Delist.ru

ЭКСПРЕСС-ДИАГНОСТИКА СОСТОЯНИЯ РАСТЕНИЙ (15.09.2007)

Автор: Цуканова Елена Михайловна

Разработана система диагностических показателей (фотосинтетическая активность хлорофиллсодержащих тканей, активность ферментов каталазы и пероксидазы, цитологическая и гистологическая оценка зимних повреждений), отражающая функциональное состояние плодовых и ягодных растений и позволяющая прогнозировать направленность его изменения.

Выявлены корреляционные зависимости между диагностическими показателями, позволяющие использовать определение фотосинтетической активности хлорофиллсодержащих тканей в сочетании с дисперсией данного показателя в пределах одного растения в качестве экспресс-диагностики функционального состояния растений, а также для оценки эффективности протекторов стрессустойчивости растений и отдельных элементов технологии.

Установлено, что динамические характеристики ферментативной и фотосинтетической активности в течение двух вегетационных сезонов в сочетании с показателем скорости восстановительного процесса после стрессового воздействия характеризуют собственно-устойчивость растительного организма к абиотическим и биотическим стрессорам.

Практическая значимость и реализация результатов исследований.

Разработаны «коэффициенты стрессорности» погодных условий для каждого периода в годичном цикле развития растений, позволяющие прогнозировать степень риска повреждения плодовых и ягодных культур.

Расширен комплекс мер, повышающих устойчивость растений яблони к различным повреждающим факторам, за счет применения фитоиммунокорректоров.

Установлена неоднозначность реакции растений на применение иммунокорректоров в зависимости от степени нативной устойчивости сорта и вида защитных препаратов, что необходимо учитывать при проведении комплекса защитных мероприятий против вредных организмов.

Разработана система диагностических показателей, позволяющая корректно оценить функциональное состояние растений и прогнозировать направленность его изменения.

Предложено использовать показатель фотосинтетической активности хлорофиллсодержащих тканей в сочетании с дисперсией данного показателя в пределах одного растения для экспресс-диагностики функционального состояния растений, оценки эффективности протекторов стрессустойчивости растений и отдельных элементов технологии.

Система диагностических показателей апробирована и внедрена в хозяйствах Тамбовской области (ОПХ ВНИИС им. И.В. Мичурина, ОАО «Дубовое», СХПК «И.В. Мичурина»), а также используется при разработке и проведении системы защитных мероприятий в хозяйствах Тамбовской и Липецкой областей.

Апробация работы. Основные материалы исследований доложены на международной научно-практической конференции «Садоводство и виноградарство 21 века» (Краснодар, 1999); межрегиональной научно-практической конференции «Научные основы устойчивого садоводства в России» (Мичуринск, 1999); международной научно-методической конференция «Новые сорта и технологии возделывания плодовых и ягодных культур для садов интенсивного типа» (Орел, 2000); международной научно-практической конференции молодых ученых, посвященной 145-летию со дня рождения И.В. Мичурина и 90-летию профессора В.И. Будаговского. (Мичуринск, 2000); ХХ Мичуринских чтениях «Проблемы и перспективы отдаленной гибридизации плодовых и ягодных культур» (Мичуринск, 2000); IV международном симпозиуме «Новые нетрадиционные растения и перспективы их использования» (Москва-Пущино 2001); международной научно-практической конференции «Биологизация защиты растений: состояние и перспективы» (Краснодар, 2001); International Symposium «Plant under environmental stress» (Москва, 2001); ХХI Мичуринских чтениях «Проблемы формирования генетических коллекций плодовых, ягодных культур и перспективы их селекционного использования» (Мичуринск, 2002); первой Всероссийской конференции по иммунитету растений к болезням и вредителям (Санкт-Петербург, 2002); международной научно-практической конференции (Киев, 2003); Всероссийской научно-практической конференции «Повышение эффективности садоводства в современных условиях» (Мичуринск, 2003); международном симпозиуме «Реализация адаптивного потенциала садовых растений в изменяющейся среде». (Москва-Пущино, 2004); научно-практической конференции «Развитие наследия И.В. Мичурина и подготовка кадров» (Мичуринск 2005); выездных сессиях РАСХН (Саратов 2000, Мичуринск, 2005).

Кроме того, материалы исследований ежегодно, начиная с 1994 г., докладывались на семинарах и совещаниях руководителей и специалистов садоводческих хозяйств областей ЦЧР.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 342 стр. машинописного текста, состоит из введения, 8 глав, выводов и рекомендаций производству. Содержит 11 таблиц и 145 рисунков. Библиографический список включает 413 источников, в том числе 106 - иностранных. Приложения на 30 страницах.

Место и методика проведения исследований. Большая часть опытов проводилась в плодоносящих насаждениях Опытно-производственного отдела (ОПО) и Опытно-производственного хозяйства (ОПХ) ВНИИС им. И.В. Мичурина, а также на базе специализированных плодоводческих хозяйств Тамбовской области (СХПК «им. И.В. Мичурина», ОАО «Дубовое»).

Исследования по разработке системы диагностики проводили в насаждениях разных возрастов яблони, груши, вишни, смородины, крыжовника, земляники.

Мониторинг погодных условий осуществляли на основании данных почасовых и суточных температур воздуха и суточного количества осадков Агрометеостанции ВНИИС им. И.В. Мичурина. Изучение степени повреждения вегетативных и генеративных органов по методике В.Л. Витковского (1984), ВСТИСП (2002). Гистологические и цитологические исследования производили по общепринятым методикам (Пронзина, 1960; Дженсон, 1965; Паушева, 1974; Смирнов, 1986) с помощью аппаратно-программного комплекса ВидеоТесТ-Морфология 4.0. Активность каталазы определяли стандартным перманганатометрическим методом по Бертрану и Опарину, активность пероксидазы определяли стандартным методом разложения субстрата в присутствии ацетатного буфера перекисью водорода (по Девису) (Вальтер и др., 1957). Анализ содержания свободных аминокислот проводили методом экстракции в присутствии нингидрина на аминокислотном анализаторе ААА-881 (Микротехна, ЧССР). Интенсивность фотосинтеза хлорофиллсодержащих тканей регистрировали с использованием прибора ИФСР-2 (флуориметрический индикатор физиологического состояния) по методу Genty at all (1989), А.Б. Рубина (2000). Учет биометрических показателей осуществляли по общепринятым методикам (Кондаков, 1978; Марков, 1985), а также в соответствии с «Программой и методикой сортоизучения плодовых, ягодных и орехоплодных культур» (1999). Статистическую обработку результатов исследований проводили методами дисперсионного, корреляционного анализа (Доспехов 1985).

Исследования по теме диссертации проводились в ГНУ ВНИИС им. И.В. Мичурина (1990-2003 гг.) по программам: «Разработать научные основы системы производства, сохранения и доведения до потребителя высококачественных плодов и ягод» (1991-1995 гг.), ОНТП «Плоды, ягоды, виноград, субтропические и цветочно-декоративные культуры» (1996-2000 гг.), «Программе фундаментальных и приоритетных прикладных исследований по научному обеспечению развития агропромышленного комплекса РФ» (2001-2005 гг.); по договорам МСХ РФ №17-071-94 и №17-073-94 (1994-1996 гг.) и в Мичуринском государственном аграрном университете в период прохождения докторантуры (2004-2007 гг.).

Основные положения, выносимые на защиту:

Определение основных абиотических стрессоров и степени их влияния на функциональное состояние растений.

Разработка ориентировочных кривых оптимумов диагностических показателей, позволяющих корректно оценить реакцию ферментной и фотосинтетической системы на экзогенное воздействие.

Повышение устойчивости растений к негативному воздействию абиотических и биотических факторов методом активизации естественных механизмов устойчивости, основанное на установленных параметрах показателей функционального состояния растений.

Оценка эффективности адаптивных препаратов и элементов технологии производства плодов и ягод по реакции функциональных систем растений на них.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Общая характеристика изменений водно-термического режима и

основные повреждающие факторы растений

Ретроспективный анализ погодных условий за последние 75 лет показывает, что к наиболее существенным среди негативных факторов природного характера, по нашему мнению, следует отнести значительное изменение водно-термического режима и повышение солнечной активности. Так, опираясь на данные Цюрихской и Санкт-Петербургской обсерваторий правомочно констатировать, что последние десятилетия характеризуются более высокими максимумами и минимумами в одиннадцатилетних циклах. Наблюдается несомненное усиление нестабильности температур (рис. 1). Наиболее стабильными водно-термическими условиями характеризовались 1960-е годы, поэтому период 1960-1970 гг. может, по нашему мнению, служить определенным контролем стабильности погодных условий, с которым наиболее удобно сравнивать водно-термические характеристики последних лет.

Подекадное сравнение дисперсии суточных температур с таковыми в 60-е годы выявило, что максимальные отклонения наблюдаются именно в самые энергоемкие фазы развития растений – это период начала вегетации, цветения, формирования и роста плодов и вхождения в состояние покоя (рис. 2). Так, анализ данных по температурному режиму ноября показывает, что, в последние годы существенно возросла дисперсия суточных температур воздуха в этот период. Это обстоятельство значительно затрудняет вхождение плодовых растений в период покоя и повышает риск зимних повреждений. Среднее количество оттепельных дней в январе возросло с 2,9 (1960-1969 гг.) до 9,5 в 1990-2006 гг. при одновременном возрастании средних максимальных температур оттепелей от 0,8 до 3,5°С. Аналогичными изменениями характеризовался февраль. Чрезвычайно резко возросла амплитуда колебаний температур воздуха в эти месяцы, причем особенно опасно, что подобные перепады могут происходить за несколько часов.

Наиболее значимые для растений негативные изменения условий апреля - мая выразились в возрастании средних максимальных декадных температур воздуха в апреле одновременно со снижением этого показателя в начале мая Особенно частым явлением стали отрицательные температуры в период цветения. Высокие температуры воздуха в апреле могут провоцировать сбой

Рис. 1. Дисперсия годовых температур воздуха по десятилетиям

с 1931 по 2006 г г.

Рис. 2. Подекадная дисперсия суточных температур воздуха

с 1931 по 2006 г г.

феноритмов растений и более раннее начало вегетации (как это произошло весной 2002 г.), что усиливает риск повреждений генеративных органов при понижении температур в мае.

Значительные изменения отмечены и по сумме эффективных температур в вегетационный период – в начале мая и начале июня они стали ниже,.что в сочетании с высоким количеством осадков провоцирует усиление грибных и вирусных заболеваний, а в июле - августе – выше, что, учитывая низкое количество осадков в данный период может создать оптимальные условия для вредителей.

Все это значительно ослабляет защитную систему растений.

В тоже время, наиболее опасно для растительного организма, по нашему мнению, не столько количество повреждающих факторов, сколько их сочетание и степень напряженности. В частности именно комплекс таких повреждающих факторов, как низкие температуры воздуха в мае-июне на фоне высокой солнечной активности и избыточной влажности почвы явилось причиной катастрофы в садоводстве в1990 и 1994 гг.

Функциональное состояние многолетних растений складывается из баланса положительных и отрицательных воздействий в течение всей их жизни – т.е. величина и качество урожая, например, у яблони напрямую зависит от энергетического пула, который растение, после прохождения цветения, способно предоставить на формирование генеративных образований. В свою очередь наличие и величина данного пула определяется соотношением энергозапасов и энергозатрат в предыдущий год и т.д.. Возможность и степень зимних повреждений растений зависит от физиологического состояния растений в период подготовки и вхождения в состояние покоя, что обусловлено сочетанием погодных условий вегетационного периода и активностью и направленностью физиологических процессов в сентябре-октябре.

Исследования показали, что на протяжении годовых вегетационных циклов развития растения существует несколько наиболее уязвимых периодов. Результаты многолетнего мониторинга состояния различных культур выявили основные сроки наиболее значимых повреждений растений, что позволило определить максимально-уязвимые фенофазы для растительного организма (табл.1). У различных культур они не одинаковы. Так, для плодовых культур это май-начало июня - период начала роста побегов, бутонизации, цветения и начала образования завязей; для ягодных кустарников – июнь-начало июля, когда процесс созревания ягод совпадает с максимальной ростовой активностью вегетативных побегов; для земляники – конец апреля-май – начало отрастания листьев, выдвижение соцветий, цветение; для лилии – цветение и рост бульбочек.

Данная таблица позволяет, на основании знания погодных условий определить степень риска для каждой из культуры.

Для удобства анализа степени стрессорности как прошедших, так и последующих лет мы попытались разработать так называемые «коэффициенты стрессорности года» основываясь на степени напряженности совокупности

загрузка...