Содержание к диссертации
Введение
1. Эколого-биологические основы зимостойкости восточноазиатских груш .
1.1. Эколого-биологическая характеристика восточноазиатских груш
1.2. Современное состояние изученности зимостойкости древесных растений
2. Условия, объекты и методы исследований .
2.1. Почвенно-климатические условия места проведения исследований .
2.2. Объекты исследований
2.3. Методы изучения .
3. Влияние абиотических факторов на годичный цикл развития и адаптация восточноазиатских груш к предгорному климату
3.1. Особенности роста и развития растений груши
3.2. Изучение глубины и продолжительности органического покоя в связи с адаптацией интродуцентов
4. Эколого-биологические аспекты различных компонентов зимостойкости растений
4.1. Устойчивость восточноазиатских груш к ранним осенним заморозкам
4.2. Оценка морозоустойчивости груши в середине зимнего периода
4.3. Влияние оттепелей на зимостойкость генеративных почек
4.4. Устойчивость к поздневесенним заморозкам и характеристика наиболее типичных повреждений
4.5. Оценка регенерационной способности и плодоношения груши
5. Физиолого-биохимические аспекты резистентности к стрессорам холодного периода года
5.1. Динамика фракционного состава воды в генеративных почках в связи с зимостойкостью
5.2. Изменение содержания водорастворимых углеводов под воздействием зимних стресс-факторов
5.3. Содержание нуклеиновых кислот в генеративных почках в связи с зимостойкостью
6. Сравнительная оценка зимостойкости и характеристика перспективных сортов и гибридов для промышленного использования и селекционной работы .
Заключение
Список использованной литературы
Приложения
- Современное состояние изученности зимостойкости древесных растений
- Изучение глубины и продолжительности органического покоя в связи с адаптацией интродуцентов
- Оценка морозоустойчивости груши в середине зимнего периода
- Изменение содержания водорастворимых углеводов под воздействием зимних стресс-факторов
Введение к работе
Актуальность темы. Изучение зимостойкости древесных растений является одной из задач факториальной экологии, имеет прикладной характер и актуально в современном адаптивном плодоводстве. Экспериментальные результаты оценки устойчивости к неблагоприятным факторам среды, несмотря на достаточно высокую точность, в реальных климатических условиях не всегда коррелируют с действительным проявлением адаптации. В связи с этим приобретает значимость изучение зимостойкости растений в их среде обитания.
В природно-экологических условиях предгорной зоны Республики Адыгея
(Северо-Западный Кавказ) продуктивность насаждений одной из главных плодовых
культур лимитируется низкотемпературными стрессами во второй половине зимы и в
начале весны. Учитывая дестабилизацию температурного режима, особенно остро
стоит вопрос о создании новых сортов с высокой экологической пластичностью, что
становится возможным только на основе изучения компонентов зимостойкости в
конкретных экологических условиях. В связи с этим актуальна проблема изучения
потенциала и диапазона устойчивости различных образцов груши к негативному
воздействию зимних экстремальных факторов среды и выделения новых форм с
максимальной выраженностью этих признаков. С этой точки зрения интерес
представляют интродуцированные груши восточноазиатской группы,
характеризующиеся высокой морозоустойчивостью в своем естественном ареале.
Цель и задачи исследования. Цель исследования – выявить потенциал и диапазон устойчивости различных образцов дикорастущих видов восточноазиатских груш, а также сортов и гибридов, полученных с их участием, к негативному воздействию экстремальных факторов среды в условиях предгорной зоны Республики Адыгея.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи.
-
Изучить особенности роста и развития восточноазиатских груш и проанализировать соответствие их годичного ритма климатическим условиям местности.
-
Определить глубину и продолжительность органического покоя в связи с адаптацией интродуцированных растений груши.
-
Выявить устойчивость различных представителей восточноазиатских груш к ранним осенним и поздним весенним заморозкам.
-
Дать оценку устойчивости растений груши к абсолютным минимумам температуры воздуха в середине зимнего периода.
-
Исследовать влияние оттепелей на зимостойкость генеративных почек.
-
Установить взаимосвязь состояния растений и плодоношения груши со степенью повреждений в зимний период.
-
Изучить динамику фракционного состава воды в генеративных почках.
-
Проанализировать влияние температурного стресс-фактора на содержание водорастворимых углеводов и нуклеиновых кислот в тканях почек как функционального показателя устойчивости растений.
Научная новизна исследования. Впервые в условиях предгорной зоны
Республики Адыгея проведено изучение эколого-физиологических аспектов
зимостойкости различных представителей рода Pyrus L., относимых к
восточноазиатской группе, из коллекции Майкопской опытной станции
Всероссийского научно-исследовательского института растениеводства имени
Н.И. Вавилова (МОС ВИР). Изучены глубина и продолжительность периода органического покоя восточноазиатских груш. Определена устойчивость растений к стрессорам холодного времени года в разные сроки годичного цикла развития в зависимости от их эколого-генетической специфичности.
Теоретическая и практическая значимость исследования.
Результаты исследований могут быть использованы в разработке новой программы моделирования действия стрессоров холодного времени года в контролируемых условиях для предгорной зоны Северо-Западного Кавказа. Многолетние наблюдения за естественным подмерзанием генеративных почек служат основой для познания особенностей реализации адаптивного потенциала интродуцентов, а также для разработки концепции создания устойчивой искусственной экосистемы и управления ее функционированием.
Оценка зимостойкости растений груши по различным компонентам позволила выделить дикорастущие виды, а также сорта и гибриды наиболее устойчивые и перспективные для использования в природно-экологических условиях Адыгеи.
Результаты данной работы внедрены в практику ГНУ МОС ВИР и АФ ГНУ ВНИИЦиСК Россельхозакадемии, используются в лекционно-практических курсах «Физиология растений», «Физиология и биохимия растений», «Агрометеорология».
Основные положения, выносимые на защиту.
-
Устойчивость растений груши по различным компонентам зимостойкости определяется биологическим потенциалом, а также морфофизиологическим состоянием, обусловленным влиянием абиотических факторов.
-
Толерантность генеративных почек при воздействии стресс-факторов зимнего периода связана с повышением водоудерживающей способности и изменением фракционного состава воды в их тканях в сторону увеличения связанной фракции.
-
Содержание водорастворимых углеводов, а также соотношение РНК/ДНК в генеративных почках характеризуют направленность ростовых процессов и являются показателями функциональной активности, определяющими резистентность к стрессорам холодного периода года.
Апробация работы. Материалы и результаты работы доложены на научно-практических конференциях различного уровня: «Новые сорта и технологии возделывания плодовых и ягодных культур для садов интенсивного типа» (Орел, 2000 г.), VI Неделе науки МГТИ (Майкоп, 2001 г.), «Проблемы формирования генетических коллекций плодовых, ягодных культур и перспективы их селекционного использования» (Мичуринск, 2002 г.), «Исследование генетических ресурсов растений для целей селекции в различных регионах России» (Санкт-Петербург, 2003 г.), «Роль сортов и новых технологий в интенсивном садоводстве» (Орел, 2003 г.), «Организационно-экономический механизм инновационного процесса и приоритетные проблемы научного обеспечения развития отрасли» (Краснодар,
2003 г.), «Роль аграрной науки в сельскохозяйственном производстве» (Майкоп,
2004 г.), «Инновационные подходы в селекции цветочно-декоративных,
субтропических и плодовых культур» (Сочи, 2005 г.), «Современное состояние и
перспективы развития садоводства и культуры чая в Республике Адыгея» (Майкоп,
2008 г.), XXV Неделе науки МГТУ в рамках работы секции «Научно-практические аспекты
модернизации аграрного производства» (Майкоп, 2012 г.), «Экологические проблемы
современности» (Майкоп, 2013 г.), а также на ежегодных заседаниях кафедры
агрономии Майкопского государственного технологического университета (2003-2013 гг.)
Публикации. Основные положения и результаты диссертационного
исследования опубликованы в 12 научных работах, в том числе 2 – в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Участие в научных программах.
Работа частично выполнена в рамках научно-исследовательской работы кафедры «Агрономия» ФГБОУ ВПО «МГТУ» по теме: «Устойчивое развитие горных и предгорных районов Республики Адыгея» в разделе «Мобилизация наиболее ценных видов и сортов горного региона Республики Адыгея», 2002-2006 гг. (№ рег. 01.20.00.02830).
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 186 страницах машинописного текста и состоит из введения, 6 глав, заключения, списка литературы и 13 приложений; содержит 43 таблицы и 27 иллюстраций. Список цитируемой литературы содержит 196 источников, из которых 12 на иностранных языках.
Благодарности. Автор диссертационной работы выражает глубокую
признательность научному руководителю – кандидату биологических наук, доценту, старшему научному сотруднику Л.Г. Семеновой. Особая благодарность за научное консультирование и содействие в выполнении настоящей работы – доктору сельскохозяйственных наук, профессору И.А. Бандурко, доктору сельскохозяйственных наук, профессору Т.Н. Дорошенко, доктору биологических наук, профессору Э.А. Сиротюк.
Современное состояние изученности зимостойкости древесных растений
Устойчивость растений к комплексу неблагоприятных условий в период перезимовки называют зимостойкостью. Способность растений противостоять воздействию низких отрицательных температур называют морозоустойчивостью. Зимостойкость и морозоустойчивость растений – сложные физиологические процессы, определяющие экологическую валентность видов к температурному фактору среды, что в комплексе с толерантностью к другим факторам обусловливает границы ареалов различных видов и сортов [41; 44; 82; 84].
В своих работах И.В. Мичурин, Г.А. Рубцов, В.Н. Куренной, Е.Н. Ефимова показали, что устойчивость плодовых культур – есть результат приспособления растений к условиям среды [84; 98; 120; 57]. Зимостойкость древесных растений и, в частности, плодовых культур является актуальной проблемой современной биологии. Начиная с XVIII века этой проблемой занимались L.C. Treviranus [1811], E. Askenasy [1877], J.P. Bennet [1950], B. Benko [1966], Н.А Максимов [1913, 1952], И.И. Туманов [1940], П.А. Генкель и Е.З. Окнина [1964], Л.И. Сергеев [1964], И.М. Ряднова Г.В. Еремин [1964], М.А. Соловьева [1982] и др., в работах которых изложены теоретические положения зимостойкости и морозоустойчивости. В настоящее время, благодаря синтетическому подходу к фундаментальным исследованиям, разработанные теории постоянно дополняются и совершенствуются. Так, в понимание многих физиологических процессов, осуществляемых на уровне клеток, многое привнесено из достижений в физике, химии [82]. Изучение литературы подтверждает представление о сложности проблемы, о дискуссионном характере многих аспектов и о необходимости дальнейших углубленных исследований.
Как указывает К.А. Сергеева со ссылкой на Сh. R. Olien, по зимостойкости опубликовано более пяти тысяч работ, однако нет ясности в понимании биохимического механизма этого сложного явления. Довольно много накопилось данных о морозостойкости клеток растений, но биохимический механизм полностью не раскрыт [136].
В работах Н.А. Гусева [37], И.И. Туманова [157] указывается, что вопросы криобиологии зимующих растений не подвергаются обстоятельному исследованию. В настоящее время доказано, что некоторые древесные растения после определенного режима закаливания способны выдерживать промораживание при температуре даже жидкого водорода (–253С), что было установлено в опытах И.И. Туманова [157]. Это явление некоторые авторы называют анабиозом, при котором происходит обратимое прекращение метаболизма [37; 135; 195]. Другие считают, что полной приостановки метаболизма не может быть, отмечая при этом, что происходит лишь снижение интенсивности физиологических процессов. То же самое наблюдается и при переходе растений в состояние покоя [124].
Сопоставляя литературные данные по экспериментальным работам и факты выносливости растений низких температур в природной среде, можно отметить, что они весьма противоречивы. Так, например, большинство плодовых культур в естественной среде не выдерживают температур ниже –30…–40С. Следовательно, считают К.А. Сергеева [135], П.А. Генкель и Е.З. Окнина [29], в природной обстановке зачастую отсутствуют условия, при которых может быть проявлена потенциальная зимостойкость протоплазмы клеток растений.
Л.И. Сергеев [134], Л.М. Поздова [110] и другие наблюдали потерю зимостойкости древесных растений северных широт при переносе их в южные районы, и не одна концепция морозоустойчивости этого явления не объясняет в полной мере. Все эти факты указывают, что необходим иной подход в раскрытии сущности зимостойкости, необходимо комплексное изучение, синтез всех имеющихся данных. Этого мнения придерживаются Т.Н. Дорошенко, Н.В. Захарчук, Н.В. Мищенко, Т.И. Москаленко, К.А. Сергеева [39; 60; 99; 102; 136]. В свете современных представлений физиологии, жизнедеятельность древесного организма представляет собой очень сложную систему морфофизиологических процессов, биохимических реакций и их саморегуляцию. В живом организме наблюдается динамичность субклеточных и молекулярных структур, их взаимосвязь с системой метаболизма, строгая ритмичность, согласованность всех этих процессов, связанная с изменениями окружающей среды [82].
Одной из важных форм связи живых организмов с окружающей средой, по мнению К.А. Сергеевой [1971], следует считать суточные, годичные и космические ритмы. Без строгой ритмичности физиологических и биохимических процессов нельзя представить существование сложной саморегулирующейся системы. Интеграция большого числа биохимических реакций обеспечивается прежде всего генным аппаратом, в котором закодированы нормы реакций [135].
Изучение зимостойкости таких древесных растений, как липа мелколистная (Tilia cordаta), черемуха обыкновенная (Prunus pаdus), клен остролистный (Acer platanoiles), платан западный (Platanus occidentalis), яблоня (Malus) сорт Славянка, вишня (Prunus subgen. Cerasus) сорт Захаровская, в аспекте годичных морфофизиологических и биохимических ритмов позволило установить, что зимостойкие растения отличаются иным ритмом роста и развития, а зимой в периоды покоя – высокой водоудерживающей способностью и более низкой интенсивностью дыхания [136].
Изучение глубины и продолжительности органического покоя в связи с адаптацией интродуцентов
Переход растений в состояние покоя при уменьшении длины дня в умеренных широтах и при низких температурах является важным приспособлением к предстоящим неблагоприятным условиям зимнего периода и необходимой фазой развития поликарпических растений. О биологической роли покоя и общепринятом делении этого периода годичного цикла развития на фазы подробно описано в разделе 1.1. диссертационной работы. Следует отметить, что деление довольно условно, так как зачастую бывает сложно провести границу между отдельными фазами. Однако все они связаны с прохождением периода зимнего покоя, глубина и продолжительность которого определяют зимостойкость растений.
Глубокий покой служит стартовым моментом для последующего развития морозостойкости в периоды первой и второй фаз закаливания []. П.А. Генкель, Е.З. Окнина, М.Д. Кушниренко отмечают, что органы и ткани плодовых растений отличаются различной глубиной покоя. Наиболее глубокий покой наблюдается у побегов и кроющих чешуй почек, тогда как у внутренних частей почек – неглубокий []. Анализ имеющихся экспериментальных данных позволяет нам считать, что глубокий покой наступает при отсутствии всех ростовых процессов – видимый рост побегов, их утолщение, летняя дифференциация почек, рост плодов. П.А. Генкель и Е.З. Окнина указывают, что во время покоя снижается интенсивность физиологических процессов, протоплазма клеток находится в обезвоженном и обособленном состоянии. На поверхности протоплазмы образуется защитный слой, обеспечивающий повышенную устойчивость ее к морозам []. Таким образом, изучение устойчивости растений к воздействию стресс-факторов зимнего периода целесообразно проводить во взаимосвязи с глубиной и продолжительностью глубокого покоя. С этой целью нами использовался метод подсчета распустившихся почек на срезанных ветвях, и поставленных в сосуды с водой. Начало отбора материала приурочено к началу изменения окраски листьев. Периодичность отбора – 14-15 дней. Именно столько дней по методике Молиша [1933] требуется для распускания почек в лабораторных условиях, если они уже вышли из покоя. И.М. Ряднова, Г.В. Еремин [] отмечают, что за срок окончания периода покоя генеративных почек следует принимать интервал в 5-6 дней до раздвигания чешуй. Это было нами учтено при установлении сроков выхода из покоя и далее отбор проб в естественных условиях мы прерывали. При фенологических наблюдениях за распускающимися почками отдельно отмечали рост вегетативных и генеративных почек на 1-3-летних ветвях. Результаты наблюдений за изменением глубины покоя и выходом из покоя в разные годы представлены в таблицах 16-18. По данным таблицы 16, окончание периодов покоя генеративных почек у P. ussuriensis, P. pyrifolia и P. bretschneideri в 2000/01 г. приходилось на первую декаду декабря. Отмечалось, что раньше трогаются в рост именно генеративные почки, вегетативные распускаются в среднем на 4-8 дней позже. Наиболее ранняя реакция на повышение температуры и освещения в лабораторных условиях наблюдалась у P. bretschneideri и P. pyrifolia, которые через 63-72 дня после среза в самый ранний срок (18.10) начинают рост. При первом отборе проб с завершенным листопадом были только P. ussuriensis и P. caucasica (St.). У данных видов в начале почки не набухали. Во втором сроке (2.11) через 52 дня рост отмечен у P. ussuriensis.
За время наблюдений, с каждым следующим сроком происходило уменьшение числа дней, необходимых для проявления ростовых процессов, что указывает на динамичное изменение глубины покоя. С середины декабря растения находились в состоянии вынужденного покоя, следовательно, оказывались более подверженными действию стресс-факторов в данный период зимнего развития. Наиболее глубоким покоем характеризовался вид P. ovoidea, при срезании
В условиях зимнего периода 2001/02 г. динамика изменения глубины покоя генеративных почек существенно отличалась от предыдущего года. Различия могут быть связаны с прохождением вегетации 2001 г., когда растения подверглись воздействию высоких температур на фоне малого количества осадков, с октября резко установился холодный период, перешедший в морозный с 24.10. Зима была устойчиво холодная и снежная. Поэтому отсутствие провокационных оттепелей не нарушило периода глубокого покоя. По данным таблицы 16, у всех видов груши период покоя генеративных почек был более глубоким и продолжительным. В октябрьские-ноябрьские сроки срезания ветвей, рост почек начинался только через 45-78 дней. Но ветви всех видов, за исключением P. ovoidea, оставались в хорошем состоянии, при регулярном обновлении срезов, не плесневели и не высыхали. В декабре глубина покоя резко изменилась, и в каждом следующем сроке отмечали более раннее начало роста почек. Окончание покоя у P. ussuriensis и P. caucasica пришлось на первые числа января, что значительно позже предыдущего года. У остальных видов рост генеративных почек начинался со второй половины января, то есть на месяц позже сроков предыдущего зимнего периода. Сопоставляя данные состояния покоя видов груш за два года, можно отметить быструю реакцию растений этой группы на изменяющиеся метеоусловия, что косвенно характеризует высокий потенциал зимостойкости этих видов по первым трем компонентам.
Помимо видов восточноазиатских груш, мы также провели оценку динамики глубины покоя сортов и гибридов, имеющих происхождение от изучаемых видов и имеющих перспективы использования в промышленном садоводстве юга России и селекции (таблица 17). Период первого срока отбора материала в 2002 г. на отращивание совпадал с большими колебаниями температуры воздуха в течение суток, дневные температуры подымались до 30С на фоне крайне низкой влажности воздуха. В таких условиях начинался листопад единичных растений, а большая часть растений была с листьями, и шло созревание плодов поздних сортов. Генеративные почки на отращиваемых побегах проявляли устойчивое отсутствие роста в первом сроке опыта, тогда как побеги продолжали осенний вторичный рост, о чем свидетельствовали положительные пробы на крахмал (раствор Люголя) в тканях побегов (рисунок 4.)
Оценка морозоустойчивости груши в середине зимнего периода
В течение зимнего периода растения груши неоднократно подвергаются воздействию низкотемпературного стресса, что особенно опасно после оттепели. Для предгорной зоны Адыгеи в это время года характерна очень неустойчивая погода. При частом отсутствии снежного покрова в декабре температура воздуха может снижаться до -22С, в январе – до -28С. Морозы до -30С и ниже повторяются раз в 10-15 лет, а до -25С – раз в 5 лет. Причем, абсолютный максимум температуры воздуха в декабре может достигать +27,5С, в январе + 22,5С, в феврале составляет + 24,7С.
Зимостойкость и морозоустойчивость определяют не только урожайность и качество плодов, но и ареал культурных насаждений, их объем, возможности использования в селекционной работе. Кроме того, показатели зимостойкости и морозоустойчивости характеризуют результат адаптации интродуцентов, так как дают представление о пороге выносливости организма естественных колебаний абиотических стрессоров. В связи с этим нами проведено изучение устойчивости груши к негативному воздействию зимних экстремальных факторов среды в конкретных экологических условиях. При этом наряду с общей оценкой зимостойкости по второму компоненту (устойчивость к сильным морозам в зимний период), мы учитывали типы и степень различных повреждений, возникающих при реализации потенциала зимо- и морозоустойчивости в постоянно изменяющихся погодных условиях.
Морфологический, анатомический и биохимический аспекты повреждений достаточно подробно изучены отечественными и зарубежными исследователями [2, 7, Физ. Р.]. В тоже время повреждения даже одного и того же вида или сорта могут сильно разниться в зависимости от режима погоды в отдельные годы, а существующие теоретические представления не всегда объясняют механизм таких ответных реакций растений. Поэтому качественная и количественная оценка зимних повреждений восточноазиатских груш в условиях локальных изменений климата была одной из задач наших исследований. За время десятилетних наблюдений восточноазиатские груши неоднократно подвергались воздействию неблагоприятных условий зимнего периода. Известно, что полевые исследования позволяют выявить адаптационный потенциал растений к комплексу одновременно действующих факторов в реальных условиях, чего не возможно добиться в лаборатории, моделируя действие факторов среды. Но для этого приходится проводить довольно длительные наблюдения, так как суровые зимы повторяются не часто. Однако в годы наших исследований экстремальные морозы наблюдались в течение 6 зимних периодов: 1999/2000, 2001/02, 2002/03, 2005/06, 2008/09 и 2009/10 гг. Это позволило выделить и изучить наиболее распространенные типы повреждений в зависимости от условий предыдущего развития растений. Тем не менее, абсолютные минимумы температуры за эти годы не превысили среднемноголетний показатель. Было установлено, что интродуцированные образцы имеют некоторые особенности. Так, сопоставление результатов крахмальных проб, отращивания срезанных веточек и наблюдений за обособлением протоплазмы клеток генеративных почек, позволило отметить, что период глубокого покоя плодовых почек у них не совпадает с периодом покоя всего растения. Фаза органического покоя зависит от метеофакторов и может наступать задолго до листопада. К наступлению зимнего сезона почки зачастую находятся в фазе вынужденного покоя и способны прорастать при благоприятных погодных условиях. Эти особенности отражаются на реализации генетического потенциала зимостойкости в местных условиях произрастания.
По данным таблицы 24, вариация степени повреждений генеративных почек в течение зимних периодов за годы наблюдений находилась в пределах от 0 до 4 баллов (2005/06 г.). Установить взаимосвязь между показателями устойчивости к стрессорам разных лет не представляется возможным. Однако сопоставление балла повреждения с сопутствующими и предшествующими метеоусловиями обнаруживает ряд характерных особенностей в приспособительных реакциях различных видов.
Так, наиболее устойчивым к критическим снижениям температуры воздуха во всех сроках наблюдений являлся вид P. ovoidea. Параллельные наблюдения за состоянием его органического покоя (более продолжительным, чем у остальных видов), показали взаимосвязь этих признаков. Степень повреждений P. ovoidea устойчиво находилась в пределах 0-2 балла. Поэтому даже температурный минимум -29С нельзя рассматривать для данного вида критическим, так как воздействие его в середине зимы не вызывает 50% гибели генеративных почек. Множественный ранговый тест среднего балла подмерзания за все сроки наблюдений при сравнении видов (приложение 4) также показал, что наменьшим баллом подмерзания характеризуется вид P. ovoidea. Он статистически достоверно отличается от остальных видов. Анализ зимостойкости контрольного вида P. caucasica позволил выявить его недостаточный потенциал по второму компоненту. В изучении же интродуцированных видов, напротив, были отмечены преимущества в их устойчивости по сравнению с местным видом.
В отдельные годы хорошей зимостойкостью обладал вид P. bretschneideri (2000/01 – степень повреждения 0 баллов, 2007/08 – до 2 баллов, 2009/10 – до 1,4 баллов). При этом регистрировались незначительные декадные колебания температуры воздуха и выпадающие осадки. Следовательно, данный вид может проявлять свой потенциал зимостойкости лучше в стабильных условиях температуры и без избыточного увлажнения почвы. Средний балл за годы наблюдений подмерзания его почек находился на уровне стандартного вида и статистически достоверно отличался от остальных видов (приложение 4).
Более подвержен воздействию абсолютных минимумов температуры в зимние месяцы, особенно в январе, вид P. pyrifolia. Степень подмерзания его плодовых почек оценивалась в 1,0-3,5 баллов. Множественный ранговый тест при сравнении видов позволил также установить, что средний балл подмерзания данного вида был наибольшим (1,99), существенно не отличался от вида P. ussuriensis (1,91), но достоверными были различия с остальными видами (таблица приложения). Вид P. pyrifolia особенно не устойчив к резким колебаниям температуры воздуха. Так, наибольшее повреждение почек отмечалось на фоне теплого января после воздействия температурного минимума -7,1С (2002/03 г.), тогда как при устойчиво холодной погоде в январе 2001 г. и абсолютном минимуме -29С повреждение не превышало 3 баллов. Такая реакциях на стрессовое воздействие объясняется неглубоким и непродолжительным покоем вида, протекание которого также в большой степени зависит от метеоусловий. Ответная реакция растения на стресс в этом случае – яркое подтверждение современных представлений о механизмах адаптации к температурному фактору: чем быстрее происходит падение температуры, тем сильнее проявляется эффект повреждения клеток и тканей (Физ. Раст). Интересные данные получены при оценке зимостойкости P. ussuriensis, которые расходятся с результатами, полученными ранее другими авторами. Данный вид исторически используется в селекционной работе как источник признака морозоустойчивости [А.С. Туз, 1994, И.А. Бандурко, В.В. Чивилев, 2002]. В наших исследованиях этот вид оказался не устойчивым к морозам во второй половине зимнего периода. В 2001/02 г. генеративные почки повреждались на 3 балла, в 2002/03 г. – до 3,5 баллов, в 2005/06 г. – до 4 баллов. В условиях умеренного климата растения P. ussuriensis могут выдерживать морозы до -40С []. Это же установлено В.В. Чивилевым в лабораторных условиях методом промораживания []. Следовательно, в условиях предгорий Адыгеи потенциал зимостойкости и морозоустойчивости, определенный генотипом, не реализуется в виду более продолжительной осенней вегетации и неустойчивого температурного режима зимнего периода.
Таким образом, зимостойкость видов груши в местных условиях обусловлена в основном глубиной и продолжительностью органического покоя, а также способностью к постоянству закаливания. Проведенный двухфакторный дисперсионный анализ позволил определить степень влияния температурных условий в разные годы и видовой специфики на изменчивость балла повреждения почек. Было установлено, что доля межвидовой изменчивости составляет 28,07%, а изменчивость по годам несколько ниже – 22,69%. Для определения максимума морозоустойчивости по второму компоненту нами проведено искусственное промораживание 1-2-двулетних ветвей с почками при снижении температуры до -35С. Материал был срезан в январе при средней декадной температуре воздуха -1,3С и абсолютном минимуме -8С. В искусственной камере смоделирована температура близкая к среднемноголетней. Результаты оценки повреждений тканей побега и генеративных почек приведены в таблице 25.
Изменение содержания водорастворимых углеводов под воздействием зимних стресс-факторов
В настоящее время большинство исследователей признает защитную роль сахаров в устойчивости растений к низким температурам. Существуют различные гипотезы механизма их действия. Многие считают, что повышение зимостойкости связано с накоплением растворимых сахаров вследствие гидролиза крахмала, причем главная защитная роль отводится моносахаридам, снижающим точку замерзания клеточного сока, а, следовательно, влияющим на морозостойкость []. Однако имеются работы, указывающие, что высокий уровень моносахаридов не всегда коррелирует с зимостойкость. При этом высказываются предположения, что главную защитную роль выполняют олигосахариды [].
В свете современных представлений, в основе повышения устойчивости протоплазмы клеток при воздействии низких температур лежит свойство комплексирования олиго- или полисахаридов с белками. Следствием таких превращений является ингибирование процессов ростовой направленности [].
Изучая зимостойкость плодовых почек различных видов восточноазиатских груш в природно-климатических условиях предгорной зоны Республики Адыгея, мы использовали антроновый метод определения водорастворимых сахаров [].
Наши исследования показали, что особенностью восточноазиатских груш является наличие в цикле их развития очень короткого периода органического покоя. Поэтому для них особенно губительны резкие снижения температуры воздуха после продолжительных оттепелей в течение всего периода послепокоя и вынужденного покоя. В местных природно-экологических условиях предгорной зоны повторяемость таких перепадов температуры чаще отмечается в зимне-ранневесенний период, чем в осенне-зимний. Кроме того, большинство образцов восточноазиатских груш характеризуются ранним началом вегетации и цветением, в силу чего становятся более уязвимыми к действию низких температур именно во второй половине зимнего периода. Одной из причин гибели плодовых почек может быть снижение в них запаса моно- и олигосахаридов. Поэтому особое внимание мы уделяли изучению содержания водорастворимых сахаров в конце зимы. Так, зимой 2001/02 года отмечены неблагоприятные для растений груши погодные условия: в ноябре – январе наблюдались продолжительные морозные периоды, в феврале – частые оттепели и значительные среднесуточные колебания температуры воздуха. Определение содержания водорастворимых углеводов в генеративных почках проводилось в период февральской оттепели (2.02.02.) с последующим промораживанием одно- двулетних побегов с почками при -28С (9.02.02.). Результаты исследований представлены в таблице 40.
Анализ данных показал, что после промораживания у таких видов, как Р. bretscheideri, P. оvoidea и P. aromatica концентрация сахарозы в почках возрастала, а у P. ussuriensis и P. pyrifolia, которые раньше других видов вступают в фазу цветения, снижалась почти в два раза. По предположению К.А. Сергеевой [1971] и других авторов снижение сахарозы после воздействия низких температур стимулирует процессы ростовой направленности. Увеличение концентрации сахарозы после промораживания у видов Р. bretscheideri, P. оvoidea и P. aromatica свидетельствует о превращении веществ, направленных на подавление физиологических процессов что может ингибировать рост растений за счет изменения структуры протоплазмы клеток в сторону повышения ее устойчивости к стресс-фактору [5]. Такая ответная реакция на воздействие критической температуры может быть свойственна только зимостойким растениям, выработавшим механизм быстрой адаптации на биохимическом уровне. После стрессового воздействия концентрация фруктозы имела тенденцию к возрастанию, а глюкозы – к уменьшению и особенно это проявлялось у видов P.ovoidea и P. aromatica.
Доля факторной изменчи-вости, % 76,19 71,33 98,28 82,45 - 70,18 87, результаты дисперсионного анализа приводятся в приложении Считают, что фруктозный коэффициент Кф, то есть отношение концентрации фруктозы после промораживания к первоначальной, является достоверным показателем реакции растений на стрессовый фактор внешней среды, причем, чем ниже значение Кф, тем выше адаптационный потенциал растения к неблагоприятному фактору []. Согласно данным таблицы, наилучшей реакцией на действие экстремальной температуры обладали виды P. ovoidea (Кф=1,02) и P. ussuriensis (Кф=1,03). Учитывая повышенное содержание сахарозы после промораживания у вида P. ovoidea в отличие от P. ussuriensis, можно считать, что первый вид утратит свой потенциал зимостойкости позже. А значит P. ovoidea является более устойчивым видом к возвратному действию мороза.
Однофакторным дисперсионным анализом установлено достоверное влияние видовых особенностей на показатели изменения содержания водоростовримых углеводов под воздействием стресса. Доля изменчивости была высокой (70,2-90,3%) по всем параметрам, за исключением содержания фруктозы после промораживания, когда различия средних были не существенны (Fфакт F05). В тоже время различия в содержании фруктозы после промораживания, находящиеся в пределах ошибки опыта, не отразились на расчете фруктозного коэффициента, изменчивость которого по видам была статистически значимой и составляла 87,63%. Определение НСР05, позволило отнести виды P. ovoidea, P. pyrifolia и P. ussuriensis в группу с наименьшим показателем Кф. Они не отличаются друг от друга, но отличаются от остальных видов. Статистически достоверно от них отличается вид P. aromatica, который имеет наибольший показатель Кф. Параллельно с лабораторным исследованием нами была проведена оценка устойчивости генеративных почек к действию низких температур по третьему компоненту зимостойкости после снижения температуры воздуха до -24С в естественных условиях по 5-ти бальной шкале.
Было установлено, что, как и при искусственном промораживании, в наименьшей степени (0-1 балл) повреждались генеративные почки P. ovoidea и P. bretscheideri. Наибольший балл подмерзания (2 балла) был отмечен у растений вида P. pyrifolia; у видов P. ussuriensis и P. aromatica этот показатель соответствовал 1-2 баллам.
В последние годы изучение нуклеиновых кислот привлекает внимание биохимиков в связи с их метаболической активностью и биологической ролью. Локализация и состояние нуклеиновых кислот многими исследователями связывается с процессами жизнедеятельности живого организма []. Изучением относительного содержания, состоянием и локализацией РНК и ДНК в зависимости от фазы годичного цикла развития особенно подробно занимались Е.З. Окнина, Х.Х. Каримов, К.А. Сергеева. В их работах отмечается, что нуклеиновые кислоты являются весьма реакционными соединениями, которые под влиянием различных факторов изменяют свою метаболическую активность и содержание []. Особенно это характерно для РНК. Ее накопление происходит в тех органах и тканях, где идет усиленный синтез белка. ДНК причастна к процессам морфогенеза и синтеза различных веществ: хлорофилла, целлюлозы и пектина при вторичном утолщении клеточных стенок, играет огромную роль в ядерном гликолизе и аэробной фазе дыхания. Установлено, что метаболической активностью обладают только лабильные нуклеиновые кислоты, стабильные же комплексируются с белками, липо- и глюкопротеидами. Соотношение этих состояний и определяет активность нуклеиновых кислот в клетке.
Некоторые исследователи связывают содержание нуклеиновых кислот с адаптивными реакциями растений к неблагоприятным факторам среды [Ульяновская, Захарчук, Дорошенко, Когдратенко]. Большой вклад в изучение соотношения РНК и ДНК в эмбриональных тканях генеративных почек в связи с зимостойкостью плодовых культур внесла Т.Н. Дорошенко []. В ее работах указывается о возможности диагностики морозоустойчивости различных плодовых культур по значению отношения РНК/ДНК, как показателю функциональной, в том числе и ростовой, активности.
