ОСОБЕННОСТИ ФОТОСИНТЕТИЧЕСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ КРЫЖОВНИКА

пропорциональности с их морфологическими параметрами: с дисперсией диаметра пыльцевых зерен на уровне -0,76 и с интервалом его крайних значений на уровне -0,72; с дисперсией площади сечения пыльцевых зерен и с интервалом ее крайних значений, соответственно равных -0,72 и -0,56. Это отражает биологическую закономерность: с увеличением морфологического качества мужского гаметофита (выровненности пыльцы), характеризующегося малыми значениями дисперсий соответствующих показателей, в целом возрастает и функциональная активность пыльцевых зерен в норме, выражаемая высокими значениями их прорастаемости.

По итогам сравнительного анализа выделены генотипы яблони с морфологически качественной пыльцой, способной к активному прорастанию в условиях in vitro: подвойные формы 71-3-130, 62-396, Малыш Будаговского, 69-4-439, 60-160, 58-238, 85-11-9, 85-2-11, 76-23-10.

Выводы

У 56 изученных клоновых подвоев яблони селекции ФГБОУ ВО Мичуринский ГАУ установлена значительная вариабельность способности пыльцевых зерен к прорастанию в условиях in vitro - от полной стерильности до высокой функциональной активности на уровне 52,2%, отмеченной у формы 71 -3-130. Уровень жизнеспособности пыльцевых зерен у генотипов клоновых подвоев коррелирует с их морфологическими показателями - у форм с более однородной по размерам пыльцой выше способность к формированию пыльцевых трубок. Наибольшая прорастаемость пыльцы (выше 30%) отмечена у клоновых подвоев яблони 71-3-130, 62-396, Малыш Будаговского, 69-4-439, 60-160, 58-238, 85-11-9, 85-2-11, 76-23-10, которые рекомендованы для дальнейшего использования в селекции в качестве отцовских форм при составлении схем искусственной гибридизации.

Исследования выполнены в рамках Государственного задания МСХ РФ №30 «Селекция зимостойких слаборослых клоновых подвоев с использованием молекулярных маркеров» на 2019 г. на базе ЦКП «Селекция сельскохозяйственных культур и технологии производства, хранения и переработки продуктов питания функционального и лечебно-профилактического назначения» ФГБОУ ВО Мичуринский ГАУ.

Литература

1. Барсукова О.Н. Генофонд дикорастущих видов яблони. - Майкоп, 2012. - 160 с.

2. Будаговский В.И. Культура слаборослых плодовых деревьев. - М.: Колос, 1976. - 302 с

3. Будаговский В.И. Промышленная культура карликовых плодовых деревьев. - М., 1963. - 383с.

4. Паушева З.П. Практикум по цитологии растений: 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Агропромиздат, 1988. -208 с.

5. Соломатин Н.М. Генофонд вегетативно размножаемых форм яблони для улучшения сортимента подвоев, сырьевых и декоративных сортов в условиях ЦЧР: Дисс. ... докт. с.-х. наук. - М., 2018. - 304 с.

УДК 634.72: 581.132

ОСОБЕННОСТИ ФОТОСИНТЕТИЧЕСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ КРЫЖОВНИКА

Прудников П.С., к.б.н. Курашев О.В., к.с.-х.н.

ФГБНУ ВНИИСПК, Орел, Россия, prudnicov@inbox.ru Аннотация

В статье рассматривается фотосинтетическая деятельность растений крыжовника, относящегося к разным филогенетическим линиям. Показано, что на фоне высоких потенциальных возможностей фотосинтеза генотипы 4-287-1 и 25-22-37 характеризовались высокой урожайностью и увеличением средней массы ягоды. Внутри филогенетических групп выявлены признаки наследования морфологических параметров листа и количественного содержания зеленого пигмента, а также отсутствие таковых относительно световых реакций фотосинтеза и урожайности.

Ключевые слова: крыжовник, пигменты, фотохимическая активность хлоропластов, урожайность

ASPECTS PHOTOSYNTHETIC ACTIVITY OF GOOSEBERRY

Prudnikov P.S., candidate of biological sciences Kurashov O.V., candidate of agricultural sciences

Russian research institute of fruit crop breeding, Orel, Russia, prudnicov@inbox.ru

Abstract

The article presents the photosynthetic activity of gooseberry plants belonging to different phylogenetic lines. The genotypes 4-287-1 and 25-22-з7 were characterized by high yields and an increase the average mass of a berry, because of high potential opportunities of photosynthetic. The sign of inheritance the leaf's morphological parameters and the quantitative content of the green pigment, and the absence of such relative to the light reactions of photosynthesis and yield, were revealed inside the phylogenetic groups. Key words: gooseberry, pigments, photochemical activity of chloroplasts, yield

Введение

Согласно промышленной и любительской практике возделывания, культура крыжовника является самой урожайной среди набора культур, выращиваемых на территории РФ (Бурмистров, 1985; Сергеева, 1989; Ильин, 2007). При достаточном сочетании комплекса агротехнических требований культура крыжовника отличается высокой потенциальной и фактической урожайностью. И если вопрос создания высокоурожайных сортов крыжовника селекционными методами в настоящее время проработан основательно, то физиологические аспекты, участвующие в продукционном процессе данной культуры, изучены весьма слабо. Особый интерес представляет изучение физиологических особенностей объектов крыжовника с большой генетической разницей и варьирующих по урожайности в силу своего происхождения. В связи с этим цель исследований состояла в изучении фотосинтетической деятельности растений крыжовника относящихся к разным филогенетическим линиям.

Материалы и методика

Для исследования взяты четыре объекта крыжовника, разбитых на две группы по своим филогенетических линиям. Первая группа: вид крыжовника Grossularia robusta и отборный сеянец 4-287-1, в происхождении которого участвовал вид ut supra. Вторая группа: элитный сеянец 25-22-37 и сорт Солнечный зайчик, в происхождении которых участвовал сорт Колобок (в первом случае Колобок выступал в качестве отцовского родителя, во втором -материнского). Ниже приводится краткая характеристика указанных объектов исследований.

Крыжовник мощный - G. robusta (Jancz.) Berger [G. nivea (Lindl.) Spach x G. inermis (Rydb.) Cov.AndBritt]. Куст сильнорослый, достигающий 2 м высоты, пряморослый. Побеги многочисленные, слабошиповатые. Шипы тонкие, 1-3-раздельные. Листья 3-5-лопастные, сердцевидные, лопасти короткие, тупые. Отличается крупными ярко-розовыми декоративными цветками. Плоды очень мелкие (0,3-0,7 г), круглые, темно-пурпуровые, почти черные, с легким пушком, кислые, съедобные. Представляет определенную ценность для селекции за устойчивость к AMP и слабую шиповатость.

4-287-1 - [121-х40-52 (с-ц от св. оп.семьи Смена x Северный капитан) x G. robusta) ] - отборный сеянец F1 от скрещивания с видом G. robusta. Куст мощный, высокорослый. Побеги пряморослые, со свешивающимися верхушками. Среднешиповатый. Ягоды средней величины (2,0 г), высокоурожайный. Устойчив к листовым пятнистостям, абсолютно не поражается американской мучнистой росой. Высокая засухоустойчивость и зимостойкость.

ЭЛС25-22-37 - (Колобок x Казачок). Куст средний, ближе к компактному габитусу. Слабошиповатый, шипы мелкие и средние. Ягоды средние и крупные. Ежегодная высокая урожайность. Высокоустойчив к поражению американской мучнистой росой. Mорозостойкий.

Солнечный зайчик - (Африканец x Колобок) - Куст среднерослый, компактный, Абсолютно бесшипный. Ягоды средние (средняя масса 2,5 г, максимальная - 3,7 г). Слабоустойчив к AMP и антракнозу (в эпифитотийные годы ягоды и побеги могут поражаться до 2,5-3-4 баллов). Зимостойкий, стабильная урожайность. Среднепозднего срока созревания.

Содержание хлорофилла и каротиноидов определяли на спектрофотометре BioRad Smart Spek Plus после экстракции 80%-ным ацетоном и рассчитывали по формулам Арнона и Веттштейна. Содержание пигментов выражали в мг/г сырой массы (Гавриленко и др., 1975).

Фотохимическую активность изолированных хлоропластов (ФХА хлоропластов) определяли потенциометрическим методом по скорости фотовосстановления ферроцианида калия (Зеленский, 1969). Хлоропласты выделяли из листьев путём двукратного центрифугирования в среде, содержащей 25м M трис-HCI буфер (рН 7,8) и 0,35M NaCI. Реакционная смесь объемом 5мл содержала 4мл суспензии хлоропластов и 1мл 0,002M раствора K3[Fe(CN)6]. ФХА хлоропластов выражали в мШоль K3[Fe(CN)6] / (мг хлч).

Толщину листовой пластинки определяли с использованием цифрового микрометра Зубр 34482-25_z01 «Эксперт» с ценой деления 0,001мм. Площадь листовой пластинки на основе использования компьютерной программы LeafPro (Бутенко, 2010). В статье приведены данные за два года исследований 2018-2019гг. Статистическая обработка результатов проводилась на основе общепринятых методик с использованием MSExcel. Повторность опытов 5 - 35-кратная.

Крыжовник мощный - G. robusta (Jancz.) Berger [G. nivea (Lindl.) Spach x G. inermis (Rydb.) Cov.AndBritt]. Куст сильнорослый, достигающий 2 м высоты, пряморослый. Побеги многочисленные, слабошиповатые. Шипы тонкие, 1 -3-раздельные. Листья 3-5-лопастные, сердцевидные, лопасти короткие, тупые. Отличается крупными ярко-розовыми декоративными цветками. Плоды очень мелкие (0,3-0,7 г), круглые, темно-пурпуровые, почти черные, с легким пушком, кислые, съедобные. Представляет определенную ценность для селекции за устойчивость к AMP и слабую шиповатость.

4-287-1 - [121-х40-52 (с-ц от св. оп.семьи Смена x Северный капитан) x G. robusta) ] - отборный сеянец F1 от скрещивания с видом G. robusta. Куст мощный, высокорослый. Побеги пряморослые, со свешивающимися

верхушками. Среднешиповатый. Ягоды средней величины (2,0 г), высокоурожайный. Устойчив к листовым пятнистостям, абсолютно не поражается американской мучнистой росой. Высокая засухоустойчивость и зимостойкость.

ЭЛС25-22-37 - (Колобок х Казачок). Куст средний, ближе к компактному габитусу. Слабошиповатый, шипы мелкие и средние. Ягоды средние и крупные. Ежегодная высокая урожайность. Высокоустойчив к поражению американской мучнистой росой. Морозостойкий.

Солнечный зайчик - (Африканец х Колобок) - Куст среднерослый, компактный, абсолютно бесшипный. Ягоды средние (средняя масса 2,5 г, максимальная - 3,7 г). Слабоустойчив к АМР и антракнозу (в эпифитотийные годы ягоды и побеги могут поражаться до 2,5-3-4 баллов). Зимостойкий, стабильная урожайность. Среднепозднего срока созревания.

Содержание хлорофилла и каротиноидов определяли на спектрофотометре BioRad Smart Spek Plus после экстракции 80%-ным ацетоном и рассчитывали по формулам Арнона и Веттштейна. Содержание пигментов выражали в мг/г сырой массы (Гавриленко и др., 1975).

Фотохимическую активность изолированных хлоропластов (ФХА хлоропластов) определяли потенциометрическим методом по скорости фотовосстановления ферроцианида калия (Зеленский, 1969). Хлоропласты выделяли из листьев путём двукратного центрифугирования в среде, содержащей 25мМ трис-HCI буфер (рН 7,8) и 0,35М NaCI. Реакционная смесь объемом 5мл содержала 4мл суспензии хлоропластов и 1мл 0,002М раствора K3[Fe(CN)6]. ФХА хлоропластов выражали в мкМоль K3[Fe(CN)6] / (мг хлч).

Толщину листовой пластинки определяли с использованием цифрового микрометра Зубр 34482-25_z01 «Эксперт» с ценой деления 0,001 мм. Площадь листовой пластинки на основе использования компьютерной программы LeafPro (Бутенко, 2010). В статье приведены данные за два года исследований 2018-2019 гг. Статистическая обработка результатов проводилась на основе общепринятых методик с использованием MS Excel. Повторность опытов 5 - 35-кратная.

Результаты и их обсуждение

Пигментный анализ выбранных образцов крыжовника показал, что растений первой группы, включающей вид крыжовника G. robusta и отборный сеянец 4-287-1, в происхождении которых участвовал вид ut supra, характеризовались большим содержанием хлорофилла в фотосинтетическом аппарате, чем растения второй группы (рисунок 1). При этом растения крыжовника внутри групп достоверно не отличались друг от друга по содержанию зеленого пигмента. Таким образом, можно говорить о наследовании признака количественного содержания хлорофилла. Вместе с тем определение каротиноидов не позволило выявить отличий выбранных объектов крыжовника как внутри групп, так и между ними.

Рисунок 1 - Содержание пигментов в фотосинтетическом аппарате растений крыжовника

Кроме выяснения характера наследования признаков пигментного состава представляло интерес проанализировать морфологию листового аппарата. В результате исследования показано, что растения первой группы G. robusta и сеянец 4-287-1, отличались от растений второй, большей площадью листовой пластинки и меньшей толщиной листа (таблица 1).

Таблица 1 - Морфологические параметры листовой пластинки крыжовника

Объект Площадь листа, см2 Толщина листа, мм

G. robusta 15,50±0,29 0,240±0,003

4-287-1 14,29±0,17 0,240±0,002

25-22-37 13,27±0,16 0,260±0,003

Солнечный зайчик 11,60±0,35 0,270±0,004

НСР0,95 0,31 0,003

Вместе с тем по содержанию пигментов и морфологии листа невозможно судить об эффективности процесса фотосинтеза. В связи с этим для определения потенциальных возможностей фотосинтетического аппарата использовали характеристику функциональной активности хлоропластов (ФХА) на уровне световых реакций. Анализ ФХА изолированных хлоропластов показал, что формы крыжовника 4-287-1 и 25-22-37 отличались значительной скоростью реакции Хилла (рисунок 2), что свидетельствует о хороших потенциальных возможностях фотосинтеза.

Рисунок 2 - Фотохимическая активность изолированных хлоропластов растений крыжовника

В дальнейшем было важно установить, степень влияния выявленных фотосинтетических особенностей исследуемых объектов на продукционный процесс. Между интенсивностью фотосинтеза и продуктивностью может отмечаться либо отсутствие прямой связи, либо наблюдаться отрицательная корреляция (Абдулаев и др., 2015). Как правило, о результате продукционного процесса судят по урожаю или доле полезного продукта в общей массе растения. Показано, что на фоне более эффективной фотосинтетической деятельности формы крыжовника 4-287-1 и 25-22-37 имели наибольшую урожайность среди исследуемых объектов.

Таблица 2 - Урожайность растений крыжовника

Объект Средняя масса ягоды, г Урожайность с куста, кг

G. robusta 0,52±0,07 0,56±0,09

4-287-1 2,50±0,52 4,50±0,29

25-22-37 4,00±0,57 4,20±0,29

Солнечный зайчик 2,50±0,57 1,10±0,14

НСР0,95 0,83 0,34

Коэффициент корреляции между световыми реакциями изолированных хлоропластов и урожайностью составил 0,76, между содержанием хлорофилла и урожайностью 0,14. Кроме того генотип 25-22-37 дополнительно характеризовался и увеличением средней массы ягоды.

Выводы

Таким образом, показано, что на фоне высоких потенциальных возможностей фотосинтеза генотипы 4-287-1 и 25-22-37 характеризовались высокой урожайностью и увеличением средней массы ягоды. Кроме того, внутри филогенетических групп выявлены признаки наследования морфологических параметров листа и количественного содержания зеленого пигмента и отсутствие таковых относительно реакции Хилла и урожайности.

Литература

1. Бурмистров А.Д. Ягодные культуры. - Л.: Агропромиздат. Ленингр. отд-ние, 1985. - 272 с.

2. Сергеева К.Д. Крыжовник. - М.: Агропромиздат, 1989. - 208 с.

3. Ильин В.С. Крыжовник. - Челябинск. Южно-уральское книжное издательство. - 2007. - 280 с.

4. Гавриленко В.А., Ладыгина М.Е., Хандобина Л.М. Большой практикум по физиологии растений. Фотосинтез. Дыхание / Под ред. Б.А. Рубина. - М.: Высшая школа, 1975. - 392 с.

5. Зеленский М.И. Потенциометрический метод исследования фотохимической активности хлоропластов / Методы комплексного изучения фотосинтеза: Под ред. О.Д. Быкова. - Л.: ВИР, 1969. - С. 127-141.

6. Бутенко А.И. Компьютерная программа для расчета основных морфологических параметров листа высших растений // Вестник Мичуринского государственного аграрного университета. - 2010. - №2. - С. 63-64.

7. Абдулаев Х.А., Гиясидинов Б.Б., Солиева Б.А., Миракилов Х.М. Парадокс: фотосинтез хлопчатника за сто лет селекции новых сортов как консервативный признак существенно не изменился // Всероссийская научная конференция с международным участием "Растения в условиях глобальных и локальных природно-климатических и антропогенных воздействий". Петрозаводск, 2015. - 19 с.