ВЛИЯНИЕ ПРИРОДНО-ГЕОГРАФИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ НА РАСТЕНИЯ КАРЛИКОВЫХ ФОРМ ТОМАТА В СООРУЖЕНИЯХ ЗАЩИЩЕННОГО ГРУНТА РАЗЛИЧНОГО ТИПА

Проблема обеспечения регионов с суровыми природно-климатическими условиями, включая Арктику и Антарктику, свежей качественной растительной продукцией как естественным источником витаминов и других полезных веществ в доступной форме требует инновационного решения. Решением может быть создание высокоэффективных ресурсосберегающих масштабируемых систем с экологически безопасными и малоотходными технологиями выращивания адаптированных культур. В настоящей работе мы впервые выявили влияние природно-географических условий высокогорья, где расположена антарктическая станция «Восток», на рост, развитие, продуктивность и качество плодов у карликовых форм томата. Показана пластичность томата, которая выражалась в получении сходной урожайности за счет изменения числа и массы плодов при выращивании в фитотехкомплексах-оранжереях-1 в разных географических точках: на станции «Восток» в условиях гипобарической гипоксии и на агробиополигоне ФГБНУ АФИ (г. Санкт-Петербург). Условия станции «Восток» в основном не оказывали значимого влияния на качество плодов томата и их элементный состав. Показано, что реализация продукционного потенциала растений была достоверно выше в регулируемых условиях фитотехкомплексов-оранжерей-1 в сравнении с таковой в теплицах с неконтролируемыми условиями световой и воздушной среды. Цель работы — оценить продукционный потенциал карликовых форм томата в системах выращивания разного типа на антарктической станции «Восток» и в европейской части Евразийского континента. Исследования проводили в 2021-2023 годах в жилом помещении площадью 12 м² на антарктической станции «Восток», на специализированном агробиополигоне для выращивания растений с регулируемыми условиями ФГБНУ АФИ (г. Санкт-Петербург), в поликарбонатных теплицах с неконтролируемыми условиями световой и воздушной среды Федерального исследовательского центра Всероссийский институт генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова (ФГБНУ ФИЦ ВИР, г. Пушкин—Санкт-Петербург) и Федерального научного центра овощеводства (ФГБНУ ФНЦ овощеводства, Московская обл.). Объектом служили растения томата Solanum lycopersicum L. var. lycopersicum сортов Наташа и Тимоша селекции ФГБНУ ФНЦ овощеводства. Растения супердетерминантные, с генами карликовости, не требуют пасынкования. В фитотехкомплексе-оранжерее-1 на станции «Восток» и на агробиополигоне ФГБНУ АФИ была реализована разработанная в ФГБНУ АФИ технология культивирования растений на тонкослойном аналоге почв (тонкослойная панопоника). Наряду с тонкослойной панопоникой в фитотехкомплексе-оранжерее-1 на агробиополигоне использовали малообъемную панопонику с наличием в зоне прорастания семян и роста корней небольшого объема (2 л/растение) субстрата на основе верхового торфа низкой степени разложения, размещенного на поверхности гидрофильного материала. В поликарбонатной теплице ФГБНУ ФИЦ ВИР растения томата выращивали в грядах торфяного субстрата Агробалт С. Объем субстрата — 14 л/растение. В поликарбонатной теплице ФГБНУ ФНЦО растения томата выращивали на пятиярусной узкостеллажной гидропонной установке МУГ. В качестве корнеобитаемой среды также использовали торфяной субстрат Агробалт С. Объем торфяного субстрата — 1 л/растение. На протяжении вегетационных периодов проводили фенологические наблюдения. При уборке учитывали высоту растений и показатели продуктивности (масса 1 плода, общее число и общая масса плодов с растения за год). На основе полученных данных рассчитывали урожайность плодов томата (кг/м² в год). Выполняли биохимический анализ плодов. Эксплуатация фитотехкомплекса-оранжереи-1 с реализованной в ней технологией тонкослойной панопоники на станции «Восток» продемонстрировала его высокую эффективность в производстве качественной и безопасной растительной продукции и психологическую значимость для полярников. Растения карликового томата двух сортов, выращиваемые в фитотехкомплексах на станции «Восток» с условиями гипобарической гипоксии, формировали более мелкие плоды, но в существенно большем количестве, чем на агробиополигоне ФГБНУ АФИ с оптимизированными регулируемыми условиями среды обитания растений. При этом достоверных различий в урожайности растений с единицы площади за год, а также в качестве и безопасности плодов не наблюдалось. Адаптация растений томата на станции «Восток» может быть связана с потенциальной устойчивостью культуры томата к условиям высокогорья в силу ее географического происхождения. В то же время по сравнению с условиями в теплицах фитотехкомплексы обеспечивали более полное регулирование среды, что благоприятным значимым образом отражалось на состоянии растений и реализации ими генетически обусловленного продукционного потенциала. В частности, на растениях формировалось существенно большее число плодов. Установлено, что количество субстрата и плотность размещения растений оказывали влияние на элементы продуктивности. Было отмечено формирование плодов наибольшей массы в вариантах с наибольшим объемом торфогрунта (14 л/растение) в теплице ФГБНУ ФИЦ ВИР. У томата обоих сортов, выращенных методом малообъемной панопоники с небольшим количеством субстрата в зоне прорастания семян и размещения корней, по сравнению с растениями, выращенными методом тонкослойной панопоники без торфогрунта в корнеобитаемой зоне, наблюдалась слабая тенденция к увеличению урожайности и составляющих ее структурных элементов.

Ключевые слова: карликовый томат, фитотехкомплекс-оранжерея, антарктическая станция «Восток», агробиополигон ФГБНУ АФИ, теплица, рост, развитие, продуктивность, качество растительной продукции.

Проблема обеспечения населения свежей разнообразной растительной продукцией высокого качества особенно остро стоит в регионах Российской Федерации с неблагоприятным климатом, на которые приходится 88 % территории страны (1). Строительство стандартных тепличных сооружений в суровых условиях становится чрезвычайно затратными из-за необходимости поддержания определенных параметров микроклимата. Возникает потребность в поиске альтернативных решений и разработке инновационных технологий, отвечающих требованиям экологической безопасности, ресурсо- и энергоэкономичности, высокой эффективности, которые позволят получать с единицы площади максимальные урожаи растительной продукции высокого качества, в том числе обогащенной минорными микроэлементами, дефицитными для конкретного региона. В связи с высокой уязвимостью покровов почв и растительности к внешним воздействиям в климатически суровых регионах одним из важных требований к технологиям производства становится их мало- или безотходность. Для успешного функционирования технико-технологические системы выращивания растений, помимо соответствия указанным требованиям, должны обеспечиваться семенным фондом адаптированных, скороспелых, высокоурожайных сортов и гибридов, формирующих продукцию высокого качества.

На необходимость такого подхода при производстве растительной продукции указывают аналитики разных стран (2, 3). В настоящее время создание подобных систем выращивания растений, масштабируемых по размерам и объему производства, активно развивается за рубежом (4-6). Они известны как растительные фабрики, сельскохозяйственное производство в контролируемых условиях, урбанизированное сельское хозяйство, системы замкнутого цикла, выращивание без почвы, вертикальные фермы (7-9). При этом отмечается, что, несмотря на все преференции по урожайности, рациональному использованию территории, расходам воды и удобрений, растениеводство в растительных фабриках по сравнению со стандартными тепличными комплексами и открытым грунтом с экономической точки зрения имеет ограничения для мощного развития, связанные с низкой прибыльностью или отсутствием таковой из-за преимущественного превышения затрат над доходами (3, 10). Для эволюции вертикального земледелия, которое еще находится, по мнению ряда экспертов, в зачаточном состоянии, очень важно расширение ассортимента культивируемых растений (11-13).

Для осуществления этого в максимально сжатые сроки необходимо проводить отбор и проверку эффективности растительного образца (сорт, гибрид, линия) в системах выращивания с регулируемыми условиями микроклимата (14-16). В подобных системах с возможностью получения нескольких поколений в год за счет ускоренной селекции и высокопроизводительного фенотипического анализа с использованием новейших методов феномики скорость селекции культур удваивается (17-20). В целом ожидается, что в ближайшем будущем отбор и выведение новых генотипов для вертикальных ферм резко возрастет, и это приведет к новой сельскохозяйственной революции (3).

Также для понимания всех аспектов и сложностей, которые могут возникнуть при выращивании культур в конкретной местности, желательно проводить предварительные испытания при физическом моделировании особенностей микроклимата в ней, включая стрессовые условия, либо в регионе возделывания или в зоне со сходными условиями внешней среды.

Чем жестче условия среды, тем ярче выявляется способность созданной системы выращивания растений обеспечивать проживающих рядом людей стабильно качественной растительной продукцией. В этом отношении Антарктическая станция «Восток» с уникальными природно-климатическими условиями (21, 22) служит прекрасным испытательным полигоном для выявления продукционного и адаптационного потенциала растений, а также для изучения психолого-эмоциональной реакции полярников на растения (22). Расположение станции «Восток» на ледниковом куполе Антарктиды на высоте 3488 м, где средняя величина барометрического давления составляет 460 мм. рт. ст., позволяет оценить влияние на организм гипобарической гипоксии и низкой относительной влажности воздуха (14-40 %, в помещениях до 25 %) наряду с низкими температурами (до -89,2 °C в зимний период), условиями полярной ночи, полярного дня, повышенным уровнем ультрафиолетовой радиации в период полярного дня, вариацией естественного электромагнитного фона (22). Перечисленные особенности климата и рельефа сближают природные условия Антарктиды на станции «Восток» с таковыми на Луне и Марсе (22).

Именно станцию «Восток» в середине 1960-х годов специалисты по космической биомедицине из Института медико-биологических проблем (ИМБП РАН) выбрали в качестве полигона для изучения человеческого фактора применительно к будущим длительным космическим полетам (22-24). Условия жизнедеятельности здесь в значительной степени напоминают условия космического полета или пребывания на лунной или марсианской базе. В течение годичной зимовки на станции полярники сталкиваются со многими экстремальными факторами. Прежде всего это физическая и социальная изоляция с ограниченным объемом связи с внешним миром, монотонность и однообразие жизни, скудность зрительных впечатлений, обусловленная однообразным снежным ландшафтом, отсутствие животного и растительного мира, автономность существования, техническая невозможность получения в течение девяти месяцев помощи, необходимой в случае возникновения на станции тяжелых заболеваний или аварийных ситуаций, небольшая по площади и объему зона обитания, ограничение двигательной активности, измененные параметры микроклимата внутри станции, небольшой по численности коллектив, необходимость надевания специальной защитной одежды для работы снаружи станции, непривычная смена дня и ночи за пределами станции, измененное геомагнитное поле.

В связи с развертыванием научных и технологических работ применительно к длительным полетам в дальний космос, в частности на Луну, и созданием долговременной обитаемой базы в окрестностях Южного полюса Луны в ИМБП РАН с 2019 года продолжаются исследования на станции «Восток», которая рассматривается как аналог будущей обитаемой научной базы на Луне. ИМБП РАН был инициатором применения на станции инновационных технологий биомедицинского значения, в том числе испытания технико-технологической системы выращивания в фитотехкомплексах-оранжереях-1 и фитотехкомплексах-оранжереях-2 (двух- и одноярусные малогабаритные вегетационные светоустановки с оптимизируемым микроклиматом в зоне роста растений, разработаны в ФГБНУ АФИ) листовых, листостебельных, плодовых овощных и других сельскохозяйственных и декоративных культур как дополнительных источников питания экипажа и поддержания психологического комфорта.

С 2020 года Арктический и Антарктический научно-исследовательский институт (ААНИИ), ИМБП РАН и ФГБНУ АФИ проводят совместные исследования по испытанию указанных фитотехкомплексов-оранжерей и оценке влияния присутствия живых растений на станции на психолого-эмоциональное состояние полярников. В фитотехкомплексах-оранжереях реализуется разработанная в ФГБНУ АФИ технология тонкослойной панопоники (25, 26), позволяющая выращивать листовые, плодовые овощные, бахчевые и другие сельскохозяйственные, декоративные культуры на тонкослойных аналогах почв с циркулирующим питательным раствором под искусственным светом оптимизированного спектрального состава и интенсивности. Обеспечение корней питательным раствором осуществляется по плоским щелевым капиллярам.

За 4 года испытаний на станции «Восток» выращено около 100 сортов листовых и листостебельных овощных культур, по несколько сортов или гибридов растений томата, перца, огурца, арбуза. Показано, как уникальные геомагнитные свойства антарктической станции влияют на одни и те же листовые овощные культуры, растущие в регулируемых условиях идентичных фитотехкомплексов на станции «Восток» и на агробиополигоне ФГБНУ АФИ в г. Санкт-Петербурге (26). При этом отмечено, что у растений листового салата, имеющих, очевидно, генетически обусловленную систему адаптации к условиям высокогорья, практически нет отличий по урожайности на станции «Восток» и на агробиополигоне с регулируемыми условиями в г. Санкт-Петербурге, в то время как культуры средиземноморского происхождения имели существенно более низкие значения показателя на станции «Восток» по сравнению с указанным выше агробиополигоном (26).

Томат Solanum lycopersicum L. = syn. Lycopersicon esculentum Mill. (сем. Пасленовые, Solanaceae Juss.) занимает ведущее место среди овощных культур в большинстве стран мира (в России первое место по площади возделывания) благодаря высокой экологической пластичности, урожайности, хорошим вкусовым качествам, пищевой ценности, многообразию способов переработки и применения плодов (27). Центр происхождения томата — узкая полоса вдоль тихоокеанского побережья Южной Америки, включая горы Анды, захватывающая территорию Перу, Эквадора, Чили и Галапагосские острова (28). Карликовые формы томата используются как источник витаминов, антиоксидантов, макро- и микроэлементов (29). В культуре томат обычно однолетнее растение, но при благоприятных условиях он может расти и плодоносить в течение двух и более лет.

Плоды томата содержат от 4 до 8 % сухого вещества, в том числе 3-7 % сахаров (в основном глюкозы и фруктозы), 0,13-0,23 % пектиновых веществ, 0,2-0,98 % органических кислот, главным образом яблочной и лимонной, небольшие количества щавелевой кислоты (0,05-0,06 %), а также пантотеновую, никотиновую (витамин РР) (4,1-4,5 мг/кг), фолиевую кислоты (витамин В9) (0,75 мг/кг), витамин Н (биотин) (0,04 мг/кг), токоферол, инозит, значительное количество солей калия, магния, натрия, кальция, серы, фосфора, хлора и небольшое количество йода, железа, меди, цинка, фтора. В 1 кг плодов содержится 150-300 мг витамина С (аскорбиновой кислоты), 15-17 мг β-каротина (провитамина А), 1,0-1,2 мг витамина B1 (тиамина), 0,5-0,6 мг витамина B2 (рибофлавина), 30-35 мг витамина I (ликопина), 0,6-1,1 % белков, 0,2 % жиров и эфирных масел. Суточную потребность человека в перечисленных витаминах удовлетворяют 150-200 г томатов (30, 31).

Следует отметить, что на антарктических зарубежных станциях, имеющих системы выращивания растений в отдельных помещениях (американская Южная полярная станция, японская станция «Syowa», южно-корейская станция «Jang Bogo», новозеландская станция «Scott Base»), в контейнерах (немецкая станция «Neumayer III» — функционирование теплицы Eden-ISS, 2018-2021 годы, станция республики Корея «King Sejong»), в отдельных тепличных сооружениях (станция »Великая китайская стена», КНР), наряду с листовыми овощными культурами, выращивались растения томата, огурца, перца и др., используя гидропонные, аэропонные и аэропонно-гидропонные технологии (32-34).

Из перечисленных станций только американская станция относительно близка по суровости условий среды обитания к российской станции «Восток». Систем выращивания растений на станции «Восток» ранее не было, и культивирование томата и других видов здесь впервые осуществляется с 2020 года.

В настоящей работе мы впервые выявили влияние природно-географических условий высокогорья, где расположена антарктическая станция «Восток», на рост, развитие, продуктивность и качество плодов у карликовых форм томата, сравнив эти показатели при выращивании растений в идентичных фитотехкомплексах-оранжереях-1 на станции «Восток» и на агробиополигоне ФГБНУ АФИ (г. Санкт-Петербург). Показана пластичность томата, которая выражалась в получении сходной урожайности за счет изменения числа и массы плодов. Условия станции «Восток» в основном не оказывали значимого влияния на качество плодов томата и их элементный состав. Показано, что реализация продукционного потенциала растений была достоверно выше в регулируемых условиях фитотехкомплексов-оранжерей-1 в сравнении с таковой в теплицах с неконтролируемыми условиями световой и воздушной среды.

Цель работы — сравнить продукционный потенциал карликовых форм томата в системах выращивания различного типа на антарктической станции «Восток» и в европейской части Евразийского континента.

Методика. Исследования проводили в 2021-2023 годах в жилом помещении площадью 12 м² на антарктической станции «Восток», на специализированном агробиополигоне с регулируемыми условиями выращивания растений (ФГБНУ АФИ, г. Санкт-Петербург), в поликарбонатных теплицах с неконтролируемыми условиями световой и воздушной среды Федерального исследовательского центра Всероссийский институт генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова (ФГБНУ ФИЦ ВИР, г. Пушкин—Санкт-Петербург) и Федерального научного центра овощеводства (ФГБНУ ФНЦ овощеводства, Московская обл.).

Объектом служили растения томата Solanum lycopersicum L. var. lycopersicum сортов Наташа и Тимоша селекции ФГБНУ ФНЦ овощеводства. Растения супердетерминантные, с генами карликовости, не требуют пасынкования (35). Сорта были выбраны в связи с морфофизиологическими особенностями: низкорослостью, раннеспелостью, компактностью куста, отсутствием необходимости формирования, подвязывания, адаптированностью к условиям интенсивной светокультуры. У растений томата сортов Наташа и Тимоша лист мелкий, зеленый, соцветие промежуточное, плод округлый, средней плотности, гладкий. Окраска незрелого плода светло-зеленая, зрелого — красная у сорта Наташа и желтая у сорта Тимоша. Семена растений были получены из коллекции ФГБНУ ФНЦ овощеводства.

Фитотехкомплекс-оранжерея-1 на станции «Восток» и на агробиополигоне ФГБНУ АФИ представляла собой двухъярусную автоматизированную вегетационную светоустановку с полезной площадью 1 м², в которой была реализована разработанная в ФГБНУ АФИ технология культивирования растений на тонкослойном аналоге почв (тонкослойная панопоника) — гидрофильном материале многоразового использования, расположенном на твердой поверхности, с обеспечением корневых систем растений питательным раствором по плоским щелевым капиллярам (14, 26, 36). Наряду с тонкослойной панопоникой в фитотехкомплексе-оранжерее-1 на агробиополигоне для сравнения использовали малообьемную панопонику, которая отличалась наличием в зоне прорастания семян и роста корней небольшого объема (2 л/растение) субстрата на основе верхового торфа низкой степени разложения, размещенного на поверхности гидрофильного материала (36).

В качестве заменителя солнечного света в оранжерее использовались разработанные в ФГБНУ АФИ совместно с его индустриальным партнером (ООО «Гринтех», Россия) светодиодные светильники с оптимизированным под выращиваемые культуры спектральным составом света и с возможностью изменять интенсивность светового потока на протяжении вегетационного периода. По спектральному составу в области ФАР свет от светильников, включающих кристаллы светодиодов, покрытые трехкомпонентным полимер-люминофором (ноу-хау), приближен к солнечному (26).

На станции «Восток» и на агробиополигоне ФГБНУ АФИ в зоне роста растений томата в фитотехкомплексах-оранжереях-1 были созданы условия, одинаковые по значениям параметров среды обитания: температура воздуха 22-24 °C в световой период и 18-20 °C — в темновой, влажность воздуха — 60-70 %, продолжительность светового периода 16 ч, темнового — 8 ч, облученность растений — 85-90 Вт/м² в области ФАР. Для обеспечения питания растений использовали питательный раствор Кнопа, рН 6, электропроводность EC — 1,0 мСм·см^-1 (26). Частота подачи свежего раствора в лотки с растениями — 12 раз в сутки.

Сухие семена при выращивании методом тонкослойной панопоники вносили в диски диаметром 4 см на основе нейтрализованного прессованного верхового торфа низкой степени разложения, влажность которого предварительно была доведена до 70-80 %. Диски располагали на подставке с гидрофильным материалом (26). На стадии проростков в каждом диске оставляли по одному растению. При выращивании методом малообъемной панопоники семена вносили в аналогичный по свойствам субстрат Агробалт С на основе верхового торфа низкой степени разложения (ООО «Пиндструп», Россия) на глубину 1,0 см от его поверхности.

Плотность размещения растений — 24 шт/м², выращивали по 6 растений каждого сорта. Число повторных вегетационных экспериментов — 3.

В поликарбонатной теплице ФГБНУ ФИЦ ВИР растения томата выращивали в грядах торфяного субстрата Агробалт С по схеме 30×25 см, 12 растений на 1 м². Объем субстрата — 14 л/растение. В поликарбонатной теплице ФГБНУ ФНЦО растения томата выращивали на пятиярусной узкостеллажной гидропонной установке МУГ (37). В качестве корнеобитаемой среды также использовали торфяной субстрат Агробалт С. Семена томата двух сортов, предварительно обработанные 0,1 % раствором KMnO₄, высевали в заранее подготовленные (наполненные торфом) кассеты. С появлением 5-го настоящего листа растения высаживали в горшки и размещали на столах в рассадном отделении теплицы. При получении рассады использовали разработанный ранее питательный раствор (37). С появлением бутонов растения расставляли на столах в специальный сетчатый каркас в шахматном порядке. Через 1 нед после этого растения размещали на установке МУГ. Объем торфяного субстрата — 1 л/растение. Выращивали по 10 растений каждого сорта. Число повторных вегетационных экспериментов — 3. Условия формирования воздушной среды в обеих теплицах были неконтролируемыми, освещение естественное (солнечный свет).

На протяжении вегетационных периодов проводили фенологические наблюдения (38). При уборке учитывали высоту растений и показатели продуктивности (масса 1 плода, общее число плодов за год, общая масса плодов за год). На основе полученных данных рассчитывали урожайность плодов томата (кг/м² в год). Биохимический анализ плодов осуществляли по известным методикам (39, 40).

В качестве эталонного варианта, с которым сравнивали значения оцениваемых параметров, рассматривали выращивание растений томата на агробиополигоне ФГБНУ АФИ методом тонкослойной панопоники.

Статистическую обработку выполняли с использованием программного обеспечения Microsoft Excel 2016 и Statistica v.12.0 («StatSoft Inc.», США). Приведены средние арифметические значения параметров (M) и их доверительные интервалы (±СI). Для определения значимости различий между средними значениями использовали однофакторный дисперсионный анализ (ANOVA). Различия между вариантами считали статистически значимыми при p ≤ 0,05.

Результаты. Продолжительность вегетации растений томата в фитотехкомплексах (рис. 1) на станции «Восток» существенно отличалась от таковой на агробиополигоне ФГБНУ АФИ, что было связано с желанием полярников продолжать собирать плоды растений на протяжении их пребывания на станции (табл. 1). Удлинение сроков вегетации более чем в 2 раза позволило установить, что метод тонкослойной панопоники способен эффективно обеспечивать функционирование растений томата на протяжении всего их онтогенеза. При этом сбор плодов с растений осуществляли, начиная с 107-х сут каждую неделю и до окончания вегетации. Высота растений сортов Наташа и Тимоша увеличилась к концу срока вегетации соответственно до 67 и 62 см и была значимо выше таковой у тех же сортов при меньших сроках выращивания.

Интересно отметить существенную разницу между значениями массы одного плода. На станции «Восток» у сорта Наташа она оказалась соответственно на 32,0 и 35,0 % (p ≤ 0,05), а у сорта Тимоша — на 40,0 и 44,0 % (p ≤ 0,05) меньше, чем на агробиополигоне ФГБНУ АФИ. При этом на станции «Восток» у сорта Наташа на каждом растении формировалось на 20,0 и на 19,0 % (p ≤ 0,05), у сорта Тимоша — на 30,0 и 31,0 % (p ≤ 0,05) больше плодов, чем на растениях на агробиополигоне. За счет большего числа плодов, формируемых в условиях станции «Восток», их масса на растении и, соответственно, урожайность (из расчета кг/м² за год) достоверно не отличались от аналогичных показателей у тех же сортов на агробиополигоне при выращивании методом тонкослойной панопоники (рис. 2). Можно отметить лишь тенденцию к уменьшению массы плодов с растения и урожайности в расчете на 1 м² за год на антарктической станции «Восток».

В то же время по сравнению с растениями томата, выращенными на агробиополигоне методом малообъемной панопоники, на станции «Восток» масса плодов и урожайность с единицы площади были ниже: у сорта Наташа — на 22 и 25 % (p ≤ 0,05), у сорта Тимоша — на 26 и 29 % (p ≤ 0,05).

Следует подчеркнуть, что по показателям роста и продуктивности растения томата обоих сортов, выращенные методом тонкослойной и малообъемной панопоники на агробиополигоне ФГБНУ АФИ, достоверно не различались. При применении малообъемной панопоники отмечалась слабая тенденция к увеличению массы одного плода (на 4-6 %) и общей массы плодов с растения за год (на 5 %), а также урожайности (на 5-10 %).

По содержанию сухого вещества, витамина С, нитратов плоды томата сортов Наташа и Тимоша, сформировавшиеся в фитотехкомплексе-оранжерее-1 на станции «Восток» и на агробиополигоне ФГБНУ АФИ, при одинаковом методе выращивания (тонкослойная панопоника) не различались (табл. 2). Содержание нитратов в плодах обоих сортов было существенно ниже установленных ПДК на нитраты (300 мг/кг), то есть получаемая продукция полностью соответствовала санитарно-гигиеническим нормативам Российской Федерации. Следует отметить повышение количества нитратов в плодах томата, сформированных на малообъемном аналоге почв, в сравнении с показателями у томатов, сформированных на тонкослойном аналоге. Однако эти значения были также существенно ниже ПДК.

Судя по элементному составу плодов у растений томата двух сортов, условия среды обитания и метод культивирования не оказывали достоверного влияния на значения содержания элементов и сырой золы (табл. 3). Полученные данные в совокупности указывают на высокое качество получаемой растительной продукции и на ее безопасность.

В поликарбонатных теплицах оценивали рост и продуктивность карликовых форм томата, выращенных при наличии существенно более значимого количества плодородного субстрата на растение (14 л) и более низкой плотности размещения растений 12 шт/м² (ФГБНУ ФИЦ ВИР) (рис. 3), а также меньшего количества субстрата (1 л) и сходной с таковой на агробиополигоне ФГБНУ АФИ и станции Восток плотности размещения 25 шт/м² (ФГБНУ ФНЦО) (рис. 4).

Большее количество субстрата и менее плотное размещение в теплице ФГБНУ ФИЦ ВИР способствовало формированию более высокорослых растений с плодами, имеющими максимальную среднюю массу, что положительным образом отражалось на показателе масса плодов с растения. Его значения не отличались от таковых при выращивании растений методом малообъемной панопоники в регулируемых оптимизированных условиях на агробиополигоне ФГБНУ АФИ и были почти в 2 раза выше, чем у растений томата в теплице ФГБНУ ФНЦО. Однако меньшее число растений на единице площади в теплице ФГБНУ ФИЦ ВИР в сравнении с теплицей ФГБНУ ФНЦО приводило к тому, что по урожайности плодов томата обоих сортов с 1 м² в год различий не наблюдалось. Неконтролируемые условия световой и воздушной среды в теплицах, очевидно, были причиной формирования существенно меньшего числа плодов по сравнению с показателями в фитотехкомплексах-оранжереях-1 с регулируемыми оптимизированными условиями (см. табл. 1).

В итоге растения томата обоих сортов в фитотехкомплексах-оранжереях-1 в 1,4-2,3 раза превосходили по урожайности растения в теплицах (см. рис. 2). Этот результат наглядно продемонстрировал важность комплексного формирования благоприятных условий воздушной, световой, корнеобитаемой среды для развития растений томата карликовых форм и реализации их генетически обусловленного потенциала продуктивности.

Также подтвердилось наше предположение о том, что условия на станции «Восток», находящейся на высоте 3488 м над уровнем моря, значимо не влияют на урожайность растений карликовых форм томата в сравнении с таковой на агробиополигоне ФГБНУ АФИ (высота 28 м над уровнем моря) при их выращивании методом тонкослойной панопоники в одинаковых условиях световой среды, температуры, влажности воздуха, питания. Это предположение было основано на данных о географическом происхождении и произрастании диких форм томата в прибрежной зоне Южной Америки, включая горы Анды, а следовательно, об их потенциальной устойчивости к условиям высокогорья (28). Интересно, что условия гипобарической гипоксии на станции «Восток» способствовали формированию существенно большего числа плодов с меньшей массой на растениях обоих сортов томата. Этот эффект подтверждается данными зарубежных исследователей, которые в искусственных условиях гипобарической гипоксии наблюдали увеличение числа цветков на растениях карликового томата (41). Авторы предположительно связывают наблюдаемые эффекты с увеличением диффузии CO₂ в условиях низкого давления и повышением скорости фотосинтеза (41).

Наши данные по продуктивности томата согласуются с результатами, полученными для ряда сортов салата, дикие сородичи которого были способны произрастать в горах в условиях гипобарической гипоксии, повышенной инсоляции и низкой влажности. Растения салата имели сходные показатели роста в условиях фитотехкомплексов-оранжерей на антарктической станции «Восток» и агробиополигоне ФГБНУ АФИ (26), так же как в специальной оранжерее контейнерного типа на антарктической немецкой станции «Neumayer III» и в климакамерах в европейской части Евразийского континента (42).

В то же время у ряда листовых и листостебельных овощных культур (капустные, петрушка, укроп, базилик, амарант и др.), имеющих географическое происхождение из низинных мест с теплым влажным климатом, продуктивность растений в условиях станции «Восток» была существенно ниже по сравнению с аналогичным показателем в условиях агробиополигона ФГБНУ АФИ (г. Санкт-Петербург) (26). Возможно, это связано с разницей в атмосферном давлении на антарктической станции в условиях высокогорья и на агробиополигоне в г. Санкт-Петербург (соответственно 62,4 и 101,5 кПа) и в потенциальном давлении кислорода (95-100 и 150-160 мм. рт. ст.). Это предположение подтверждается данными литературы, демонстрирующими важную роль парциального давления кислорода при пониженном атмосферном давлении во влиянии на состояние растений. Так, в опытах с искусственным формированием гипобарической гипоксии ухудшение состояния растений редиса, снижение показателей их роста и продуктивности связывали с существенным уменьшением чистой скорости обмена углерода и транспирации (43). Показано, что парциальное давление кислорода влияет на рост и развитие растений и реакция растения зависит от типа клеток или тканей, стадии развития, генотипа, силы и продолжительности гипоксии, световых и температурных условий окружающей среды (44). Низкое содержание кислорода снижает дыхание, ограничивая выработку аденозинтрифосфата (АТФ) через окислительное фосфорилирование (44-46), а у растений с C3-фотосинтезом низкое содержание кислорода может увеличить чистую скорость углеродного обмена (NCER) и уменьшить фотодыхание за счет подавления оксигеназной активности РуБисКО (эффект Варбурга) (43). Решение проблемы выращивания растений в условиях гипобарической гипоксии авторы видят в поиске видов, сортов и гибридов, устойчивых к изменению атмосферного давления и парциального давления кислорода (47).

Стабильное и высокопроизводительное функционирование оранжереи на антарктической станции «Восток» позволило выращивать растения не только для научных исследований, но и в качестве регулярно производимой ценной по питательным свойствам добавки к стандартному рациону полярников (26). Кроме того, присутствие растений создает благоприятный психолого-эмоциональный фон. Абсолютное большинство (90 % опрошенных) участников экспедиций выражало позитивное отношение к наличию растений на станции, 40 % отмечали значимость декоративного аспекта. В конце зимовки около 60 % участников указывали на позитивное психологическое воздействие растений, отмечали предпочтение проводить время рядом с ними (26).

Таким образом, реализация продукционного потенциала карликовых форм томата, выведенных для условий светокультуры, была достоверно выше в регулируемых условиях фитотехкомплексов-оранжерей-1 вне зависимости от условий внешней среды, в том числе на антарктической станции «Восток», по сравнению с показателями, полученными в теплицах с неконтролируемыми условиями световой и воздушной среды (г. Пушкин—Санкт-Петербург и Московская обл.). В частности, в фитотехкомплексах-оранжереях-1 у растений формировалось существенно большее число плодов. Эксплуатация фитотехкомплекса-оранжереи-1 с реализованной в ней технологией тонкослойной панопоники в жилом помещении на антарктической станции «Восток» (2021-2023 годы) продемонстрировали их высокую эффективность в получении качественной и безопасной растительной продукции и психологическую значимость для полярников. Культура карликового томата сортов Наташа и Тимоша, выращиваемая в идентичных фитотехкомплексах по технологии тонкослойной панопоники на станции «Восток» в условиях гипобарической гипоксии и на агробиополигоне ФГБНУ АФИ в г. Санкт-Петербурге с оптимизированными регулируемыми условиями среды, достоверно не различалась по урожайности: на станции «Восток» формировались более мелкие плоды, но в существенно большем количестве, чем более крупные плоды на агробиополигоне. Условия станции «Восток» не оказывали значимого влияния на показатели качества и безопасности плодов томата и их элементный состав. Отсутствие статистически значимых различий в реализации продукционного потенциала томата в фитотехкомплексах-оранжереях-1 на станции «Восток» и агробиополигоне в г. Санкт-Петербурге может быть связано с потенциальной устойчивостью этой культуры к условиям высокогорья в силу ее географического происхождения. Выявлено, что количество субстрата и плотность размещения растений влияют на элементы продуктивности карликовых форм томата. Так, отмечено формирование плодов наибольшей массы при выращивании растений в наибольшем объеме торфогрунта (14 л/растение) в теплице ФГБНУ ФИЦ ВИР. У томата обоих сортов, выращенных методом малообъемной панопоники с небольшим количеством субстрата в зоне прорастания семян и размещения корней, по сравнении с растениями, выращенными методом тонкослойной панопоники без торфогрунта в корнеобитаемой зоне, наблюдалась слабая тенденция к увеличению показателей урожайности. Продолжение исследований на различных сельскохозяйственных, лесных ягодных, лекарственных и декоративных растениях позволит расширить перечень культур с полезными для человека свойствами, что положительно отразится на иммунитете, здоровье полярников и их психолого-эмоциональном состоянии.

ЛИТЕРАТУРА

1. Зинченко А.П., Уколова А.В., Демичев В.В. Сравнительная оценка регионов России с неблагоприятными условиями ведения сельского хозяйства. Экономика сельского хозяйства России, 2013, 2: 20-26.
2. Plant factory: an indoor vertical farming system for efficient quality food production /T. Kozai, G. Niu, M. Takagaki (eds.). Academic Press, 2019.
3. Kwon C.T. Trait improvement of solanaceae fruit crops for vertical farming by genome editing. Journal of Plant Biology, 2023, 66: 1-14 (doi: 10.1007/s12374-022-09370-5).
4. Shamshiri R.R., Kalantari F., Ting K.C., Thorp K.R., Hameed I.A., Weltzien C., Ahmad D., Shad Z.M. Advances in greenhouse automation and controlled environment agriculture: A transition to plant factories and urban agriculture. International Journal of Agricultural and Biological Engineering, 2018, 11(1): 1-22 (doi: 10.25165/j.ijabe.20181101.3210).
5. Avgoustaki D.D., Xydis G. Indoor vertical farming in the urban nexus context: business growth and resource savings. Sustainability, 2020, 12(5): 1965 (doi: 10.3390/su12051965).
6. Eldridge B.M., Manzoni L.R., Graham C.A., Rodgers B., Farmer J.R., Dodd A.N. Getting to the roots of aeroponic indoor farming. New Phytologist, 2020, 228(4): 1183-1192 (doi: 10.1111/nph.16780).
7. Van Gerrewey T., Boon N., Geelen D. Vertical farming: the only way is up? Agronomy, 2022, 12(1):, 2 (doi: 10.3390/agronomy12010002).
8. Ampim P.A.Y., Obeng E., Olvera-Gonzalez E. Indoor vegetable production: an alternative approach to increasing cultivation. Plants, 2022, 11(21): 2843 (doi: 10.3390/plants11212843).
9. Oh S., Lu C. Vertical farming — smart urban agriculture for enhancing resilience and sustainability in food security. The Journal of Horticultural Science and Biotechnology, 2023, 98(2): 133-140 (doi: 10.1080/14620316.2022.2141666).
10. van Delden S.H., SharathKumar M., Butturini M., Graamans L.J.A., Heuvelink E., Kacira M., Kaiser E., Klamer R.S., Klerkx L., Kootstra G., Loeber A., Schouten R.E., Stanghellini C., van Ieperen W., Verdonk J.C., Vialet-Chabrand S., Woltering E.J., van de Zedde R., Zhang Y., Marcelis L.F.M. Current status and future challenges in implementing and upscaling vertical farming systems. Nat. Food, 2021, 2: 944-956 (doi: 10.1038/s43016-021-00402-w).
11. Kwon C.-T., Heo J., Lemmon Z.H., Capua Y., Hutton S.F., Van Eck J., Park S.J., Lippman Z.B. Rapid customization of Solanaceae fruit crops for urban agriculture. Nat. Biotechnol., 2020, 38: 182-188 (doi: 10.1038/s41587-019-0361-2).
12. O’Sullivan C.A., McIntyre C.L., Dry I.B., Hani S.M., Hochman Z., Bonnett G.D. Vertical farms bear fruit. Nat. Biotechnol., 2020, 38: 160-162 (doi: 10.1038/s41587-019-0400-z).
13. Gaston A., Osorio S., Denoyes B., Rothan C. Applying the Solanaceae strategies to strawberry crop improvement. Trends Plant Sci., 2020, 25(2): 130-140 (doi: 10.1016/j.tplants.2019.10.003).
14. Panova G.G., Udalova O.R., Kanash E.V., Galushko A.S., Kochetov A.A., Priyatkin N.S., Arkhypov M.V., Chernousov I.N. Fundamentals of physical modeling of “ideal” agroecosystems. Tech. Phys., 2020, 65: 1563-1569 (doi: 10.1134/S1063784220100163).
15. Кочетов А.А., Мирская Г.В., Синявина Н.Г., Егорова К.В. Трансгрессивная селекция: методология ускоренного получения новых форм растений с прогнозируемым комплексом хозяйственно ценных признаков. Российская сельскохозяйственная наука, 2021, 6: 29-37 (doi: 10.31857/S2500262721060065).
16. Sinyavina N.G., Kochetov A.A., Kocherina N.V., Egorova K.V., Kurina A.B., Panova G.G., Chesnokov Y.V. Breeding approaches for controlled conditions of artificial light culture for small radish and radish (Raphanus sativus L.). Horticulturae, 2023, 9(6): 678 (doi: 10.3390/horticulturae9060678).
17. Araus J.L., Kefauver S.C., Zaman-Allah M., Olsen M.S., Cairns J.E. Translating high-throughput phenotyping into genetic gain. Trends Plant Sci., 2018, 23(5): 451-466 (doi: 10.1016/j.tplants.2018.02.001).
18. Hickey L.T., Hafeez A., Robinson H., Jackson S.A., Leal-Bertioli S.C.M., Tester M., Gao C., Godwin I.D., Hayes B.J., Wulf B.B.H. Breeding crops to feed 10 billion. Nat. Biotechnol., 2019, 37: 744-754 (doi: 10.1038/s41587-019-0152-9).
19. Yang W., Feng H., Zhang X., Zhang J., Doonan J.H., Batchelor W.D., Xiong L., Yan J. Crop phenomics and high-throughput phenotyping: past decades, current challenges, and future perspectives. Mol. Plant, 2020, 13(2): 187-214 (doi: 10.1016/j.molp.2020.01.008).
20. Tao H., Xu S., Tian Y., Li Z., Ge Y., Zhang J., Wang Y., Zhou G., Deng X., Zhang Z., Ding Y., Jiang D., Guo Q., Jin S. Proximal and remote sensing in plant phenomics: 20 years of progress, challenges, and perspectives. Plant Communications, 2022, 3(6): 100344 (doi: 10.1016/j.xplc.2022.100344).
21. Саватюгин Л.М., Преображенская М.А. Внутриконтинентальная антарктическая станция Восток — полюс холода планеты (к 50-летнему юбилею станции). Метеорология и гидрология, 2008, 7: 85-98.
22. Ильин Е.А Психологический статус полярников и его фармакокоррекция в условиях годовой изоляции на станции «Восток» в Антарктиде. Авиакосмическая и экологическая медицина, 2017, 51(4): 5-14 (doi: 10.21687/0233-528X-2017-51-4-5-14).
23. Левинских М.А., Сигналова О.Б., Дерендяева Т.А., Ливанская О.Г., Нефедова Е.Л., Сычев В.Н., Подольский И.Г. Разработка технологии выращивания и выбор овощных листовых культур для космических оранжерей. Авиакосмическая и экологическая медицина, 2001, 35(1): 61-67.
24. Левинских М.А., Сычев В.Н., Гущин В.И., Кареткин А.Г., Сигналова О.Б., Дерендяева Т.А., Нефедова Е.Л., Поддубко С.В., Подольский И.Г., Михайлов Н.И. Оранжерея в составе системы жизнеобеспечения эксперимента со 105-суточной изоляцией: биологические, технологические и психологические аспекты. Авиакосмическая и экологическая медицина, 2010, 44(4): 57-61.
25. Черноусов И.Н., Панова Г.Г., Удалова О.Р., Александров А.В. Фитотехкомплекс для выращивания растений. Патент на полезную модель RU 189309 U1 МПК A01G 9/14 (2006.01). Федерал. гос. бюджет. науч. учрежд. «Агрофизический науч.-иссл. ин-т» (RU), Общество с огр. отв. «Фитосфера» (RU). № 2018132302. Заявл. 10.09.2018. Опубл.  21.05.2019. Бюл. № 15.
26. Panova G.G., Teplyakov A.V., Novak A.B., Levinskikh M.A., Udalova O.R., Mirskaya G.V., Khomyakov Y.V., Shved D.M., Ilyin E.A., Kuleshova T.E., Kanash E.V., Chesnokov Yu.V. Growth and development of leaf vegetable crops under conditions of the phytotechnical complex in Antarctica. Agronomy, 2023, 13(12): 3038 (doi: 10.3390/agronomy13123038).
27. Gatahi D.M. Challenges and opportunities in tomato production chain and sustainable standards. International Journal of Horticultural Science and Technology, 2020, 7(3): 235-262 (doi: 10.22059/ijhst.2020.300818.361).
28. Blanca J., Cañizares J., Cordero L., Pascual L., Diez M.J., Nuez F. Variation revealed by SNP genotyping and morphology provides insight into the origin of the tomato. PLoS ONE, 2012, 7(10): e48198 (doi: 10.1371/journal.pone.0048198).
29. Ali M.Y., Sina A.A.I., Khandker S.S., Neesa L., Tanvir E.M., Kabir A., Khalil M.I., Gan S.H. Nutritional composition and bioactive compounds in tomatoes and their impact on human health and disease: A Review. Foods, 2021, 10(1): 45 (doi: 10.3390/foods10010045).
30. Salehi B., Sharifi-Rad R., Sharopov F., Namiesnik J., Roointan A., Kamle M., Kumar P., Martins N., Sharifi-Rad J. Beneficial effects and potential risks of tomato consumption for human health: an overview. Nutrition, 2019, 62: 201-208 (doi: 10.1016/j.nut.2019.01.012).
31. Курина А.Б., Соловьева А.Е., Храпалова И.А., Артемьева А.М. Биохимический состав плодов томата различной окраски. Вавиловский журнал генетики и селекции, 2021, 25(5): 514-527 (doi: 10.18699/VJ21.058).
32. Patterson R.L., Giacomelli G.A., Kacira M., Sadler P.D., Wheeler R.M. Description, operation and production of the South Pole Food Growth Chamber. Acta Hortic., 2012, 952: 589-596 (doi: 10.17660/ActaHortic.2012.952.75).
33. Bamsey M.T., Zabel P., Zeidler C., Vrakking V., Schubert D., Kohlberg E., Stasiak M., Graham T. Early trade-offs and top-level design drivers for Antarctic greenhouses and plant production facilities. Proc. 46th Int. Conf. on Environmental Systems. Vienna, Austria, 2016: 1-20.
34. Zabel P., Zeidler C., Vrakking V., Dorn M., Schubert D. Biomass production of the EDEN ISS space greenhouse in Antarctica during the 2018 experiment phase. Front. Plant Sci., 2020, 11: 656 (doi: 10.3389/fpls.2020.00656).
35. Finzi R.R., Maciel G.M., Silva E.C.D., Luz J.M.Q., Borba M.E.A. Agronomic performance of mini-tomato hybrids from dwarf lines. Ciência e Agrotecnologia, 2017, 41(1): 15-21 (doi: 10.1590/1413-70542017411021416).
36. Ермаков Е.И. Методология панопоники как основы защищенного грунта ноосферного уровня. Аграрнаянаука, 2001, 2: 46-49.
37. Сирота С.М., Балашова И.Т., Козарь Е.Г., Митрофанова О.А., Аутко А.А., Долбик М.А. Первые результаты селекции сортов и гибридов томата для многоярусной узкостеллажной гидропоники. Теплицы России, 2014, 3: 58-62.
38. Методические указания по изучению и по поддержанию мировой коллекции овощных пасленовых культур (томаты, перцы, баклажаны). Л., 1977.
39. Ермаков А.И., Арасимович В.В., Ярош Н.П., Перуанский Ю. В., Луковникова Г.А., Смирнова-Иконникова М.И. Методы биохимического исследования растений. Л., 1987.
40. Руководство по методам анализа качества и безопасности пищевых продуктов /Под ред. И.М. Скурихина, В.А. Тутельяна. М., 1998.
41. Ohno T., Ono E., Ohashi-Kaneko K., Usami H., Fuse M., Watanabe H. Growth and flowering of dwarf tomato in hypobaric environment. Eco-Engineering, 2018, 30(3): 65-71 (doi: 10.11450/seitaikogaku.30.65).
42. Richards J.T., Edney S.L., Yorio N.C., Stutte G.W., Cranston N., Wheeler R.M., Goins G.D. Effects of lighting intensity and supplemental CO₂ on yield of potential salad crops for ISS. SAE Technical Paper, 2004, 2004-01-2296 (doi: 10.4271/2004-01-2296).
43. Wehkamp S.A., Stasiak M., Wehkamp C.A., Lawson J., Yorio N., Stutte G., Richards J., Wheeler R., Dixon M. Radish (Raphanus sativa L. cv. Cherry Bomb II) growth, net carbon exchange rate, and transpiration at decreased atmospheric pressure and/or oxygen. Gravitational and Space Research, 2012, 26(1): 3-16.
44. Fukao T., Bailey-Serres J. Plant responses to hypoxia — is survival a balancing act? Trends in Plant Science, 2004, 9(9): 449-456 (doi: 10.1016/j.tplants.2004.07.005).
45. Geigenberger P. Response of plant metabolism to too little oxygen. Current Opinion in Plant Biology, 2003, 6(3): 247-256 (doi: 10.1016/S1369-5266(03)00038-4).
46. Bailey-Serres J., Chang R. Sensing and signalling in response to oxygen deprivation in plants and other organisms. Annals of Botany, 2005, 96(4): 507-518 (doi: 10.1093/aob/mci206).
47. Gary Stutte W., Yorio N.C., Edney S.L., Richards J.T., Hummerick M.P., Stasiak M., Dixon M., Wheeler R.M. Effect of reduced atmospheric pressure on growth and quality of two lettuce cultivars. Life Sciences in Space Research, 2022, 34: 37-44 (doi: 10.1016/j.lssr.2022.06.001).

ORCID:
Panova G.G. orcid.org/0000-0002-1132-9915
Shved D.M. orcid.org/ 0000-0002-2973-2155
Levinskikh M.A. orcid.org/0000-0001-6079-9545
Udalova O.R. orcid.org/0000-0003-3521-0254
Novak A.B. orcid.org/0009-0001-6756-8819
Mirskaya G.V. orcid.org/0000-0001-6207-736Х
Rodkin V.V. orcid.org/0009-0001-7594-7341
Kuleshova T.E. orcid.org/0000-0003-3802-2494
Teplyakov A.V. orcid.org/0009-0008-9087-5674
Khomyakov Yu.V. orcid.org/0000-0003-3245-8801
Balashova I.T. orcid.org/0000-0001-7986-2241
Vertebny V.E. orcid.org/0000-0002-7817-2721
Artemyeva A.M. orcid.org/0000-0002-6551-5203
Chesnokov Yu.V. orcid.org/0000-0002-1134-0292

The problem of providing climatically harsh regions, including the Arctic and Antarctic, with fresh, high-quality plant production as a natural source of vitamins and other useful substances in an accessible form requires an innovative solution. The solution may be the creation of highly efficient, resource-saving, scalable systems with environmentally friendly and low-waste technologies for growing adapted crops. In this work, we have for the first time identified the influence of geographic location and environmental conditions of the highlands, where the Antarctic station Vostok is located, on the dwarf forms of tomatoes growth, development, productivity and quality of fruits. The plasticity of tomato is shown, which was expressed in obtaining similar yields due to changes in the number and weight of fruits when plants grown in phytotechnological complexes-greenhouses-1 in different geographical locations: at the Vostok station under conditions of hypobaric hypoxia and at the agrobiological testing ground of the Agrophysical Research Institute (AFI, St. Petersburg). The Vostok stations conditions generally did not have a significant effect on the tomato fruits quality and their elemental composition. It was shown that the implementation of the plant`s production potential was reliably higher in the controlled conditions of the phytotechnological complexes-greenhouses-1 in comparison with that in greenhouses with uncontrolled conditions of the light and air environment. The aim of the work is to evaluate the production potential of tomato dwarf forms in cultivation systems of the different types at the Antarctic station Vostok and in the European part of the Eurasian continent. Research was carried out during 2021-2023 in a residential building with an area of 12 m² at the Antarctic station Vostok, at a specialized agrobiopolygon of the AFI (St. Petersburg) for growing plants under controlled conditions, in polycarbonate greenhouses with uncontrolled light and air environments conditions of the Federal Research Center Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources (VIR, Pushkin-St. Petersburg) and the Federal Scientific Center for Vegetable Growing (FSC for Vegetable Growing, Moscow Province). The object was tomato plants Solanum lycopersicum L. var. lycopersicum varieties Natasha and Timosha bred by the Federal Scientific Center of Vegetable Growing. The plants are superdeterminate, with dwarfing genes, do not require pinching. In the phytotechnological complex-greenhouse-1 at the Vostok station and at the agrobiopolygon of the AFI, the original AFI technology of plant cultivation on a thin-layer analogue of soils (thin-layer panoponics) was implemented. Along with thin-layer panoponics, in the phytotechcomplex-greenhouse-1 at the agrobiopolygon, a small-volume panoponics technology was used according to which a small volume (2 l/plant) of substrate based on low-decomposed high-moor peat placed on the surface of a hydrophilic material was present in the zone of seed germination and root growth. In the polycarbonate greenhouse of the VIR, tomato plants were grown in ridges of the peat substrate Agrobalt С. The substrate volume was 14 l/plant. In the polycarbonate greenhouse of the Federal Scientific Center for Vegetable Growing, tomato plants were grown on a five-tier narrow-rack hydroponic MUG installation. Peat substrate Agrobalt C (1 l/plant) was a root inhabited environment. Phenological observations were carried out throughout the growing seasons. During harvesting, the height of the plants and productivity indicators (weight of 1 fruit, total number of fruits on a plant per year, total weight of fruits on a plant per year) were accounted. The yield of tomato fruits (kg/m² per year) was calculated based on the obtained data. Biochemical analysis of fruits was performed. Operation of the phytotechnological complex-greenhouse-1 with the thin-layer panoponics technology implemented in it at the Vostok station demonstrated its high efficiency in the production of high-quality and safe plant products and psychological significance for polar explorers. Tomato plants of two dwarf varieties, grown in phytotechnological complexes, formed smaller fruits at the Vostok station under hypobaric hypoxia conditions, but in significantly greater number than at the AFI agrobiopolygon with optimized controlled conditions of the plant habitat. There were no reliable differences in the plant yield per unit area per year and in as in the fruit quality. The adaptation of tomato plants at the Vostok station may be related to the potential resistance of the tomato crop to high-altitude conditions due to its geographical origin. As compared to greenhouses, phytotechnological complexes provided more complete regulation of the environment, which had a significant beneficial effect on the plants state and the realization of their genetically determined production potential. In particular, the plants formed a significantly larger number of fruits. It was established that the amount of substrate and the planting density influenced the elements of productivity. Fruits of the greatest mass were formed with the largest volume of peat soil (14 l/plant) in the VIR greenhouse. Both tomato varieties grown by low-volume panoponics method with a small amount of substrate in the zone of seed germination and root placement compared to plants grown by the thin-layer panoponics without peat soil in the root inhabited zone showed a weak tendency to an increase in the yield and its elements.

Keywords: dwarf tomato, phytotechnical complex-greenhouse, Vostok Antarctic station, agrobiopolygon of the AFI, greenhouses, growth, development, productivity, quality of plant products.