Изучение влияния органоминерального удобрения на устойчивость к весенним заморозкам яблони

Полный текст

Одна из причин снижения урожая плодовых культур, в частности яблони, – повреждение цветков и бутонов весенними заморозками. Наблюдается тенденция ухудшения в средней зоне плодоводства погодных условий при цветении садовых культур. В Орловской области в период цветения яблони пониженные положительные температуры и утренние заморозки случаются почти ежегодно. В мае 1999 года был заморозок до минус 3°С, в 2000 и 2017 годах температура воздуха снизилась до минус 2°С. При этом отметили сильное повреждение цветков у большинства сортов. [10] Один из наиболее перспективных методов повышения устойчивости сельскохозяйственных растений к неблагоприятным факторам среды – использование биопрепаратов. [6, 14, 15] К ним относятся органические и неорганические соединения, которые в малых дозах стимулируют физиолого-биохимические процессы, улучшают доступность питательных веществ и их усвоение. [2, 7–9, 11, 13, 16] Приоритет заключается в применении адаптогенных препаратов, действие которых связано не только с увеличением урожая, но и с повышением устойчивости растений к абиотическим факторам. Поэтому начаты исследования повышения устойчивости к весенним заморозкам яблони с использованием нового адаптогенного препарата ПРК «БЖУ Антифриз».

Цель работы – изучить влияние органоминерального удобрения ПРК «Белый Жемчуг Универсальный Антифриз» на физиолого-биохимические показатели устойчивости яблони к весенним заморозкам.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

На базе лаборатории физиологии устойчивости плодовых растений ФГБНУ ВНИИСПК проводят испытания Природного Растительного Комплекса (ПРК) «Белый Жемчуг Универсальный (БЖУ) Антифриз».

ПРК «БЖУ Антифриз» – адаптогенный препарат, который выполняет роль фитомодулятора, представляет собой суспензию минералов природного происхождения с концентратом экстрактов хвои ели, сосны, сибирской пихты. В составе: SiO₂ – 5,6%; N (общий) – 2 … 6% – 1,0%; CaO – 5000 ppm, MgO – 7000, K₂O B-130, Zn – 150, Mo – 200; Al₂O₃ – 1600 ppm; витамины – А (каротин, лютеин), D (фитостерины), Е, К, B1, B2, B6, PP, H; эфирные масла, хлорофилл, флавоноиды, сахара, белки, аминокислоты.

Опыт был заложен в двух вариантах на участке с темно-серыми лесными почвами, содержание гумуса – 3 … 4%, мощность гумусового горизонта – 30 … 35 см. Объект изучения – сорт яблони селекции ВНИИСПК Синап орловский, растущий на полукарликовом подвое 54-118. Год посадки – 2013, схема – 6 × 3 м, повторность трехкратная, в каждой по пять учетных деревьев. Агротехника общепринятая.

Схема опыта: 1. контроль (без обработки); 2. некорневая обработка 1%-м раствором ПРК «БЖУ Антифриз»; 3. некорневая обработка 3%-м раствором ПРК «БЖУ Антифриз».

Фракционный состав воды в тканях однолетних побегов и плодовых почках яблони определяли методом Окунцова-Маринчик. [3] Концентрацию сахарозы в растворе устанавливали рефрактометрически (PAL-1), ее содержание – на основе резорцинового реактива при длине волны 520 нм. Содержание этого дисахарида рассчитали с помощью калибровочной кривой, построенной для чистой сахарозы. [5]

Количество пролина определили реакцией с реагентом нингидрина. [4] Содержание аминокислоты рассчитали с использованием калибровочной кривой, построенной для чистого пролина при длине волны 520 нм на спектрофотометре (BioRad SmartSpec Plus).

Устанавливали активность каталазы по методике. [4] Навеску растительного материала (100 мг) растирали в ступке со стеклянным порошком. Для уменьшения кислотности к растертой пробе добавляли на кончике шпателя СаCО₃, после еще 10 мл 3% перекиси водорода и 10 мл 3% раствора йодистого калия в 50% ацетоне. Смесь фильтровали, центрифугировали и спектрофотометрировали при 440 нм.

Активность пероксидазы определили методом Бояркина. [1] Субстрат – бензидин. Измеряли на ФЭКе при длине волны 670 нм.

Активность амилазы устанавливали колориметрическим методом учета количества негидролизованного амилазой крахмала. [1] Метод основан на расчете количества расщепленного амилазой крахмала при λ – 670 нм после обработки 0,3% раствором йода.

С учетом многолетних метеоданных весеннего периода были выбраны критические температуры для цветков и бутонов яблони. Моделировали весенние заморозки (минус 3,0 и минус 4,0°С) в климатической камере PSL-2KPH. Экспозиция промораживания – 3 ч. Скорость снижения температуры – 1°С/ч.

Экспериментальные данные обрабатывали дисперсионным методом (ANOVA) с использованием пакета MS Excel.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

В результате некорневой обработки в начале весны (спящая почка-серебряный конус) было повышение на 5,7 и 5,0% оводненности тканей однолетних побегов у обработанных деревьев 1%-м и 3%-м раствором ПРК «БЖУ Антифриз» соответственно, по сравнению с контролем. В обоих вариантах наблюдали повышение в 2,7 … 2,8 раза содержания свободной воды и понижение в 1,2 раза связанной (рис. 1а). Предположительно адаптогенный препарат ПРК «БЖУ Антифриз» способствовал оптимизации водного режима сорта яблони Синап орловский и, как следствие этого, повысилась интенсивность обменных процессов. Данный вывод подтверждается полученными результатами биохимических исследований, которые представлены далее в статье.

 

Рис. 1. Фракционный состав воды в однолетних побегах и плодовых почках сорта яблони Синап орловский в фазах: а – спящая почка-серебряный конус, б – мышиное ушко, в – закрытое соцветие, %.

 

После второй обработки 1%-м и 3%-м растворами препарата в фазе мышиное ушко содержание свободной воды значительно не изменилось, по сравнению с контролем. При этом доля связанной воды в тканях однолетних побегов опытных растений было меньше на 4,7 (1%-й раствор) и 6,8% (3%-й раствор). В плодовых почках опытного сорта после некорневой обработки 1%-м ПРК «БЖУ Антифриз» отметили понижение на 4,0% доли свободной воды и повышение на 2,6% связанной, по сравнению с контролем. В другом варианте (3%-й раствор) содержание свободной воды в плодовых почках было ниже контроля на 2,2%, а связанной выше на 1,1% (рис. 1б). При этом в плодовых почках отметили более интенсивный переход свободной воды в связанную в варианте опыта с некорневой обработкой 1%-м раствором препарата.

В фазе закрытое соцветие выявили в плодовых почках повышение количества свободной воды во всех вариантах опыта (контроль – на 8,2%; 1%-й раствор – 6,1; 3%-й раствор – 1,8%), по сравнению с предыдущим сроком обработки (рис. 1в). Для нормального функционирования растений при цветении им необходима свободная вода, которая определяет активность обменных процессов, поставляя питательные вещества в органы растений. Следует отметить, что некорневая обработка в обоих вариантах опыта способствовала повышению на 34,3% доли связанной воды в плодовых почках, что предположительно будет снижать риск повреждения цветков весенними заморозками, так как связанная имеет сниженную температуру замерзания, по сравнению со свободной.

В условиях отрицательной температуры свободный пролин и сахара играют ключевую роль в защите клетки от образования внутриклеточного льда за счет связывания воды и увеличивая концентрацию клеточного сока. Определение в коре однолетних побегов и плодовых почках сахарозы показало, что под действием некорневых обработок ПРК «БЖУ Антифриз» повышается углевод. Обработка растворами ПРК «БЖУ Антифриз» способствовала увеличению этого дисахарида в тканях коры. После первой обработки уровень сахаров вырос на 16,9 и 25,3% соответственно для вариантов с 1%-й и 3%-й концентрацией раствора препарата, по сравнению с контролем (табл. 1). При этом активность суммарной амилазы, помогающей гидролизу крахмала до моносахаров, в этих вариантах была выше контроля на 39,0 и 80,5% (табл. 2). В плодовых почках повышенный уровень сахарозы отмечали в варианте с обработкой 1%-м раствором ПРК «БЖУ Антифриз» на фоне 30% увеличения активности суммарной амилазы. При обработке 3%-м раствором препарата в цветковых почках количество сахарозы на 20% было меньше контроля, что совпадает с падением на 29,5% активности суммарной амилазы. После второй обработки (мышиное ушко) количество сахарозы в тканях коры достоверно уменьшилось на 42,5%, по сравнению с первой датой обработок только в варианте с 3%-м раствором препарата. Отмечено максимальное снижение уровня дисахарида и в тканях плодовых почках на 67,0% при увеличении активности амилазы в 27,5 раза, что может указывать на рост потребления сахаров в качестве субстрата для дыхания и биосинтеза пластических эквивалентов (белки), необходимых для ростовых процессов. С увеличением активности суммарной амилазы в коре и плодовых почках под действием третьей обработки (закрытое соцветие), 1%-й и 3%-й растворы препарата, по сравнению с контролем, повысили количество сахарозы в плодовых почках на 23,1 и 55,6% соответственно, в отличие от предыдущей фазы, что согласуется с результатами исследований водного режима. В этот период значительно повышается в плодовых почках связанная вода. Поэтому уровень сахарозы в цветковых почках в вариантах с обработкой 1%-м и 3%-м раствором препарата ПРК «БЖУ Антифриз» на 45,5 и 27,3% превосходили контроль, что очень важно при низкотемпературном стрессе.

 

Таблица 1. Влияние ПРК «БЖУ Антифриз» на содержание в тканях коры однолетних побегов и плодовых почках сахарозы, мг/г сухой массы

Вариант	Фаза плодовых почек
	спящая почка – серебряный конус	мышиное ушко	закрытое соцветие
Однолетние побеги
Контроль (без обработки)	0,83 ± 0,04	0,76 ± 0,04	0,68 ± 0,03
1%-й ПРК «БЖУ Антифриз»	0,97 ± 0,05	0,86 ± 0,04	0,67 ± 0,03
3%-й ПРК «БЖУ Антифриз»	1,04 ± 0,06	0,73 ± 0,04	0,87 ± 0,04
Плодовые почки
Контроль (без обработки)	0,18 ± 0,01	0,12 ± 0,01	0,11 ± 0,01
1%-й ПРК «БЖУ Антифриз»	0,20 ± 0,01	0,13 ± 0,01	0,16 ± 0,01
3%-й ПРК «БЖУ Антифриз»	0,15 ± 0,01	0,09 ± 0,01	0,14 ± 0,01

 

Таблица 2. Влияние ПРК «БЖУ Антифриз» на активность суммарной амилазы в тканях коры однолетних побегов и плодовых почках, мг крахмала/ч · г

Вариант	Фаза плодовых почек
	спящая почка – серебряный конус	мышиное ушко	закрытое соцветие
Однолетние побеги
Контроль (без обработки)	85,2 ± 4,2	333,9 ± 13,3	206,5 ± 10,3
1%-й ПРК «БЖУ Антифриз»	118,4 ± 4,7	301,3 ± 12,0	318,5 ± 12,7
3%-й ПРК «БЖУ Антифриз»	153,8 ± 6,1	292,9 ± 14,6	312,6 ± 12,5
Плодовые почки
Контроль (без обработки)	10,1 ± 0,6	114,6 ± 6,8	197,1 ± 11,8
1%-й ПРК «БЖУ Антифриз»	13,1 ± 0,6	198,3 ± 9,9	378,3 ± 15,1
3%-й ПРК «БЖУ Антифриз»	7,8 ± 0,4	214,6 ± 8,5	357,1 ± 14,2

 

Анализ активности антиоксидантного фермента на примере каталазы показал, что обработка препаратом ПРК «БЖУ Антифриз» после первой обработки 1%-м и 3%-м раствором увеличила активность фермента в 1,5 раза как в коре, так и плодовых почках (табл. 3). Однако после второй обработки активность работы каталазы увеличилась, по сравнению с данными после первой обработки в 1,9 и 2,9 раза, тогда как в контроле в 3,4 раза для тканей коры и в 4,5 и 2,3 раза против 4,8 раз – для плодовых почек. После третьей обработки (закрытое соцветие) активность антиоксидантного фермента каталазы как в коре, так и цветковых почках была ниже контроля на 9,0 … 66,8%. Низкая интенсификация антиоксидантного фермента каталазы может быть связана с протекторным действием проведенных обработок вследствие предотвращения развития окислительного стресса в результате понижения температуры воздуха.

 

Таблица 3. Влияние ПРК «БЖУ Антифриз» на активность каталазы в коре побегов и плодовых почках, мл О₂ /мин

Вариант	Фаза плодовых почек
	спящая почка – серебряный конус	мышиное ушко	закрытое соцветие
Однолетние побеги
Контроль (без обработки)	2,2 ± 0,1	7,5 ± 0,3	36,2 ± 1,8
1%-й ПРК «БЖУ Антифриз»	3,4 ± 0,2	6,6 ± 0,2	30,0 ± 1,8
3%-й ПРК «БЖУ Антифриз»	3,2 ± 0,1	9,4 ± 0,3	21,7 ± 1,3
Плодовые почки
Контроль (без обработки)	12,8 ± 0,6	22,2 ± 1,1	82,0 ± 4,1
1%-й ПРК «БЖУ Антифриз»	18,5 ± 0,9	23,4 ± 0,9	72,4 ± 3,6
3% –й ПРК «БЖУ Антифриз»	19,0 ± 0,7	23,6 ± 1,1	75,2 ± 3,0

 

Определение другого антиоксидантного фермента (пероксидаза) показало, что после первой обработки (спящая почка-серебряный конус) в коре активность разложения перекиси водорода ферментом увеличивалась на 15,8 … 26,3%, но было на уровне контроля в плодовых почках. После второй обработки (мышиное ушко), по сравнению с первой, активность фермента в коре в большей степени уменьшилось при обработке 1%-м раствором препарата – на 20% (табл. 4). В плодовых почках под действием вторых обработок активность пероксидазы уменьшилась в 2,0 … 2,8 раза, в контроле – 3,3 раза. В фазе закрытое соцветие участие пероксидазы в процессе дыхания и образования пластических и энергетических эквивалентов в коре и плодовых почках во всех вариантах опыта существенно снижается и остается ее антиоксидантная роль, которая имеет конкурентные взаимоотношения с каталазой за субстрат (перекись водорода). Активность пероксидазы под действием обработок достоверно не отличается от контроля по всем вариантам опыта.

 

Таблица 4. Влияние ПРК «БЖУ Антифриз» на активность пероксидазы в тканях коры однолетних побегов и плодовых почках, усл. ед.

Вариант	Фаза плодовых почек
	спящая почка – серебряный конус	мышиное ушко	закрытое соцветие
Однолетние побеги
Контроль (без обработки)	0,19 ± 0,011	0,18 ± 0,010	0,08 ± 0,005
1%-й ПРК «БЖУ Антифриз»	0,24 ± 0,014	0,20 ± 0,012	0,09 ± 0,005
3%-й ПРК «БЖУ Антифриз»	0,22 ± 0,013	0,21 ± 0,012	0,09 ± 0,005
Плодовые почки
Контроль (без обработки)	0,10 ± 0,006	0,03 ± 0,001	0,04 ± 0,002
1%-й ПРК «БЖУ Антифриз»	0,10 ± 0,006	0,05 ± 0,002	0,03 ± 0,001
3%-й ПРК «БЖУ Антифриз»	0,11 ± 0,006	0,04 ± 0,002	0,03 ± 0,001

 

Для оценки эффективности испытуемого препарата на устойчивость яблони к весенним заморозкам провели искусственное промораживание цветков и бутонов сорта Синап орловский. При температуре минус 3°С у обработанных деревьев 1%-м и 3%-м растворами препарата отметили меньше на 19,7 и 27,0% погибших цветков и 13,9 … 15,1% бутонов соответственно, по сравнению с контролем (рис. 2а). При температуре минус 4°С доля погибших цветков и бутонов была меньше на 9,8 и 9,0% и 9,1 и 10,5% соответственно после обработок 1%-м и 3%-м растворами препарата (рис. 2б). Таким образом, в контролируемых условиях органоминеральные удобрения ПРК «БЖУ Антифриз» положительно повлияли на устойчивость цветков и бутонов яблони к весенним заморозкам на фоне повышения связанной воды и интенсивности углеводно-белкого обмена.

 

Рис. 2. Доля погибших цветков (а) и бутонов (б) сорта Синап орловский в контролируемых условиях, %.

 

Важно отметить, что весной 2024 года сложились экстремальные погодные условия для плодовых культур. В мае (массовое цветение яблони) наблюдали продолжительное похолодание с периодически повторяющимися заморозками. Минимальная температура воздуха впервые за последние 50 лет понизилась до отметки минус 6°С (данные метеопоста ВНИИСПК). Потеря урожая у большинства сортов яблони составила 70 … 80%. При этом выявили положительное влияние препарата ПРК «БЖУ Антифриз» на устойчивость цветков и бутонов яблони, что подтверждает результаты искусственного промораживания. В контроле доля погибших цветков – 78,2%. Действие 1%-м и 3%-м растворами препарата снизило количество подмерзших цветков на 15,1 и 11,4% соответственно, по сравнению с контролем. Полученные экспериментальные данные согласуются с результатами проведенных ранее исследований. [2, 12]

Таким образом, адаптогенный препарат ПРК «БЖУ Антифриз» способен повысить устойчивость генеративных почек яблони сорта Синап орловский к весенним заморозкам из-за улучшения водного, углеводно-белкового, энергетического и окислительно-восстановительного обмена.

Об авторах

Зоя Евгеньевна Ожерельева

Всероссийский научно-исследовательский институт селекции плодовых культур

Автор, ответственный за переписку.
Email: ozherelieva@orel.vniispk.ru

кандидат сельскохозяйственных наук

Россия, д. Жилина, Орловская обл.

Павел Сергеевич Прудников

Всероссийский научно-исследовательский институт селекции плодовых культур

Email: ozherelieva@orel.vniispk.ru

кандидат биологических наук

Россия, д. Жилина, Орловская обл.

Анна Юрьевна Ступина

Всероссийский научно-исследовательский институт селекции плодовых культур

Email: ozherelieva@orel.vniispk.ru

младший научный сотрудник

Россия, д. Жилина, Орловская обл.

Анжелика Олеговна Болгова

Всероссийский научно-исследовательский институт селекции плодовых культур

Email: ozherelieva@orel.vniispk.ru

аспирант, младший научный сотрудник

Россия, д. Жилина, Орловская обл.

Список литературы

Дополнительные файлы