CC BY
34
УДК 634.322(470) ББК 42.8 А-15
Абильфазова Юлия Сулевна, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории физиологии и биохимии растений Федерального государственного бюджетного научного учреждения «Всероссийский научно-исследовательский институт цветоводства и субтропических культур»; 354002, г. Сочи, ул. Яна Фабрициуса 2/28; e-mail: [email protected]; тел.: 8(906)4364302
АКТИВНОСТЬ ФЕРМЕНТА КАТАЛАЗЫ ЛИСТЬЕВ МАНДАРИНА
В СУБТРОПИКАХ РОССИИ
(рецензирована)
Статья представлена результатами многолетних исследований 6 сортов и 2 гибридов Citrus unshiu: Миагава-Васе (St.); Слава Вавилова; Юбилейный; Сентябрьский; Кодорский; Уншиу; гибрид 16939 (Миагава-Васе x Натсу Микан); гибрид 16954 (Миагава-Васе x Юка), произрастающих в субтропической зоне Краснодарского края, отличающихся высокой активностью фермента каталазы и устойчивостью к изменениям почвенно-климатических условий.
Ключевые слова: мандарины, водный дефицит, толщина листа, каталаза, устойчивость.
Abilfazova Julia Sulevna, Candidate of Biology, a senior researcher of the Laboratory of Plant Physiology and Biochemistry of the Federal State Budget Scientific Institution "All-Russian Scientific Research Institute of Floriculture and Subtropical Crops ", Russia, 354002, Sochi, 2/28 JanFabricius str.;. e-mail: Citrus [email protected]; tel.: 8 (906) 4364302.
ACTIVITY OF CATALASE FERMENT OF MANDARIN LEAVES IN THE SUBTROPICS OF RUSSIA (reviewed)
The article presents the results of long-term studies of 6 varieties and 2 hybrids of Citrus unshiu: Miagawa-Vase (St.); Vavilov's Glory; Jubilee; September; Kodorsky; Unshiu; 16939 Hybrid (Miagawa-Vase x Natsu Mikan); 16954 Hybrid (Miagawa-Vase x Yuka), growing in the subtropical zone of the Krasnodar Territory, characterized by high catalase enzyme activity and resistance to changes in soil-climatic conditions.
Kewords: mandarins, water deficiency, sheet thickness, catalase, stability.
Черноморское побережье Краснодарского края является уникальным регионом для выращивания южных плодовых и субтропических культур, а также получения экологически безопасной продукции для курортной зоны России. Институт цветоводства и субтропических культур располагает богатым генофондом растений, в том числе и неплохой коллекцией цитрусовых, где наиболее ценными в лечебном и диетическом отношении являются: мандарин, апельсин, лимон, грейпфрут.
Рациональное использование уникальных природных условий курортной зоны, совершенствование технологий и элементов возделывания растений позволит в
дальнейшем получать экологически чистую продукцию, используя при этом лечебно-профилактические свойства цитрусовых.
Установлено, что отрицательные факторы способствуют ослаблению растений, в результате чего повышается их восприимчивость к курчавости, инфекционным и вирусным заболеваниям [1], приводящее, впоследствии, к снижению продуктивности и ухудшению качества продукции. Неблагоприятные засушливые месяцы в субтропической зоне начинаются с середины июня по август. Как показывает практика, в результате высоких температур воздуха до +30иС и влажности более 80% снижаются биохимические процессы в растениях (оводненность тканей, фотосинтез, дыхание, активность обмена вещества и т.д.) [2].
Методы и объекты исследований
Многолетние исследования проводились на модельных сортах и гибридах цитрусовых (2008-2010 гг.), выращиваемых на плантации института в опытно-технологическом отделе сектора плодовых культур ФГБНУ ВНИИЦиСК. Почвы кислые, бурые лесные, слабоненасыщенные. Опыт заложен в 1986 г., площадь питания составляла 4^2 м, повторность 3-х кратная, размещение - рендомизированное. Схема опыта включала 8 вариантов: Миагава-Васе (Miagava-Base - St.); Слава Вавилова (Slava Vavilov); Юбилейный (Jubilee); Сентябрьский (Sentyabrsky); Кодорский (Kodorsky); Уншиу (Unshiu); гибрид 16939 (Миагава-Васе x Натсу) (hybrid 16939 (Miagava-Vase x Natsu)); гибрид 16954 (Миагава-Васе x Юка) (hybrid 16954 (Miagava-Vase x Yuka)).
Агротехника общепринятая для культуры мандарина [3]. Индикаторным органом для оценки функционального состояния карликового мандарина определены физиологически зрелые листья. Отбор плодов персика проводился с июня по сентябрь в зависимости от погодных условий (засуха, высокие температуры воздуха и т.д.), сорта и сроков созревания плодов.
Для диагностирования устойчивости цитрусовых культур к неблагоприятным факторам, проводились исследования, характеризующие водный режим и ферментативную активность у перспективных сортов и гибридов мандарина, это: оценка засухоустойчивости по величине водного дефицита [4]; экспресс-диагностика жаро-засухоустойчивости по изменению толщины листовой пластинки [5]; активность фермента каталазы [4].
Как известно, водный дефицит является реакцией на действие абиотических факторов природной среды во влажных субтропиках, а также важным и универсальным показателем, диагностирующим внутреннее состояние растений в засушливый период, который повторяется из года в год. Диагностические показатели позволят оценить физиологическое состояние растений, их устойчивость к изменениям внешней среды, потенциальную возможность и сортопригодность для дальнейшего возделывания в субтропической зоне Краснодарского края.
Результаты исследований
Анализ погодных условий показал, что в курортной зоне весна обычно бывает прохладной и дождливой, что способствует замедлению вегетативных и генеративных процессов, происходящих в растениях цитрусовых. Наиболее засушливым периодом для мандарина является летнее время (середина июня-август), когда наблюдается высокая температура воздуха более +300С с относительной влажностью до 80% и выше, что
отрицательно влияет на рост и развитие растений. При резком изменении водного или температурного режима происходит нарушение обменных процессов у растений.
Мандарины чувствительны к переменам окружающей среды, особенно к засухе [6, 7] в связи, с чем и проводились исследования по величине водного дефицита до и после стресса. Наша работа была облегчена тем, что в субтропической зоне не приходилось моделировать засуху, так как нарушения гидротермического характера повторяются из года в год.
Данные по изучению водного режима в неблагоприятный по водообеспеченности период показали, что водный дефицит листьев в среднем по опыту достигал всего 13%, что свидетельствует об устойчивости растений мандарина к высокой температуре окружающей среды [8]. Из полученных результатов следует, что способность растения выживать в условиях дефицита влаги зависит от того, как эффективно работают защитные механизмы самого растения.
Диагностирование жаро-засухоустойчивости листьев мандарина проводилось с помощью портативного тургоромера. В результате выявлено, что нарастание толщины листа и сохранение тургесцентности у устойчивых сортов Кодорский, Сентябрьский и гибрида 16954 превышало существенно в 1,3 раза контрольный вариант Миагава-Васе (при НСРо5-0,03). Полученные данные характеризовали их высокую засухоустойчивость к абиотическим факторам среды. Вместе с тем отмечено, что у менее устойчивых сортов -Юбилейный, Слава Вавилова, Миагава-Васе, Уншиу и гибрид 16939 в период воздействия засухи водный дефицит повышался до 15 % и выше, что приводило к наибольшей потере тургора, которое выражалось в снижении толщины листовой пластинки почти в 1,2 раза.
В процессе биологического окисления при тканевом дыхании у растений происходит выброс перекиси водорода, который усугубляется во время экстремальных погодных условий и губительно влияет на внутреннее состояние растений [2, 9]. Чем больше стресс, тем больше происходит выброса. Но накоплению Н2О2 препятствует фермент каталаза, распространенный в клетках, который расщепляя Н2О2 на воду и кислород, играет защитную роль. Для получения более достоверной информации о влиянии неблагоприятных факторов на активность каталазы, как показателя устойчивости растений, анализировались листья мандарина [10]. Так, в благоприятный период (июнь) активность фермента в среднем по опыту составила - 160,0 млО2/г у гибрида 16939 (Миагава-Васе x Натсу) ... 208,0 млО2/г у сорта Уншиу (рис. 1).
Наши исследования показали, что у здоровых, активно растущих деревьев, имеющих оптимальные показатели водного режима, активность каталазы по опыту была на уровне контрольного сорта Миагава-Васе, что свидетельствует об их жизнестойкости в соответствующих условиях.
Ситуация изменилась в июле-августе с нарастанием неблагоприятных факторов (засуха, высокая влажность, температура воздуха до +28оС и выше), растения мандарина приобрели угнетенный вид. Так, проведенные анализы в июле показали, что количество выделившегося кислорода в результате разложения перекиси водорода колебалось в пределах 501,3 млО2/г. 808,0 млО2/г, а в августе - 629,3 млО2/г.789,3 млО2/г (рис. 1). Образование устойчиво-высокой концентрации перекиси водорода в листьях свидетельствует о воздействии различных стресс-факторов, которые впоследствии приводят к нарушению жизнедеятельности растений.
Рисунок 1. Активность фермента каталазы листьев мандарина (2008-2010 гг.)
Заключение
Из изложенного выше следует, что довольно низкий водный дефицит, незначительная потеря тургора листовых пластинок и высокая активность каталазы диагностируют устойчивость и возможность противостояния культуры мандарина к гидротермическим нарушениям окружающей среды.
Литература:
1. Карпун Н.Н., Янушевская Э.Б., Михайлова Е.В. Защитные механизмы персика и их роль в повышении устойчивости к курчавости // Субтропическое и декоративное садоводство. 2015. Т. 53. С. 14-143.
2. Абильфазова Ю.С. Физиолого-биохимические показатели устойчивости персика в зависимости от погодных условий Сочи // Садоводство и виноградарство. 2014. №4. С. 42-44.
3. Методика государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур. Выпуск 5. Плодовые, ягодные, субтропические, цитрусовые, орехоплодные культуры, виноград и чай. Москва: Колос, 1970. 269 с.
4. Гунар И.И. Практикум по физиологии растений. Москва: Колос, 1972. 168 с.
5. Экспресс-метод диагностики жароустойчивости и сроков полива растений / М.Д. Кушниренко [и др.]. Кишинев: Штиинца, 1986. 38 с.
6. Абильфазова Ю.С. Изменения физиологического состояния растений мандарина под влиянием неблагоприятных факторов среды // Всероссийский симпозиум «Растение и стресс» / Ин-т физиологии растений им. К.А. Тимирязева РАН. Москва, 2010. С. 25-26.
7. Использование физиолого-биохимических методов для выявления механизмов адаптации субтропических, южных плодовых и декоративных культур в условиях субтропиков России / А.В. Рындин [и др.] // Сельскохозяйственная биология. 2014. №3. С. 40-48.
8. Рындин А.В. Водно-термический режим субтропиков России // Садоводство и виноградарство. 2009. №3. С. 14-18.
9. Julia Abilphazova, Oksana Belous. Adaptability of cultivars and hybrids of tangerine in a subtropical zone of Russia // Potravinarstvo. 2015. V. 9, №1. Р. 299-303.
10. Гудковский В.А., Каширская Н.Я, Цуканова У.М. Окислительный стресс плодовых и ягодных культур. Тамбов: ТГТУ, 2001. 88 с.
Literature:
1. Karpun N.N., Yanushevskaya E.B., Mikhailova E.V. Protective mechanisms of tpeach and their role in improving curl resistance //Subtropical and decorative gardening. 2015. P. 53. P. 14-143.
2. Abilfazova Yu.S. Physiological and biochemical indicators of peach stability depending on the weather conditions in Sochi // Horticulture and viticulture. 2014. № 4. P. 4244.
3. The method of state variety testing of agricultural crops. Issue 5. Fruit, berry, subtropical, citrus, nuts, grapes and tea. Moscow: Kolos, 1970. 269p.
4. Gunar I.I. Practicum on plant physiology. Moscow: Kolos, 1972. 168 p.
5. Express-method of diagnosing heat resistance and timing of plant watering / M.D. Kushnirenko [and others]. Kishinev: Shtiintsa, 1986. 38 p.
6. Abilfazova Yu.S. Changes in mandarin plant physiological state under the influence of adverse environmental factors // All-Russian Symposium " A plant and sress" / Institute of Plant Physiology named after K.A. Timiryazev of the RAS. Moscow, 2010. P. 25-26.
7. Use of physiological and biochemical methods for revealing the mechanisms of adaptation of subtropical, southern fruit and ornamental cultures in the subtropics of Russia / A.V. Ryndin [and others] // Agricultural Biology. 2014. № 3. P. 40-48.
8. Ryndin A.V. Water-thermal regime of the Russian subtropics // Horticulture and viticulture. 2009. № 3. P. 14-18.
9. Julia Abilphazova, Oksana Belous. Adaptability of cultivars and hybrids of tangerine in the subtropical zone of Russia //Potravinarstvo. 2015. V. 9, No. 1. P. 299-303.
10. Gudkovsky V.A., Kashirskaya N.Ya., Tsukanova U.M. Oxidative stress of fruit and berry crops. Tambov: TSTU, 2001. 88p.
