Виноградные насаждения, произрастающие в умеренном климатическом поясе, довольно часто повреждаются морозами. Повреждение виноградной лозы может произойти весной, осенью или зимой во многих регионах выращивания винограда в России.
В 20 веке суровые зимы с критически низкими отрицательными температурами и существенными повреждениями или гибелью растений винограда повторялись в условиях Ростовской области с частотой один раз в 10-15 лет. За последние 20 лет такие критические условия в зимний период наблюдались в 2006 г, когда недобор урожая по причине повреждения растений морозами у большинства сортов достигал 50…100 % при полной гибели растений отдельных сортов. В связи с очевидным изменением климата предполагается, что зимы станут менее суровыми, однако при этом возможно увеличение частоты экстремальных погодных явлений, особенно в зимний период. Поэтому изучение факторов, влияющих на морозоустойчивость виноградного растения, является важным для решения задач устойчивого развития виноградарства.
В последние годы достаточно большой интерес ученых проявляется к изучению механизмов, влияющих на холодоустойчивость винограда на физиологическом и молекулярном уровнях. Понимание физиологических механизмов адаптивности, связанных с устойчивостью к заморозкам винограда, дает возможность оптимально подобрать сорта к определенному месту произрастания, обеспечивает минимизацию потерь от заморозков.
Процесс адаптации виноградных растений к низким температурам происходит в период покоя виноградных растений. С сентября по декабрь растения адаптируются к холоду. В этот период положительные температуры снижаются до низких положительных и незначительных морозов, что сопровождается изменениями в обмене веществ и накоплением соединений, предохраняющих клетки от повреждений низкими температурами.
В период с декабря по февраль проявляется максимальная морозостойкость винограда (эндодормантность). В этот период протоплазма клеток обезвоживается за счет ее связывания с высокомолекулярными соединениями, что увеличивает защитные свойства клеток. Повышение адаптивности растений к низким отрицательным температурам обусловлено повышением гидрофильности и вязкости протоплазмы, увеличением активности некоторых ферментов, изменениями в углеводном обмене и другими биохимическими реакциями. Морозостойкость заложена генетически, она проявляется только после прохождения растением периода акклиматизации, в течение которого происходит снижение содержания свободной воды в тканях и повышение осмотического давления. Это защищает клетки от образования внутриклеточного льда.
Уровень адаптации винограда к низким температурам зависит от ряда факторов, в том числе от генетических особенностей сорта, своевременного прекращения роста побегов; накопления в них достаточного количества пластических веществ; высокой степени вызревания побегов; возможности закаливания растений к низким температурам, продолжительности морозного периода и т.д.
Механизм адаптации к низким отрицательным температурам связан, в том числе, с водным потенциалом растений в период подготовки к покою. Вся вода в растительных клетках находится в упорядоченном состоянии, но не однородна по свойствам, определяющим ее значение для жизни растения. По структурно-функциональным свойствам вода в тканях растений подразделяется на связанную и свободную. Физиологическое значение свободной и связанной воды различно. В обмене веществ растений участвует только свободная вода. От нее зависит интенсивность физиологических процессов, в том числе и темпы роста клеток и тканей. Связанная с молекулами других веществ вода обеспечивает водоудерживающую способность клеток. Повышение связанной воды происходит за счет возрастания гидрофильности коллоидов и увеличения их количества, что способствует изменению вязкости цитоплазмы клеток. Связанная вода в зимний период создает более плотные и прочные структуры с высокомолекулярными соединениями, чем в период вегетации. Но при критическом снижении температуры из воды могут образоваться кристаллы льда, которые способны вызвать повреждения клеточных структур. Такие повреждения возникают, если силы механического давления кристаллов льда или гидростатического давления воды при таянии льда превышают силу связей между высокомолекулярными компонентами протоплазмы. Кристаллы льда в клетках образуются при резком снижении температуры ниже критических значений или при действии критических отрицательных температур в течение продолжительного периода. Такие явления в условиях Ростовской области наблюдаются редко и приводят к существенным повреждениям и гибели виноградных растений. Чаще наблюдается чередование отрицательной температуры с оттепелями, когда есть риск пробуждения ростовой активности растений и повреждения их тканей. Для адаптации растений к таким явлениям необходимо устойчивое состояние связанной воды, количество которой преобладает над свободной .
Цель исследований. Оценить адаптивные способности растений различных сортов винограда к низким отрицательным температурам по содержанию воды в тканях побегов. В задачи исследований входила оценка состояния воды в тканях побегов в различные фазы вегетации и покоя.
Материалы и методы. Объектом исследований являлись побеги различных по происхождению и адаптации к низким отрицательным температурам сортов винограда. Исследования проводили в Ростовской области на опытном поле и в лабораторных условиях Всероссийского научно-исследовательского института виноградарства и виноделия в условиях северной зоны промышленного виноградарства.
Зимний период в Ростовской области характеризуется неустойчивостью и незначительной мощностью снегового покрова. Минимальные температуры в период покоя могут достигать в отдельные годы -30… -35 ℃, максимальные +12… +15 ℃. Годовой ход температур свидетельствует о континентальности климата. Средняя годовая температура составляет около +9℃. Период со средней температурой выше 0 ℃ продолжается в среднем 250 дней, сумма активных температур составляет 3300…3400 ℃. Из-за вероятности низких отрицательных температур в зимний период растения европейских сортов винограда укрываются на зиму. Сорта винограда, являющиеся по происхождению межвидовыми гибридами с участием амурского винограда или американских сортов, культивируются без укрытия на зиму.
Для исследования были взяты сорта различного происхождения. В их числе гибридные сорта с участием амурского или американского родителей с повышенной адаптационной способностью к морозам: Кристалл (Альфред-100 × Сейв Виллар В 12-375); Фиолетовый ранний (Северный × Мускат Гамбургский); Восторг ((Заря севера × Долорес) × Русский ранний); Кобер 5ББ (Берландиери × Рипариа), а также сорта Vitis vinifera, неустойчивые к низким отрицательным температурам: Каберне Совиньон (Каберне Фран × Совиньон Блан); Сибирьковый (естественнымй сеянец сорта Пухляковский белый).
Исследования морозоустойчивости винограда проводили по методике В. А. Шерер (2009). Адаптивный потенциал к низким отрицательным температурам различных сортов оценивали с помощью промораживания одревесневших однолетних побегов в холодильной камере в следующих экспозициях: -18 ℃ – 24 часа; -25 ℃- 12 часов; -30 ℃- 8 часов с последующим определением количества живых и поврежденных глазков. Предварительно они проходили закалку в естественных условиях, а затем их закаливали в искусственных, с постепенным понижением температуры от -5 ℃ до -15 ℃ (7 суток) с последующим определением количества живых и поврежденных глазков, проведенного после постепенного оттаивания растительного материала.
Общее количество воды в вызревших побегах определяли путем их высушивания при температуре 100…105 ℃. Фракции воды (связанную и свободную) определяли рефрактометрическим методом с учетом количества оставшейся в тканях «связанной» воды, зависящей от водоудерживающих сил клеточных коллоидов при использовании гипертонического раствора сахарозы в разных концентрациях.
Результаты и обсуждение. По среднемноголетним наблюдениям в полевых условиях сорта винограда, находящиеся в изучении, имели различную степень морозостойкости: от высокой – сорт Кобер 5 ББ (-30 С ) до низкой– сорт Сибирьковый – (-15- 18 С ) (таблица 1).
На морозоустойчивость растений влияют генетические особенности сортов и их эколого-географическое происхождение
Таблица 1 – Морозоустойчивость сортов винограда (среднемноголетние данные в полевых условиях)