Наследование интенсивности окраски мезокарпия в плодах томата у среднеплодных гибридов

Технология выращивания гибридов томата в условиях светокультуры предполагает круглогодичное использование тепличных комплексов [1]. Средняя урожайность томата в таких условиях достигает 90–100 кг/м², а у среднеплодных гибридов этот показатель может быть и больше [2].

Современная селекционная работа со среднеплодными гибридами томатов сфокусирована на улучшение их вкусовых качеств, поскольку данный параметр стал критическим фактором рыночной конкуренции. Ключевым компонентом, определяющим вкусо-ароматический профиль плода, является комплекс сухих веществ. Их количественный и качественный состав напрямую влияет на такие характеристики, как сладость, насыщенность вкуса и общее впечатление от потребления. Основную долю в составе сухих веществ занимают растворимые сахара, преимущественно представленные глюкозой, фруктозой и, в меньшей степени, сахарозой. Согласно исследованиям А. В. Куземенского [3], концентрация растворимых сахаров в плодах томата варьирует в диапазоне от 2,81 до 8,41%. При этом селекция направлена не только на увеличение общего содержания сухих веществ и сахаров, но и на оптимизацию их соотношения с органическими кислотами, что является ключом к формированию гармоничного и сложного вкуса.

Помимо растворимых сахаров, важнейшим компонентом, напрямую связанным со вкусовыми и питательными свойствами, является комплекс каротиноидных пигментов, определяющих цвет мякоти плода, – ликопина и β-каротина [4, 5]. Естественное изменение цвета плодов томата при созревании обусловлено деградацией хлорофилла и биосинтезом каротиноидных пигментов за счет перехода хлоропластов в хромопласты. Непосредственно интенсивность окраски мякоти связана с аккумуляцией ликопина – в плодах именно он имеет максимальную концентрацию (80–90% от общего содержания каротиноидов), тогда как доля β-каротина составляет 5–10%. Накапливаясь в основном на стадии темно-красного цвета, в среднем его концентрация находится на уровне 2,6 мг/100 г [6–8].

Интенсивность окраски мезокарпия (мякоти) плодов – важный качественный показатель, на который в настоящее время ориентируется конечный потребитель. За счет повышенного содержания каротиноидов такие плоды имеют более привлекательный внешний вид и обладают высокими органолептическими свойствами.

Содержание ликопина в плодах с яркой мякотью в 1,5–3 раза больше, нежели в плодах стандартной продукции [9]. Концентрация и соотношение этих пигментов определяют выраженность признака «яркая мякоть» (Internal Red) [6, 7]. В настоящее время наследование яркой окраски мякоти плода остается малоизученным, что актуализирует задачу понимания генетических механизмов контроля этого ценного качества при создании высокопродуктивных гибридов с насыщенным оттенком мезокарпия. Таким образом, создание новых среднеплодных гибридов томата, сочетающих в себе высокую продуктивность, привлекательный внешний вид, яркую, интенсивно окрашенную мякоть и адаптированных к условиям светокультуры, представляет собой актуальное направление в современной селекции.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучение среднеплодных гибридов F₁ томата с различной окраской мякоти плодов в условиях искусственного досвечивания, идентификация ключевых компонентов, влияющих на цвет, и определение типа наследования признака «интенсивность яркости мякоти».

УСЛОВИЯ, МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Исследования проводились на базе СЦ ООО НПО «Гавриш», расположенного в Крымском районе Краснодарского края, в условиях теплицы V поколения с системой искусственного досвечивания и регулируемым микроклиматом.

Объектом исследования стали красноплодные гибриды F1 томата (Solanum lycopersicum L.) селекционной фирмы «ГАВРИШ». Материал был отобран в 2022–2023 годах на участке первичного сортоиспытания на основе комплекса хозяйственно ценных признаков. В качестве стандартов использовали гибриды зарубежной селекции F1 Bountice (De Ruiter Seeds) с насыщенной окраской мякоти и F1 Сантиана (Rijk Zwaan) со стандартным цветом мякоти.

Томат выращивали рассадным методом. Посев проводился в первой декаде августа, пикировка – на стадии формирования второго настоящего листа, через 5–8 дней после появления первых всходов. По мере достижения рассады 6–7 настоящих листьев (30–35 дней от посева) осуществлялась высадка растений на постоянное место в теплицу с системой автоматического регулирования микроклимата Ultra Clima. Интенсивность и продолжительность досвечивания варьировали в зависимости от стадии развития растений и естественного светового дня: для рассады – 7–8 тыс. люкс, для взрослых растений – около 15 тыс. люкс при фотопериоде 18 часов.

В качестве грунта использовался кокосовый субстрат фирмы Speland. Уход за растениями осуществлялся согласно общепринятой агротехнологии для индетерминантных томатов в условиях искусственного досвечивания.

Однофакторный опыт был заложен репрезентативно в 2 повторностях по 12 растений, с размещением вариантов в систематическом порядке. Плотность посадки составляла 3 растения/м², сформированных в один стебель, площадь учетной делянки – 4 м2.

Исследования и ботанико-морфологическое описание проводились согласно «Методическим указаниям по селекции сортов и гибридов томата для открытого и защищенного грунта» [10] и «Методическим основам селекции растений» [11].

Учет урожая проводили при появлении первых зрелых плодов с последующей регистрацией 2 раза в неделю в соответствии с ГОСТ [12]. Плоды с каждой повторности собирали отдельно. Все данные фиксировали в селекционном журнале, отмечая дату сбора, количество и массу стандартной и нестандартной продукции. Статистическую обработку данных осуществляли с использованием Microsoft Office 2013 и Statistica 9.0.

Фенологические и биометрические измерения выполняли систематически по методике государственного сортоиспытания [13, 14].

С целью создания среднеплодных гибридов томата с насыщенной окраской мякоти изучены 86 родительских линий, из которых отобраны 25, сочетающих высокую продуктивность, устойчивость к заболеваниям и оптимальные биометрические показатели. Доноры яркой мякоти использовались как в качестве материнских, так и в качестве отцовских форм. Всего получено 78 гибридов F1 с различной окраской мякоти.

Для упрощения и повышения точности определения яркости мякоти плодов в полевых условиях разработана шкала интенсивности пигментации мезокарпия (мякоти). Оценку осуществляли как визуально (в баллах), так и с помощью колориметра Линшан (отношения числовых показателей яркости a/b; модель – LS171, страна-производитель – Китай, Евротест (СЕ)). Разработанная шкала представляет собой набор эталонных образцов мякоти с различной степенью выраженности окраски, что позволяет проводить визуальную оценку и классифицировать мезокарпий по трем уровням пигментации.

1 балл – минимальная, светлая окраска мякоти плода;

2 балла – средняя, окрашенная мякоть плода;

3 балла – интенсивная, яркая окраска мякоти плода.

Для этого плоды исследуемых родительских линий и гибридов F1, полученных в результате их скрещиваний, были разрезаны и оценены. Корреляционный анализ между визуальной оценкой насыщенности окраски мякоти и показателями, регистрируемыми колориметром, подтвердил объективность данного метода, демонстрируя прямо пропорциональную зависимость. Разработанная методика направлена на повышение объективности и сопоставимости результатов исследований в полевых условиях.

Определение биохимических параметров выполнено на кафедре физиологии и биохимии растений Кубанского ГАУ в лабораторных условиях. Пробы отбирали в фазе полной биологической спелости [9].

Содержание сахаров определяли по Бертрану (ГОСТ 8756.13-87) [14], растворимые сухие вещества – рефрактометрически (ATAGO PAL-1, Япония), общую кислотность – по ГОСТ 25555.0-82 [16] в пересчете на лимонную кислоту.

где F1 – значение показателя у гибрида, Рл – значение лучшего родителя исследуемого гибрида.

Статистическую обработку данных проводили по Б. А. Доспехову с использованием Microsoft Excel [10].

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Для установления наследования признака насыщенной окраски мякоти плодов у гибридов F1 томата было проведено исследование их родительских линий. При этом для получения репрезентативных данных использовался комбинированный подход, включающий как инструментальные колориметрические измерения, так и балльную оценку интенсивности пигментации. Стоит отметить, что повторяющиеся родительские компоненты были исключены из общего массива данных. Результаты исследований представлены в таблице 1.

Определение биохимических параметров показало, что содержание сухих веществ в плодах родительских линий было в диапазоне от 3,1% у ♂к-2665/22 до 5,1% у ♀к-6817/23.

Концентрация ликопина в материнских линиях была в диапазоне от 4,3 мг/100г (♀к-6746/23) до 13,5 мг/100 г (♀к-4146/22), в отцовских – от 4,6 мг/100 г (♂к-4183/23) до 8,9 мг/100 г (♂к-6746/23).

Анализ визуальной оценки яркости мякоти плодов выявил, что у 89% материнских линий преобладала интенсивная окраска (3 балла), и лишь 11% имели стандартный цвет (1 балл). В свою очередь, 45% отцовских форм имели интенсивную пигментацию мезокарпия (3 балла), у 22% прослеживался средний окрас (2 балла) и у 33% – наблюдался стандартный оттенок (1 балл).

Данные колориметрической оценки насыщенности окраса мякоти материнских линий находились в диапазоне от 1,3 до 8,7 (max – ♀к-4146/22, ♀к-4148/23 и ♀к-6777/23, min – ♀к-6746/23). Значения отцовских линий изменялись от 1,5 до 6,1 (max – ♂к-4146/22, ♂к-6777/23, min – ♂к-4183/23, ♂к-2665/22, ♂к-4154/23).

Концентрация сахаров в плодах родительских линий томата имела широкий диапазон числовых значений и колебалась в пределах от 2,5% до 4,7% в материнских формах (средние значение – 3,8%) и от 1,8% до 4,1% в отцовских линиях (средние значение – 3,3%).

Исследование общей кислотности показывает, что диапазон числовых значений в материнских линиях изменялся от 46,3 мэкв/л до 63,4 мэкв/л со средним значением равном 55,2 мэкв/л.

В свою очередь, показатели отцовских форм варьировали от 32,8 мэкв/л до 69,2 мэкв/л при среднем значении – 53,4 мэкв/л.

Средняя концентрация β-каротина в плодах материнских линий томата была в пределах 1,6 мг/100 г (max значение зафиксировано у ♀к-4146/22 – 2,4 мг/100 г, min – у ♀к-6746/23 – 1,1 мг/100 г), в отцовских линиях – 1,3 мг/100 г (max ♂к-6817/23 и ♂к-6746/23 – 1,7 мг/100 г, min – ♂к-2665/22 – 0,9 мг/100 г).

Анализ корреляционной зависимости родительских линий подтвердил, что интенсивность окраски мякоти плодов, выраженная колориметрическим индексом a/b, преимущественно определяется концентрацией ликопина. Данное предположение подтверждается наличием сильной положительной корреляционной связи: коэффициент корреляции Спирмена между содержанием ликопина и значением a/b для родительских линий составил 0,71.

Концентрация сухих веществ и β-каротина играет важную, но менее значимую роль в формировании цвета мякоти. Это подтверждают умеренные положительные корреляционные зависимости между этими показателями и колориметрическим индексом a/b у гибридов F1 и их родителями (r=0,47 и r=0,32 соответственно). В свою очередь, анализ корреляции между колориметрическими данными и концентрацией сахаров установил слабую отрицательную связь (r=-0,06), что может говорить об отсутствии физиологического взаимодействия между накоплением сахаров и синтезом пигментов в изученных образцах.

В рамках экспериментальной работы проведена комплексная оценка интенсивности окраски мякоти плодов и биохимических показателей у гибридов F1 томата (таблица 2). Несмотря на принципиальное различие в методах сравнительного анализа – визуального (органолептического) и колориметрического (инструментального) – они демонстровали существенную зависимость друг от друга.

Визуальная оценка, выраженная в баллах, базируется на сенсорном восприятии человека и позволяет быстро сгруппировать образцы по категориям качества. В эксперименте гибриды были подразделены на три группы: с яркой (3 балла, 47% образцов), средней (2 балла, 26,5% образцов) и стандартной (1 балл, 26,5% образцов) окраской. Однако визуальный метод имеет существенные ограничения, связанные с его субъективностью и пороговой чувствительностью цветового восприятия.

Колориметрический метод оперирует безразмерным коэффициентом a/b, представляющим собой отношение интенсивности красного спектра к синему и зеленому (цветовая модель RGB). Этот показатель обеспечивает непрерывную шкалу измерения и высокую разрешающую способность, что подтверждается значениями наименьшей существенной разницы (НСР05 = 1,1). По интенсивности окраски мякоти колориметрия выявляет скрытую гетерогенность внутри визуально однородных групп. Например, в группе, оцененной визуально с яркой окраской мезокарпия (3 балла), инструментальные значения варьируют от 3,7 у образца F1 к-6762/23 до 6,2 у F1 к-4146/23.

Статистический анализ выявил сильную положительную корреляцию (r=0,83) между результатами балльной оценки и объективными колориметрическими измерениями. Данная зависимость подтверждается четкой градацией значений индекса a/b в соответствии с визуальными группами: гибриды с оценкой 3 балла демонстрировали диапазон a/b от 3,7 до 6,2; образцы с оценкой 2 балла – от 2,3 до 3,4; а гибриды с оценкой 1 балл – от 1,1 до 1,9.

Однако сопоставление данных также выявляет зону неопределенности визуального метода на границах градаций. Так, образец F1 к-4193/23 из группы со средней окраской (2 балла) имеет значение a/b 3,2, приближающееся к нижней границе «яркой» группы. Это указывает на то, что порог перехода от средней к яркой окраске лежит в районе значений a/b около 3,5, однако из-за ступенчатости балльной шкалы этот нюанс нивелируется.

Установленная надежность методики позволила провести анализ взаимосвязи между показателем «яркая мякоть плода» и биохимическим составом.

Согласно полученным данным, выявлена выраженная вариабельность по содержанию сухих веществ, среди изученных гибридов: максимальное значение (4,6%) зафиксировано у гибрида F1 к-6777/23, минимальное (3,3%) – у F1 к-6746/23. Разделение материала по группам пигментации показало четкую градацию данного показателя: в группе с интенсивной окраской среднее содержание сухих веществ составило 4,3%, в группе со средней окраской – 4,1%, тогда как в группе со стандартной окраской данный параметр не превышал 3,5%.

Корреляционный анализ подтвердил наличие сильной положительной связи (r=0,74) между содержанием сухих веществ и колориметрическими показателями, что согласуется с данными, полученными Liana Maria Alda et al. (2009) и А. Б. Куриной с соавт. (2021) [4, 16], которые также отмечают прямую зависимость между интенсивностью окраски мезокарпия и биохимическим составом плодов.

В совокупности проведенный анализ позволяет заключить, что колориметрический индекс a/b служит надежным индикатором не только визуальной привлекательности, но и общей биохимической ценности плода, что делает его незаменимым инструментом при отборе генотипов с высоким качеством плодов для селекционных программ.

Показатель общей кислотности изменялся в пределах от 72,2 мэкв/л до 41,5 мэкв/л. Средние значения данного параметра в группе с яркой окраской мякоти находилось на уровне 66,5 мэкв/л, наибольшее показатель прослеживается у F1 к-6762/23 (72,2 мэкв/л.); в группе со средним цветом мякоти – 62,9 мэкв/л (max значение у F1 к-4193/23 – 69,8 мэкв/л); в группе со стандартным цветом – 56,2 мэкв/л (max значение у F1 к-6746/23 – 66,5 мэкв/л.). Показатели общей кислотности, так же, как и концентрация сухого вещества, снижались в зависимости от интенсивности пигментации мякоти плода.

Значение корреляции в этом случае составило r=0,50, что говорит об умеренно положительной связи. Максимальное значение концентрации сахаров зафиксировано у гибрида F1 к-4146/23 – 3,7%, минимальное – у гибрида F1 к-6746/22 – 2,1%. Так, в первом кластере среднее значение данного показателя находилось на уровне 3,5%, во втором – 3,4%, в третьем – 2,5%. Корреляционный анализ выявил сильно положительную связь между содержанием сахаров и колориметрическими показателями яркости мякоти (r=0,70).

Содержание β-каротина в исследуемых гибридах находилось в диапазоне от 1,2 мг/100 г до 2,6 мг/100 г. Максимальное значение наблюдалось у гибрида F1 к-6817/23 и превысило показатель стандарта на 1,0 мг/100 г, минимальное – F1 к-2665/22. Корреляционный анализ выявил умеренно положительную связь между данным показателем и колориметрическими данными яркости мякоти (r=0,45).

Результаты биохимического анализа показали, что группа красноплодных кистевых томатов с яркой окраской мякоти плодов (3 балла) имела максимальные числовые показатели концентрации ликопина (от 9,5 мг/100 г до 14,5 мг/100 г) и колориметрических измерений (3,7–6,2). Наивысшие значения наблюдались у гибрида F1 к-4146/23.

Диапазон числовых значений содержания ликопина в гибридах F1 со средним окрасом мякоти (2 балла) находился в пределах от 7,7 мг/100 г до 9,4 мг/100 г, данные колориметра варьировались от 2,3 до 3,4. Максимальное значение было зафиксировано у гибрида F1 к-2745/22. Кластер гибридов F1 со стандартным цветом мякоти (1 балл) имел как минимальные значения ликопина (5,3–6,5 мг/100г), так и данные колориметра (1,1–1,9). Стоит отметить гибрид F1 к-4183/23, выделившийся на основании данных измерений.

Результаты корреляционного анализа демонстрируют тесную положительную связь между уровнем ликопина в образцах плодов томата и значениями, полученными с помощью колориметрии (r=0,92). Для установления типа наследования признака насыщенной окраски мякоти и оценки величины эффектов гетерозиса (истинного гетерозиса, или гетеробельтиоза) проведено исследование, результаты которого представлены в таблицах 3 и 4.

Анализ эффектов гетерозиса по содержанию ликопина и колориметрическому показателю a/b у изучаемых гибридов F1 в сравнении с их родительскими формами позволяет сделать ряд важных выводов о характере наследования этого признака и их связью с итоговой визуальной оценкой гибридов.

Высокие визуальные оценки яркости мякоти у гибридов (3 балла) не всегда коррелируют с проявлением гетерозиса по содержанию ликопина. В группе с яркой окраской наблюдается разнонаправленный характер наследования: у гибридов F1 Кречет (к-4146/22), F1 к-6762/23, F1 к-6764/23, и F1 к-6777/23 зафиксирован положительный эффект гетерозиса по содержанию ликопина (7,4%, 6,3%, 17,9% и 5,5% соответственно), что указывает на возможность получения форм, превосходящих лучшего родителя по данному биохимическому показателю. Однако у других гибридов этой же группы, например у F1 к-4148/23, F1 к-6817/23 и F1 к-2657/22 наблюдается депрессия признака (отрицательный гетерозис: -18,1%, -5,3% и 21,9% соответственно). Это свидетельствует о том, что для достижения максимальной визуальной яркости (3 балла) критически важным является не абсолютное доминирование по ликопину, а скорее достижение определенного порогового уровня его содержания и, возможно, оптимального соотношения с другими пигментами, поскольку даже при снижении содержания ликопина относительно среднего родительского показателя гибриды сохраняли высший визуальный балл.

Анализ гетерозиса по колориметрическому показателю a/b установил, что практически у всех гибридов (за исключением F1 к-6817/23), наблюдается резко отрицательный эффект гетерозиса по этому признаку. Так, у гибридов F1 к-2657/22, F1 к-6777/23, F1 к-4148/23 с яркой окраской гетерозис составил -46,5%, -43,7% и -39,1% соответственно. Это означает, что значение индекса a/b у гибридов в подавляющем большинстве случаев значительно ниже, чем среднее арифметическое значение лучшего из родителей. Единственным исключением является гибрид F1 к-6817/23, который показал положительный гетерозис по показателю a/b (+8,2%). Представленные результаты указывают на сложный характер наследования колориметрического показателя, который, вероятно, определяется не только суммарным содержанием ликопина, но и взаимодействием с другими каротиноидами, приводящими к нелинейному суммированию родительских признаков у потомства, что требует дальнейшего изучения для более четкого понимания и диагностики.

Анализ гибридов со средней и стандартной окраской мякоти выявляет еще более глубокую депрессию по изучаемым признакам. В группе со средней окраской (2 балла) все гибриды демонстрируют отрицательный гетерозис как по ликопину (от -22,2% до -30,7%, за исключением F1 к-4193/23 с околонулевым значением 1,1%), так и по колориметрии (от -29,2% до -54,9%).

Особый интерес представляет гибрид F1 к-4154/23, родители которого контрастны по окраске: мать имеет 3 балла и высокий a/b (5,1), а отец – 1 балл и низкий a/b (1,5). Гибрид F1 занял промежуточное положение (2 балла, a/b=2,3), однако с сильным отрицательным гетерозисом. В группе гибридов со стандартным цветом (1 балл) отмечается экстремально высокая степень депрессии по содержанию ликопина: значения гетерозиса колеблются от -29,2% у F1 к-6746/23 до -54,3% у F1 к-2667/22. По колориметрическому показателю ситуация аналогична: отрицательный гетерозис достигает -73,8% у F1 к-2667/22. Данная группа гибридов стабильно демонстрирует слабую экспрессию признаков, связанных с окраской и синтезом ликопина, значительно уступая родителям.

Все это еще раз подчеркивает, что визуальная оценка интегрирует более широкий комплекс признаков, чем простое соотношение a/b. Данные таблицы 3 демонстрируют, что наследование колориметрического показателя a/b носит преимущественно депрессивный характер (отрицательный гетерозис) даже в тех комбинациях, где по содержанию ликопина наблюдается положительный гетерозис.

Эффекта гетерозиса как по значениям колориметра, так и по содержанию ликопина не наблюдается. Это может указывать на преимущественно рецессивный тип наследования признака яркой окраски мякоти плодов томата.

ВЫВОДЫ

Выявлены гибриды F1 томата, сочетающие интенсивную окраску мякоти и визуальную яркость (3 балла) с высокими биохимическими показателями: F1 Кречет (к-4146/23) (ликопин 14,5 мг/100 г, a/b = 6,2), F1 к-6777/23 (ликопин 11,5 мг/100 г, a/b = 4,9) и F1 к-6817/23 (уникален положительным гетерозисом по a/b +8,2%).

В результате проводимых исследований установлено, что доминирующим пигментом, определяющим интенсивность окраски мякоти, является ликопин (корреляция с показателями a/b у гибридов F1 r=0,92). Содержание сухих веществ также тесно связано с цветом (r=0,74), что подтверждает сопряженность пигментации мезокарпия с общей биохимической ценностью плода. Концентрация сахаров коррелирует с цветом на уровне r=0,70, а β-каротина – умеренно (r=0,45), общая кислотность проявляет умеренно положительную связь (r=0,50).

Определено, что признак яркой мякоти плодов томата имеет сложный, часто рецессивный тип наследования. В некоторых случаях возможно не полное доминирование этого признака. Анализ результатов гетерозиса выявил возможность получения гибридов томата, превосходящих лучшего из родителей по содержанию ликопина (н-р, F1 к-2657/22, F1 Кречет (к-4146/23) и др.). Также позволил установить, что на формирование цвета влияет не абсолютное доминирование по ликопину, а приближение к пороговому уровню его содержания в совокупности с соотношением с другими пигментами.

Авторы: Мария Сергеевна Схинас, научный сотрудник НПО «ГАВРИШ»
Татьяна Александровна Редичкина, к. с.-х. н., директор НИИСОК
Григорий Леонидович Зеленский, д. с.-х. н., профессор кафедры генетики, селекции и семеноводства КубГАУ