Особенности оводненности побегов растений различных сортов винограда при адаптации к низким отрицательным температурам

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)

Сорта, относящиеся к V. vinifera (Каберне Совиньон, Сибирьковый), достигают максимальной морозостойкости в середине зимы (вторая половина января), гибриды V. vinifera с участием американских видов (Кристалл) – в середине и конце зимы (вторая половина февраля), гибриды V. vinifera с участием V. amurensisв (Восторг, Фиолетовый ранний) – в начале (декабрь) и в середине зимы.

Была изучена степень сохранности глазков сортов винограда в зависимости от искусственного промораживания при температурах -15℃ , -25℃ и -30 ℃. Исследуемые сорта различного эколого-географического происхождения различались по адаптационным способностям к низким отрицательным температурам, которые проявились в разной степени повреждения глазков после такового воздействия (таблица 2).

Таблица 2 – Сохранность глазков одревесневших побегов у различных сортов после их промораживания

Наиболее адаптивные к низким отрицательным температурам сорта (Кобер 5ББ, Кристалл) даже при воздействии температуры -30℃ имели до 10…12 % полностью сохраненных глазков с живыми центральной и замещающими почками и 25…32% частично поврежденных, когда наблюдалась хотя бы одна живая почка. У менее стойких сортов (Каберне Совиньон, Сибирьковый) наблюдалась полная гибель глазков.

Исследования динамики изменения количественного и качественного состава воды в тканях побегов показали, что в первой половине вегетации растения всех изучаемых сортов характеризовались низкой водоудерживающей способностью клеток в фазы активного роста растений и минимальным количеством связанной воды по отношению к свободной (таблица 3).

У сортов Кристалл, Фиолетовый ранний, Кобер 5ББ на фоне более раннего начала вегетации отмечено наибольшее количество общей и свободной форм воды, что можно объяснить более активными ростовыми и ассимиляционными процессами. У менее стойких к отрицательным температурам сортов в этой фазе вегетации соотношение связанной и свободной воды было выше. В фазе роста ягод существенность различий между сортами по влажности побегов и соотношению в их тканях фракций воды не доказана.

Таблица 3 – Общее количество воды и соотношение фракций воды (связанной к свободной) в побегах различных сортов винограда в период вегетации

К началу полной зрелости побегов содержание воды в них стабилизировалось на уровне 50…61% с тенденцией снижения в период устойчивой морозной погоды. При этом изменилось соотношение между различными фракциями воды: уменьшение свободной и увеличение связанной. У более адаптивных к морозу сортов была выявлена более низкая оводненность побегов и пониженное содержание воды в свободной форме. У сортов Каберне Совиньон и Сибирьковый общее количество воды было на уровне 57…61%, что указывает на достаточно высокую активность обмена веществ в клетках растений, незавершенность процессов вызревания побегов.

В период покоя проявились наибольшие различия между растениями по соотношению фракций воды (таблица 4)

Таблица 4 – Общее количество воды и соотношение ее фракций (связанной к свободной) в одревесневших побегах различных сортов винограда в период покоя

В зимний период общее количество воды уменьшилось, по сравнению с фазой закаливания, но изменилось менее существенно, чем соотношение ее фракций. У более адаптивных к низким отрицательным температурам сортов (Кристалл, Фиолетовый ранний, Кобер 5ББ) в январе количество связанной воды превышало количество свободной в 2,7…2,8 раза, что существенно выше, чем у менее стойких сортов (в 2,0…2,4 раза). Общее количество воды в побегах всех сортов в зимний период достигало 50%... 44 % в зависимости от сорта.

Исследователи отмечают разную степень влияния оводненности побегов в период покоя на морозостойкость винограда. В ранних исследованиях Hamman J.R, Renquist RA, Hughes HG (1999) отмечается, что изменения содержания воды в побегах не сильно коррелируют с морозоустойчивостью виноградных растений, тогда как более поздние исследования Ershadi et al, Karimi R. показали тесную обратную связь между этими показателями.

Нами проанализировано влияние общего количества воды и соотношения связанной фракции и свободной фракции в вызревших побегах в два срока: в ноябре – в начальный период акклиматизации виноградных растений и в январе, когда морозостойкость растений проявлялась в наибольшей степени (таблица 5).

Таблица 5 – Влияние состояния воды в вызревших побегах разных сортов

Нашими исследованиями установлена умеренная обратная связь адаптационного потенциала к низким отрицательным температурам одревесневших побегов разных сортов винограда и оводненности побегов в ноябре и январе. Коэффициент корреляции составил -0,67.

Зависимость сохранности глазков вызревших побегов от соотношения в них фракций воды (связанной к свободной) доказана статистическими методами – выявлена тесная прямая корреляционная связь. В наибольшей степени это влияние отмечено в зимний период, после действия температуры -30℃ (рисунок 1).

Рисунок 1 – Корреляционные связи сохранности глазков и соотношения связной и свободной фракций воды в вызревших побегах винограда

Заключение. Наиболее адаптивные к низким отрицательным температурам сорта винограда (Кобер 5ББ, Кристалл, Фиолетовый ранний) даже при воздействии температуры -30 ℃ имели до 8 % полностью сохраненных глазков и 13…25% частично поврежденных. У остальных сортов наблюдалась полная гибель глазков.

В первой половине вегетации растения всех изучаемых сортов характеризовались низкой водоудерживающей способностью клеток в фазы активного роста растений и минимальным количеством связанной воды по отношению к свободной, причем у менее стойких сортов в этой фазе вегетации соотношение связанной и свободной воды было выше.

Общее количество воды в зимний период уменьшалось по сравнению с фазой закаливания, но менее существенно, чем соотношение ее фракций. Общее количество воды в побегах всех сортов не превышало 50%...44 % в зависимости от сорта, а соотношение фракций воды (связанной к свободной) у наиболее стойких к низким отрицательным температурам сортов составляло 2,7-2,8 раза, что существенно выше, чем у менее стойких сортов (2,0-2,4 раза).

Исследования показывают возможность оценки адаптивности растений винограда к низким отрицательным температурам по физиологическим показателям оводненности побегов в период покоя. Зависимость степени морозостойкости одревесневших побегов разных сортов винограда от состояния воды в период покоя подтверждена коэффициентом корреляции (r=0,88-0,92) между показателем сохранности глазков после воздействия температуры -30℃ и соотношением фракций воды (связанной к свободной) в ноябре и январе.

Источник: Акуленко Е.Г., Яговенко Г.Л., Островская С.М., Мисникова Н.В., Всероссийский научно- исследовательский институт виноградарства и виноделия — филиал ФГБНУ «Федеральный Ростовский аграрный научный центр».

У нас можно купить 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.