The preliminary results of quality assessment of walnut fruits formed in the botanical garden of Samara University using a microfocus X-ray method

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The growing interest in nuts as an undoubted essential component of a healthy diet, widespread in recent years, determines the expansion of nuts world cultivation areas, as well as the volume of seed production received. The reasons ensured the growing popularity of walnut as the oldest culture are not only the pleasant taste of the seeds («kernel»), widely used in food directly and as a component of various products, but also their unique chemical composition, including richness in proteins, vitamins and oil, in which essential polyunsaturated fatty acids are widely presented. The walnut is introduced into territories outside its natural area even now due to efforts of specialists working in the fields of plant introduction and selection as well as amateur enthusiasts who try to grow this valuable crop in their gardens. The introduction of species of Juglans L. genus into the Botanical Garden of Samara University began in the 1930s. As we know one of the goals of making a dendrological collection on the territory of the Samara Region was the introduction of new plant species, including walnut, which has valuable wood and fruits with high nutritional and taste properties, into forest plantations and gardens. The collection of walnut trees was created from seed samples received from various geographical locations (Saratov, Volgograd, Stavropol, Crimea, Ukraine, Moldova, Kyrgyzstan, Uzbekistan, etc.). The large-scale study of walnuts in the Samara (from 1936 to 1992 – Kuibyshev) Region faced climatic difficulties, but was always revived. Currently, the walnut collection contains about 900 specimens of genotypes of various origins, which are natural hybrids on their own roots. As a result of the introduction study of walnuts, extensive material has been collected; it is related to their stress resistance, structural and functional features. The paper presents the results of a preliminary X-ray screening of walnut fruits of the 2021 harvest from the dendrological collection of the Botanical Garden of Samara University, performed for trees of different ages and «genealogy» related to ordinary and accelerated forms of fruiting. The prospects of this research method for assessing the quality of nuts are shown. The dense shell of the seed and the features of its internal structure are not an obstacle to revealing the degree of development of the nucleus. The results obtained open up the possibility of a non-damaging express assessment of the quality of nuts as a specific seed material for the purpose of selection and a detailed study of their structural features.

About the authors

Aleksandr Vladimirovich Pomogaybin

Samara National Research University

Email: botaniksad@yandex.ru

candidate of biological sciences, deputy director of Botanical Garden

Russian Federation, Samara

Polina Vladimirovna Rodionova

Samara National Research University

Email: polina-rodionova-1996@mail.ru

postgraduate student of Ecology, Botany and Nature Protection Department

Russian Federation, Samara

Lyudmila Mikhailovna Kavelenova

Samara National Research University

Author for correspondence.
Email: lkavelenova@mail.ru

doctor of biological sciences, professor, head of Ecology, Botany and Nature Protection Department

Russian Federation, Samara

References

  1. Van der Wall S.B. The evolutionary ecology of nut dispersal // The Botanical Review. 2001. Vol. 67, № 1. P. 74-104.
  2. Стрела Т.Е. Орех грецкий. Киев: Наук. думка, 1990. 192 с.
  3. Pycia K., Kapusta I., Jaworska G., Jankowska A. Antioxidant properties, profile of polyphenolic compounds and tocopherol content in various walnut (Juglans regia L.) varietis // European Food Research and Technology. 2019. Vol. 245. P. 607-616. doi: 10.1007/s00217-018-3184-3.
  4. Bernard A., Lheureux F., Dirlewanger E. Walnut: past and future of genetic improvement // Tree Genetics & Genomes. 2018. Vol. 14, № 1. P. 1-28. doi: 10.1007/s11295-017-1214-0.
  5. Food and Agriculture Organization of the United Nations. FAOSTAT. Crops and livestock products [Internet] // https://www.fao.org/faostat/en/#data/QCL.
  6. Алексеев Ю.Е., Жмылев П.Ю., Карпухина Е.А. Деревья и кустарники. Энциклопедия природы России. М.: Издательство «ABF», 1997. 592 с.
  7. Krist S. Walnut oil // Vegetable Fats and Oils. Springer, Cham, 2020. P. 773-780. doi: 10.1007/978-3-030-30314-3_120.
  8. Fregapane G., Ojeda-Amador R.M., Salvador M.D. Virgin walnut (Juglans regia L.) oil // Fruit oils: chemistry and functionality / ed. M. Ramadan. Springer, Cham, 2019. P. 133-147. doi: 10.1007/978-3-030-12473-1_5.
  9. Гричук В.П. История флоры и растительности Русской равнины в плейстоцене. М.: Наука, 1989. 183 с.
  10. Кузнецова Т.А. Флора верхнеплиоценовых отложений Среднего Поволжья и ее стратиграфическое значение // Труды Казан. фил. АН СССР. Сер. геол. наук. Вып. 10. Казань, 1964. 166 с.
  11. Клоков М.В. Основные этапы развития равнинной флоры европейской части СССР // Материалы по истории флоры и растительности СССР. Вып. 4. М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1963. С. 376-406.
  12. Денисенко Н.П. Исторические этапы развития растительного покрова на территории современного Заволжья и района Самарской Луки // Ботаника и сельское хозяйство: Учёные записки Куйбышевского педагогического института. Вып. 35. Куйбышев, 1961. С. 3-15.
  13. Дорофеев П.И. О плиоценовой флоре Самарской Луки // Доклады АН СССР. 1956. Т. 110, № 4. С. 665-667.
  14. Germain E. Genetic improvement of the Persian walnut (Juglans regia L.) // Acta Horticulture. 1997. Vol. 442. P. 21-31.
  15. McGranahan G., Leslie Ch. Breeding walnuts (Juglans regia) // Breeding Plantation Tree Crops: Temperate Species. Springer Sciences Business Media, 2009. P. 249-273.
  16. Губанов И.А., Крылова И.Л. Дикорастущие полезные растения СССР. М.: Мысль, 1976. 360 с.
  17. Броувер В., Штелин А. Справочник по семеноведению сельскохозяйственных, лесных и декоративных культур с ключом для определения важнейших семян / пер. с нем. В.И. Леунова. М.: Т-во научных изданий КМК, 2010. 694 с.
  18. Биганова С.Г., Сухоруких Ю.И., Луговской А.П. Современные тенденции селекции ореха грецкого в России // Современные проблемы науки и образования. 2015. № 2. С. 531.
  19. Помогайбин А.В. Биоэкологические особенности представителей родового комплекса Орех (Juglans) при интродукции в условиях Среднего Поволжья (г. Самара) // Вестник Самарского государственного университета. Естественнонаучная серия. 2006. № 7 (47). С. 172-176.
  20. Помогайбин А.В. Эколого-биологический анализ результатов интродукционных испытаний видов рода Орех (Juglans L.) в лесостепи Среднего Поволжья: автореф. дис. … канд. биол. наук. Тольятти, 2008. 16 с.
  21. Помогайбин А.В. Итоги интродукции представителей родового комплекса Juglans L. в лесостепи Среднего Поволжья // Проблемы современной дендрологии: мат-лы междунар. науч. конф. М.: Т-во научных изданий КМК, 2009. С. 283-286.
  22. Родионова П.В., Помогайбин А.В., Кавеленова Л.М. Оценка изменчивости показателя содержания липидов в ядре плодов Ореха грецкого (Juglans regia L.) при интродукции в Ботаническом саде Самарского университета // Вестник молодых ученых и специалистов Самарского университета. 2018. № 12. С. 52-56.
  23. Никольский М.А., Грязнов А.Ю., Жамова К.К. Мировой опыт использования интроскопических методов исследования в сельскохозяйственной биологии // Наука. Техника. Технологии (Политехнический вестник). 2015. № 2. С. 137-153.
  24. Архипов М.В., Великанов Л.П., Желудков А.Г., Гусакова Л.П., Алферова Д.В., Потрахов Н.Н., Прияткин Н.С. Возможности биофизических методов в агрофизике и растениеводстве // Биотехносфера. 2013. № 6 (30). С. 40-43.
  25. Архипов М.В., Демьянчук А.М., Гусакова Л.П., Великанов Л.П., Алферова Д.В. Рентгенография растений при решении задач семеноведения и семеноводства // Известия СПбГАУ. 2010. № 19. С. 36-40.
  26. Архипов М.В., Алексеева Д.И., Батыгин Н.Ф. и др. Методика рентгенографии в земледелии и растениеводстве. М.: РАСХН, 2001. 102 с.
  27. Архипов М.В., Потрахов Н.Н. Микрофокусная рентгенография растений. СПб.: Технолит, 2008. 194 с.
  28. Потрахов Н.Н., Труфанов Г.Е., Васильев А.Ю. и др. Микрофокусная рентгенография. СПб.: ЭЛБИ, 2012. 80 с.
  29. Рентгенографический анализ качества семян овощных культур: метод. указания. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2015. 42 с.
  30. Hernandez-Sanchez N., Moreda G.P., Herrero-Langreo A., Melado-Herreros A. Assessment of internal and external quality of fruits and vegetables // Imaging Technologies and Data Processing for Food Engineers. Cham: Springer, 2016. P. 269-309. doi: 10.1007/978-3-319-24735-9_9.
  31. Староверов Н.Е., Грязнов А.Ю., Жамова К.К., Ткаченко К.Г., Фирсов Г.А. Применение метода микрофокусной рентгенографии для контроля качества плодов и семян репродуктивных диаспор // Биотехносфера. 2015. № 6 (42). С. 16-19.
  32. Ткаченко К.Г., Фирсов Г.А., Грязнов А.Ю., Староверов Н.Е. Качество репродуктивных диаспор видов рода Яблоня (Malus Mill.), интродуцированных в Ботаническом саду Петра Великого // Вестник Удмуртского университета. Серия Биология. Науки о Земле. 2015. Т. 25, вып. 4. С. 75-80.
  33. Ткаченко К.Г., Староверов Н.Е., Грязнов А.Ю. Рентгеноскопическое изучение качества плодов и семян // Hortus Botanicus. 2018. Т. 13. С. 52-66.
  34. Землянова В.Е., Жавкина Т.М., Помогайбин А.В., Кавеленова Л.М., Родионова П.В., Розно С.А., Янков Н.В., Потрахов Н.Н. О возможностях экспресс-оценки качества плодов и семян древесных растений с помощью рентгенографического скрининга // Экобиотех 2021: мат-лы VII всерос. конф. с междунар. участием, г. Уфа, 4-7 октября 2021 г. Уфа: УИБ УФИЦ РАН, 2021. С. 207-211.
  35. Kavelenova L., Roguleva N., Yankov N., Ruzaeva I., Pavlova E., Nakrainikova D., Potrachov N. Assessment of the quality of seeds formed in situ and ex situ as a mandatory element of maintaining seed banks of rare plants // E3S Web of Conference, Actual Problems of Ecology and Environmental Management (APEEM 2021). 2021. Vol. 265. doi: 10.1051/e3sconf/202126505012.
  36. Землянова В.Е., Кавеленова Л.М., Накрайникова Д.Д., Павлова Е.А., Помогайбин А.В., Рогулева Н.О., Родионова П.В., Розно С.А., Рузаева И.В., Янков Н.В. К перспективам использования рентгенографической экспресс-оценки качества семян в биомониторинге и сохранении биоразнообразия // Биодиагностика состояния природных и природно-техногенных систем: мат-лы ХIX всерос. науч.-практ. конф. c междунар. участием. Киров, 2021. С. 99-103.
  37. Рогулева Н.О., Янков Н.В. Контроль жизнеспособности семян Murraya paniculata (L.) Jack // Вестник Оренбургского государственного педагогического университета. Электронный научный журнал. 2021. № 3 (39). С. 48-58.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Figure 1 – Structure of world nut production in 2019 (total – 145499566 tons) (built by the authors according to the FAO statistical database [5])

Download (51KB)
Indexing metadata
3. Figure 2 – Dynamics of world walnut production for 1970-2019 (constructed by the authors according to the FAO statistical database [5]). Note. The data signatures at the extreme points reflect the volume of walnut fruits, million tons, in 1970 and 2019, respectively.

Download (46KB)
Indexing metadata
4. Figure 3 – Distribution of the areas occupied by walnut culture by parts of the world in 2019 (constructed by the authors according to the FAO statistical database [5]). Note. For parts of the world, the following are indicated: the area of walnut plantations, ha; a share of the total area, %

Download (27KB)
Indexing metadata
5. Figure 4 – General view of the X-ray installation of the PRDU

Download (25KB)
Indexing metadata
6. Figure 5 – Examples of X–ray images of walnuts: A - seeds with a fully developed kernel, B – seeds with a practical absence or underdevelopment of the kernel. Note. In each pair of images, the first is positive, the second is negative

Download (176KB)
Indexing metadata
7. Figure 6 – A section of the X-ray image of a sample of walnut seeds. The squares mark seeds with varying degrees of underdevelopment of the nucleus

Download (295KB)
Indexing metadata
8. Figure 7 – The proportion of defective seeds in nut samples formed in 2021 by specimens of trees of different planting years

Download (22KB)
Indexing metadata
9. Figure 8 – The proportion of defective walnut seeds among samples from trees of ordinary and early ripening forms

Download (17KB)
Indexing metadata
10. Figure 9 – The proportion of defective walnut seeds in accordance with the genealogy of the trees that formed them

Download (13KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2022 Pomogaybin A.V., Rodionova P.V., Kavelenova L.M.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies