Введение к работе
1.1 Актуальность темы -
Одно из ведущих мест по пищевой и диетической ценности, разнообра--зию использования продукции, занимаемой площади промышленных насаждений и валовому производству принадлежит винограду. Согласно последним данным мировые коллекции винограда насчитывают около 30 тыс. сортообраз-цов. A.M.. Негру лем, на основе морфологических, биологических, физиологических ' И* ХОЗЯЙСТВеННО , - .Ценных', признаков _ ВЫДелеНЫ , Три^ ЭКОЛОГОт
географические группы сортов основного вида винограда Vitis viniferaL., к ко-
- торому относятся свыше 90% культивируемых сортов винограда: 1) conv. orien-
talis Negr.; 2) conv. pontica Negr.; 3) conv. occidentalis Negr. . ; ..-,
Важным компонентом современных технологий производства продукции растениеводства, и, в том числе, виноградарства, являются экзогенные фито-гормоны. Отличаясь высокой физиологической активностью,.они во многом определяют характер прохождения важнейших, физиологических процессов, как рост, генеративное развитие, плодообразование, фотосинтез, дыхание, поступление элементов питания и др. Регуляция этих процессов высоко специфична и не может осуществляться другими средствами воздействия на растения. Поэтому, овладение законами гормональной регуляции жизнедеятельности виноградного растения, и, в частности, формирования генеративных органов, является актуальной задачей не только теории, но и практики.
Современные достижения биотехнологии в области изучения и примене
ния экзогенных фитогормонов на различных растениях, в том числе и на вино
граде, показали, что характер их влияния в значительной степени определяется
биологическими особенностями сортов (Мананков, 1970, 1981;* Чайлахян,. Сар-
кисова, 1980;'Бату каев,; 1987;І-ауее^І9Й0; Dass.'RandhaWa,' 1967; Considine,
1983). Оптимальное обоснование и разработка эффективных технологий ис
пользования экзогенных фитогормонов возможно только на базе совершенной
теории, системно отражающей наиболее глубокие, внутренние связи в орга
низме (Ковалев, 1997). ;:іг» ::---,-1-.-1 ч..м'-.»''.
Важное значение имеет не только установление закономерностей формирования урожая,- но'И разработка способов управления им. В настоящее время нет теоретических основ, ясно отражающих биологические особенности формирования генеративных органов семенных сортов винограда различных эко-лого < географических групп. В частности, слабо изучены гормональная и трофическая регуляция процессов формирования различных типов ягод и семян, соответственно, отсутствуют обоснованные принципы экзогенной гормональной регуляции продукционного процесса у семенных сортов, а имеющиеся данные носят фрагментарный характер.
центральная"
,^КУЧНЛЯ БИБЛИОТЕКА
L. "L ' xtJ3 а«адамии им. н. а. '"ймирнввва И на. №-
Одним из цепних чоіяйственно - технологических признаков дія сортов всех направлений испо іьювания потребления в свежем виде, пригоювления кишмиша, производства вин сока и ряда других пищевых продуктов является бессемянность Доказагелылвом >tomv илу жиг возрастающее внимание в винодельческих странах к группе Гессемянных сортов винограда Проблеме бес-семянности много внимания было уделено в 1489 году на 69 - Генеральной Ассамблее OIV в Люксембурге, в 1990 году на 70 - Г енеральной Ассамблее OIV в Ялте и 1941 roiv на симпозиуме по «.готовому виноірадарству в Италии Наиболее высокий интерес к данной проблеме проявляегсм в США Италии, странах бывшего Советского Союза, а также в Испании, Австралии, Израиле, Болгарии и других юс\дарствах
Опрос 21S респондентов, проведенный нами и различных регионах России (Москва, Дагестан, Ростовская область), показал, что около 700 опрошенных предпочитает для погреб і^ния в свежем виде бессемянный виноград
В настоящее время проводится большая работа по выведению новых бессемянных сортов, оівечающих требованиям современного виноградарства и виноделия Однако сепекционный путь поручения бессемянных сортов довольно продолжительный, в связи с чем, актуален и другой путь- получения оессе-мянных ягод у семенных сортов винограда, обладающих ценными биолотче-скими и хозяйственными признаками, путем применения жзогенных фшогор-монов
В данное время как у нас в стране, так и за рубежом накоп ієн большой жспериментальный материал, характеризующий многоплановое в шяние экзогенных фитогормонов на виноградное растение (Чайлахян, Саркисова, Кочан-ков, 1961, Птакида, Габович, 1964, Смирнов, Перепетицина, 1965 Мананков, 1981, Смирнов С К и др. 1944, Dass,, Randhawa, 1967, Motomura. Ito, |Ч72, Oono, 1973, Ozaki и др , 1978) Получены также положительные результаты в получении бессемянных яюд в практических целях в Японии (Kishi, lasaki, 1960), США (Clore, 1965), Индии (Prasad, 1967), но, на ограниченном числе сортов (1 - 2) и с использованием, в основном, только гиббереллина (А,) Однако глубокие и комплексные исследования по изучению влияния экзогенных фитогормонов различных групп и причин формирования бессемянных ягод у семенных сортов не проводились, а большинство отмеченных явлений на испытанных сортах не нашло еще должного теоретического объяснения В частности, не изучена роль трофической и гормональной регуляции в формировании различных типов ягод и в проявлении функциональной бессемянности семенных сортов Благодаря их изучению стало бы возможным прогнозировать эффективное использование экзогенных фитогормонов с целью получения бес-
семянных ягод на семенных сортах с различными биологическими особенностями.
В этой связи, становится необходимым расширить и углубить познание тех механизмов действия и причин, которые лежат в основе формирования бессемянных ягод, как в естественных условиях, так и при обработке экзогенными фитогормонами. Особое значение приобретает выявление биологических (гормональных, анатомических, физиолого - биохимических) особенностей формирования различных типов ягод и семян в грозди. При этом следует исходить из того, что применение экзогенных фитогормонов должно увязываться с биологией виноградного растения, являющегося непременным условием их эффективного использования.
1.2 Цель и задачи исследований
Цель исследований - выявление физиологических основ формирования
бессемянных ягод и разработка путей и методов индуцирования бессемянности
у семенных сортов винограда;
В задачи исследований входило изучение: . .
-
биологических причин образования и морфофизиологических особенностей различных типов ягод семенных сортов винограда;
-
гормонального баланса генеративных органов сортов винограда различных эколого - географических групп на различных этапах эмбриогенеза;
-
особенностей роста и развития генеративных органов семенных сортов ви-юграда в естественных условиях и при обработке экзогенными фитогормонами на ранних этапах эмбриогенеза; .
-
распределения 14С - ассимилятов и эндогенных фитогормонов в соцветии и системе «семяпочка - околоплодник» в естественных условиях и
- при обработке экзогенными фитогормонами для индукции бессемянности;' >.' \
-
роли гормональной и трофической регуляции в проявлении функциональной бессемянности у семенных сортов винограда;
-
особенностей дыхания генеративных органов семенных сортов винограда в связи с формированием бессемянных ягод;
7) особенностей формирования проводящей системы соцветий при обра-
. ботке экзогенными фитогормонами;
8) реакции семенных сортов различных эколого - географических групп
на действие экзогенных фитогормонов и связи ее с содержанием эндо
генных гормонов и уровнем обеспеченности соцветий ассимилятами;
9) динамики роста и сахаронакотения ягод с различным количеством
семян
и выявление
-
критического периода в проявлении функциональной бессемянности у семенных сортов винограда различных эколого - географических групп,
-
анатомических, биохимических и гормональных причин одревеснения гребня при обработке экзогенными фитогормонами а также
-
подбор и испытание экзогенных фитогормонов, вызывающих индуцирование бессемянности у семенных сортов винограда,
-
разработка классификации форм функциональной бессемянности у семенных сортов винограда, индуцированной действием экзогенных фитогормонов,
-
совершенствование способов получения бессемянного винограда у семенных сортов в практических цетях (подбор препаратов, их смеси, сроки обработки концентрации растворов),
-
технологическая оценка бессемянной продукции семенных сортов винограда, полученной путем обработки экзогенными фитогормонами
1.3 Основные положения, выносимые на зашиту:
-
роль гормональной и трофической регуляции в формировании генеративных opt анов и прояв іении функциональной бессемянности \ се менных сортов винограда,
-
биологические причины образования и особенности раз-нчных типов ягод у семенных сортов винограда различных эколого - географических групп,
-
положение о переходе (увечичении доли) дыхания генеративных органов на пентозофосфатный путь, как причине усиления ксилогенеза и лигнификации, и, соответственно, одревеснения гребня,
-
пути формирования бессемянных ягод при обработке экзогенными фитогормонами и теоретические и методические основы их получения у ременных сортов винограда в практических целях
1.4 Научная новизна работы
Впервые проявление функциональной бессемянности и формирование различных типов ягод у семенных сортов винограда раскрывается с точки зрения гормональной и трофической регуляции и явления конкуренции на различ-
.'."' 5 . '
ных уровнях (побег, соцветие, завязь). Выявлена специфичность распределения эндогенных фитогормонов и 14С - ассимилятов в соцветии и системе «семяпочка - околоплодник» у сортов различных эколого - географических групп и различная направленность процессов развития в данной системе - преимущественное развитие околоплодника (conv. orientalis Negr.) или семяпочки (conv. pontica Negr., conv.occidentalis Negr.).Bnepebie выдвинута гипотеза об усилении пентозофосфатного пути дыхания, как причине усиления ксилогенеза и лигни-фикации и предложены физиологически активные соединения для решения проблемы одревеснения гребня. Изучено влияние препарата цитокининового действия тидиазурон (дропп) при раздельном и совместном применении с'ре-гуляторами роста гиббереллинового (Гк) и ауксинового (КАНУ) действия на рост и развитие генеративных органов семенных сортов винограда при обработке на различных этапах развития репродуктивной сферы. Установлена высокая эффективность совместного применения препарата тидиазурон (дропп) с регуляторами роста различной направленности действия с целью индукции бессемянности и получения бессемянных ягод (гиббереллин, КАНУ, крезацин). Впервые разработана и предложена схема путей формирования бессемянных ягод у семенных сортов винограда при применении экзогенных фитогормонов, которая позволяет прогнозировать целесообразность, эффективность и регламенты применения экзогенных фитогормонов с целью индукции бессемянности и получения бессемянных ягод. Усовершенствована методика анализа и оценки различных типов бессемянных ягод, формирующихся в грозди семенных сортов винограда при обработке экзогенными фитогормонами с целью получения бетемянных ягод. Впервые изучено качество натуральных виномате-риалов, полученных из бессемянной продукции семенного сорта, выращенного с применением экзогенных фитогормонов и доказана перспективность данного направления использования продукции.
1.5 Практическая значимость работы
* В результате исследований и проведения производственных опытов (с-з им. Казимова, республика Узбекистан; НПО «Дагагровинпром», республика Дагестан) разработаны основные элементы технологии получения бессемянных ягод у широко распространенных (Агадаи, Ркацители) и перспективных (Супер ран Болгар, Кодрянка) семенных сортов винограда.
Некоторые результаты могут лежать в основе проведения операций с зелеными частями растения и соцветиями на плодоносящих виноградниках.
1.6 Апробация результатов исследований
Результаты исследований докладывались на ежегодных научных конференциях МСХА 1988 - 1999 гг , на Международных конференциях «Регуляторы роста и развития растений» в Москве в 1995, 1997, 1999 годах, на 2-ой Межвузовской конференции «Влияние физических и химических факторов на рост и развитие с х растений» в Орехово - Зуево, 1996 год, на Ш Международной конференции молодых ученых и специалистов в Ялте, 1998год
1.7 Публикации результатов исследований
Автором опубликовано 30 печатных работ, включая монографию «Биологические основы формирования бессемянных ягод у семенных сортов и способы их получения с использованием регуляторов роста»
1.8 Структура н объем диссертации
Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания методов и условий проведения исследований, изложения полученных результатов, их обсуждения и выводов Работа изложена на 373 страницах машинописного текста, включая 72 таблицы, 173 рисунка Список использованной литературы содержит 397 названий, в т ч 191 на иностранных языках
Выражаю глубокую благодарность своему учителю и наставнику пр-фессору KB Смирнову, под руководством которого проводились исследования, за представленную возможность автору внести свой скромный вклад в изучение проблемы бессемянности винограда
Автор выражает глубокую признательность Е И Сальниковой за творческое сотрудничество и участие в проведении некоторых разделов научных исследований, а также С К Смирнову, В Г. Буханцову, Н К Смирновой, А Г Сиушевой, В Н Переловичу за помощь при постановке и проведении полевых и лабораторных исследований
Особую благодарность автор выражает К Г. Гасратовой за помощь в проведении экспериментальных исследований, статистической обработки материала и оформлении диссертации
Автор глубоко признателен руководству НПО «Дагаровинпром» в лице его генерального директора академика Н А. Алиева за представленную возможность постановки и проведения полевых исследований
2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 2.1 Объекты исследований
Очевидно, что при применении экзогенных фитогормонов на семенных сортах с целью получения бессемянных ягод, мы имеем дело с факультативной (функциональной) формой бессемянности. В этой связи, безусловно, объектом исследований с целью выявления вероятных причин бессемянности после обработки экзогенными фитогормонами должна служить именно эта (функциональная) форма бессемянности. Познание конкретных причин функциональной бессемянности в естественных условиях у семенных сортов имеет важное значение и является основой для разработки эффективных способов получения бессемянных ягод в практических целях.
' ' ' . Модельным объектом для проведения исследований служило соцветие (гроздь) и различные его элементы (бутоны, завязи, семяпочка, околоплодник, гребень, ягоды, семена).
Для исследований были взяты сорта винограда, относящиеся к Vitis vinif-ега L.: а) восточная эколого-географическая группа (conv. orientals Negr.): семенные - Агадаи, Баян ширей, Хусайне белый, Тайфи розовый, Катта-Курган, Кардинал, Кульджинский, Ризамат, Паркентский, бессемянные - Кишмиш черный, Кишмиш белый, Кишмиш молдавский; б) эколого-географическая группа . сортов бассейна Черного моря (conv. pontica Negr.): семенные - Ркацители, Саперави, бессемянный т Коринка черная; в) западная эколого-географическая группа (conv. occidentalis Negr.): семенные - Каберне - Совиньон, Рислинг рейнский, Мускат венгерский, Фетяска белая, а также межвидовые гибриды -перспектив іьіе сорта - Супер ран Болгар, Кодрянка, Премьер и Муромец.
Основная часть исследований проведена на сортах Агадаи, Хусайне бе
лый, Баян ширей, Тайфи розовый, Ркацители, Каберне-Совиньон, Супер ран
Болгар и Кодрянка. , . '
2.2 Краткая методика постановки и проведения полевых опытов и лабораторных исследований
Полевые исследования проводились в винсовхозе им. Казимова Самаркандской области республики Узбекистан, в НПО «Дагагровинпром» и, частично, в совхозе «Магарамкентский» республики Дагестан.,
Обработку соцветий и сбор- материала для лабораторных исследований проводили в Дагестане, в НПО «Дагагровинпром», в Новочеркасске, на опытных полях ВНИИВ им. Потапенко, в Москве в виноградной теплице Плодовой опытной станции ТСХА.
В разные годы исследований испытывались регуляторы роста: гибберел-линового (Гк3, гибберсиб), ауксинового (калиевая соль а- НУК), цитокинино-
вого (тидиазурон, препарат дропп, цитодеф) действия, антибиотик аминогли-козидной группы - стрептомицин (Str), крезацин (три-этил-аминовая соль 0 -крезоуксуснои кис-юты) ц также борная кисюта (Н3 ВО, ), мочевина, поливи-нилпирролидон (ПВП) и пифосат(Гл)
Изучалось влияние регу тяторов роста при раздельном и совместном применении на различных этапах развития женской репродуктивной сферы а) бутонизация (5-3 дня до начала цветения), б) опыление и оплодотворение (массовое цветение), в) постоплодотворение (3-7 дней посте окончания цветения)
Фенологические наблюдения и агробиологические учеты проводились по общепринятым методикам (Ампелография СССР, 1946, т 1) Анатомо-морфологическое строение ягод и элементов гребня и развитие женской репродуктивной сферы изучалось на временных и постоянных препаратах, приготовленным по общепринятым методикам (Дженсен, 1965) Препараты изучались под микроскопами фирм «Цейс» и «Биолам» Жизнеспособность свежей пыльцы определялась методом Шардакова Опредечение интенсивности дыхания ягод проводилось методом учета количества С02 выделенного ими за единицу времени (Практикум по физиологии растений, 1990)
Для определения гормонов отбирались пробы в 10 - 50 г и фиксировались в этаноле Для изучения распределения ассимилятов через два часа после обработки ФБ на гребненожку обработанных и контрольных соцветий наносили меченную "С - пюкозу в дозе 0,05 МБ Была использована "С - пюкоза с удетьной активностью 204 МБк/ммоль и радиохимической чистоты 97% производства фирмы «Amersham» (Англия)
Отбор проб на анализ проводили на 1, 3, 5 и 10 дни после обработок в 10 часов утра Развивающиеся завязи распределяли на оплодотворенные семяпочки и околоплодники и фиксировали этанолом Экстракцию проводили в течение двух недель при 4 С Из профильтрованного-раствора отбирали аликвоты объемом 0,1 мл и помещали их во флаконы, содержащие сцинтиляционную смесь, приготовленную на основе диоксана (40 г нафталина, 4 г 2,5- дифени-локсазола, 0,2 г 1,4- бис (5-фенолоксазол-2-ил) бензола, 200 мл метанола довести до 1л диоксаном) Радиоактивность пробы измеряли на счетчике Rack Beta Spektral 1219 (Финляндия) и выражали в распадах за 1 мин, используя стандартные кривые гашения Остаток профильтрованного раствора использовали для анализа фитогормонов по схеме, разработанной в лаборатории регуляторов роста ТСХА (Курапов и др, 1992) Количественный анализ гиббереллинов выполнен методом ГЖХ - МС (прибор MS-25-RFA KRATOS, Англия) по стандартной методике (Курапов и др, 1989) Суммарное определение содержания гиббереллинов в ряде случаев проводили методом биотестирования по Frank-
land and Wareing (1960) и Муромцева и Агнистиковой (1966). Количественный анализ индолил -уксусной (ИУК), зеатина и АБК проводили, используя метод иммуноферментного анализа (ИФА).
Анализ механических показателей проводился по методике Простосер-дова (1963). Угол отклонения гребня, как показатель его одревеснения, определялся по методике Nakamura, Hon (1981), измененной в соответствии с биологическими особенностями изученных сортов.
Образцы виноматериалов получали методом микровиноделия по Просто-сердову (1968). Энохимический анализ виноматериалов проводился в лаборатории виноделия института «Магарач» (Ялта).
Математическая обработка цифрового материала проводилась методами дисперсионного и корреляционного анализов по Доспехову (1985).
2.3 Условия проведения опытов
Метеорологические условия проведения исследований в винсовхозе им. Казимова были в целом благоприятными, за исключением 1989 года и весенне-, го периода 1991 года. 1-2 мая 1989 года отмечались заморозки: в воздухе 0 -1С, на поверхности почвы до - 2 С, вследствие чего погибло около 85% урожая. Кроме того, понижение температуры в 1 декаде мая отразилось и на сроках цветения, которое запоздало на 7 - 10 дней. Среднемесячная температура воздуха в период вегетации была близка к средней'многолетней, и только в 1990 году была выше нее. Некоторые годы проведения исследований отличались выпадением большого количества осадков в весенний период. Значительное количество осадков выпало во 2 и 3 декадах мая 1991 года (соответственно 745 и 455 процентов от нормы), что совпало с началом цветения винограда. Выпадение осадков в ближайшее время после обработки регуляторами роста снизило эффективность их применения в отдельных вариантах опытов.
Метеоусловия проведения исследований в НПО «Дагагровинпром» были благоприятными и не отличались существенно от срсднемноголетних значений. Лишь в 1998 году отмечалось превышение значения среднемноголетней температуры в период цветения и последующего роста ягод (июнь), что также повлияло на формирование бессемянных ягод в грозди и их рост и развитие.
