CC BY
4№ 4(20), 2015
УДК 581.1.036:634.11(471.63)
Ненько Н. И., Киселева Г. К., Ульяновская Е. В.
Nenko N., Kiseleva G., Ulyanovskaya H.
ПАРАМЕТРИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ РАСТЕНИЙ MALUS DOMESTICA BORKH. РАЗНОГО ЭКОЛОГО-ГЕОГРАФИЧЕСКОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ К СТРЕССОРАМ ЛЕТНЕГО ПЕРИОДА СЕВЕРО-КАВКАЗСКОГО РЕГИОНА
PARAMETRIC EVALUATION OF PLANT RESISTANCE MALUS DOMESTICA BORKH. DIFFERENT ECOLOGO GEOGRAPHICAL ORIGIN TO THE STRESSORS OF THE SUMMER PERIOD IN THE NORTHERN CAUCASUS REGION
В условиях Северо-Кавказского региона России создание сортов с высокой экологической пластичностью, устойчивых к воздействию стрессоров летнего периода, в частности к длительной почвенной и атмосферной засухе является приоритетным направлением в селекции яблони. Цель настоящей работы - на основе комплексного подхода по физиолого-биохимическим и анатомо-морфологическим параметрам провести сравнительную оценку адаптационной устойчивости сортов яблони разного эколого-географического происхождения (Россия, США, Польша) к абиотическим стрессорам летнего периода и выявить сорта перспективные для возделывания в СевероКавказском регионе России. Использованы современные высокоточные физиолого-биохимические методы исследования водного обмена, пролина, сахарозы с применением высокоэффективного аналитического оборудования, а также методы световой микроскопии. Изучена адаптивная стратегия физиолого-биохимических процессов листового аппарата яблони в условиях летнего вегетационного периода. На основе сравнительных данных параметрической оценки физиолого-биохимических процессов выявлено, что триплоидные сорта отечественной селекции Союз и Родничок в большей степени, чем изучаемые диплоидные сорта зарубежной селекции обладают большей экологической пластичностью, позволяющей на основе изменения физиологических реакций лучше приспособиться к стресс-факторам летнего периода. Установлено, что резервы адаптационной устойчивости сортов яблони отечественной селекции обусловлены повышенным содержанием связанной формы воды (К= 3,8-4,3), сахарозы, пролина, увеличением индекса палисадности листовой пластинки (1,22-1,47), способствующие интенсивному протеканию физиологических процессов листового аппарата яблони.
In the conditions of the North Caucasus region of Russia the creation of varieties with high ecological plasticity resistant stressors of summer period, in particular to the long-term soil and atmospheric drought is a priority in the selection of apple. The purpose of this article based integrated approach of physiological, biochemical and anatomo-morphological parameters of a comparative assessment of the stability of the adaptation of different varieties of apple ecologo-geographical origin (Russia, USA, Poland) to abiotic stressors of summer period and to identify promising varieties for cultivation in the North Caucasus region of Russia. The using of modern high-precision physiological and biochemical research methods of water metabolism, proline, sucrose using highly analytical equipment and methods of light microscopy. Adaptive strategy of physiologo-biochemi-cal processes foliage of apple in a summer growing season are studied. On the basis of comparative data parameter estimation of physiologo-biochemical processes revealed that triploid varieties domestic breeding Souz and Rodnichok to a greater degree than learning diploid varieties of foreign selection are more ecological plasticity, which allows on the basis of changes in physiological responses to better adapt to stressors year period. It was found that the stability of the adaptive reserves of domestic breeding varieties of apple caused by a high content of bound form of water (K= 3,8-4,3), sucrose, proline, an increase in the index leaf palisade facilitating (1,22-1,47), the flow of intense physiological processes foliage of apple.
Ключевые слова: яблоня, засухоустойчивость, листовой аппарат, сахароза, пролин.
Key words: Apple, drought tolerance, leaf apparatus, sucrose, Proline.
Ненько Наталия Ивановна -
доктор сельскохозяйственных наук, профессор, зав. лабораторией физиологии и биохимии, ФГБНУ Северо-Кавказский зональный научно-исследовательский институт садоводства и виноградарства г. Краснодар Тел.: 252-70-74
E-mail: nenko.nataliya@yandex.ru
Киселева Галина Константиновна -
кандидат биологических наук, доцент, ст. научный сотрудник лаборатории физиологии и биохимии, ФГБНУ Северо-Кавказский зональный научно-исследовательский институт садоводства и виноградарства г. Краснодар Тел.: 252-70-74
E-mail: galina-kiseleva-1960@mail.ru
Nataliya Nenko -
Doctor of Agricultural Science, Professor associate head of laboratory of physiology and biochemistry of the plants of Federal State Budgetary Scientific Institution North Caucasian Regional Research Institute of Horticulture and Viticulture Krasnodar Tel.: 252-70-74
E-mail: nenko.nataliya@yandex.ru Galina Kiseleva -
Candidate of Biological Science, Professor, senior scientific worker of laboratory of physiology and biochemistry of Federal State Budgetary Scientific Institution North Caucasian Regional Research Institute of Horticulture and Viticulture Krasnodar Тel.: 252-70-74
E-mail: galina-kiseleva-1960@mail.ru
238
,,„ „„„,„,„,„„,„„. Jj Ставрополья
научно-практическии журнал
Ульяновская Елена Владимировна -
доктор сельскохозяйственных наук,
зав. лабораторией селекции семечковых
и орехоплодных культур, ФГБНУ Северо-Кавказский
зональный научно-исследовательский институт
садоводства и виноградарства
г. Краснодар
Тел.: 252-70-74
E-mail: ulyanovskaya_e@mail.ru
Helen Ulyanovskaya -
Doctor of Science, head of laboratory selection of seeds and nuts of Federal
State Budgetary Scientific Institution North Caucasian
Regional Research Institute
of Horticulture and Viticulture
Krasnodar
Тel.: 252-70-74
E-mail: ulyanovskaya_e@mail.ru
Развитие эколого-адаптивного садоводства в Северо-Кавказском регионе России определило одно из приоритетных направлений в селекции яблони -создание сортов с высокой экологической пластичностью, устойчивых к воздействию стрессоров летнего периода, в частности к летней засухе [3, с. 32]. У большинства возделываемых сортов яблони наблюдается снижение устойчивости к экстремальным факторам летнего периода, что обусловливает необходимость совершенствования сортимента с целью выявления сортов, сочетающих высокую урожайность с устойчивостью к наиболее распространенным в данной местности абиотическим и биотическим стрессорам [4, с. 173]. Повышение устойчивости растений яблони к стрессовым условиям среды возможно лишь на основе глубокого изучения их физиолого-биохимических особенностей.
Цель настоящей работы - по физиолого-биохимическим параметрам провести сравнительную оценкуадаптационной устойчивостисортов яблони разного эколого-географического происхождения к абиотическим стрессорам летнего периода и выявить сорта, перспективные для возделывания в Северо-Кавказском регионе России.
Исследования проводили в 2013-2014 гг. на базе ЗАО ОПХ «Центральное», ФГБНУ СКЗНИ-ИСиВ, г. Краснодар. Объектами исследова-
ния 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).
Физиолого-биохимические параметры определяли по методикам [2, с. 190; 7]. Анатомо-морфологические исследования проводили согласно методике с использованием микроскопа Olympus ВХ41 [1, с. 201].
Летом на территории Северного Кавказа растения особенно сильно страдают от длительной почвенной и атмосферной засухи, а также от суховея и жары [5, с. 13; 8, с. 41]. Летние периоды 2013 - 2014 г.г. были жаркими, температура воздуха в 2013 г. достигала 32 °С, в 2014 г. - 35-37 °С. Количество выпавших осадков в августе по сравнению с июнем и июлем снижалось и в августе 2014 г. отмечалась засуха (осадки - 0 мм при температуре воздуха 36°С).
Показателем устойчивости растений к низкой влагообеспеченности в условиях летнего периода служит изменение соотношения связанной и свободной форм воды в листовом аппарате. В условиях лучшей влагообеспеченно-сти 2013 г. этот показатель наиболее стабилен у триплоидов Союз (К= 2,6-4,3) и Родничок (К= 3,0-3,8).
9 8 7 6 5
3 2 1
0 L.
S S ^
ж
I июнь H июль □ август
2013 г.
в
естник АПК
Ставрополья
№ 4(20), 2015
■ июнь еиюль в август
2014 г.
Рисунок 1 - Динамика отношения содержания связанной воды к свободной в летний период
2013-2014 гг., г. Краснодар
При наступлении засухи в августе 2014 г. этот показатель у большинства сортов снижается в сравнении с июлем, причем меньше у триплои-дов, а также диплоидных сортов Рассвет, Фортуна, Дейтон и увеличивается у сорта Эрли Мак. Снижение содержания связанной формы воды, с одной стороны позволяет предположить активацию обменных процессов в связи с адаптацией, так как чем меньше изменяется соотношение связанной воды к свободной, тем большим адаптационным потенциалом может обладать сорт.
При стрессовых воздействиях в период засухи в клетках растений возрастает содержание растворимых углеводов, стабилизирующих
цитоплазму, а также свободной аминокислоты пролина. Одна из основных функций пролина - защитная, его гидрофильные группы связываются с гидрофильными группами участками белков, повышая гидрофильность, что предотвращает их денатурацию и способствует поддержанию оводненности даже при снижении общего содержания воды в клетке [6, с. 71].
Следует отметить увеличение содержания про-лина и сахарозы в листовом аппарате изучаемых сортов яблони в июле и значительное увеличение содержания пролина при следовых количествах сахарозы в августе у сортов Рассвет, Фортуна, Союз, Родничок, Дейтон и Эрли Мак (рис.2).
-1,5
-0,5 0 0,5
Коэффициент корреляции
1,5
5 пролин
□ сахароза
Рисунок 2 - Зависимость водоудерживающей способности листьев яблони от содержания пролина и сахарозы в летний период 2014 г., г. Краснодар
Снижение содержания пролина у сортов Ай-даред, Лигол наблюдавшееся в августе 2014 г. в условиях теплового шока, характеризует их низкую жаростойкость в условиях летнего периода 2014 г.
Анатомо-морфологические исследования листовой пластинки изучаемых сортов яблони, проведенные в летние периоды 2013-2014 гг. показали, что наибольшее преобладание слоя палисадной паренхимы над губчатой, являюще-
Ежеквартальный
научно-практический
журнал
еся признаком ксероморфной структуры и обу- отмечено у сортов Союз и Родничок (индекс па-славливающее устойчивость растений к засухе, лисадности = 1,22 - 1,47 (рис. 3).
1,6 -,
■ июнь □ июль О август
Рисунок 3 - Динамика индекса палисадности листовой пластинки яблони в летний период
2013-2014 г. г.
Таким образом, триплоидные сорта отечествен- Установлено, что резервы адаптационной ной селекции Союз и Родничок в большей степе- устойчивости сортов яблони отечественной сени, чем изучаемые диплоидные сорта зарубежной лекции обусловлены повышенным содержани-селекции обладают большей экологической пла- ем связанной формы воды, сахарозы, пролина, стичностью, позволяющей на основе изменения увеличением индекса палисадности листовой физиологических реакций лучше приспособиться пластинки. к стресс-факторам летнего периода.
Литература
1. 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.
2. Ненько Н. И., Дорошенко Т. Н., Гасано-ва Т. А. Физиологические методы в адаптивной селекции плодовых культур // Современные методологические аспекты организации селекционного процесса в садоводстве и виноградарстве. Краснодар : СКЗНИИСиВ, 2012. С. 189-198.
3. Ненько Н. И., Киселева Г. К., Ульяновская Е. В. Физиолого-биохимические исследования сортов яблони различного эколого-географического происхождения в условиях юга России // Новината за напреднали наука : материали за 10-а международна научна практична конференция. Т. 26 : Сел-ско стопанство. Ветеринарна наука. София : «БялГРАД-БГ» ООД, 2014. С. 32-37.
4. Ненько Н. И., Киселева Г К., Ульяновская Е. В. Оценка адаптационной устойчивости к засухе сортов яблони различного эколого-географического происхождения в условиях Краснодарского края // Вестник АПК Ставрополья. 2014. № 2(14). С. 173-176.
References
1. Kiseleva G. K. Anatomical and morphological evaluation of the adaptive potential of varieties of fruit crops and grapes / Modern methodological aspects of the organization of the selection process in horticulture and viticulture. Krasnodar, Ncrrih & V, 2012. Page 199-205.
2. Nenko N.I., Doroshenko T. N., Hasanova T. A. Physiological adaptive methods in breeding of fruit crops // the current methodological aspects of the organization of the selection process in horticulture and viticulture. Krasnodar: Ncrrih & V, 2012.With. 189-198.
3. Nenko N.I, Kiseleva G.K., Ulyanovskaya E.V. Physiological and biochemical studies of different varieties of apple ecological-geographic origin in Southern Russia / material for the 10 international scientific and practical conference «Novinata for naprednali science» 2014.Tom 26. stopanstvo contry. Veterinary science. Sofia, «ByalGRAD-BG» LTD. S. 32-37.
4. Nenko N. I., Kiseleva G. K., Ulyanovskaya E. V. In the Evaluation of adaptive resilience to drought varieties of apples of different ecological and geographical origin in the conditions of Krasnodar region // Bulletin of agrarian and industrial complex of Stavropol, № 2(14), 2014. Page 173-176.
№ 4(20), 2015
5. Ненько Н. И., Киселева Г. К., Ульяновская Е. В. Адаптация сортов яблони различного происхождения к повышенным температурам летнего периода // Новое слово в науке: перспективы развития : материалы III Междунар. науч.-практ. конф. (г Чебоксары, 5 марта 2015 г). Чебоксары : ЦНС «Интерактив плюс», 2015. С. 13-15.
6. Содержание пролина в прорастающих семенах гречихи и их качество при действии импульсного давления и пониженных температур / А. В. Шиленков, Н. Г Мазей, Е. Э. Нефедьева, В. Н. Хрянин // Сельскохозяйственная биология. 2008. № 5. С. 70-77.
7. Патент РФ № 2492458. Способ определения глюкозы, сахарозы, фруктозы / Ю. Ф. Якуба, Н. И. Ненько, М. В. Филимонов, В. В. Шестакова, М. В. Захарова ; заявл. 10.09.2013.
8. Study of adaptive immunity of apple sorts of various ploidy to drought / N. I. Nenko, G. K. Kiseleva, E. V. Ulyanovskaya, A. V. Karavaeva // Science and Education : materials of the V international research and practice conference (Munich, February 27-28, 2014.). Germany. 2014. Vol. 1. P. 40-43.
5. Nenko N.I. Kiseleva G.K., Ulyanovskaya E.V. Adaptation of apple varieties of different origin to elevated temperatures summer / new word in science: prospects of development: materials of III Intern. scientific and practical. Conf. (Cheboksary, March 5, 2015). Cheboksary: CNS «Interactive plus», 2015. C.13 -15.
6. Shilenkov A.V., Ointments N.G., Nefed'eva E.E., Hryanin V.N. Proline content in germinating seeds of buckwheat and quality of the action of pulse pressure and low temperatures // Agricultural Biology. 2008. № 5. C. 70-77.
7. Jakubа J.F, Nenko N.I., Filimonov M.V., Shestakova V.V., Zakharova M.A. Method for determination of glucose, sucrose, fructose / Patent RF № 2492458 from 10.09.2013.
8. Nenko N.I., Kiseleva G.K., Ulyanovskaya E.V., Karavaeva A.V. Study of adaptive immunity of apple sorts of various ploidy to drought // Science and Education. Materials of the V international research and practice conference. Vol. 1, February 27-28, 2014, Munich, Germany, 2014. P. 40-43.
Поддержано грантом №13-04-96581 р_юг_а Российского фонда фундаментальных исследований и администрацией Краснодарского края.
