Д. с-х.н. Ненько Н.И., к.б.н. Киселева Г.К., д.с-х.н. Ульяновская Е.В.

ГНУ Северо-Кавказский зональный научно-исследовательский институт садоводства и виноградарства Россельхозакадемии, Россия

Физиолого-биохимические исследования сортов яблони различного эколого-географического происхождения в условиях юга России

Сортоизучение яблони на юге России имеет четко выраженную экологическую направленность, делается упор на выявление сортов с признаками высокой адаптивности к наиболее распространенным в данной местности абиотическим стрессам, в частности к летней засухе. В связи с этим создание засухоустойчивых сортов является одним из приоритетных направлений селекции яблони [1, 2].

Цель настоящей работы – изучить засухоустойчивость сортов яблони различного эколого-географического происхождения и разной плоидности (ди- и триплоидных) по физиолого-биохимическим показателям для выявления наиболее адаптированных сортов к условиям возделывания.

Исследования проводили в 2011-2013 г.г. на базе ЗАО ОПХ «Центральное», ГНУ СКЗНИИСиВ Россельхозакадемии, г. Краснодар. Объектами исследования служили сорта яблони различного эколого-географического происхождения и различной плоидности. Диплоидные: Айдаред, Эрли Мак, Дейтон (происхождение - США), Лигол (Польша), Персиковое, Прикубанское, Рассвет, Фортуна, (Россия, СКЗНИИСиВ) и триплоидные сорта Союз, Родничок (происхождение - Россия, СКЗНИИСиВ).

Оценку адаптационной устойчивости сортов яблони различного эколого-географического происхождения к абиотическим факторам летнего периода проводили согласно методике, используя физиолого-биохимические параметры содержания катионов калия, фенолкарбоновых и абсцизовой кислот, коэффициент повреждения мембран [3]. Анатомо-морфологические исследования проводили согласно методике с использованием светового микроскопа «Olympus BX 41» [4].

Недостаток влаги на начальных этапах вызывает в растительном организме физиологические изменения, повышающие его устойчивость. К таким процессам относится осморегуляция – накопление осмотически действующих веществ, таких как ионы, в первую очередь катионов калия (К⁺). Благодаря этому вода удерживается, повышается соотношение связанной воды к свободной [2].

В накоплении К⁺ участвует рецессивный ген осморегуляции (or-ген), тесно связанный с урожайностью в условиях засухи.

Содержание К⁺ в условиях засухи 2011 (июль) и 2012 гг. (июнь) составило у сортов Лигол (3,93 и 2,1 мг/г, соответственно) и Айдаред (3,28 и 1,74 мг/г, соответственно) Союз (2,05 мг/г), Родничок (1,92 мг/г), Эрли Мак (1,89 мг/г), по сравнению с сортом Персиковое (3,02 мг/г) и сортом Прикубанское (1,63 мг/г), что может быть обусловлено более активной транспирацией и согласуется с состоянием устьичного аппарата (рис.1).

Рисунок 1 – Микрофото устьичного аппарата и поперечного среза листа яблони сорта Айдаред

Так у сорта Айдаред площадь замыкающих клеток устьиц составляет в среднем 493, у сорта Лигол - 420 и у сорта Прикубанское – 364 усл.ед., что согласуется с изменением содержания АБК (К_коррел.=0,93) (рис. 2). Как известно, накопление АБК в условиях низкой влагообеспеченности способствует уменьшению устьичной апертуры. Следует отметить, что число устьиц у сорта Айдаред больше

Рисунок 2 – Динамика содержания АБК в листьях яблони, 2013 г.

(41 шт./мм²), чем у сортов Лигол (27 шт./мм²) и Прикубанское (29 шт./мм²), что наряду с большим размером замыкающих клеток устьиц способствует большей потере воды при засухе.

В условиях лучшей влагообеспеченности июня 2013 г. анатомо-морфологические исследования показали, что изучаемые сорта яблони различаются по строению листовой пластинки. Общая толщина листовой пластинки варьировала от 164,7 мк у сорта Дейтон до 218,3 мк у сорта Родничок. Важно отметить, что у триплоидных сортов общая толщина листовой пластинки была больше вследствие большего размера клеток мезофилла листа. Толщина кутикулы и верхнего эпидермиса варьировала от 10,2 мк у сорта Дейтон до 11,3 мк у сорта Союз. Толщина слоя палисадной паренхимы варьировала от 78,3 мк у сорта Дейтон до 123,0 мк у сорта Родничок. Толщина слоя губчатой паренхимы варьировала от 69,8 мк у сорта Фортуна до 84,1 мк у сорта Родничок.

Увеличение толщины листовой пластинки, утолщение верхнего эпидермиса, увеличение толщины слоя клеток палисадной паренхимы, увеличение индекса палисадности, увеличение количества устьиц на единицу листовой поверхности, уменьшение линейных размеров устьиц являются признаками ксероморфной структуры и обуславливают устойчивость растений к засухе.

Повышение содержания К⁺ в листьях яблони сорта Прикубанское до 4,2 мг/г в августе 2012 г. в условиях снижения влагообеспеченности характеризует активное протекание репарационных процессов. В условиях летнего периода 2013 г. следует отметить положительную динамику содержания К⁺ как у три-, так и диплоидов, как отечественной, так и зарубежной селекции (рис.3).

Рисунок 3. Динамика содержания катионов калия в листьях яблони

Большим содержанием К⁺ в августе характеризовались такие сорта, как Рассвет, Фортуна, Эрли Мак, Дейтон, а также триплоиды Союз и Родничок, что характеризует у них активное протекание репарационных процессов.

Защитной реакцией растений на воздействие температурного стресса служит содержание в них фенолкарбоновых кислот (ФКК). Хлорогеновая и кофейная кислоты участвуют в синтезе флавоноидов в растениях.

Фенольные соединения - эффективные антиоксиданты, повышающие устойчивость плодовых растений к стрессовым факторам. Прерывая цепные реакции липидов, они способствуют стабилизации клеточных мембран.

Одним из показателей жаростойкости растений служит устойчивость клеточных мембран к разрушению (КП).

В условиях экстремально высокой температуры в июле 2011 г. (39,5 °С) и 2012 г. (38 °С) сорта Персиковое и Прикубанское (КП= 26,3-33,3), Рассвет, Фортуна, Родничок, Союз (КП=19,65–7,19) и сорта Эрли Мак (КП=8,24), Дейтон (КП=27,41) обладали большей жаростойкостью, чем сорта Айдаред и Лигол (КП=41,6-56,3). В условиях экстремально высокой температуры июля 2013 г. (37 – 38 °С) сорта Айдаред, Прикубанское, Рассвет, Союз Эрли Мак и Дейтон обладали большей жаростойкостью, чем сорта Лигол, Фортуна, Родничок.

В условиях засухи 2012 г. более высоким и стабильным содержанием суммы фенолкарбоновых кислот (хлорогеновой и кофейной) характеризовались сорта отечественной селекции Рассвет, Фортуна, Союз, Родничок и американской селекции – Эрли Мак и Дейтон (рис. 4).

Рисунок 4. Динамика содержания суммы фенолкарбоновых кислот в листьях исследуемых сортов яблони в условиях летнего периода 2013 г.

Более высоким содержанием суммы фенолкарбоновых кислот (хлорогеновой и кофейной) в условиях июля 2013 г. характеризовались сорта отечественной селекции Рассвет, Фортуна, Союз, польской – Лигол и американской – Эрли Мак и Дейтон.

Таким образом, полученные результаты позволяют предположить, что сорта яблони отечественной селекции обладают большим резервом потенциальных возможностей адаптироваться к засухе и жаре в сравнении с интродуцированными сортами зарубежной селекции. Местные сорта яблони, причем триплоидные сорта в большей степени, чем диплоидные, обладают большей экологической пластичностью, позволяющей на основе изменения физиологических реакций лучше приспособиться к экстремальным факторам среды.

Литература:

1. Nataliya I. Nenko Stability to the drought of the types of the apple tree of different ploidy / Nataliya I. Nenko, Galina K. Kiselevа, Alla V. Karavaeva, Helen V. Ulyanovskaya / Journal of International Scientific Publications: Ecology & Safety, Bulgaria (EU), 2013,Volume 7, Part 4, P. 4-12.

2. Ненько, Н.И. Изучение перспективных сортов яблони различной плоидности в связи с адаптацией к засухе / Н.И. Ненько, Г.К. Киселева, Е.В. Ульяновская // Materiały IX męzinarodni vedesko-prakticka conference «Predni vedeske novinky - 2013» (27 srpna – 05 zari 2013 roku) – Dil 7. Lekarstvi. Biologicke vedy. Zverolekarstvi: Praga.Publishing House «Educatoin and Sciense» s.r.o.- 2013. S. 40-45.

3. Ненько, Н.И. Физиологические методы в адаптивной селекции плодовых культур / Н.И. Ненько, Т.Н. Дорошенко, Т.А. Гасанова // Современные методологические аспекты организации селекционного процесса в садоводстве и виноградарстве.- Краснодар, СКЗНИИСиВ, 2012.- С. 189-198.

4. Киселева, Г.К. Анатомо-морфологическая оценка адаптивного потенциала сортов плодовых культур и винограда. – Современные методологические аспекты организации селекционного процесса в садоводстве и виноградарстве. – Краснодар : СКЗНИИСиВ, 2012.- С.199-205.

Работа поддержана грантом №13-04-96581 р_юг_а Российского фонда фундаментальных исследований и администрацией Краснодарского края.