Фотосинтетическая активность в листьях растений фреезии как показатель при раннем отборе устойчивых генотипов

Если у диких видов адаптивность — это способность к выживанию и воспроизводству, то у культурных растений она характеризует возможность обеспечивать стабильную и высокую урожайность в изменяющейся среде. Проблему взаимодействия растения и среды можно считать центральной в сельскохозяйственной науке, поскольку многократно доказано, что жизнеспособность и продуктивность растений в значительной степени зависят от условий выращивания (1). С биологических позиций для растения наиболее важны, с одной стороны, продолжительность и тип абиотического воздействия, с другой — механизмы регуляции гомеостаза в изменяющихся условиях среды (1).

Фреезия — культура закрытого грунта, обычно в осенне-зимневесенний период возделывается в условиях теплиц с обогревом для поддержания оптимального температурного режима (в зависимости от стадии развития растений от 8-10 до 18-20 ° С). Регион Черноморского побережья Краснодарского края — один из немногих в России и на постсоветском пространстве, где возможно выращивание фреезии без огромных энергозатрат. В условиях г. Сочи работа проводится с вегетирующими растениями фреезии в условиях необогреваемой стеклянной теплицы. Зимой и даже ранней весной температура воздуха в ней в отдельные дни может составлять от 0 до - 5 ° С, во второй половине апреля—мае — подниматься до 25-30 ° С. Экстремальные погодные условия с конца декабря по февраль негативно влияют на обменные реакции, окислительно-восстановительный баланс в клетках растений сдвигается в сторону окисления.

В связи с этим при выведении новых сортов фреезии (наряду с подбором лучших комбинаций скрещиваний) особую значимость приобретают методы раннего отбора устойчивых перспективных сеянцев. Применение такого подхода позволяет выявлять ценные формы уже на 2-3-м го- ду жизни сеянцев.

Для осуществления большого числа сравнительных измерений, касающихся оценки функционального состояния растений, которые необходимо провести в ограниченное время, в России разработаны оптические методы экспресс-диагностики. Они прошли испытание в ряде научных центров — в Рейнском университете (Германия), во Всероссийском НИИ генетики и селекции плодовых растений и Всероссийском НИИ садоводства (г. Мичуринск), Всероссийском НИИ цветоводства и субтропических культур и показали свою пригодность для решения широкого круга научных и практических задач.

Так, метод флуоресценции хлорофилла благодаря высокой информативности и универсальности, высокой скорости анализа, отсутствию трудоемких операций служит важным диагностическим показателем и успешно используется для оценки жизнеспособности и комплексной устойчивости растений к различным стресс-факторам (2-8), обнаружения форм, устойчивых к грибным и вирусным болезням (9, 10).

Наша цель заключалась в выявлении оптимальных показателей фотосинтетической активности в листьях фреезии в зависимости от генотипических особенностей фотосинтетического аппарата (ФСА) у исследуемых сортов и гибридных форм и температуры окружающей среды (холода и жары).

Методика . Исследования проводили в 2012-2013 годах на сортах фреезии Георгий Победоносец, Голубой Жемчуг, Иней, Вега, Элизабет, зарубежных сортах Голд Ривер, Габриэль, а также гибридах И-108-1, К-86-4, Л-10-3, П-28-1, П-30-1, Н-10-14, П-34-1, Р-28-3, С-24-1, выращиваемых в необогреваемой стеклянной теплице. Оценку функционального состояния на ранних этапах развития растений по параметрам медленной индукции флуоресценции хлорофилла выполняли на приборе LPT-3C (Россия) в соответствии с методикой разработчиков (11). Измерения осуществляли после перезимовки вегетирующих растений в середине II декады февраля, затем в начале цветения растений во II декаде марта и в период массового цветения — в I декаде апреля. С помощью компьютеризованной модели прибора в автоматическом режиме учитывали следующие основные показатели: F_T (стационарный уровень флуоресценции), Fm/F_T (уровень жизнеспособности), Kf_T (фотосинтетическая активность по алгоритму экстраполяции), Kf_n (фотосинтетическая активность, рассчитанная в каждый момент измерений).

Результаты . Анализ показал, что лучшую фотосинтетическую активность листьев (Kf_T) после перезимовки и в период до полного формирования цветочного колоса имели сорта Голубой Жемчуг, Элизабет, а также гибриды К-86-4, П-28-1, Л-10-3, И-108-1, П-30-1 и П-34-1. У сортов голландской селекции Габриэль, Голд Ривер и старых отечественных генотипов Георгий Победоносец, Вега, Иней и гибридов Н-10-14, Р-28-3 и С-24-1 фотосинтетическая активность в этот период была значительно снижена (табл.).

Оценка функционального состояния фотосинтетического аппарата листьев по показателям, характеризующим медленную индукцию флуоресценции хлорофилла, у вегетирующих растений изучаемых сортов и гибридов фреезии (г. Сочи, среднее за 2012-2013 годы)

Георгий Победоносец    74,340   2,212    0,523   61,808   3,010    0,604  64,648   2,192    0,577

Голубой Жемчуг         56,968   3,093    0,664  40,380   4,034    0,746   63,482   2,448    0,587

В дальнейшем условия возделывания и климатические факторы зоны влажных субтропиков способствовали в целом выравниванию показателей фотосинтетической активности листьев практически у всех изучаемых культиваров, показатели Kf_T составили не менее 0,604-0,623; самые высокие (0,678-0,746) регистрировали у отечественных сортов Голубой Жемчуг, Элизабет и практически у всех гибридов. Особенно четко проявилась способность некоторых форм обеспечивать более полную реализацию генетического потенциала (это характерно для сортов Вега, Иней, гибрида С-24-1, которые сразу после перезимовки были значительно слабее).

Таким образом, в процессе роста и развития растений фотосинтетическая функция листьев непрерывно модифицируется и корректируется, обусловливая связь продуктивности и жизнеспособности растений с интенсивностью фотосинтеза в листьях.

Особенно значительные различия по фотосинтетической активности листьев проявились в зависимости от онтогенетического состояния растений. При прекращении ростовых процессов содержание пигментов в листьях остается некоторое время постоянным, а затем при старении снижается (12). У фреезии это очень четко прослеживается на сортах с разным сроком массового цветения. Активность фотосинтеза оставалась достаточно высокой у сортов и гибридов с более поздним сроком (Вега, Элизабет, П-34-1, С-24-1). Сорт Георгий Победоносец, гибриды Н-10-14 и Р-28-3 на всех стадиях развития (и вегетативного, и генеративного) не обладали высокой активностью фотосинтетического аппарата листьев, которая служит главным условием для получения срезочной продукции хорошего качества.

Итак, способы ранней диагностики важнейших свойств гибридов позволяют повысить эффективность селекционного процесса при создании новых высокодекоративных, высокопродуктивных, устойчивых к стресс-факторам в местных условиях произрастания сортов фреезии и значительно сократить объемы многолетних исследовательских работ. Сорта и гибриды, полученные в условиях местных субтропиков (г. Сочи), в целом достаточно устойчивы и хорошо приспособлены к перезимовке при нерегулируемом микроклимате. Наиболее активной фотосинтетической деятельностью обладают листья у растений сортов Голубой Жемчуг, Элизабет (триплоид) и гибридов И-108-1, К-86-4, Л-10-3, П-28-1, П-30-1, П-34-1.