Засухоустойчивость сортов винограда в условиях Краснодарского края

Введение. Засуха в летний вегетационный период подавляет фотосинтез, дыхание и другие физиологические процессы, участвующие в продукционном процессе винограда, что в конечном счете снижает его урожайность. Для формирования регионального сортимента винограда важна не только потенциальная продуктивность сорта, но и способность адаптироваться к различным стрессовым ситуациям, в том числе и к засухе [1].

В результате глобальных климатических изменений в Анапо-Таманской зоне Краснодарского края за последние 20 лет в фенофазу роста и созревания ягод количество атмосферных осадков уменьшилось на 15 % сравнении с периодом 1977–1996 гг. [2]. Поэтому вопросы засухоустойчивости винограда, выделения более устойчивых генотипов являются актуальными.

Проблема засухоустойчивости винограда находится в фокусе пристального внимания исследователей всего мира. Установлено, что не- достаток влаги вызывает значительные и постепенно усиливающиеся изменения большинства физиологических процессов виноградной лозы. Жара и засуха влияют на интенсивность роста, показатели водного обмена, активность фотосинтетического аппарата и антиоксидантной системы. Способность удерживать и экономно использовать воду в засушливых условиях является защитно-приспособительной реакцией устойчивых сортов винограда. Показана роль отдельных метаболитов в регуляции защитных реакций на недостаток влаги [3–8].

Физиолого-биохимические и анатомоморфологические параметры листа являются надежными критериями устойчивости к экологическим условиям среды обитания и широко используются для выявления засухоустойчивых сортов различных растений [9 – 12]. Изучение адаптивных изменений листа винограда, лежащих в основе приспособительных реакций к не-достатоку осадков, необходимо для разработки методов диагностики устойчивости, выявления более засухоустойчивых сортов для оптимизации селекционной работы в виноградарстве.

Цель исследований – провести оценку сортов винограда различных эколого-географических групп по адаптации к засухе по физиолого-биохимическим и анатомо-морфологическим параметрам, выделить сорта с высокой адаптационной устойчивостью для возделывания в условиях Анапо-Таманской зоны Краснодарского края и использования в селекции.

Объекты и методы. Исследования проводили в 2018 – 2021 гг. на участках ампелографи-ческой коллекции Анапской зональной опытной станции виноградарства и виноделия (АЗОС-ВиВ) – филиала ФГБНУ СКФНЦСВВ (г. Анапа), лаборатории физиологии и биохимии растений ФГБНУ СКФНЦСВВ, Центра коллективного пользования технологичным оборудованием по направлениям: геномные и постгеномные технологии; физиолого-биохимические и микробиологические исследования; почвенные, агрохимические и экотоксикологические исследования; пищевая безопасность.

Объектами исследований служили сорта винограда (межвидовые гибриды) различного эколого-географического происхождения: европейско-американского происхождения – Достойный, Красностоп АЗОС, Восторг; западно-европейского – Алиготе; восточно-европейского – Зариф. Контроль – высокозасухоустойчивый сорт Кристалл – межвидовой гибрид евро-амуроамериканского происхождения. Растения 1995 г.

посадки, подвой Кобер 5ББ. Формировка – двусторонний высокоштамбовый спиральный кордон АЗОС. Возделывание растений на черном паре при схеме посадки 3×2,5 м.

Для проведения исследований листья отбирали у 8–12 узлов (по 5 листьев каждого сорта в трех повторностях). Параметры водного режима определяли весовым методом по Кушниренко [13]. Содержание фотосинтетических пигментов листа находили спектрофотометрическим методом в 85 % ацетоновой вытяжке [14]. Анатомоморфологическое строение листовой пластинки изучали на временных препаратах поперечных срезов при помощи микроскопа Olympus ВХ41 («Olympus corporation», Япония) согласно методике [15]. Статистическую обработку полученных данных проводили по методике [16]. Расчеты выполняли с использованием программного пакета Microsoft Excel 2010.

Метеорологические условия различались в годы исследований. Летом 2018 г. среднемесячные дневные температуры воздуха составляли 22,2 °С, максимальные 36 °С. Атмосферных осадков за период активной вегетации (май-сентябрь) выпало 88 мм (56 % от среднемноголетних показателей). Летом 2019 г. среднемесячные дневные температуры воздуха составляли 21 °С, максимальные 39 °С. Количество атмосферных осадков за период активной вегетации составило 146 мм (на 10 мм меньше среднемноголетних значений). Летом 2020 г. среднемесячные дневные температуры воздуха составляли 24,4 °С, максимальные 36 °С. Атмосферных осадков за период активной вегетации выпало 65 мм (42 % от среднемноголетних показателей). Летом 2021 г. среднемесячные дневные температуры воздуха составляли от 2 до 26,1 °С, максимальные 35 °С. Количество атмосферных осадков за период активной вегетации составило 553 мм (среднемноголетние значения 154 мм).

Результаты и их обсуждение. Лист винограда обладает широкими адаптивными возможностями к условиям произрастания, приобретенными в процессе эволюции. Хорошо развитое жилкование, широкий диаметр проводящих сосудов, ситовидных трубок способствуют высокой пропускной способности и быстрому оттоку ас-симилянтов из листа в побеги. Хорошо развитая кутикула, уменьшая транспирацию, помогает поддерживать водный гомеостаз листа. Волоски на нижнем эпидермисе защищают его от перегрева и излишней транспирации [7] (рис. 1).

Рис. 1. Микрофото поперечного среза листа винограда сорта Зариф. Волосок на нижнем эпидермисе (увеличение 10 × 20)

От функционального состояния листового аппарата, содержания воды, фотосинтетической способности листовых тканей зависит образование углеводов, сахаров, аминокислот и других метаболитов, которые необходимы для роста и развития виноградного куста, формирования урожая и накопления сахара в ягодах.

Оводненность листовых тканей, содержание различных форм воды являются важными физиолого-биохимическими параметрами в течение летнего периода. По данным российских и зарубежных исследователей, оводненность листьев винограда в начале вегетации составляет 80–82 %, в конце – 70–75 % и зависит от возраста, фенологической фазы, агротехники и факторов окружающей среды [1, 5, 7].

В проведенных нами исследованиях в различные по водообеспеченности годы усредненные показатели оводненности листьев сопоставимы и составляли в июне 78,1–80,6 %, в июле 77,2–79,3 % (рис. 2).

Рис. 2. Оводненность листьев винограда (средние значения) в летний период 2018–2021 гг. НСР 05 : июнь – 3,63; июль – 0,86; август – 0,48

В августе проходило дальнейшее снижение оводненности листовых тканей до 76,5–77,9 %. Итак, в течение лета содержание влаги в листьях снизилось на 1,2–3,2 % в зависимости от сорта. В наименьшей степени оводненность снизилась у сорта Восторг (на 1,2 %), в наибольшей – у сорта Кристалл (3,2 %).

Важным параметром устойчивости растений к засухе служит соотношение связанной и свободной фракций воды (Ксвяз./своб.), различающихся по своей химической активности. Свободная фракция воды участвует преимущественно в обмене веществ, легко перемещаясь из клетки в клетку. Связанная фракция воды, входящая в состав гидратационных зон коллоидов, обеспечивает водоудерживающую способность клетки и играет большую роль в устойчивости растений к засухе. Высокий коэффициент количественного соотношения связанной и свободной воды свидетельствует о высокой засухоустойчивости сорта [7, 9, 10].

В наших исследованиях к концу лета у всех изучаемых сортов увеличилась доля связанной формы воды, т.е. увеличился показатель К связ./своб .

В начале лета в июне показатели отношения связанной воды к свободной составляли 1,5–2,6; в августе они увеличились до 2,0–4,1 (рис. 3).

Рис. 3. Соотношение связанной и свободной фракций воды в листьях винограда (средние значения) в летний период 2018–2021 гг. НСР 05 : июнь – 2,1; июль – 3,1; август – 1,2

Установлено, что во все месяцы летнего вегетационного периода у сортов Кристалл, Красно-стоп АЗОС, Восторг, Зариф, выделившихся как высокоустойчивые, отмечены наиболее высокие значения К связ./своб . В конце лета они составляли 3,8–4,1 в отличие от сортов Достойный, Алиготе, у которых К связ./своб. составлял 2,0–2,2.

Содержание фотосинтетических пигментов в листьях является одним из важных показателей физиологического состояния растений в летний период. Установлено, что максимальное накопление хлорофилла в листьях винограда наблюдается в фазы цветения и роста ягод, в период созревания ягод и последующие фенофазы их содержание снижается. Содержание других пигментов – каротиноидов имеет обратную зависимость, их накопление происходит в фазу созревания ягод [5]. Усиленное накопление каротиноидов в неблагоприятных условиях среды (засуха, повышенная инсоляция) важно для активации защитных ответных реакций растительного организма [9, 12].

В наших исследованиях в период роста ягод (июнь–июль) содержание зеленых пигментов в листьях составляло 2,99–4,22 мг/г сырого веса, каротиноидов – 0,72–0,98 мг/г сырого веса (табл. 1).

Таблица 1

Сорт	Сумма хлорофиллов (a+b)			Каротиноиды
	июнь	июль	август	июнь	июль	август
Кристалл	4,22±0,16	3,91±0,76	3,01±1,23	0,90±0,11	0,98±0,06	1,02±0,08
Достойный	3,81±0,62	3,52±1,19	3,18±1,06	0,89±0,08	0,90±0,18	0,92±0,10
Красностоп АЗОС	3,20±0,37	3,01±0,42	2,56±0,25	0,73±0,23	0,93±0,47	1,21±0,14
Восторг	3,71±1,27	3,52±0,50	2,89±0,28	0,89±0,21	0,91±1,01	1,12±0,09
Алиготе	3,98±0,23	3,50±0,51	3,11±0,71	0,72±0,12	0,77±0,09	0,91±0,12
Зариф	3,12±0,48	2,99±0,38	2,52±0,54	0,75±0,32	0,78±0,24	0,89±0,19
НСР 05	0,44	0,34	0,27	0,51	0,16	0,12

Состав пигментного комплекса листьев винограда (средние значения за 2018–2021 гг.), мг/г сырого веса

В период созревания ягод (август) содержание суммы хлорофиллов в листьях составляло 2,52–3,18 мг/г сырого веса, каротиноидов – 0,89–1,21 мг/г сырого веса.

Наиболее информативным показателем стрессоустойчивости листа является отношение суммы хлорофиллов к каротиноидам (Хл/Кар). Отношение Хл/Кар уменьшалось при старении листа, избыточной инсоляции у ряда растений, в том числе и винограда [5, 9, 12].

В наших исследованиях отношение Хл/Кар у всех сортов уменьшалось в августе. К концу ле- та у сортов Кристалл, Красностоп АЗОС, Восторг, Зариф отношение Хл/Кар составляло 2,1– 2,9 (рис. 4).

Рис. 4. Соотношение хлорофиллы/каротиноиды в листьях винограда

(средние значения) в летний период 2018–2021 гг. НСР 05 : июнь – 0,2; июль – 0,1; август – 0,2

Увеличение содержания каротиноидов в пигментном составе листа у этих сортов связано с их фотозащитной функцией от избыточной освещенности. У сортов Достойный, Алиготе оно составляло 3,4, что свидетельствует об их неустойчивости.

Изменения физиологических процессов – водный дефицит, усиление фотосинтетических процессов – вызывают изменения в анатомоморфологической структуре листа. Лист винограда дорзовентральный, мезофилл дифференцирован на столбчатую и губчатую ткани. Столбчатая ткань состоит из клеток вытянутой формы, более приспособлена к фотосинтетическим процессам, в ней больше зеленых пластид – хлоропластов. Основная функция клеток губчатой ткани – газообмен и транспирация. Эпидермис и кутикула выполняют барьерную роль: защищают внутренние ткани от повреждения и высыхания, уменьшая транспирацию. Устьица расположены на нижней стороне листа.

Параметры листовой пластинки, размеры и количество устьиц изучаемых сортов винограда представлены в таблице 2, на рисунке 5 – микрофото поперечного среза листа.

Таблица 2

Сорт	Листовая пластинка			Устьица
	Общая толщина, мкм	Кутикула с верхним эпидермисом, мкм	Индекс пали-садности	Число, шт. на 1 мм2	Ширина, мкм	Длина, мкм
Кристалл	199,2±11,2	10,2±0,5	1,3±0,1	245,2±12,5	31,2±2,1	53,2±4,1
Достойный	163,1±10,5	9,1±1,2	1,1±0,2	189,2±14,3	33,1±3,4	55,2±2,3
Красностоп АЗОС	201,4±9,2	10,0±0,8	1,2±0,4	250,3±17,2	31,4±1,5	53,0±5,2
Восторг	198,5±4,9	10,1±0,5	1,2±0,3	261,5±9,5	31,7±2,4	52,1±1,7
Алиготе	169,3±7,3	9,1±0,4	1,1±0,1	199,5±4,5	33,1±1,6	55,0±1,8
Зариф	189,7±3,7	10,1±0,7	1,3±0,2	239,4±3,4	32,0±1,9	52,8±2,4
НСР 05	16,0	0,5	0,1	28,3	0,8	1,2

Анатомо-морфологические параметры листа винограда (средние значения за 2018-2021 гг.)

А

Б

Рис. 5. Микрофото поперечного среза листа винограда: А – засухоустойчивый сорт Алиготе; Б – высокозасухоустойчивый сорт Восторг

У сортов Кристалл, Красностоп АЗОС, Восторг, Зариф, выделенных как высокозасухоустойчивые, выявлены признаки ксероморфной структуры листа, обуславливающие устойчивость к засухе. У них, в отличие от сортов Достойный, Алиготе, толще листовая пластинка, кутикула с верхним эпидермисом, выше индекс палисадности, больше устьиц и меньше их размеры.

По анатомо-морфологическим признакам листа сорта Кристалл, Красностоп АЗОС, Восторг, Зариф проявили себя более засухоустойчивыми в сравнении с сортами Достойный, Алиготе.

Заключение. В условиях Анапо-Таманской зоны Краснодарского края сделана оценка устойчивости к засухе сортов винограда (межвидовых гибридов) различного эколого-географического происхождения.

В течение летнего вегетационного периода у сортов Кристалл, Красностоп АЗОС, Восторг, Зариф у отмечены:

– самые высокие значения отношения связанной воды к свободной (3,8–4,1) в отличие от сортов Достойный, Алиготе (2,0–2,2) за счет повышения связанной формы воды;

– самые низкие значения отношения хлоро-филлы/каротиноиды (2,1–2,9) в отличие от сортов Достойный, Алиготе (3,4) з а счет увеличения доли каротиноидов, выполняющих фотозащитную функцию от избыточной освещенности;

– обнаружены признаки ксероморфной структуры листа, обуславливающие устойчивость к засухе: толще листовая пластинка, кутикула с верхним эпидермисом, выше индекс палисадно-сти, больше устьиц и меньшие их размеры.

Сорта Кристалл, Красностоп АЗОС, Восторг, Зариф по физиолого-биохимическим и анатомоморфологическим признакам листовой пластин- ки проявили себя более засухоустойчивыми в сравнении с сортами Достойный, Алиготе и рекомендуются для возделывания в АнапоТаманской зоне Краснодарского края и использования в селекции.