Физиолого-биохимические изменения в побегах винограда в период зимнего покоя

В росте и развитии большинства многолетних растений умеренного климатического пояса земного шара проявляется закономерная периодичность: период вегетации и активной жизнедеятельности чередуется с периодом зимнего покоя, в котором растения пребывают ежегодно. Классические три фазы зимнего покоя трудно дифференцировать в условиях мягких зим. Глубокий покой, если он действительно существует, длится очень короткое время или протекает одновременно с органическим.

Виноград вступает в период органического покоя в августе-сентябре в зависимости от условий окружающей среды. Особо важное значение для завершения процессов роста и закаливания тканей имеет температура воздуха. Продолжительность органического покоя зависит от температурного режима и эколого-географического происхождения сорта.

К настоящему времени накоплено достаточное количество исследований, подтверждающих, что изменение климата в связи с глобальным потеплением во всем мире изменило фенологию и адаптационную устойчивость многих плодовых растений и винограда. Поэтому изучение и мониторинг физиолого-биохимических изменений в виноградной лозе в период зимнего покоя представляет теоретический и практический интерес.

Цель настоящей работы – изучить механизмы физиолого-биохимической адаптации различных сортов винограда, происходящие в период зимнего покоя. Исследования позволят дополнить и получить новые сведения об адаптационной устойчивости винограда в нестабильных климатических условиях.

Объекты и методы исследований. Изучались следующие сорта винограда:

• Кристалл (контроль) – межвидовой гибрид евро-амуро-американского происхождения венгерской селекции. Устойчив к поражению милдью и серой гнили. Очень ранний. Масса грозди 200 г. Урожайность 10-15 кг с одного куста. Морозостойкость до -30 ºС.
• Достойный – внутривидовой гибрид Vitis vinifera L. российской селекции, среднепоздний. Поражается милдью. Имеет повышенную устойчивость к оидиуму, серой гнили и филлоксере. Масса грозди 260 г. Урожайность 130 центнеров с гектара. Морозостойкость до -19-22 ºС.
• Красностоп АЗОС – внутривидовой гибрид Vitis vinifera L. российской селекции. Среднепоздний срок созревания. Масса грозди 125 г. Средняя урожайность 109 ц/га. Морозо- и засухоустойчивый, поражается милдью, оидиумом. Филлоксероустойчив.
• Восторг – межвидовой гибрид амуро-американского происхождения российской селекции, очень раннего срока созревания. Масса грозди 531 г. Средняя урожайность 120 ц/га. Морозостойкость до -25 ºС. Устойчив к милдью, серой гнили, неустойчив к филлоксере.
• Алиготе – французский местный сорт западно-европейского происхождения. Средняя масса грозди 103 г. Урожайность 90-140 ц/га. Во влажную погоду восприимчив к серой гнили, поражается милдью, менее восприимчив к оидиуму. Ягоды сильно повреждаются гроздевой листоверткой. Сравнительно зимостойкий.
• Зариф – внутривидовой гибрид Vitis vinifera L. Таджикской селекции. Очень ранний срок созревания. Масса грозди 500-900 г. Выдерживает значительное понижение температуры. Устойчив к антракнозу, серой гнили и другим грибным заболеваниям.

Растения 1995 года посадки, подвой Кобер 5ББ. Формировка – двусторонний высокоштамбовый спиральный кордон АЗОС. Схема посадки 3 × 2,5 м, почва – чернозем южно-карбонатный.

Образцы сортов винограда предоставлены Центром коллективного пользования «Анапская ампелографическая коллекция» АЗОС – филиала СКФНЦСВВ, расположенной в г.-к. Анапа.

Оводненность определяли весовым методом по методике, содержание крахмала и растворимых сахаров – антроновым методом при помощи фотоколориметра ФЭК-56. Динамику содержания органических кислот определяли методом капиллярного электрофореза, используя прибор Капель 104Р.

Статистическую обработку данных проводили с использованием программы Microsoft Office Excel 2010. Использовалось приборное обеспечение Центра коллективного пользования технологичным оборудованием по направлениям: геномные и постгеномные технологии, физиолого-биохимические и микробиологические исследования; почвенные, агрохимические и экотоксикологические исследования; пищевая безопасность.

Обсуждение результатов. В осенний период среднемесячные температуры воздуха снижались с +20,5 ºС в сентябре до +10,6 ºС в ноябре. В зимний период 2021/2022 гг. самым холодным месяцем был январь со среднемесячной температурой воздуха +4 ºС, а зимой 2022/2023 гг. – февраль со среднемесячной температурой воздуха +3,3 ºС. Минимальные температуры воздуха отмечены в декабре 2021 г.– - 8 ºС, в январе 2023 г. – -10 ºС, в феврале 2023 г. – -7 ºС (рис.1).

Рис. 1. Метеорологические условия на участке исследований винограда (г.-к. Анапа, 2021-2023 гг.)

В конце вегетационного периода у побегов винограда формируется пробковый камбий (феллоген), в результате работы которого образуются клетки феллодермы и пробки. Перечисленный комплекс тканей – феллоген, феллодерма и пробка называется перидермой (рис. 2).

Рис. 2. Микрофото поперечного среза побега винограда сорта Кристалл. Начало образования перидермы

(конец августа 2023 г.)

Хорошо развитая перидерма обеспечивает высокую зимостойкость виноградной лозы. Для нее характерны высокое накопление запасных питательных веществ и пониженное содержание воды.

Известно, что содержание воды в неодревесневших зеленых побегах винограда достаточно высокое – 65-80 %. К концу вегетации оводненность виноградной лозы уменьшается до 45-55 %. В зимний период оводненность может снижаться до 50 % и сохраняться на этом уровне при наступлении стабильных низких отрицательных температур. Для более морозостойких сортов винограда характерна более низкая оводненность вызревших побегов.

В проведенных нами исследованиях оводненность побегов морозостойких сортов винограда в ноябре составляла 50,12-51,20 %, а в побегах неморозоустойчивых – Алиготе, Зариф – 55,21-55,30 % (рис. 3).

Примечание: НСР05 – ноябрь – 1,11; январь – 1,13; февраль – 0,72

Рис. 3. Оводненность побегов винограда в осенне-зимний период 2021-2023 гг.

В январе и феврале оводненность снизилась, причем у морозостойких сортов в большей степени, чем у неморозостойких. Так, если у Кристалл, Достойный, Красностоп АЗОС, Восторг оводненность снизилась на 5,07-5,29 %, то у Алиготе, Зариф – на 1,25-2,04 %.

Важным показателем степени вызревания виноградной лозы и ее способности к перенесению неблагоприятных зимних условий является содержание крахмала, который при понижении температуры превращается в монои дисахариды. Они выполняют осмопротекторную функцию и сохраняют клеточный гомеостаз. Как известно, более полный гидролиз крахмала с образованием сахаров происходит в тканях морозоустойчивых сортов.

В проведенных нами исследованиях в побегах винограда в ноябре содержалось повышенное количество крахмала в сравнении с январем и февралем. Если в ноябре крахмала содержалось 4,28-7,92 мг/г сухого веса, то в январе-феврале – 2,15-4,23 мг/г сухого веса в зависимости от сорта (рис. 4).

Примечание: крахмал: НСР05 – ноябрь – 1,01; январь – 1,19; февраль – 1,70; сахара: НСР05 – ноябрь – 2,21; январь – 1,93; февраль – 2,62

Рис. 4. Содержание крахмала и сахаров в побегах винограда в осенне-зимний период 2021-2023 гг.

Снижение количественных показателей крахмала привело к повышению содержания растворимых сахаров. Так, если в ноябре содержание сахаров составляло 4,42-9,51 мг/г сухого веса, то в январе оно составило 10,13-16,86 мг/г сухого веса в зависимости от сорта. Более всего количественные показатели крахмала снижались у морозостойких сортов: Кристалл – в 2,51 раза, Достойный – в 2,15 раза, Красностоп АЗОС – в 2,21 раза, Восторг – в 2,06 раза. У неморозостойкого сорта Алиготе снижение крахмала было в 1,43 раза, а у Зариф – в 1,40 раза (см. рис. 4).

Увеличение сахаров в результате гидролиза крахмала – специфический механизм устойчивости растений к низким температурам. Подобные факты отмечал ряд исследователей у различных растений (плодовых, злаков), в том числе и винограда.

Большая роль в устойчивости растений к низким отрицательным температурам принадлежит антиоксидантной системе защиты. Антиоксиданты являются важными протекторами, они способны обеспечить защиту от активных форм кислорода, образующихся при повреждении клеток от стресса.

Важным участником антиоксидантной системы растений являются органические кислоты (винная, яблочная, янтарная, лимонная). В проведенных исследованиях в осенне-зимний период большее содержание органических кислот наблюдалось у морозостойких сортов – Кристалл, Достойный, Красностоп АЗОС, Восторг – 10,8-17,2 мг/г сырого веса, в сравнении с неморозостойкими Алиготе, Зариф – 5,28-7,50 мг/г сырого веса (рис. 5).

Примечание: НСР05 – ноябрь – 1,09; январь – 2,25; февраль – 1,46

Рис. 5. Содержание органических кислот в побегах винограда в осенне-зимний период 2021-2023 гг.

Полученные данные подтверждают роль органических кислот в механизмах устойчивости растений винограда к низко температурному стрессовому воздействию.

Выводы. Установлено, что вызревшие побеги винограда характеризовались как изменениями в анатомической структуре тканей (образованием перидермы, опробковением и одревеснением клеточных стенок), так и физиолого-биохимическими изменениями в клетках запасающих тканей – высоким содержанием крахмала и сахаров, а также снижением оводненности.

Выявлено, что в большей степени оводненность побегов снизилась у морозостойких сортов Кристалл, Достойный, Красностоп АЗОС, Восторг – на 5,07-5,29 %, у не морозостойких сортов Алиготе, Зариф – на 1,25-2,04 %.

Более полное превращение крахмала в сахар выявлено у морозоустойчивых сортов Кристалл, Достойный, Красностоп АЗОС, Восторг. Так, содержание крахмала снижалось у сортов: у Кристалл – в 2,51 раз, у Достойный – в 2,15 раз, у Красностоп АЗОС – в 2,21 раз, у Восторг – в 2,06 раз. У не морозостойкого сорта Алиготе снижение крахмала было в 1,43 раз, а у Зариф – в 1,40 раз.

Установлено, что повышенное содержание органических кислот было у более морозостойких сортов – Кристалл, Достойный, Красностоп АЗОС, Восторг – 10,8-17,2 мг/г сырого веса, в сравнении с неморозостойкими Алиготе, Зариф – 5,28-7,50 мг/г сырого веса.

На основании исследований выявлены механизмы адаптационной устойчивости винограда в нестабильных климатических условиях осеннезимнего периода – уменьшение оводненности, большая степень образования сахаров из крахмала, большее содержание органических кислот. Показана связь между содержанием воды, крахмала, сахаров, органических кислот и морозостойкостью сортов винограда. Чем меньше оводненность побегов, больше степень образования сахаров из крахмала, большее содержание органических кислот в тканях побега, тем более морозоустойчив сорт.

Установлено, что эти показатели могут рассматриваться в качестве критериев степени морозостойкости винограда. Исследования дополнили имеющиеся знания об адаптационной устойчивости возделываемых сортов винограда в условиях меняющегося климата.

Источник: Киселева Г. К., Ильина И. А., Соколова В.В., Запорожец Н. М., Хохлова А.А., ФГБНУ «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.