Скачать 137.09 Kb.
|
Физиолого-биохимические подходы в изучении зимостойкости у сортов яблони из коллекции ВНИИСПК1 А.М. Галашева, кандидат с.-х. наук ГНУ Всероссийский НИИ селекции плодовых культур (ВНИИСПК) Россельхозакадемии E-mail: info@vniispk.ru Представлены результаты изучения динамики активности ферментных систем, содержания крахмала и цианидинов в побегах сортов яблони различной зимостойкости в течение вегетационного периода. Прослеживается зависимость между динамикой содержания запасных веществ и их зимостойкостью у контрастных сортов. Ключевые слова: яблоня, зимостойкость, динамика активности и содержания веществ, пероксидаза, полифенолоксидаза, крахмал, антоциан-цианидины. Способность плодовых растений к выживанию в неблагоприятных экологических условиях в значительной степени определяется наличием системы адаптационных реакций, которые связаны с глубокими изменениями в обмене веществ. Среди абиотических факторов, действующих на растение, особое место принадлежит температуре. Накоплен определенный экспериментальный материал по отдельным видам устойчивости плодовых к этому фактору [10, 11,12]. Так, особенности действия температурного фактора различной интенсивности на устойчивость растений проявляются в изменении направленности физиолого-биохимических процессов, связанных с различными сторонами метаболизма. В то же время механизмы регуляции обмена веществ при действии экстремальных температур изучены недостаточно. В этой связи необходим анализ реакций целостного растения в динамике, основанный на интеграции ответных реакций в биохимических, физиологических и др. сферах. Целью исследований явился поиск связей физиолого-биохимических показателей в тканях плодовых и адаптационной устойчивости к абиотическим стрессорам (температурный фактор). Материал и методы. Работа выполнена на сортовом материале яблони из коллекции ГНУ ВНИИСПК различающихся зимостойкостью в течение осенней и зимне-весенней вегетации 2011-2012г. В качестве объекта использовали однолетние побеги. В связи с тем, что исследования по ферментным системам начаты с 2009 г. [3] на рис. 1 и 2 приводятся средние показатели: ноябрь-декабрь месяцы – 2009-2011 гг., январь-март – 2010-2012 гг. Физиолого-биохимические исследования проводили по следующим методикам: крахмал в почках и побегах определяли колориметрическим методом [9]. Оптическую плотность измеряли на фотоэлектроколориметре «КF-77» при 610-660нм. Концентрацию крахмала находили по калибровочной кривой, выражали в % в массе сырого вещества. Цианидины определяли по прописям [8] в нашей модификации [2]. Спектральные характеристики извлеченного пигмента снимали на спектрофотометре «Smart Spec Plus» при 535 нм (цианидин-3-галактозид и цианидин-3-арабинозид). Повторность опыта трех-четырехкратная. При определении цианидинов ошибка средней не превышала 5%. Активность ферментных систем пероксидазы, полифенолоксидазы изучали по [5]. Результаты и обсуждение. Физиологические и биохимические изменения, происходящих в тканях плодовых в период подготовки к зиме, в значительной степени обеспечивают морозостойкость растений. Существенную роль в данном процессе выполняют ферментные системы, которые завершают цепь передачи водорода, являясь терминальными оксидазами, Среди последних важное место занимают пероксидаза и полифенолоксидаза. Результаты проведенных исследований показали, что сорта яблони практически не отличаются по динамике активности пероксидазы и полифенолоксидазы. Выражены индивидуальные особенности сортов в зависимости от их зимостойкости . В осенне-зимний период с переходом плодовых в состояние покоя активность пероксидазы снижается и наиболее резко у таких зимостойких сортов как Антоновка обыкновенная, Имрус, Свежесть в отличие от сорта Приам, у которого активность в ноябре-декабре выражена высокими показателями в пределах 40-50 Е/м (рис. 1). Отмечено, что у высокозимостойких сортов снижение активности пероксидазы происходит в осенний период, начиная с октября и в течение всего зимнего периода ее показатели остаются примерно на одном, невысоком уровне. У слабозимостойкого сорта Приам снижение пероксидазной активности наблюдается значительно позже – в январе месяце. Высокая активность пероксидазы в зимнее время, по мнению ряда авторов [11, 12] связана с нарушением процесса дыхания и изменением оксилительно-восстановительных условий в клетках, и у недостаточно зимостойких сортов активность пероксидазы повышается после зимних повреждений, т.е. играет защитную роль в обезвреживании токсических веществ. В период вынужденного покоя активность фермента у сорта Антоновка обыкновенная в 1,2-1,5 раза ниже, чем у сорта Приам. Следовательно, проявляется обратная корреляция: чем выше зимостойкость сорта, тем меньше выражена активность фермента в зимний период. Полифенолоксидаза тканей однолетних побегов исследуемых сортов яблони менее активна в количественных показателях, чем пероксидаза (рис. 2). Повышенная активность этого фермента в побегах отмечалась в осенний период, когда происходит закаливание побегов. С переходом растений в состояние глубокого покоя ее активность снижалась и особенно заметно у недостаточно зимостойкого сорта Приам. У зимостойких сортов яблони на протяжении всего осенне-зимнего периода полифенолоксидаза оставалась более активной. Известно, что полифенолоксидаза катализирует окисление фенолов и дубильных веществ растений. Показано, что во время интенсивного роста растений большое значение имеет наличие в тканях ауксинов. В это время активность полифенолоксидазы снижена. При увеличении ее активности происходит окислительный распад химических факторов роста – ауксинов и других веществ. В результате этих реакций усиливается одревеснение тканей и происходит переход растений в состояние зимнего покоя. Следовательно, более высокую активность полифенолоксидазы у зимостойких генотипов можно рассматривать как одну из приспособительных функций растений, способствующих лучшей подготовки их к зимнему периоду. Таким образом, результаты проведенных исследований показали, что для сортов яблони с высокой зимостойкостью в осенне-зимний период характерны высокие значения активности полифенолоксидазы при относительно низких значениях пероксидазы. Рис.1 Динамика активности пероксидазы в однолетних побегах яблони в осенне-зимний периоды . Рис.2 Динамика активности полифенолоксидазы в однолетних побегах яблони в осенне-зимний периоды. Содержание углеводов в вегетирующих органах плодовых, в частности крахмала, который является одним из главных защитных компонентов и служит показателем метаболизма в тканях в процессе подготовке растений к зиме и их перезимовки. Ранее нами было показано определенная зависимость между динамикой накопления и расходования крахмала у яблони и их зимостойкостью у контрастных сортов [7] . В настоящей статье в продолжении исследования приводятся результаты изучения по этому показателю у новых сортов яблони селекции ВНИИСПК. Проведен анализ количественного содержания этого углевода в изменяющихся погодных условиях вегетации осенне-зимнего периода 2011-2012 гг. Результаты представлены в таблице 1. Таблица 1. Содержание крахмала (% в массе сырого вещества) в побегах яблони, 2011-2012 г.
В сентябре-октябре шло накопление крахмала в побегах для защиты органов яблони от неблагоприятных зимних условий, однако этот процесс шел неравномерно у всех изученных нами сортов. Больше всего крахмала в осенний период (ноябрь) до 4% отмечено у таких сортов как Антоновка обыкновенная, Рождественское, Свежесть, Болотовское, Имрус, которые относят к зимостойким сортам [6]. Меньше всего по количественным показателям содержания данного углевода за два года изучения характеризуется сорт Юбиляр и Орловим. В декабре произошел гидролиз крахмала для синтеза полисахаридов- защитных метаболитов устойчивости к зимним неблагоприятным условиям. При этом подвижность данного углевода у разных сортов не одинакова., но всем им свойственна определенная направленность: в осенний период происходит накопление крахмала в побегах, декабре-январе наблюдается крахмальный минимум, в феврале-марте происходит вторичный его синтез, затем расходуется на ростовые процессы. Подготовка яблони к зиме сопровождается существенными изменениями в метаболизме веществ фенольной природы, часть из которых относится к антоцианам. Последние выполняют защитную функцию в устойчивости растений к переменным температурам, являясь термоаккумулирующим светозащитным барьером. Показано, что накопление антоцианов в форме цианидинов в коре побегов различных древесных связано с защитной функцией при действии низких температур, придавая коре красноватые и коричневые тона [1, 8]. Делается вывод о возможности диагностирования древесных (плодовых) на морозостойкость по этому показателю. Исследование наблюдений за сезонным изменением содержания цианидинов в однолетних побегов яблони начаты в 2010 г. [4]. Выявилась положительная тенденция во взаимосвязи содержания цианидинов и морозостойкости у контрастных сортов. Исследования продолжены в 2011-2012 гг. Умеренные пониженные температуры осеннего периода 2011 г. стимулировали синтез цианидинов в коре у исследованных новых сортов яблони в разной степени (табл. 2). В сентябре-октябре уровень содержания этих антоцианов у всех сортов был низким (59-128 мг%). В осенний период еще не полностью прекратилась вегетация, продолжался отток пластических веществ (крахмала) из листьев в зимующие органы, поэтому в данный период побеги не способны развить высокую морозостойкость. В ноябре происходило накопление цианидинов в коре побегов у всех сортов, причем у таких, как Антоновка обыкновенная, Имрус, Болотовское, Юбиляр и Орловим интенсивнее, чем у других. В период глубокого покоя, который является необходимой предпосылкой возникновения способности к низкотемпературной адаптации, высокая концентрация данных пигментов в коре исследованных сортов яблони оказывает положительное действие на морозоустойчивость. В зимние месяцы (декабрь–февраль) содержание цианидинов у большинства сортов сохранялось на таком же уровне, что и в поздний осенний период. Следует отметить снижение этого пигмента в январе в исследуемые годы у сорта Юбиляр. В марте 2011 г. количественные показатели уменьшались у сортов в разной степени. Выявлены сортовые особенности по содержанию цианидинов в осенне-зимний и весенний (март) периоды. Так, у сортов яблони Антоновка обыкновенная, Свежесть, Имрус, Рождественское уровень концентрации цианидинов по всем месяцам был выше, чем у других сортов. Данные сорта характеризуются как устойчивые к неблагоприятным условиям зимнего периода. По всем исследованным сортам прослеживается такая же тенденция, что и по раннее изученным по содержанию цианидинов в коре: в зимние месяцы достаточно высокая концентрация, затем снижение, оставаясь в марте в зависимости от сорта на уровне 61-301 мг% – 2011г. и 122-273 мг% – 2012 г. Таблица 2. Содержание цианидинов в коре яблони в зимний период 2011-2012 г. (мг% на сырой вес).
Заключение и выводы. По установленной сезонной динамике содержания отдельных метаболитов (крахмала, цианидинов, активности ферментных систем) возможно судить об интенсивности физиолого-биохимических изменений, происходящих в тканях плодовых в процессе адаптации их к низким температурам. Прослеживается зависимость между динамикой запасных веществ (крахмала и цианидины) и их зимостойкостью у контрастных сортов. Эта зависимость выражается в количественном содержании и их расходования в осенне-зимний период. Активность ферментов пероксидазы и полифенолоксидазы в побегах имеет сложный характер, зависящий и от изменяющегося температурного фактора, генотипа, сильнее проявляется при более жестких условиях перезимовки. При этом комплексная оценка по физиолого-биохимическим характеристикам позволяет получить более надежную оценку генотипов плодовых на устойчивость на неблагоприятные погодно-климатические условия зимнего периода и адаптивность и могут быть использованы в качестве косвенных методов диагностики сортов на морозостойкость. Литература 1. Богомаз К.И., Коршук Т.П. Антоцианы в коре разных по морозоустойчивости сортов яблони // Вестник киевск. ун-та, сер. Биол. - 1962, вып.2, № 5.- С. 87-91. 2.Голышкина Л.В. К методике определения цианидинов в коре побегов плодовых культур / Л.В. Голышкина, А.М. Галашева, Н.Г. Красова, Л.А. Грюнер // Совершенствование сортимента и технологий возделывания плодовых и ягодных культур: материалы междун. научно-практич. конф. – Орел: ВНИИСПК, 2010. – С. 59-61. 3. Голышкина, Л. В. Активность и полиморфизм некоторых ферментных систем тканей сортов яблони различной зимостойкости / Л. В. Голышкина, Н. Г. Красова, А. М. Галашева // Биологические основы садоводства и овощеводства (материалы междун. конф. с элементами научной школы для молодежи 22-25 сентября, 2010 г.). – Мичуринск-наукоград РФ, 2010. – С.101-106. 4. Голышкина, Л. В. О характере изменений содержания антоцианов – цианидинов в побегах сортов яблони для диагностики зимостойкости / Л.В. Голышкина, А.М. Галашева, Н.Г. Красова // Плодоводство и ягодоводство России. – Т. XXVIII. – Ч. 1. – С. 129-13 5. Ермаков А.И.Методы биохимического исследования растений / А.И. Ермаков. – Л., 1987. – 380 с. 6. Красова, Н.Г. Некоторые физиолого-биохимические особенности устойчивости сортов яблони к зимним неблагоприятным условиям / Н.Г. Красова, А.М. Галашева, М.А. Макаркина, Т.В. Янчук // Достижения науки и техники АПК. – 2010. – № 4. - С. 27-29. 7.Красова Н.Г. Динамика содержания углеводов в побегах сортов яблони различной зимостойкости / Н.Г. Красова, Л.В. Голышкина, М.А. Макаркина, А.М. Галашева // Плодоводство и ягодоводство России. – Т. XXVIII. – Ч. 1. – С. 308-315. 8. Леонченко В.Г., Ханина Н.П. Способ оценки морозостойкости древесных растений // А.С. 1042672. – 1983. 9. Плешков Б.П. Практикум по биохимии растений. – М.: Колос, 1976. – 256 с. 10. Сергеева К.А. Физиологические и биохимические основы зимостойкости древесных растений / К.А. Сергеева. – М.: Наука, 1971. – 171 с. 11. Трунова Т.И. Растения и низкотемпературный стресс. – М.: Наука, 2007. – 64 с. 12. Tomaszewski M. Das Phenol Phenoloxydase-System der Blatter einiger Obstgeholze und seine Beziehnung zur Winterruheberreitschaft. Flora. 145.-1957. - P. 212-215. 1 Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ №12-04-97505 |
Физиолого-биохимические изменения у коров при использовании в качестве... Работа выполнена в фгоу впо «Белгородская государственная сельскохозяйственная академия» | Оценка ситуативной морозоустойчивости имунных к парше сортов яблони методом дта Познакомиться с понятием электрометаллургия, процессом электролиза расплавов и растворов солей | ||
Матушкина ольга Васильевна оптимизация процессов регенерации при... Рецензент(ы) доцент кафедры прикладной психологии Разумова Ольга Геннадьевна, к псх н., доц | Наша» клубника – оттого, что я не большой специалист в «клубничном... Всего же за почти 20 лет, и наиболее активно последние лет 6, мы испытали, в основном на своем участке, более 30 сортов клубники... | ||
Т. П. Перкель физико-химические и биохимические основы производства мяса и мясных продуктов Изучение дисциплины базируется на знаниях и умениях, полученных студентами при изучении естественно научных, общепрофессиональных... | Использование ит в корпусных исследованиях Охватывают большой набор жанров и функциональных стилей, в лингвистических исследованиях часто используются и оппортунистические... | ||
«Биология» П/п Наименование Кол-во, ед. 1 «Дикая форма и культурные сорта яблони 1 8 Модель аппликация «Генеалогический метод антропогенетики» | Рабочая программа дисциплины дисциплина сд. Р. 4 «Биохимические механизмы адаптации» Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования | ||
Программа мероприятий Недели неформального образования (1-6 марта 2014 года) Время Презентация о сифибр со ран. Экскурсии по лабораториям института: представление тематики физиолого-биохимического направления | Создание сортов и совершенствование технологии возделывания луковых... | ||
Функциональные и иммунно-биохимические изменения у цыплят-бройлеров... Работа выполнена в фгоу впо «Белгородская государственная сельскохозяйственная академия» | Урок обж в 8 классе «Классификация чрезвычайных ситуаций техногенного характера» Какое влияние оказывает загрязнение окружающей среды на биохимические процессы, происходящие в организме человека? | ||
Тематический план самостоятельной деятельности студентов дисциплины... Цитогенетический и биохимические методы. Анализы хромосомных и молекулярных заболеваний | Изучение столовых сортов винограда и агротехнических параметров их... | ||
Проект программы «внутришкольная система оценки качества образования» В связи с этим возникла необходимость пересмотреть подходы к организации внутришкольного контроля и определить подходы к построению... | Влияние предшественников на урожайность сортов озимой пшеницы, технологические... |