Сельскохозяйственная биология, 2014, № 3, с. 40-48.

doi: 10.15389/agrobiology.2014.3.40rus

УДК 634+635.9]:581.1:581.19(213.14:470.620)

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ФИЗИОЛОГО-БИОХИМИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ДЛЯ ВЫЯВЛЕНИЯ МЕХАНИЗМОВ АДАПТАЦИИ СУБТРОПИЧЕСКИХ, ЮЖНЫХ ПЛОДОВЫХ И ДЕКОРАТИВНЫХ КУЛЬТУР В УСЛОВИЯХ СУБТРОПИКОВ РОССИИ

А.В. РЫНДИН, О.Г. БЕЛОУС, В.И. МАЛЯРОВСКАЯ, З.В. ПРИТУЛА, Ю.С. АБИЛЬФАЗОВА, А.М. КОЖЕВНИКОВА

Вопрос оценки устойчивости культур, для возделывания которых зона влажных субтропиков России считается относительно благоприятной, имеет огромное значение, поскольку многие факторы, обусловленные климатическими особенностями региона (например, засухи, высокие или, наоборот, низкие температуры, туманы и пр.), проявляют себя здесь как стрессоры. Нами впервые выполнены 20-летние комплексные исследования физиолого-биохимических реакций растений, их органов, тканей и систем на действие абиотических стрессоров с целью выявления специфических механизмов адаптации субтропических, южных плодовых, декоративных культур и чая к условиям внешней среды. Изучены особенности водного режима и работы фотосинтетического аппарата (базовые физиологические функции), активность фермента каталазы и содержание каротиноидов (протективные компоненты оксидантно-антиоксидантной системы растений). Отобранные в результате физиолого-биохимические показатели (величина водного дефицита, концентрация клеточного сока, активность каталазы, содержание каротиноидов и др.) позволили оценить состояние фундука Corylus pontica C. Koch, персика Prunus persica (L.) Batsch, киви Actinidia deliciosa Chevalier, чая Camellia sinensis (L.) Kuntze, красивоцветущих кустарников Hydrangea macrophylla Ser., Weigela × wagneri L.H. Bailey и др. и их устойчивость к абиотическим стрессорам. Определены закономерности изменения физиологических параметров в ответ на влияние неблагоприятных условий и предложены критерии, шкалы и методики оценки адаптивного потенциала изучаемых культур. Показаны особенности динамики накопления фотосинтетических пигментов по всем изучаемым культурам и выявлен характер зависимости этого процесса от основных региональных почвенно-климатических факторов; определены параметры водного режима и коэффициенты засухоустойчивости; установлено влияние гидротермических факторов на изменение ферментативной активности, а также корреляционная зависимость между активностью фермента и абиотическими факторами среды. Описано влияние микроэлементов на повышение адаптивных свойств растений (на примере чая). В итоге разработаны рекомендации по внекорневой подкормке микроэлементами для молодых чайных плантаций и полновозрастных растений чая, диагностике потребности растений в микроэлементах, по применению показателей устойчивости растений чая к стресс-факторам, а также по оценке засухоустойчивости гидрангеи крупнолистной (Hydrangea macrophylla Ser.). Определены и рекомендованы для выращивания сорта субтропических, южных плодовых, декоративных культур и чая, характеризующиеся повышенной устойчивостью к стрессовым факторам влажных субтропиков России (для киви — сорт Monty из Новой Зеландии, для фундука — сорт Президент селекции Всероссийского НИИ цветоводства и субтропических культур, для персика — сорта Донецкий желтый, Медин ред, Эрли ред, Эрли блоу, Лариса, Славутич и Red Haven, для гидрангеи крупнолистной — Mariesii Perfecta, Draps Wonder и Madame Maurice Hamard). В широком смысле полученные данные связаны с фундаментальными исследованиями физиологических основ адаптации к стрессовым условиям, и в частности ее особенностей в специфических условиях российских субтропиков.

Ключевые слова: фундук Corylus pontica C. Koch, персик Prunus persica (L.) Batsch, киви Actinidia deliciosa Chevalier, чай Camellia sinensis (L.) Kuntze, гидрангея крупнолистная Hydrangea macrophylla Ser., абиотические стрессоры, ферменты, каталаза, пигментный аппарат, микроэлементы.

Полный текст

PHYSIOLOGICAL AND BIOCHEMICAL APPROACHES IN STUDING ADAPTATION MECHANISMS OF SUBTROPICAL, FRUIT AND ORNAMENTAL CROPS GROWN IN RUSSIAN SUBTROPICS

A problem of assessing the sustainability in crops, for which the humid subtropical zone of Russia is quite favorable, has a great value since there are a lot of stress factors (for example droughts, high or low temperatures, fogs etc.) due to climatic features of the region. For the first time we have carried out a 20-year comprehensive study of physiological and biochemical responses of plants, their organs, tissues and systems to the effect of abiotic stressors with the aim to identify some specific adaptation mechanisms of subtropical, southern fruit and ornamental crops as well as tea to the environment. This paper reports the peculiarities in water regime and photosynthetic apparatus (basic physiological functions), activity of catalase enzyme and carotenoid content (protective components in plants’ oxidant-antioxidant system). As a result, there were selected some physiological and biochemical parameters (quantity of water scarcity, concentration of cell sap, catalase activity, carotenoids content, etc.), which allowed to estimate the crop state and resistance to abiotic stressorsin Corylus pontica C. Koch, Prunus persica (L.) Batsch, Actinidia deliciosa Chevalier, Camellia sinensis (L.) Kuntze, beautifully-blossoming shrubs Hydrangea macrophylla Ser., Weigela ×wagneri L.H. Bailey, etc. The regularities in changing physiological parameters as a response to the impact of adverse conditions are identified; the criteria, scales and methodology are proposed for assessing adaptive capacity of the studied cultures. Specific features of the dynamics of photosynthetic pigments accumulation for all the cultures are studied; the dependence of this process on the main regional factors was revealed; the parameters of water regime and drought resistance coefficients are determined; the influence of hydrothermal factors on enzyme activity is identified, as well as correlation between enzyme activity and abiotic environmental factors; the effect of microelements on increase of plants adaptive properties (for example, tea) was determined. As a result, there were developed some recommendations on micronutrients foliar feeding for young tea plantations and mature tea plants, as well as on the diagnostics of plants micronutrient requirements, on the application of sustainability indicators of tea plants to stress factors, and on evaluation of H. macrophylla Ser. drought resistance. The most adaptive cultivars of subtropical, southern fruit, ornamental crops and tea are identified and recommended for growing. They are characterized by increased resistance to stress factors in humid subtropics of Russia (for kiwi — Monty cultivar, for filbert — President cultivar originated by All-Russian Research Institute of Floriculture and Subtropical Crops; for peach — Donetskii zheltii, Medin Red, Earley Red, Earley Blow, Larisa, Slavutich and Redhaven; for H.macrophylla — Mariesii Perfecta, Draps Wonder и Madame Maurice Hamard. The data obtained relate to the fundamental physiological bases of adaptation to stress conditions, and in particular to plant adaptive features in specific conditions of Russian subtropics.

Keywords: filbert Corylus pontica C. Koch, peach Prunus persica (L.) Batsch, kiwi Actinidia deliciosa Chevalier, tea Camellia sinensis (L.) Kuntze, Hydrangea macrophylla Ser., abiotic stressors, enzymes, catalase, pigments, microelements.

Оформление электронного оттиска