Изучение устойчивости побегов винограда к низким температурам при обработке абсцизовой кислотой

Виноград (Vitis vinifera L.) – важная сельскохозяйственная культура, издавна возделываемая в Краснодарском крае как для производства вина, соков, изюма, так и для потребления в свежем виде. За последние годы наблюдается положительная динамика увеличения объемов его производства за счет использования современных агрономических технологий и возделывания наиболее адаптивных для данного региона сортов. Так, с 2018 по 2022 гг. урожайность винограда увеличилась на 20%, валовой сбор возрос на 42% – до 889,6 тыс. т в год .

Несмотря на положительную динамику нарастающего производства винограда, отмечается рост последствий неблагоприятных глобальных изменений климата на его урожайность и адаптивность – в частности, на устойчивость к низким температурам. В результате уровень реализации потенциала хозяйственной продуктивности используемых сортов варьирует в диапазоне от 36% до 86% и составляет в среднем 60% . Поэтому увеличение морозостойкости винограда продолжает оставаться одной из наиболее актуальных проблем виноградарства

В настоящее время в условиях Краснодарского края во избежание подмерзания слабозимостойкие сорта возделывают в укрывной культуре, используя для этого агроволокно, растительные материалы (сухую траву, опилки), пленку . За рубежом также используют разнообразные укрывные материалы для защиты виноградников от мороза. Например, в Италии в качестве защиты виноградного куста от зимних неблагоприятных условий используют покрытие органического происхождения (из сахаров) и соломы.

Помимо укрытия на зиму, правильно подобранная агротехника, своевременное внесение азотных удобрений способствуют повышению морозоустойчивости виноградной лозы. По данным румынских исследователей, виноградная лоза, обработанная осенью, до опадения листьев, медным купоросом, накапливает больше запасных веществ, вследствие чего становится более морозостойкой. Иранские и китайские виноградари использовали обработку виноградной лозы абсцизовой кислотой (АБК) в конце вегетационного периода для увеличения ее морозостойкости. Установлено, что обработка АБК сдерживала рост побегов, ускоряла опадение листьев и развитие перидермы, таким образом способствуя адаптации растений к низким отрицательным температурам. Обработка изменяла водный режим растений, процессы дыхания и фотосинтеза, метаболизм липидов и стабилизации клеточных мембран.

Некоторые зарубежные исследователи для повышения потенциала устойчивости виноградной лозы к вымерзанию в качестве внекорневой подкормки использовали сульфат калия. В этом случае увеличивалось содержание абсцизовой кислоты, фенольных соединений, растворимых сахаров, полиаминов и других осмопротекторов, защищающих растительные клетки от повреждений низкими температурами. Однако влияние обработки АБК на морозостойкость виноградной лозы в отечественной литературе не изучалось, а роль этого соединения в формировании механизмов устойчивости к низким температурам изучена недостаточно.

Цель исследований: изучение устойчивости побегов винограда к низким отрицательным температурам зимнего периода при обработке абсцизовой кислотой различной концентрации с добавлением сульфата магния.

Методика исследования. Материал для исследований отобран на участках ампелографической коллекции Анапской зональной опытной станции виноградарства и виноделия (АЗОС ВиВ) – в филиале Северо-Кавказского федерального научного центра садоводства, виноградарства, виноделия (ФГБНУ СКФНЦСВВ), г. Анапа. Почва опытного участка – западно-предкавказские выщелоченные черноземы на лессовидных суглинках. Климат – умеренно континентальный. По данным метеорологической станции г. Анапы, среднегодовая температура воздуха на данном участке исследований составляет +12,5°C. Минимальная температура зимой опускается до –24… –26°C, летом максимальная температура воздуха повышается до +38°C; сумма активных температур – 3800–4000°C. Годовая сумма атмосферных осадков составляет 550–600 мм.

Объект исследований – технический сорт винограда Дмитрий (Варусет × Гранатовый) селекции СКФНЦСВВ. Это сорт позднего срока созревания, урожайность высокая, стабильная (145–150 ц/га). Средняя масса грозди составляет 178 г, средняя масса ягоды – 1,5 г. Сорт используется для приготовления красных столовых и ликерных вин с интенсивной темно-рубиновой окраской с вишневым оттенком и ароматом с черносмородиновыми и ежевичными тонами, а также соков, отличающихся полным мягким гармоничным вкусом. Отличается средней поражаемостью милдью, оидиумом и серой гнилью, устойчив к антракнозу. Повреждаемость филлоксерой корневой формы выше средней.

В задачи исследований входили:

1) оценка влияния обработки АБК различной концентрации с добавлением сульфата магния на сохранность побегов и почек после искусственного промораживания при разных температурах;

2) оценка влияния обработки АБК различной концентрации с добавлением сульфата магния на содержание гликолей, ионов калия и кальция в вытяжке из промороженных тканей побегов.

Опытные растения – 2008 г. посадки, подвой Кобер 5ББ. Формировка – высо коштамбовый двуплечий кордон, без зимнего укрытия. Схема посадки: 3×1,5 м. Об работку растений проводили в ноябре 2023 г. раствором абсцизовой кислоты (АБК) различной концентрации с добавлением 42 мМ/л раствора сульфата магния с помощью пульверизатора.

Используемые варианты обработки:

- 50 мМ АБК + 42 мМ/л раствор сульфата магния;

- 100 мМ АБК + 42 мМ/л раствор сульфата магния;

- 200 мМ АБК + 42 мМ/л сульфата магния.

На каждый вариант были обработаны по 3 растения. В январе 2024 г., в период проявления максимальной морозостойкости, побеги, имеющие по 8–10 почек, были срезаны для искусственного промораживания и проведения анализов. Далее их хранили в холодильнике, неплотно завернутыми в смоченную водой ткань из мешковины при температуре +5°C. Искусственное промораживание побегов проводили в климатической камере СМ-30/100–120 в течение суток при температурах: –15°C; –20°C; –25°C, с последующим выдерживанием (оттаиванием) при комнатной температуре в течение 4 ч согласно методике, после чего использовали для анализа.

Анализ повреждений однолетних побегов и почек проводили при помощи стереоскопического микроскопа Микромед МС2 Zoom 2A при увеличении ×3 по 6-балльной шкале: 0 – луб ярко-зеленый, древесина светло-зеленая (здоровая лоза); 1 – единичные участки побуревших луба и древесины; 2 – побуревшие участки луба и древесины занимают 1/3 поверхности побега, 3 – побуревшие участки луба и древесины занимают 1/2 поверхности побега; 4 – побуревшие участки луба и древесины занимают более 1/2 поверхности побега; 5 – сплошное побурение луба и древесины. Измерения проводили в 3-кратной аналитической повторности.

Анализ вытяжки виноградной лозы для определения содержания гликолей проводили методом газовой хроматографии по методике Я.И. и А.Я. Яшиных с использованием хроматографа «Кристалл-2000М», оборудованного капиллярной колонкой HP FFAP длиной 50 м, внутренним диаметром 0,32 мм и детектором ионизации в пламени. Содержание ионов калия и кальция в водно-спиртовом экстракте (10%-ный этанол) коры побегов определяли методом капиллярного электрофореза на приборе «Капель 105М» по методике, основанной на получении электрофоре граммы с помощью косвенного детектирования непоглощающих компонентов пробы. Использовалось приборное обеспечение Центра коллективного пользования технологичным оборудованием ФГБНУ СКФНЦСВВ.

Статистическую обработку данных производили с использованием программы Microsoft Office Excel 2010 по методике Б.А. Доспехова. Выполняли расчет средних значений (Xср ), ошибки средних (Sx ), наименьшей существенной разности (НСР05 ) с использованием t-критерия Стьюдента.

Результаты и их обсуждение. Сорт винограда Дмитрий может выдерживать отрицательные температуры до –25°С, но устойчивость зависит от многих факторов: условий среды, состояния растений, агротехники. Особое значение имеют предшествующие температуры и длительность их воздействия.

Анализ метеорологических условий осенне-зимнего периода 2023–2024 гг. В течение осенне-зимнего периода среднемесячные температуры воздуха понижались с +21,8ºC в сентябре до +4,6ºC в январе. Период характеризовался повышенной среднемесячной температурой воздуха по сравнению со средними многолетними значениями на +1,2…+2,3°С. Зимой отмечены резкие перепады температуры: максимальные температуры воздуха составляли в декабре +16ºC, в январе +15ºC; минимальные – в декабре –1°C, в январе – 9°С. Количество атмосферных осадков в сентябре-ноябре варьировало от 4,3 до 223 мм, в декабре-феврале – от 23 до 124 мм, будучи близким к условной норме (рис. 1).

Поскольку низкие критические температуры (–25°С) в данном регионе наблюдаются нечасто, для оценки повреждающего действия низких отрицательных температур на побеги и почки винограда использовали метод искусственного промораживания.

Влияние обработки АБК различной концентрации с добавлением сульфата магния на сохранность побегов и почек после искусственного промораживания при разных температурах. Микроскопический анализ тканей побегов показал, что при промораживании при –15°C во всех вариантах опыта повреждения побегов не отмечены. Повреждения получили однолетние побеги в контрольном варианте опыта без обработки, промороженные при температурах –20°C и –25°C. Эти повреждения оценены на 2 и 3 баллов соответственно. При температуре –20°C побуревшие участки луба и древесины занимают 1/3 поверхности побега, при –25°C – 1/3 поверхности побега.

Рис. 1. Метеорологические условия на участке исследований в осенне-зимний период 2023–2024 гг. (АЗОСВиВ, г. Анапа)

В варианте обработки 50 мМ АБК + 42 мМ/л раствор сульфата магния имеются незначительные повреждения, оцененные в 1 балл, то есть побурели единичные участки тканей луба и древесины. При обработке раствором АБК большей концентрации – 100 и 200 мМ – повреждений нет (табл. 1).

Обработка АБК различной концентрации позволила увеличить жизнеспособность почек, но максимальный эффект получен при использовании концентрации АБК 200 мМ. При этой обработке процент жизнеспособных почек увеличился при воздействии температурой –15°C на 16,1%; при температуре –20°C – на 32,8%; при температуре –25°C – на 75,3%. Таким образом, при обработке АБК в концентрации 200 мМ жизнеспособные почки составляли 96,2–98,2% (табл. 2).

Таблица 1. Степень повреждения однолетних побегов после искусственного промораживания

По утверждению многих исследователей, механизм действия АБК на устойчивость к низким температурам заключается в следующем: «…накапливающаяся в тканях АБК увеличивает проницаемость мембран для воды и водоотдачу клеток». В результате клетка обезвоживается, и лед образуется не в клетке, а в межклеточном пространстве.

Влияние обработки АБК различной концентрации с добавлением сульфата магния на содержание гликолей (криопротекторов) в вытяжке из промороженных тканей. Образование внеклеточного льда и отток воды из клеток обеспечиваются также криопротекторами – веществами, повышающими внутриклеточное осмотическое давление и понижение температуры замерзания цитоплазмы клетки. Общепризнанными криопротекторами являются гликоли.

Суммарное содержание гликолей (бутилен-гликоль, рацемат; бутилен-гликоль, мезоформа, 1,2-пропиленгликоль) определяли в вытяжке из тканей, промороженных при –25°С. В контрольном варианте опыта без обработки суммарное содержание гликолей составляло 169,9 мкг/г сырого веса. При обработке в варианте с концентрацией АБК 50 мМ содержание гликолей составляло 240,3 мкг/г сырого веса, при обработке с концентрацией АБК 100 мМ – 553,0 мкг/г сырого веса (рис. 2).

Максимальное накопление гликолей – 767,1 мкг/г сырого веса – отмечено в варианте при обработке концентрацией АБК 200 мМ. В этом варианте содержание гликолей увеличилось в 4,5 раза по сравнению с контролем.

Итак, установлено, что обработка повышает содержание гликолей. Увеличение содержания этих криопротекторов, обусловленное влиянием АБК, способствовало меньшему повреждению тканей побегов при низких температурах.

Рис. 2. Накопление гликолей в вытяжке побегов винограда в различных вариантах обработки.

Примечание. На столбиках отмечены средние значения и ошибки средних (Xср ±Sx). НСР0,5 : бутиленгликоль, рацемат – 12,7; бутиленгликоль, мезоформа – 16,6; 1,2-пропиленгликоль – 16,7. Различия между вариантами обработки существенны.

Влияние обработки АБК различной концентрации с добавлением сульфата магния на содержание ионов калия и кальция в вытяжке из промороженных тканей. Согласно мнению китайских исследователей «…повреждение растений от воздействия низких температур начинается с нарушений структуры и функций клеточных мембран. Нарушение активного транспорта ионов через мембраны приводит к усилению пассивного выхода из клеток ионов (преимущественно калия и кальция) и сахаров. По содержанию ионов калия и кальция в вытяжке из промороженных и оттаявших клеток можно судить о степени их повреждения». Обнаружено, что у более морозостойких сортов винограда после искусственного промораживания содержание ионов калия и кальция увеличивалось в меньшей степени в сравнении с неморозостойкими.

В проведенных нами исследованиях в контрольном варианте опыта обнаружен максимальный выход (утечка) катионов калия (1100,2 мкг/г сырого веса) и кальция (224,5 мкг/г сырого веса) (рис. 3).

При обработке, особенно в вариантах с концентрациями АБК 100 и 200 мМ, снижалось содержание катионов кальция в 1,3–1,8 раз и калия в 1,6–2,1 раз в сравнении с контролем.

Итак, обработка АБК снижает уязвимость клеточных мембран к повреждениям, стабилизирует их, снижая выход ионов при действии низких отрицательных температур.

Примечание. На столбиках отмечены средние значения и ошибки средних (Xср ±Sx). НСР0,5 : калий – 23,2; кальций – 11,7. Различия между вариантами обработки существенны.

Выводы. Выявлено положительное влияние осенней обработки АБК различной концентрации с добавлением сульфата магния на сохранность побегов и почек после искусственного промораживания при температурах: –15°C; –20°C; –25°С. Наиболее выраженное воздействие на устойчивость к низким температурам оказал вариант обработки с концентрацией АБК 200 мМ + 42мМ/л раствор сульфата магния. Установлено, что обработка повышает содержание гликолей, выступающих в роли крио протекторов. Выявлено, что обработка АБК снижает уязвимость клеточных мембран к повреждениям, стабилизирует их, снижая выход ионов калия и кальция при действии низких отрицательных температур. Полученные данные свидетельствуют о возможности использования АБК для осенней обработки винограда в целях повышения морозостойкости.

Источник: Г. К. Киселёва, Ю. Ф. Якуба, В. С. Петров, И. А. Ильина, Н. М. Запорожец, А. А. Хохлова, Северо-Кавказский федеральный научный центр садоводства, виноградарства, виноделия, Краснодар, Россия.

У нас можно купить метеорологический комплекс, датчик скорости ветра, датчик влажности и температуры почвы, датчик для метеостанции с доставкой по республике Крым, Краснодарскому краю, Ростовской области, Ставрополью, Дагестану и Северной Осетии.