Влияние ионизирующего излучения на ферментативную активность клубней картофеля

Введение: В Российской Федерации потери картофеля при хранении достигают 14 % от объёма урожая, что обусловлено прорастанием и нарушением биохимического баланса клубней. Использование ионизирующего излучения признано эффективным методом ингибирования прорастания, однако его влияние на ферментативную активность и белковый профиль клубней недостаточно изучено.

Цель: Оценить влияние тормозного излучения в дозах 50–150 Гр (рекомендованных МАГАТЭ) на механическую прочность, белковый состав и активность ферментов антиоксидантной системы и обмена веществ в клубнях картофеля.

Материалы и методы: Объектом исследования были клубни картофеля сорта «Ред Скарлетт». Использовали тормозное излучение (10 МэВ), дозы 0, 50, 100 и 150 Гр. Измеряли твёрдость (пенетрометрия), проводили высаливание белков сульфатом аммония, определяли содержание общего белка (метод Лоури), а также активность кислой фосфатазы и каталазы (спектрофотометрически и титриметрически).

Результаты: Установлено увеличение твердости клубней при дозе 150 Гр на 34 % по сравнению с контролем. При 100 Гр масса белковых осадков достигала максимума, превысив контроль в 8,8 раз. При 150 Гр количество общего белка превышало контроль в 6,6 раз. Активность кислой фосфатазы возрастала до 2,8 раза при 100 Гр, после чего снижалась. Активность каталазы увеличивалась с ростом дозы и достигала максимума при 150 Гр (в 2,14 раза выше контроля).

Выводы: Полученные результаты подтверждают чувствительность метаболических и структурных параметров картофеля к дозам ионизирующего излучения и демонстрируют потенциал применения облучения в технологии хранения.

1. Алимов, А. С., Близнюк, У. А., Борщеговская, П. Ю., Варзарь, С. М., Еланский, С. Н., Ишханов, Б. С., Литвинов, Ю. Ю., Матвейчук, И. В., Николаева, А. А., Розанов, В. В., Студеникин, Ф. Р., Черняев, А. П., Шведунов, В. И., & Юров, Д. С. (2017). Применение пучков ускоренных электронов для радиационной обработки продуктов питания и биоматериалов. Известия Российской Академии Наук. Серия Физическая, 81(6), 819–823. https://doi.org/10.7868/S0367676517060035

2. Баврина, А. П., & Борисов, И. Б. (2021). Современные правила применения корреляционного анализа. Медицинский альманах, (3), 70–79.

3. Ким, В. В., Галактионова, Е. А., & Антоневич, К. В. (2020). Продовольственные потери и пищевые отходы на потребительском рынке РФ. Международный cельскохозяйственный журнал, 63(4), 1. https://doi.org/10.24411/2588-0209-2020-10191

4. Костерина, В. В. (2016). Каталаза как представитель биологических катализаторов и ее активность в разных сортах картофеля. Вестник Совета молодых учёных и специалистов Челябинской области, 1(4), 30–33.

5. Мальцев, С. В., Андрианов, С. В., Князева, Е. В., & Тимошина, Н. А. (2022). Эффективность гамма-облучения при хранении продовольственного и предназначенного для переработки картофеля. Картофель и овощи, 6, 34–37. https://doi.org/10.25630/PAV.2022.90.62.006

6. Отмахова, Ю. С., Девяткин, Д. А., Крескин, А. Д., & Усенко, Н. И. (2020). Анализ научного и патентного ландшафтов современных радиационных технологий облучения пищевых продуктов и сырья. Информационное общество, 1, 57–70.

7. Панов, А. В., & Козьмин, Г. В. (2025). Создание международной системы обучения и профессиональной подготовки специалистов в области агроядерных технологий. Известия высших учебных заведений. Ядерная энергетика, 1, 175–188. https://doi.org/10.26583/npe.2025.1.13

8. Рубин, Б. А., & Метлицкий, Л. В. (1959). Изучение действия ионизирующих излучений на обмен веществ клубней картофеля в связи с проблемой его круглогодового хранения. Получение и применение изотопов (с. 374–386). Издательство Главного управления по использованию атомной энергии при Совете Министров СССР.

9. Afify, A. E. M. R., El-Beltagi, H. S., Aly, A. A., & El-Ansary, A. E. (2012). Antioxidant enzyme activities and lipid peroxidation as biomarker compounds for potato tuber stored by gamma radiation. Asian Pacific Journal of Tropical Biomedicine, 2(3), S1548–S1555. https://doi.org/10.1016/S2221-1691(12)60451-1

10. Afify, A. E. M. R., El-Beltagi, H. S., Aly, A. A., & El-Ansary, A. E. (2012). The impact of γ-irradiation, essential oils and iodine on biochemical components and metabolism of potato tubers during storage. Notulae Botanicae Horti Agrobotanici Cluj-Napoca, 40(2), 129.

11. https://doi.org/10.15835/nbha4028268

12. Akhila, P. P., Sunooj, K. V., Aaliya, B., Navaf, M., Sudheesh, C., Sabu, S., Sasidharan, A., Mir, S. A., George, J., & Khaneghah, A. M. (2021). Application of electromagnetic radiations for decontamination of fungi and mycotoxins in food products: A comprehensive review. Trends in Food Science & Technology, 114(4), 399–409. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2021.06.013

13. Aly, A. A., Maraei, R. W., Sharafeldin, R. G., & Safwat, G. (2023). Yield traits of red radish seeds obtained from plants produced from γ-irradiated seeds and their oil characteristics. Gesunde Pflanzen, 75(5), 2089–2099. https://doi.org/10.1007/s10343-023-00859-8

14. Beyaz, R. (2019). Impact of gamma irradiation pretreatment on the growth of common vetch (Vicia sativa L.) seedlings grown under salt and drought stress. International Journal of Radiation Biology, 96(2), 257–266. https://doi.org/10.1080/09553002.2020.1688885

15. Bisht, B., Bhatnagar, P., Gururani, P., Kumar, V., Tomar, M. S., Sinhmar, R., Rathi, N., & Kumar, S. (2021). Food irradiation: Effect of ionizing and non-ionizing radiations on preservation of fruits and vegetables – A review. Trends in Food Science & Technology, 114, 372–385. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2021.06.002

16. Dhali, K., Basak, N., & Bhattacharya, S. (2017). Effect of gamma irradiation on potato (Solanum tuberosum L.) tubers influencing post-harvest quality parameters. Journal of Crop and Weed, 13(2), 129–135.

17. Etemadinasab, H., Zahedi, M., Ramin, A. A., Kadivar, M., & Shirmardi, S. P. (2020). Effects of electron beam irradiation on physicochemical, nutritional properties and storage life of five potato cultivars. Radiation Physics and Chemistry, 177(5), 109093. https://doi.org/10.1016/j.radphyschem.2020.10909

18. Godínez-Mendoza, P. L., Rico-Chávez, A. K., Ferrusquía-Jimenez, N. I., Carbajal-Valenzuela, I. A., Villagómez-Aranda, A. L., Torres-Pacheco, I., & Guevara-González, R. G. (2023). Plant hormesis: Revising of the concepts of biostimulation, elicitation and their application in a sustainable agricultural production. Science of the Total Environment, 894, 164883. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.164883

19. Ipatova, V., Bliznyuk, U., Borshchegovskaya, P., Chernyaev, A., Toropygina, A., Kim, V., Nikitchenko, A., Kozlov, A., Yurov, D., Beklemishev, M., Rodin, I., & Kozlova, E. (2025). Assessment of catalase inhibition under e-beam irradiation. International Journal of Molecular Sciences, 26(9), 4358. https://doi.org/10.3390/ijms26094358

20. Jomova, K., Raptova, R., Alomar, S. Y., Saleh, H. A., Nepovimova, E., Kamil, K., & Valko, M. (2023). Reactive oxygen species, toxicity, oxidative stress, and antioxidants: chronic diseases and aging. Archives of Toxicology, 97, 2499–2574. https://doi.org/10.1007/s00204-023-03562-9

21. Kiani, D., Borzouei, A., Ramezanpour, S., Soltanloo, H., & Saadati, S. (2022). Application of gamma irradiation on morphological, biochemical, and molecular aspects of wheat (Triticum aestivum L.) under different seed moisture contents. Scientific Reports, 12(1), 11082.

22. https://doi.org/10.1038/s41598-022-14949-6

23. Kim, J. H. (2025). Radiation hormesis and reactive oxygen species-mediated stress priming in plants. Plant Science: An International Journal of Experimental Plant Biology, 359, 112602. https://doi.org/10.1016/j.plantsci.2025.112602

24. Kumar, S., Bandyopadhyay, N., Saxena, S., Hajare, S. N., More, V., Tripathi, J., Dahia, Y., & Gautam, S. (2024). Differential gene expression in irradiated potato tubers contributed to sprout inhibition and quality retention during a commercial scale storage. Scientific Reports, 14(1), 13484. https://doi.org/10.1038/s41598-024-58949-0

25. Li, X., Luo, L., Karthi, S., Zhang, K., Luo, J., Hu, Q., & Weng, Q. (2018). Effects of 200 Gy 60Co-γ radiation on the regulation of antioxidant enzymes, hsp70 genes, and serum molecules of Plutella xylostella (Linnaeus). Molecules, 23(5), 1011. https://doi.org/10.3390/molecules23051011

26. Liu, H., Xiong, Z., Chen, Q., Wang, L., & Wang, C. (2024). Study on the preservation effect of 60Co-γ ray irradiation on potatoes. Scientific Reports, 14(1), 21811. https://doi.org/10.1038/s41598-024-71151-6

27. Mohamed, E. A., Osama, E., Manal, E., Samah, A., Salah, G., Hazem, K. M., Jacek, W., & Nabil, E. (2021). Impact of gamma irradiation pretreatment on biochemical and molecular responses of potato growing under salt stress. Chemical and Biological Technologies in Agriculture, 8(1), 35. https://doi.org/10.1186/s40538-021-00233-8

28. Musin L., Nigmatullina, L., Laikov, A., Morozov, V., Nizamov, R., Gainullin, R., Vasilevskiy, N., Kamalova, Z., Nefedova. R., & Borisov, D. (2022). Study of the molecular-structural composition of alcoholic extracts of radio-induced potato tubers by mass spectrometry and EPR. Food Chemistry, 396(2), 133665. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2022.133665

29. Nakagawa, S., Ohtani, T., Mizuashi, M., Mollah, Z. U., Ito, Y., Tagami, H., & Aiba, S. (2004). P38 mitogen-activated protein kinase mediates dual role of ultraviolet B radiation in induction of maturation and apoptosis of monocyte-derived dendritic cells. The Journal of Investigative Dermatology, 123(2), 361–370. https://doi.org/10.1111/j.0022-202X.2004.23238.x

30. Nithia, S. M. J., Shanthi, N., & Kulandaivelu, G. (2005). Different responses to UV-B enhanced solar radiation in radish and carrot. Photosynthetica, 43(2), 307–311. https://doi.org/10.1007/s11099-005-0051-9

31. Peng, X., Li, Y., Wang, S., Gao, Y., Lei, X., & Ren, Y. (2025). Electron beam irradiation inhibited potato sprouting by regulating the metabolism of membrane lipid peroxidation and antioxidant. Potato Research, 68, 391–407. https://doi.org/10.1007/s11540-024-09722-3

32. Sarkar, P., & Mahato, S. K. (2020). Effect of gamma irradiation on sprout inhibition and physical properties of Kufri Jyoti variety of potato. International Journal of Current Microbiology and Applied Sciences, 9(7), 1066–1079. https://doi.org/10.20546/ijcmas.2020.907.125

33. Schenk, G., Elliott, T. W., Leung, E., Carrington, L. E., Mitić, N., Gahan, L. R., & Guddat, L. W. (2008). Crystal structures of a purple acid phosphatase, representing different steps of this enzyme's catalytic cycle. BMC Structural Biology, 8(1), 6. https://doi.org/10.1186/1472-6807-8-6

34. Sharma, P., Sharma, S. R., Dhall, R. K., Mittal, T. C., & Kumar, S. (2021). Variation in quality and acceptability of minimally processed garlic in response to γ-irradiation and packaging during refrigerated storage, Radiation Physics and Chemistry, 180, 109193. https://doi.org/10.1016/j.radphyschem.2020.109193

35. Shik, A. V., Skorobogatov, E. V., Bliznyuk, U. A., Chernyaev, A. P., Avdyukhina, V. M., Borschegovskaya, P. Yu., Zolotov, S. A., Baytler, M. O., Doroshenko, I. A., Podrugina, T. A., & Beklemishev, M. K. (2023). Estimation of doses absorbed by potato tubers under electron beam or X-ray irradiation using an optical fingerprinting strategy. Food Chemistry, 414, 135668. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2023.135668

36. Shik, A. V., Sobolev, P. V., Zubritskaya, Y. V., Baytler, M. O., Stepanova, I. A., Chernyaev, A. P., Borschegovskaya, P. Yu., Zolotov, S. A., Doroshenko, I. A., Podrugina, T. A., Bliznyuk, U. A., Rodin, I. A., & Beklemishev, M. K. (2024). Rapid testing of irradiation dose in beef and potatoes by reaction-based optical sensing technique. Journal of Food Composition and Analysis, 127, 105946. https://doi.org/10.1016/j.jfca.2023.105946

37. Soares, I. G. M., Silva, E. B. D., Amaral, A. J., Machado, E. C. L., & Silva, J. M. (2016). Physico-chemical and sensory evaluation of potato (Solanum tuberosum L.) after irradiation. Anais Da Academia Brasileira de Ciencias, 88(2), 941–950. https://doi.org/10.1590/0001-3765201620140617

38. Son, N. A., Nguyet, H. N. T., Minh, S. N. T., Dinh, D. L. D., & Trieu, L. N. (2022). Effects of low energy (160 keV) X-ray on microbial inactivation, sprouting inhibition and genetic variation in potato. Food Bioscience, 47, 101555. https://doi.org/10.1016/j.fbio.2022.101555

39. Van Kooij, J., Leveling, H., & Schubert, J. (1981). Food preservation by irradiation. IAEA Bulletin, 23(3), 33–36.

40. Vyšniauskienė, R., & Rančelienė, V. (2014). Effect of UV-B radiation on growth and antioxidative enzymes activity in Lithuanian potato (Solanum tuberosum L.) cultivars. Zemdirbyste-Agriculture, 101(1), 51–56. https://doi.org/10.13080/z-a.2014.101.007

41. Zaman, U., Khan, S. U., Hendi, A. A., Rehman, K. U., Badshah, S., Refat, M. S., Alsuhaibani, A. M., Ullah, K., & Wahab, A. (2023). Kinetic and thermodynamic studies of novel acid phosphatase isolated and purified from Carthamus oxyacantha. International Journal of Biological Macromolecules, 224, 30–31. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2022.12.025

42. Zhang, D. Q., Mu, T. H., Sun, H. N., Chen, J. W., & Zhang, M. (2017). Comparative study of potato protein concentrates extracted using ammonium sulfate and isoelectric precipitation. International Journal of Food Properties, 20(9), 2113–2127. https://doi.org/10.1080/10942912.2016.1230873

43. Zhang, L., Zheng, F., Qi, W., Wang, T., Ma, L., Qiu, Z., & Li, J. (2016). Irradiation with low-dose gamma ray enhances tolerance to heat stress in Arabidopsis seedlings. Ecotoxicology and Environmental Safety, 128, 181–188. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2016.02.025