиардов лет назад количество кислорода на Земле значительно увеличилось. Молекулярный кислород образуется в качестве побочного продукта в ходе этого процесса путем работы кислородно-эволюционирующего комплекса (OEC), который является компонентом фотосистемы (PS) II (Yachandra et al., 1996). Огромные количества присутствующего кислорода позволили производить больше АТФ через аэробное дыхание, но также увеличили опасность образования АФК. Аэробные организмы готовы выжить благодаря механизмам антиоксидантной защиты, проявляя защитную роль против огромного количества АФК (Dumont and Rivoal, 2019).

Молекулярный кислород может действовать как окислитель, но, несмотря на его высокую термодинамическую реактивность, его реакции кинетически медленны благодаря преобладающему ограничению спина (Krieger-Liszkay, 2005). В своем основном состоянии кислород выглядит как триплет (3o2) с двумя неспаренными электронами (бирадикальными) параллельными спинами на двух отдельных орбиталях, что делает его парамагнитным и, таким образом, не проявляет сродства к органическим молекулам, если они не активированы. Активация кислорода часто достигается двумя механизмами (Apel and Hirt, 2004):

1. Поглощение избыточной энергии, достаточной для вращения спина одного неспаренного электрона, для создания единого состояния, в течение которого два электрона имеют противоположный спин.

2. Многоступенчатое одновалентное восстановление с образованием супероксидного радикала (O^2-), перекиси водорода (H2О2), гидроксильного радикала (•OH) и, в конечном счете, воды.

При активации спиновое ограничение было превзойдено, и может взаимодействовать в реакциях переноса двух электронов, в то время как его окислительная способность значительно увеличивается. Постепенное уменьшение триплетного кислорода, подвергающегося воздействию реакций высокой энергии или переноса электронов, приводит к образованию АФК (Sharma et al., 2012). В борьбе с этими высокореактивными молекулами задействованы многочисленные защитные механизмы, наиболее важным из которых является антиоксидантная система (АОС). Целью такой системы является защита клеток от АФК и окислительного стресса, который возникает, если преобладает влияние АФК (Huang et al., 2019). При определении того, будет ли какая‐либо молекула вести себя как анти-или прооксидант, Особое значение имеют микроусловия (рН, присутствие микроэлементов и т. д.), Ограниченные для конкретного клеточного компартмента.

Активные формы (РС) - это широкое понятие и включает в Рос азота [химически активному азоту видов (РНС)], серы [реактивного соединения серы (РСС)], и других видов, некоторые из которых являются свободные радикалы, и каждый из них имеет потенциал, чтобы вызвать окислительный стресс в результате своего накопление внутри клетки до уровня, превышающего возможности их устранения (Mittler, 2017). АФК являются наиболее важной группой РС и включают, помимо свободных радикалов, нерадикальные формы, которые не имеют неспаренных электронов, но также являются высокореактивными, например, H2О2, хлорноватистую кислоту (HClO) и озон (O₃). Свободные радикалы известны с двадцатого века в мире химии и первоначально были описаны как промежуточные соединения в органической и неорганической химии (Kohen and Nyska, 2002). Эти молекулы, имеющие один или несколько неспаренных электронов, приводящих к высокой реакционной способности, образуются, когда атом или молекула “теряет” или “приобретает” один электрон, или во время гомолитического расщепления ковалентной связи. И наоборот, когда два свободных радикала разделяют свои неспаренные электроны, образуются нерадикальные виды (Arora et al., 2002). Термин “реактивный” может быть относительным термином, в то время как•OH без разбора реагирует со всеми биологическими молекулами в его окрестностях,O²⁻ и H2О2 являются высокоселективными. С патофизиологической, а также физиологической точки зрения наиболее значимыми АФК являются •OH, O2•−, органические алкокси (RO•) и органические пероксильные радикалы (ROO•), а также нерадикальные виды: 1О2, H2o2 иO3 (Dumont and Rivoal, 2019).

Токсичность не обязательно связана с реактивностью. Во многих случаях более длительный период полураспада АФК обеспечивает длительное время диффузии и, следовательно, способность преуспевать в чувствительных местах внутри клетки, где он может реагировать с биомолекулами вдали от места его генерации. Например, относительно долгоживущий O2•− (с периодом полураспада 1-4 мкс и расстоянием миграции 30 нм), генерируемый на митохондриальной мембране, диффундирует к митохондриальному геному и уменьшает количество переходных металлов в самом геноме. Синглетный кислород имеет приблизительно эквивалентные свойства, как O2•− с лучшим сродством к остаткам Trp, His, Tyr и Cys белков. Пероксид водорода может жить довольно 1 мс, а его расстояние миграции находится в диапазоне 1 мкм, что позволяет реагировать с ДНК и остатками Cys и Met белка вдали от его происхождения (Mittler, 2017). Напротив, чрезвычайно реактивный •OH имеет период полураспада примерно 1 нс и расстояние миграции 1 нм, поэтому реагирует со всеми соседними биомолекулами, такими как ДНК, РНК, липиды и белки.

Для предотвращения взаимодействия радикалов с биологическими молекулами антиоксиданты должны находиться в непосредственной близости от места образования радикала, конкурируя со свободным радикалом за биологический субстрат (Arora et al., 2002). Если антиоксидант не присутствует в достаточном количестве для нейтрализации АФК, произойдет окисление биомолекул, таких как перекисное окисление липидов, повреждение белка (карбонилирование остатков аминоалкановой кислоты), окисление отдельных нуклеотидов ДНК и РНК, ингибирование ферментов и активация апоптоза (Гилл и Тутея, 2010).

Одним из наиболее изученных АФК является перекись водорода. Он проявляет двойную роль: в низких концентрациях он участвует в передаче сигнала, а в высоких концентрациях он оказывает токсическое действие на клетку. В физиологических условиях степень H2О2 в листьях колеблется приблизительно 1 мкмоль на грамм веса свежей ткани, т. е. 10 мкмоль/л H2o2 в пероксисомах (Cheeseman, 2006; Foyer and Noctor, 2016). Его присутствие в апопластах необходимо для нормального развития клеток. Действуя как субстрат для пероксидазы III класса, H2o2 участвует в окислении фенольных соединений и, следовательно, полимеризации и образовании лигнина клеточной стенки (Lewis and Yamamoto, 1990; Almagro et al., 2008; Moural et al., 2017; Pandey et al., 2017). С другой стороны, H2О2 выражает токсичность для нескольких клеток в диапазоне концентраций 10-100 мкмоль/л, что приводит к старению или апоптозу. Механизм его токсичности заключается в прямой инактивации ферментов окислением остатков цистеина (–SH) или метионина (–SCH3), необходимых для катализа. Косвенный эффект H2О2 выражается путем пересечения клеточных мембран через пероксипорины и, вступая в реакцию с ионами Fe²⁺ или Cu⁺, приводят к образованию более мощных токсичных видов, таких как •OH, и именно •OH несет ответственность за основную часть или, возможно, за весь ущерб, причиненный молекулам ДНК в клетках, обработанных H2О2. Иногда воздействие клеток H2o2 может увеличить продукцию O2• из− за активации NOX (EC 1.6.3.1). Кроме того, H2О2 уже давно признан мощным ингибитором фотосинтеза, поскольку даже при низких концентрациях H2О2 (10 мкмоль/л) может ингибировать фиксацию CO2 на 50% окислительными ферментами, включенными в цикл Кальвина (Foyer and Shigeoka, 2011).

Растения особенно подвержены окислительному стрессу, вызванному 1О2, поскольку они богаты хлорофиллом (Chl), который действует как фотосенсибилизатор, а 1О2 последовательно генерируется в листьях. Хлорофилл является эффективным пигмент, который поглощает свет в так называемых светособирающего комплекса (LHCs), встроенные антенны и PS второй реакции центров, с дополнительным преимуществом, что ее возбужденное состояние долго прожил достаточно, чтобы обеспечить возбуждающих преобразования энергии на электрохимический потенциал через метод разделение зарядов при фотосинтезе (Кригер-Liszkay, 2005; Сюлань и соавт., 2019). Однако возбужденное (триплетное) состояние хлорофилла (3Chl) может снабжать близлежащий молекулярный кислород достаточной энергией, что приводит к образованию 1О2, если энергия не используется эффективно или отсутствует эффективный поглотитель. Синглетный кислород считается наиболее важным АФК, ответственным за индуцированную светом потерю активности PS II через деградацию белка D1, а также за так называемое “отбеливание” пигмента (Krieger-Liszkay, 2005). Растения используют две стратегии для защиты фотосинтетического аппарата от фотоингибирования. Первичным является нефотохимическое тушение, т. е. рассеивание избыточной энергии возбуждения 3Chl в антеннах PS II в виде тепла. Во-вторых, каротиноидзависимый механизм, или “тушение”, основан на способности PS II передавать электроны различным акцепторам в его близости (каротиноиды, α-токоферол), которые высвобождают избыточную энергию в виде тепла, возвращаясь в свое основное состояние (Trebst, 2003; Apel and Hirt, 2004). Хотя этот перенос хлорофилла и каротиноидов чрезвычайно эффективен, все еще остается 5% 3 Chl, и это неполное тушение является доказательством того, что антенные пигменты рассматриваются как возможный источник 1О2 в хлоропластах с тенденцией к повреждению белка D1 (Triantaphylidès and Havaux, 2009).

Супероксидный анионный радикал (O2•−) является первичным клеточным АФК, который запускает каскад реакций и, следовательно, образование вторичных АФК, либо непосредственно, либо через ферментативные и металл-катализируемые процессы, в зависимости от клеточного компартмента. Генерируемый путем одноэлектронного восстановления молекулярного кислорода внутри клетки, он быстро превращается в H2О2 спомощьюактивности супероксиддисмутазы, предотвращая накопление O2• -, а затем повреждение и инактивацию белков, содержащих кластеры Fe-S (Schieber and Chandel, 2014). Наиболее важная реакция O2•− это дисмутация, неферментативная или путем СОД, где она реагирует с другой молекулой O2•, что приводит к окислению одной ее молекулы до кислорода и восстановлению второй доH2o2. Реакция наиболее эффективна при кислом рН и, наоборот, медленнее в основной среде (Kohen and Nyska, 2002; Birben et al., 2012; Noctor et al., 2018).

Гидроксильный радикал (•OH) учитывается как наиболее мощный окислитель, который благодаря своему короткому периоду полураспада, очень положительному окислительно-восстановительному потенциалу (близкому к +2 В) и высокому сродству к биомолекулам неселективно окисляет ДНК, белки, липиды, аминокислоты, сахара и металлы, что приводит к повреждению или генетической нестабильности. Как правило, •OH образуется из H2О2 в присутствии ионов железа или меди в реакции, описанной как известная реакция Фентона (Fenton, 1984). По этой причине клетки имеют различные механизмы поддержания гомеостаза железа, поскольку в клетке не обнаружено ферментов для устранения •OH (Schieber and Chandel, 2014). Вследствие поглощения металлов из почвы растения более подвержены окислительному стрессу, и особое внимание уделяется предотвращению реакции между переходными металлами и H2О2 путем их секвестрации. По этой причине растения обогащены ферритинами и металлотионеинами, способными накапливать железо, медь и цинк (Halliwell and Gutteridge, 2015). Прооксиданты, такие какO2•− и Asc, могут повторно восстанавливать Fe³⁺ (Cu²⁺) до Fe²⁺ (Cu1+) и восстановить эти ионы в игре (Salehi et al., 2020).

1.2 Действие антиоксиданта амбиола на антиоксидантную систему растений
Часто различные компоненты АОС и АФК не связаны напрямую с процессами окисления-восстановления, поэтому при изменении антиоксидантного статуса возникает многостадийная цепь реакций. Управление адаптивными процессами с целью повышения устойчивости растительных организмов требует подробного изучения этих сложных реакций. Эволюция представлений о физиологическом действии АФК влечет за собой постоянный пересмотр и расширение функций компонентов АОС, большую долю из которых составляют сигнальные процессы. Безусловно АФК «вызывают не только плохие изменения». Однако, необходим их постоянный контроль, как на уровне образования, так и на уровне потребления. Крайне важно поддержание «деликатного баланса между сигнализацией и уничтожением».

Как недостаток, так и чрезмерная генерация АФК может приводить к гибели клеток. Гомеостаз должен поддерживаться за счет установления равновесия между окислительными и восстановительными процессами. Нарушение равновесия между образованием и нейтрализацией АФК при изменении внешних факторов приводит к накоплению АФК. Следствием этих изменений является развитие ОС.

Однако эффективная работа АОС по контролю АФК способствует нормализации работы клеток. Если избыток АФК запускает сигнальную функцию, то активируются многочисленные ответы на повреждение. В случае если АФК усугубляют имеющиеся повреждения, окисляя важнейшие биологические молекулы (ДНК, белки, липиды), – запускается ПКС. Образование АФК в стрессовых условиях часто вызвано нарушением деятельности дыхательной цепи. Основные места образования АФК в клетке растений при абиотическом стрессе – органеллы с высокими скоростями окислительных реакций ввиду постоянного потока электронов: хлоропласты, митохондрии, пероксисомы и глиоксисомы.

В хлоропластах основной источник образования перекиси водорода – это реакция Мелера, которая работает для освобождения фотосистемы I от избыточного количества образовавшихся электронов. Долгое время хлоропласты считались основным источником образования АФК в клетках. Однако и другие органеллы могут иметь не менее важную роль в продукции АФК. Фотодыхание в глиоксисомах благодаря работе гликолатоксидазы – другой ресурс образования перекиси водорода. АФК постоянно образуюся при митохондриальном дыхании. Кроме того, именно в митохондриях перекись водорода образуется при наступлении стрессовых условий. Митохондрии могут быть регуляторами процессов ПКС, и повышенные уровни АФК здесь могут быть причиной запуска ПКС. Известно, что в ядрах клеток могут содержаться чувствительные редокс-транскрипционные факторы, вовлеченные в активацию ПКС, что свидетельствует о возможном образовании здесь АФК. Предполагают, что митохондриальные и ядерные механизмы задействованы в запуске ПКС, поэтому уровень АФК в митохондриях и ядрах клеток должен строго контролироваться.

Благодаря тому, что перекись водорода диффундирует через аквапорины, АФК, образованные в одном месте, могут повлиять на другие органеллы, уменьшая их защитные способности. Именно поэтому стресс, приводящий к увеличению образования АФК в хлоропластах, может запустить не только хлоропластные, но и цитозольные 30 защитные механизмы. Пероксисомы – это не только орган детоксификации АФК под действием ферментов, но и место образования перекиси водорода за счет работы ГО и также процесса β-окисления жирных кислот. Полифункциональность АФК обуславливает наличие для них множества потенциальных внутриклеточных мишеней. Кроме того, тип клеточного ответа АФК может различаться при разной концентрации. Низким концентрациям АФК присущи процессы сигналлинга, а высокие должны подвергаться детоксификации при ОС.

Многофункциональность АФК отражается в выполнении регуляторной функции (в рамках редокс-контроля) и функции вторичных мессенджеров (в рамках редокс-сигналинга). Кроме того, АФК относят к особому типу редоксмессенджеров, переносящих электроны.

ОС – не единственная угроза растительному организму, возникающая при избытке АФК. Избыток восстановленных форм приводит к восстановительному стрессу. При восстановительном стрессе, как и при окислительном, имеет место метаболический дисбаланс. При этом избыток восстановителей (например, перевосстановление электрон-транспортных цепей (ЭТЦ)) также может привести к последующему ОС.

Таким образом, АФК можно считать индикаторами клеточного стресса и вторичными мессенджерами, вовлеченными в сигнальные пути. В клетках высших растений молекула кислорода расщепляется последовательностью реакций, образуя различные АФК. Главным образом, из кислорода образуются перекись водорода и супероксидный радикал, которые являются вторичными месенджерами во многих процессах, ассоциированных с ростом и развитием, за счет участия в передаче внутриклеточных сигналов и регуляции экспрессии генов. Инициация для образования из кислорода АФК необходима лишь на первом этапе при образовании супероксидного радикала, тогда как последующие реакции относятся к экзотермическим и могут происходить спонтанно, быть 31 катализированными или нет. В конечном итоге, кислород нейтрализуется до воды, что обеспечивает растительный организм энергией, необходимой для всех сложноорганизованных высших организмов. Мишенью АФК могут быть нуклеотиды и нуклеиновые кислоты, особенно ДНК. Гидроксильный радикал атакует аденин, гуанин, тимин, цитозин, супероксидный радикал – гуанин. При этом может произойти разрыв цепей ДНК и повреждение хромосом.

Следовательно, АФК могут являться ингибиторами синтеза ДНК и деления клеток. Кроме того, АФК изменяют структуру белков и их активность, вызывая образование дисульфидных мостиков и сульфогрупп. Общее количество АФК в организме определяется скоростями их образования и разрушения и продолжительностью существования. Активность ферментов АОС и содержание низкомолекулярных АО значительно регулируют уровень АФК и продуктов перекисного окисления липидов (ПОЛ) в клетке. Выделяют высокомолекулярные (энзиматические) – ферменты и низкомолекулярные (неэнзиматические) компоненты АОС. Ферменты ингибируют запуск цепей окисления, нейтрализуя супероксидный радикал и перекисные продукты. Низкомолекулярные антиоксиданты могут ограничивать развитие цепных реакций. Энзиматические и неэнзиматические компоненты работают как эндогенные защитные механизмы в комплексной сети по уменьшению влияния цитотоксических эффектов АФК в клетках. Наиболее важные низкомолекулярные АО – аскорбиновая кислота, глутатион, тиолы, токоферолы, пигменты (каротиноиды, антоцианы) и др. – взаимодействуют с АФК и, тем самым, поддерживают различные функции в растениях, делая его очень гибким организмом.

В представленных исследованиях подтверждено, что выбор генетического потенциала, места выращивания и системы производства существенно влияет на антиоксидантные свойства клубней картофеля. Различия между органическим и интегрированным производством, обусловленные различными сельскохозяйственными практиками, приводящими к различному минеральному питанию и применению химических / искусственных пестицидов в органическом земледелии, могут изменять качество, вкус и количество остатков пестицидов. В условиях органического земледелия отмечено более высокое содержание сухого вещества, минеральных питательных веществ, аминокислот и выбранных антиоксидантов, а также более низкое содержание нитратов в клубнях картофеля. В настоящем исследовании в условиях умеренного стресса, как обычно в случае органического земледелия, продукция фенольных соединений, флавоноидов и аскорбиновой кислоты была значительно выше, чем в интегрированной производственной системе. Эти результаты не согласуются с Ezekiel et al. [3], которые не обнаружили различий в содержании фенолов в клубнях, выращенных в органических и интегрированных системах земледелия. Напротив, Lombardo et al. [11] и Grudzińska et al. [4] обнаружили более высокое количество общих фенолов в клубнях картофеля при органическом культивировании. Более высокая концентрация общих фенолов может быть результатом более сильного "патогенного давления" или более низкой доступности азота и повышенного содержания фенольных защитных соединений как стратегии повышения устойчивости к вредителям и болезням [11]. В настоящем эксперименте наблюдаемое увеличение общего количества фенолов было обусловлено увеличением фенольных соединений, отличных от хлорогеновой кислоты, что в отличие от Hamouz et al. Кроме того, место выращивания влияло на содержание фенольных соединений и хлорогеновой кислоты; наименьшие количества обоих были обнаружены в Młochów. В меньшей степени влияние сорта оказывали не только фенольные соединения, но и хлоргеновая кислота. Наибольшее количество фенольных соединений было обнаружено у cv. Satina (3,48±0,57 г кг -1 ДМ), что является результатом генетической способности этого сорта накапливать фенолы. Этот результат подтверждает выводы Gugała et al. [38]. Флавоноиды показали сходное развитие с такими фенольными соединениями и их функция в основном сочетается с ролью желтого пигмента в клубне. Однако различий между сортами в отношении развития флавоноидов не наблюдалось, несмотря на различную окраску мякоти выбранных сортов. Следует отметить, что флаванолы присутствуют в клубнях картофеля в небольших количествах. Они развивают сильную антиоксидантную активность и связаны с несколькими потенциальными свойствами здоровья. Вместе с другими компонентами, такими как белки или полисахариды, они вносят вклад в сенсорные свойства товара (вкус, цвет и терпкость) [39]. Кроме того, они довольно легко окисляются и могут вызывать нежелательные изменения цвета. Содержание аскорбиновой кислоты в представленных опытах составляло в среднем 25,8±8,73 и 28,0±6,22 мг кг-1 ФМ для интегрированной и органической систем соответственно, а органическое земледелие приводило к значительно более высоким концентрациям, что в отличие от Grudzińska et al. [4] и Smith-Spangler et al.

Это расхождение может быть объяснено ограниченной доступностью азота в изученных здесь системах органического производства и, следовательно, меньшим количеством надземной массы, для накопления которой можно было бы использовать фотосинтез. Как следствие, дополнительные углеводы могли быть разделены на синтез аскорбиновой кислоты. Клубни из местности Хваловице характеризовались самым высоким содержанием аскорбиновой кислоты, возможно, благодаря адекватным условиям окружающей среды, а также лучшей сельскохозяйственной практике. Различий между испытуемыми сортами по отношению к аскорбиновой кислоте обнаружено не было, что в отличие от Lombardo et al. [11, 37] и Leo et al. [40], воз сообщила о влиянии сортов. Более того, они подтвердили, что условия окружающей среды являются важным фактором, определяющим накопление антиоксидантов в клубнях картофеля. В дополнение к аскорбиновой кислоте, также глутатион (особенно восстановленный глутатион GSH) способствует детоксикации активных форм кислорода в растительных клетках в рамках цикла Фойера-Холливелла-Асада. Что касается фракций глутатиона, то различий между производственными системами обнаружено не было. Это свидетельствует о том, что происходящий умеренный стресс при органическом земледелии способствовал только синтезу аскорбиновой кислоты. Сравнение мест выращивания показало более высокое содержание общего глутатиона в клубнях из Радзикува по сравнению с Богучавой и Хваловицей из-за более высокого содержания в обеих фракциях, GSH и GSSG. Существуют также различия между сортами: Cv. Jelly и клон 13-VIII-60 характеризовались более высоким содержанием глутатиона, чем клон 13-VIII-27. Это может свидетельствовать о генетической предрасположенности. Дальнейшие различия были обнаружены в содержании лимонной кислоты, которая ингибирует процессы потемнения в клубнях картофеля. Сообщается о более высоких концентрациях клубней, выращенных в интегрированном производстве, особенно в тех, которые производятся в Мелохове. Эти результаты могут указывать на то, что лимонная кислота действует как антиоксидант в клубнях картофеля в первой линии, чтобы противостоять абиотическому стрессу и процессам обесцвечивания. Наибольшие различия в качестве выявлены по содержанию лимонной кислоты у исследуемых сортов, что свидетельствует о различной восприимчивости клубней к процессам потемнения [22]. Наибольшие количества выявлены у клонов 13-VIII-50 и 13-VIII-10 (менее восприимчивых к процессам потемнения) по сравнению с клоном 13-VIII-60, а также у cvs Jelly, Satina и Tajfun (более восприимчивых к процессам потемнения). В качестве комбинированного значения антиоксидантных свойств антиоксидантная активность, измеренная как FRAP в клубнях картофеля, выращенных органическим способом, была значительно выше, чем у клубней, выращенных интегрированным способом; различия между Хваловице и Молоховом были особенно заметны. Настоящий результат подтверждает Grudzińska et al. [4], хотя Lombardo et al. [11] не удалось обнаружить влияния системы культивирования на уровень антиоксидантной активности в результате совместного вклада нескольких антиоксидантных соединений (в том числе аскорбиновой кислоты и некоторых фенолов). Кроме того, в настоящем исследовании не удалось обнаружить статистически значимых различий между исследуемыми клонами и сортами; восстановительная антиоксидантная сила ионов железа колебалась в пределах 13,0–17,8 ммольFe2+ кг-1. Кроме того, величина FRAP положительно коррелировала с более высоким содержанием хлорогеновой кислоты, общих фенолов, процентного соотношения хлорогеновой кислоты к общим фенолам и процентного соотношения окисленного глутатиона GSSG к общему глутатиону. Наиболее сильные корреляции были обнаружены в случаях хлорогеновой кислоты (r = 0,590**) и процентного содержания хлорогеновой кислоты к общему количеству фенолов (r = 0,565**). На антиоксидантную способность FRAP клубней отрицательно влияло увеличение содержания общих фенолов, кроме хлорогеновой кислоты, лимонной кислоты, общего глутатиона, а также обеих его фракций (GSH и GSSG) и увеличение коэффициента GSH к GSSG, а также процента GSH к общему глутатиону. Наиболее сильные отрицательные зависимости наблюдались для GSH (r= -0,692**), %GSH (r= -0,674**), общего глутатиона (r= -0,652**) и коэффициента GSH/GSSG (r = -0,629**). Таким образом, можно сделать вывод, что повышение антиоксидантных свойств клубней картофеля в первую очередь сочетается с фракциями глутатиона и содержанием хлорогеновой кислоты.

В случае такого количества различных клонов и сортов, выращенных в большом разнообразии различных условий окружающей среды и на основе такого количества качественных свойств клубней, трудно выработать четкое утверждение, какой сорт и система производства лучше по отношению к определенной местности (зависит от типа почвы и местного климата). Однако общей проблемой является характеристика сорта по нескольким свойствам, поскольку такая оценка носит многомерный характер. Знание о взаимосвязи нескольких признаков имеет решающее значение для четкой постановки вопроса, в результате чего возникает проблема определения наиболее подходящей комбинации [29]. Для решения этой проблемы важно стандартизировать различные свойства, что позволяет проводить эффективное сравнение. Обычно такой метод многомерного сравнительного анализа (МКА) используется в экономике, например, для оценки запасов или компаний. С помощью MCA можно было бы доказать, что органическое земледелие в целом благоприятствует синтезу антиоксидантных соединений в клубнях картофеля, что подтверждает Lombardo et al. [11, 37] и Грудзиньска и др. [4]. Однако различия, хотя и существенные, невелики. Можно выделить две группы мест произрастания, где Богучвала (интегрированная) и Хваловице (органическая) были более пригодны для производства картофеля по экологическим причинам, не зависящим от производственной системы. Особый интерес для будущей селекции представляет ранжирование хорошо зарекомендовавших себя сортов и новых выведенных клонов, которые должны характеризоваться более высоким содержанием оздоровительных соединений. Независимо от местности, системы производства и года эксперимента лучшими сортами были среднеранние ‘Сатина’ и среднепоздние ‘Желе’, оба от немецких селекционеров. Оба характеризуются низкими требованиями к N-удобрению (около 100 кг Н га-1 [41]) и средней восприимчивостью к абиотическому стрессу. Удивительно, но cv. Tajfun был оценен хуже, чем другие cvs, хотя он рекомендуется для органического земледелия из-за небольших экологических требований и устойчивости к вредителям. Основным различием между тремя сортами была более высокая потребность cv в удобрениях. Tajfun (рекомендуемая N доза 120 кг га-1 [41]).

Новые выведенные клоны ТГ-97-403 и 13-VIII-45 характеризовались значительно худшей продукцией антиоксидантов. Эти клоны все еще изучаются на предмет их пригодности для различных производственных систем, особенно для органического земледелия. В первой линии они были разработаны для более высокого содержания каротиноидов [29]. Это не обязательно приводит в то же время к стабильной или соответствующей акклиматизации к различным условиям выращивания и в целом к высокой продукции антиоксидантов.

Для тетраплоидной селекционной линии ТГ-97-403 характерен вклад Solanum phureja в ее родословную (около 15,6%), который был выбран за более высокую устойчивость к Phytophthora infestans и более высокое содержание каротиноидов в клубнях. Клон 13-VIII-45 имел в качестве исключения одного пыльцевого родителя и одного семенного родителя, оба с высоким содержанием каротиноидов в клубнях (другие клоны имели семенных родителей с низким содержанием).

Эта выраженная характеристика может негативно влиять на общую выработку различных антиоксидантов. Однако эта реакция роста показывает, что теоретически высокий генетический потенциал не обязательно должным образом реализуется при различных реалистичных условиях выращивания. Из новых селекционных линий клоны 13-VIII-49, 13-VIII-50 и 13-VIII-60 оцениваются как очень перспективные по содержанию антиоксидантных соединений. Клоны ТГ-97-403, 13-VIII-45, 13-VIII-27 и 13-VIII-10 не являются удовлетворительными для укрепления здоровья.