Хозяйственно-биологическая оценка сортов и форм хеномелеса в условиях Центрально-Черноземного региона России

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Хозяйственно-биологическая оценка сортов и форм хеномелеса в условиях центрально-черноземного региона России

Специальность 06.01.05 - селекция и семеноводство

Федулова Юлия Александровна

Мичуринск - наукоград, 2009

1. Общая характеристика работы

Актуальность темы.

Хеномелес - плодовая культура, которая принадлежит к роду Chaenomeles Lindl., семейству Rosaceae. Выделяют три его вида: японский - C. japonica (Thunb.) Lindl. ex Spach, прекрасный - C. speciosa (Sweet) Nakai, катаянский - C. cathayensis (Hems I.) Rehd и ряд гибридных групп: хеномелес превосходный - C. x superba (Frahm) Rehd., Кларка - C. х clarkiana C. Weber, Вильморена - С. х vilmoriniana C. Weber и калифорнийский - С. х californica W. Clarke ex C. Weber. Виды хеномелеса культивируют, в основном, как декоративные растения. В качестве плодовых культур наиболее перспективны хеномелес японский и превосходный. Плоды хеномелеса обладают многими ценными качествами и характеризуются повышенным содержанием витамина С, Р-активных веществ, органических кислот, макро- и микроэлементов, других полезных веществ. Они служат ценным сырьем для переработки и получения продуктов питания, обогащенных важнейшими биологически активными компонентами, созданными на их основе.

Несмотря на лечебно-профилактическую ценность культуры, ее биологические особенности, генотипические различия и норма реакции по основным хозяйственно-ценным признакам в условиях ЦЧР изучены недостаточно полно. Это затрудняет выбор источников для дальнейшей селекции и широкое внедрение этой культуры в садоводство. Поэтому оценка различных форм и сортов хеномелеса по отдельным хозяйственно-биологическим признакам и их совокупности, выделение ценных источников для селекции представляют несомненный научный и практический интерес.

Цель и задачи исследований.

Цель работы - оценить хозяйственно-биологические особенности сортов и форм хеномелеса и выделить перспективные для производства и селекции формы.

В задачи исследований входило:

- изучить морфологические и цитологические особенности хеномелеса;

- выявить потенциал устойчивости к низким температурам методом лабораторного промораживания и в естественных условиях;

- с применением лабораторных методов изучить солевыносливость, засухоустойчивость и жаростойкость;

- провести оценку адаптационного потенциала хеномелеса, на основе показателей эндофитной микробиоты;

- идентифицировать возбудителей наиболее распространенных болезней;

- определить урожайность, товарно-потребительские качества, биохимический состав плодов и пригодность для переработки;

- дать экономическую оценку пригодности хеномелеса для получения натуральных низкокалорийных продуктов питания.

Научная новизна и практическая ценность работы.

Проведена комплексная сравнительная оценка хозяйственно-биологических особенностей более 20 сортов и форм хеномелеса. Изучен потенциал их устойчивости по компонентам зимостойкости, засухо-, жаростойкости и солевыносливости. Выявлена генотипическая склонность к образованию нередуцированных гамет у форм хеномелеса японского. Дана оценка товарно-потребительских качеств и биохимического состава плодов. Выделены генотипы с крупными плодами (39 - 53 г), высоким содержанием растворимых сухих веществ (более 11%), сахаров (более 4%), аскорбиновой кислоты (более 170 мг/100г), Р-активных соединений (более 600 мг/100г). Впервые разработаны и утверждены технические условия, технологические инструкции и созданы натуральные низкокалорийные продукты питания (ТУ 9162-008-9700049008):

- нектар тыквенный с мякотью и хеномелесом «Здоровое питание»;

- нектар морковный с мякотью и хеномелесом «Здоровое питание».

Заложена коллекция хеномелеса на биостанции МГПИ и в экспериментальном хозяйстве ВНИИГиСПР им. И.В. Мичурина на площади 1,5 и 0,5 га.

Апробация работы.

Результаты исследований были представлены на 4 Международных (Белгород, 2007; Мичуринск, 2005; 2007; 2008), 3 Всероссийских (Орел, 2008; Тамбов, 2007; Мичуринск, 2007) и 3 Межрегиональных конференциях (Тамбов, 2007; Мичуринск, 2005; 2009).

Публикации материалов исследований. По материалам диссертации опубликовано 16 печатных работ, из них 2 в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ (Садоводство и виноградарство, Вестник РАСХН).

2. Содержание работы

Объекты, условия и методика проведения исследований.

Объектами исследования были виды хеномелеса: хеномелес катаянский (Ch. cathayensis) и хеномелес японский (Ch. japonica), полученные из ГБС им. Цицина (Москва) и более 20 сортов и форм хеномелеса (Ch. japonica, Ch. speciosa, Ch. japonica х Ch. californica, Ch. japonica x Ch. superba), выделенные из гибридных фондов ВНИИГиСПР и МГПИ (г. Мичуринск), Артемовского научно-исследовательского центра (Донецкая область, Украина), и ВНИИСПК (г. Орел).

Изучение биологических и хозяйственных особенностей хеномелеса проводилось на базе Мичуринского государственного педагогического института и Всероссийского научно-исследовательского института генетики и селекции плодовых растений им. И.В. Мичурина Россельхозакадемии за период с 2006 по 2009 гг.

В период проведения исследований погодные условия были различными и не всегда благоприятными для растений хеномелеса. Зима 2005/2006 годов была очень суровой, абсолютный минимум температуры воздуха в феврале достигал -37,8⁰С в районе Мичуринской агрометеостанции, а в районе биостанции МГПИ -39⁰С. В то же время зимы 2007 и 2008 годов характеризовались многочисленными продолжительными оттепелями, число дней со среднесуточной положительной температурой в период с декабря по март было почти в два раза больше по сравнению со среднемноголетним уровнем.

Цитологические исследования форм хеномелеса японского проводили на временных давленных препаратах, приготовленных по методике Л.А. Топильской, С.В. Лучниковой, Н.П. Чувашиной (1975).

Зимостойкость определяли полевым методом, морозостойкость - методом прямого промораживания в соответствии с методическими рекомендациями и указаниями М.М. Тюриной, Г.А. Гоголевой и др. (1978, 2002).

При изучении солевыносливости, засухоустойчивости, жаростойкости руководствовались методическими рекомендациями Г.Н. Еремеева, (1966, 1976), Г.В. Удовенко и др. (1976), В.Г. Леонченко и др. (2002).

Оценку урожайности, товарно-потребительских качеств и биохимического состава плодов, устойчивости к болезням проводили согласно методическим рекомендациям «Программа и методика сортоизучения плодовых, ягодных и орехоплодных культур», 1999.

Разработку новых видов пищевых продуктов с использованием плодов хеномелеса осуществляли в ООО «Экспериментальный центр «М-КОНС-1».

Полученные экспериментальные данные обработаны методами математической статистики (Доспехов, 1985; Перфильев, 1995), с использованием компьютерных программ Excel Статистика.

3. Результаты исследований

Морфологические и цитологические особенности хеномелеса.

Морфологические особенности. У всех проанализированных нами растений хеномелеса жизненная форма - кустарник, с хорошо развитой корневой системой. Основными отличительными признаками, обусловленными генотипом, являются: форма листьев и прилистников (от крупных ланцетовидных до мелких круглых; одинарных и сдвоенных), форма куста (от пряморослой до стелющейся), околюченность побегов (от сильно шиповатых до бесшипных), махровость (от простых до сильно махровых), окраска цветков (от белого до ярко-малинового), генетически детерминированный максимальный размер плодов (25-90 г) и их форма (от округлой до грушевидной).

Цитологические особенности. Согласно А. Тахтаджяну (1987), виды хеномелеса, возделываемые в культуре, имеют гибридную природу, так как возникли в результате гибридизации видов рода Chaenomeles Lindl., естественно произрастающих в Восточной Азии. Часто формы, возникающие в результате отдаленной гибридизации, характеризуются недостаточной сбалансированностью генотипа в регулировании мейотического деления. В связи с тем, что данные о цитогенетической стабильности гибридов хеномелеса японского фрагментарны (Darlington, ) необходимо выяснить характер и степень нарушения мейоза у форм хеномелеса японского с целью более рационального использования в дальнейшей генетико-селекционной работе. Цитологический анализ, проведенный у растений хеномелеса японского, показал, что все изученные формы имеют диплоидное число хромосом равное 34 (2n=2х=34).

Изучение мейоза при микроспорогенезе у форм хеномелеса японского, полученных от свободного опыления показало, что в метафазе I мейоза обнаружены значительные различия между сеянцами по среднему числу отдельных типов ассоциаций хромосом на одну материнскую клетку микроспор (табл. 1).

Основное различие наблюдалось по среднему числу бивалентов на клетку. Колебания между различными растениями составили 16,67 - 15,14II в среднем на одну МКМ. В отношении унивалентов наблюдается аналогичная картина (0,66 - 1,27I на одну клетку).

Таблица 1 Характеристика мейоза и фертильность пыльцы форм Chaenomeles japonica Lindl.

Форма	Метафазная формула	МКМ с нарушенным делением, % М ± m	Фертильность пыльцы, % М ± m
2.5	16,67 II + 0,66 I	14,47 ± 0,64	92,94 ± 1,13
2.26	16.60 II + 0,80 I	25,89 ± 0,86	87,89 ± 1,33
2.16	16,51 II + 0,97 I	30,82 ± 0,88	86,03 ± 1,44
2.11	15.98 II + 1.26 I + 0.22 IV	33,17 ± 0,99	77,18 ± 1,87
2.8	15.14 II + 1.27 I + 0.15 III + 0.50 IV	32,82 ± 0,89	72,98 ± 1,86

Кроме того, у форм 2.11 и 2.8 отмечено присутствие квадривалентов (0,22 и 0,50IV на клетку). Наличие в метафазе I мейоза нечетных и мультивалентных ассоциаций (уни-, три- и квадриваленты), а также большого числа бивалентов открытого типа, с одной терминальной хиазмой, свидетельствует о наличии наряду с гомологичной конъюгацией и гомеологичной конъюгации хромосом форм хеномелеса японского, а следовательно, о возможности рекомбинации генетического материала в процессе гибридизации в роде хеномелес и получения рекомбинантных форм с новыми хозяйственно-ценными признаками.

По нашим наблюдениям, у всех исследованных форм хеномелеса японского мейоз при формировании микроспор протекает с нарушениями на всех последовательных стадиях. Процент аномальных мейоцитов колеблется от 14,47± 0,64% до 33,17 ± 0,99% от формы.

Наряду с нормальным образованием тетрад у форм хеномелеса японского были выявлены отклонения в этом процессе, приводящие к формированию микроспор с необычным количеством и размерами ядер (монады, диады, триады, пентады и гексады). Детальное изучение особенностей протекания мейоза у форм хеномелеса японского позволило выявить механизмы возникновения нередуцированных гамет в роде хеномелес. Нами установлено шесть различных способов образования нередуцированных микроспор, включая нормальный, и исследованы пути их формирования. Так, диады образуются из-за нерасхождения хромосом к полюсам в анафазе первого деления, вследствие чего в телофазе I образуется одно реституционное ядро, вместо двух; триады - из-за формирования в метафазе II двух веретен не параллельно друг другу, а под углом, из-за чего в клетке вместо четырех полюсов образуется три полюса. При правильном расхождении хромосом в анафазе II две группы несестринских хроматид оказываются так близко, что происходит их объединение в одно ядро (синдиплоидия) - образуется триада микроспор. При этом каждая из форм имеет индивидуальный уровень частоты образования монад (2.5 - 0,15%, 2.11 - 0,95%, 2.8 - 2,75%), диад (2.26 - 1,11%, 2.11 - 1,80%, 2.8 - 2,11%) и триад (2.5 - 3,23%, 2.26 - 3,23%, 2.26 - 2,45%, 2.16 - 4,73%, 2.11 - 5,08%, 2.8 - 10,05%).

Итак, разные формы хеномелеса японского характеризуются индивидуальной склонностью к образованию нередуцированных гамет. Такой неодинаковый выход геномных мутаций у форм хеномелеса японского связан с различными отклонениями от нормы в ходе мейоза, что, по-видимому, обусловлено генетическими различиями между формами, существование генетического контроля регулирования поведения хромосом в мейозе.

Известно, что характер поведения хромосом в процессе образования половых клеток во многом определяет фертильность растений. Наряду с растениями (2.16, 2.26, 2.5), образующими от 86,03 ±1,44% до 92,94 ±1,13% нормально развитых пыльцевых зерен, имеются сеянцы (2.8, 2.11), у которых этот показатель не превышает 72,98±1,86% - 77,18±1,87%.

На искусственной питательной среде прорастает от 44,69±0,53% до 75,40±1,21%. Нами выявлена определенная зависимость между характером конъюгации хромосом в метафазе I мейоза, нарушенностью мейоза и фертильностью (плодовитостью).

Установлено, что более урожайные формы, такие как 2.5 (3,1 кг с куста), 2.26 (2,4 кг с куста), имеют большую степень бивалентной конъюгации хромосом (16,67 и 16,60II в среднем на клетку), меньший процент нарушений в целом по мейозу (14,47±0,64% и 25,89±0,86%) и высокую фертильность пыльцы (92,94±1,13% и 87,89±1,33%), тогда как менее урожайные формы 2.8 (0,9 кг с куста) и 2.11 (1,17 кг с 1 куста) характеризуются меньшей степенью бивалентной конъюгации хромосом (15,14 и 15,98II), большим процентом нарушений в целом по мейозу (32,82±0,89% и 33,17±0,99%) и низким процентом фертильности пыльцы (72,98±1,86% и 77,18±1,87%).

Таким образом, отклонения от нормального протекания мейоза у растений хеномелеса японского являются следствием спонтанного гибридизационного процесса, идущего в роде хеномелес, в результате которого появляются генотипы, имеющие разную степень генетической сбалансированности. В связи с этим необходимо проводить их цитогенетическое исследование перед использованием в селекционной работе с целью повышения ее эффективности.

Оценка адаптационного и продукционного потенциалов хеномелеса.

Устойчивость к абиотическим факторам.

При интродукции видов растений в конкретную зону необходимо учитывать соответствие их биологических особенностей биоклиматическому потенциалу зоны. Основными адаптационными показателями культуры являются: соответствие ритмики ее сезонного развития изменениям погодных условий в течение года, соответствие биологических свойств (уровня устойчивости к низким температурам, засухи, засолению, гидротермическим и эдафическим особенностям среды).

Фенология. Анализ сроков прохождения фенологических фаз растениями хеномелеса показывает, что ритмика жизненных процессов культуры соответствует погодным условиям зоны; основные фенофазы проходят в сроки, близкие к фенодатам основных семечковых культур зоны (груши и яблони). Вегетация продолжалась 210 дней. В зависимости от года и генотипа с 25 марта - 9 апреля по 27 октября - 7 ноября. Цветение отмечалось с 29 апреля - 7 мая по 20-30 мая, созревание плодов от 20 августа - 10 сентября до 30 сентября - 15 октября. Все фенофазы у мичуринской популяции Chaenomeles japonica наступали на несколько дней раньше, нежели у межвидовых гибридов. Различия в сроках созревания плодов достигали 15 дней.

Дифференциация цветочных зачатков обычно происходит в вегетационный сезон, предшествующий цветению, в конце лета. В зиму растения уходят со слабо дифференцированными цветковыми почками, которые весной при наступлении устойчивых положительных температур начинают быстро развиваться, проходя все этапы дифференциации в течение месяца. Генеративный тип дифференциации конуса нарастания может наблюдаться в поздне-весенний и летние периоды. В этом случае наблюдалось явление вторичного цветения.

Зимостойкость. Важнейшим адаптационным свойством любой культуры является способность успешно переносить критические периоды года. В Центрально-черноземном регионе - это зима.

При промораживании при температуре -25⁰С в середине зимы выявлены существенные генотипические различия по морозостойкости (табл. 2). Максимальная устойчивость к этой температуре отмечена у форм 2.5, 2.26. Минимальная устойчивость отмечалась у форм 11-85, 1-1-19, 13-75 и у сорта Николай.

Таблица 2 Степень подмерзания сортов и форм хеномелеса в середине зимовки при различных температурах (в среднем за 2006-2008 гг.)

Сорт, форма	Степень подмерзания (балл) при температуре (С0)
	кора	древесина	средний балл по тканям
	-25	-37	-40	-25	-37	-40	-25	-37	-40
Местного гибридного фонда (г. Мичуринск)
2.5	2,3	5,0	5,0	1,4	4,9	5,0	1,6	4,9	5,0
2.26	2,2	5,0	5,0	1,7	4,6	5,0	1,8	4,7	5,0
2.16	3,1	5,0	5,0	2,3	5,0	5,0	2,5	5,0	5,0
Селекции Артемовского научно-исследовательского центра (Украина)
Нина	4,2	5,0	5,0	3,7	4,9	5,0	3,8	4,9	5,0
38-23	4,3	5,0	5,0	3,8	5,0	5,0	3,9	5,0	5,0
25-14	4,3	5,0	5,0	4,0	5,0	5,0	4,1	5,0	5,0
Калиф	4,6	5,0	5,0	4,3	4,9	5,0	4,3	4,9	5,0
51-62	4,8	5,0	5,0	4,4	5,0	5,0	4,5	5,0	5,0
Николай	5,0	5,0	5,0	4,8	5,0	5,0	4,9	5,0	5,0
11-85	5,0	5,0	5,0	4,8	5,0	5,0	4,9	5,0	5,0
1-1-19	5,0	5,0	5,0	4,9	5,0	5,0	4,9	5,0	5,0
13-75	5,0	5,0	5,0	4,6	4,8	5,0	4,6	4,8	5,0
НСР05	0,33	0,0	0,0	0,25	0,21	0,0	0,36	0,19	0,0

Промораживание при температуре -23⁰ после десятидневных оттепелей также продемонстрировало генотипическую специфичность по морозоустойчивости (табл. 3). Наилучшие результаты отмечены у сорта Нина, где максимальные повреждения составили 2 балла. Повреждения на уровне 3 баллов имели формы 38-23, 2.5, 11-85, 25-14 и 2.16. Неустойчивыми оказались сорт Калиф и форма 51-62.

Ценными источниками селекции по II компоненту зимостойкости являются формы 2.5, 2.26, по III компоненту зимостойкости - сорт Нина.

Таблица 3 Степень подмерзания сортов и форм хеномелеса после пятидневной оттепели в +3⁰С и последующего промораживания при -23⁰С (2006-2008 гг.)

Сорт, форма	Степень подмерзания (в баллах)
	кора	камбий	древесина	почки
Местного гибридного фонда (г. Мичуринск)
2.5	2,7	2,5	2,3	2,7
2.16	3,1	2,9	2,7	2,6
2.26	3,3	3,2	3,0	3,1
Селекции Артемовского научно-исследовательского центра (Украина)
51-62	5	4,9	4,8	4,6
Николай	3,2	2,9	2,6	3,2
11-85	2,9	2,8	2,5	1,4
1-1-19	3,7	3,5	3,2	3,3
38-23	2,8	2,6	2,6	2,1
25-14	3,0	2,9	2,8	2,5
13-75	3,4	3,2	3,1	3,2
Нина	2,0	1,9	1,8	1,6
Калиф	4,0	3,8	3,7	3,9
НСР05	0,21	0,24	0,19	0,28

Засухоустойчивость. Важнейшим фактором, обеспечивающим нормальное протекание процессов жизнедеятельности в критические периоды вегетации, является засухоустойчивость.

Высокая засухоустойчивость характерна для вида Chaenomeles japonica и форм 2.26, 2.5, 13-75 (рис. 1). Однако хорошей способностью к восстановлению первоначальной оводненности обладает только вид Chaenomeles japonica и его селекционные формы 2.5, 13-75. Недостаточная водоудерживающая способность отмечена у формы 38-23 и сорта Калиф. При этом сорт Калиф имел низкую способность к восстановлению оводненности.

Жаростойкость. Важнейшей характеристикой водного режима растений является жаростойкость. Проведенная оценка жаростойкости сортов и форм хеномелеса позволила выявить некоторые различия между ними по данному показателю. Наибольшая жаростойкость отмечена у сорта Умбиликата и формы 2.5 (рис. 2). Высокая жаростойкость отмечена у форм 51-62, 2.16 и вида Ch. cathayensis.

Причем, вид Ch. cathayensis обладал высокой способностью к восстановлению тургора. Листья растений вида Chaenomeles japonica обладали недостаточной жаростойкостью.

Таким образом, в результате оценки засухоустойчивости и жаростойкости видов, сортов и форм хеномелеса выделены формы с высоким уровнем засухоустойчивости: 2.26, 2.5, 13-75, Chaenomeles japonica и жаростойкости: Умбиликата, 2.5, Ch. cathayensis. Форма 2.5 сочетает в себе высокий уровень жаро- и засухоустойчивости.

Солеустойчивость. Изученные сорта и формы хеномелеса различались между собой по солеустойчивости (табл. 4).



Рис. 1. Водоудерживающая способность и степень восстановления оводненности листьев хеномелеса при подсушивании и последующем насыщении

Рис. 2. Водоудерживающая способность и степень восстановления оводненности листьев хеномелеса после теплового шока + 50⁰С при подсушивании и последующем насыщении

Таблица 4 Устойчивость сортов и гибридов хеномелеса к хлоридному засолению

Сорт, форма	Степень повреждения листьев (в баллах)
	Контроль H2О	0,4%	0,6%
Местного гибридного фонда (г. Мичуринск)
2.5	0	0,3	0,7
2.16	0	0,5	1,1
2.26	0	0,4	0,9
Селекции Артемовского научно-исследовательского центра (Украина)
Умбиликата	0	0,5	1,5
51-62	0	0,5	1,2
Николай	0	0	0,5
11-85	0	0,8	1,5
1-1-19	0	2,3	3
38-23	0	1,5	2,5
25-14	0	0	0,5
13-75	0	1,7	3,2
Нина	0	2,5	3,8
Калиф	0	2,3	3,5

Наибольшей устойчивостью к этому фактору характеризовались формы 2.5, 2.16, 2.26, 51-62, 25-14 и сорт Николай, а наименьшей - сорта Нина, Калиф и формы 1-1-19, 38-23.

По комплексной устойчивости к абиотическим стрессорам ценным источником для селекции является форма 2.5, сочетающая в себе достаточно высокую устойчивость к неблагоприятным зимним и летним факторам.

Устойчивость к биотическим факторам.

Эндофитная микробиота. Абиотический стресс, вызванный широким спектром стрессоров разной природы и интенсивности и характеризующийся хроническим энерго- и иммунодефицитом, осложнился биотическим, что привело к ассоциативному поражению плодовых растений эндофитной микробиотой (бактериальной, грибной, смешанной) (Ищенко и др., 1997, 2004, 2005).

Исследованиями, проведенными на различных плодовых культурах, было установлено, что наиболее адаптированные к неблагоприятным условиям среды сорта и формы сочетают в себе высокий процент бактерий, низкие показатели грибной и смешанной микробиоты и имеют невысокий показатель отрицательных тестов (Ищенко, 2003, 2004).

В результате тестирования установлено, что в однолетних побегах хеномелеса присутствует бактериальная, грибная и смешанная микробиота, причем, в различные сроки ее соотношение меняется. В некоторых случаях наблюдали отсутствие эндофитной микробиоты (отрицательные тесты).

Изучение состава эндофитной микробиоты однолетних побегов хеномелеса в условиях 2007 - 2009 годов показало сильное преобладание бактерий над грибами, смешанной микробиотой и количеством отрицательных тестов независимо от питательной среды и сроков тестирования (рис. 3).

Рис. 3. Средние показатели эндофитной микробиоты побегов хеномелеса за период с октября 2007 года по август 2009 года

Наиболее высокое количество бактериальной микробиоты было выявлено у формы 4.1 и сорта Нина (95%), самое низкое - у формы 2.5 (82,5%).

Грибная микробиота имелась в побегах хеномелеса в незначительном количестве (формы 2.5 - 3,1%, 2.16 - 1,9%, сорта Николай, Нина, Калиф - по 0,6%) или отсутствовала совсем (формы 2.26, 4.1, 51.62 и вид Ch. japonica).

По показателю смешанной микробиоты лучше других оказались формы 2.16 (2,0%), 2.26 (3,5%), 4.1 (0%), сорта Николай (0%) и Нина (4,6%).

Минимальные значения отрицательных тестов наблюдались у отборных форм 2.16 (5,6%), 2.26 (3,8%), 4.1 (3.1%) и у сортов Николай (3,1%) и Нина (1,3%).

Таким образом, лучшими по показателю содержания бактерий из рода Pseudomonas на фоне низкого содержания грибной и смешанной микробиоты, а также отрицательных тестов показали себя формы 2.16, 2.26, 4.1 и сорта Николай, Нина. Виды Ch. japonica и Ch. cathayensis несколько уступали вышеперечисленным сортам и гибридам по показателям количества эндофитной микробиоты.

Установленные нами высокие показатели положительных тестов на бактерию из рода Pseudomonas на фоне низкого содержания грибной и смешанной микробиоты, а также отрицательных тестов свидетельствуют о высоком адаптационном потенциале хеномелеса.

Болезни. Хотя хеномелес является новой, сравнительно устойчивой к болезням и вредителям плодовой культурой, на его плодах, листьях и побегах был отмечен ряд заболеваний: монилиоз; пенициллез; ботритиоз; альтернариоз; фомопсиоз; энтомоспориоз; филлостиктоз; септориоз. Бактериальные болезни и вирусные поражения в наших насаждениях не обнаруживались. Встречаемость и распространенность разных болезней на разных формах не одинакова. Самыми устойчивыми к болезням, вызывающим пятнистость листьев (альтернариоз, энтомоспориоз, филлостиктоз, септориоз), оказались формы 2.5, 2.16, 2.26, сорта Умбиликата, Калиф. Сильно поражались листья у форм 2.1, 2.8, сортов Николай, Нина. Наибольшее поражение плодов монилиозом в саду отмечено у формы 4.3 (1 балл, 9,5% плодов), после месячного хранения - у формы 38-23 (3 балла, 28% плодов). У остальных форм поражение монилиозом отмечено на уровне 1 балла, но процент пораженных плодов в саду колебался на уровне 1 (Калиф), 2 (2.5, 2.26) и 3 (1-1-19, Николай), 4-6 (остальные формы и сорта) процентов. Пенициллезные поражения отмечались только у опавших или хранящихся плодов, имевших механические повреждения.

В зависимости от количества таких плодов степень развития заболевания у форм и сортов была различной. Поражения плодов альтернариозом на уровне двух баллов характерно для форм 2.1, 2.8, трех баллов - сортов Нина, Николай. На 3 балла были поражены филлостиктозом плоды у формы 2.1, у остальных сортов и форм плоды были более устойчивы к этому заболеванию. Наибольшее поражение септориозом (на уровне 2 баллов) отмечалось у формы 2.3, 2.29, 4.1, 38-23 и сорта Николай. У всех остальных поражения были слабее. Не поражались грибными болезнями ни листья, ни плоды у форм 2.5, 2.16, 2.26, сорта Калиф. (Сорт Умбиликата в 2008 - 2009 году в условиях Мичуринска не плодоносил).

Фотосинтетическая, потенциальная и реальная хозяйственная

продуктивности хеномелеса.

Интегральным показателем, характеризующим эффективность энергетических процессов происходящих в растении, является чистая продуктивность фотосинтеза (ЧПФ, г/м² за сутки). Анализ средних величин и уровня варьирования данного признака показал, что по величине ЧПФ существуют генотипические различия. В среднем за три года изучения продуктивнее работали листья у форм 2.5, 2.13, 2.12, 2.7, 2.26. Их чистая продуктивность фотосинтеза составляла 5,8; 5,3; 5,2; 5,1; 5,0 соответственно. Более низкая ЧПФ характерна для форм 2.11 и 2.1 (4,0 и 4,1 соответственно).

Величина этого показателя изменяется и под влиянием условий погоды. В целом, по изученным отборам величина чистой продуктивности фотосинтеза достаточно стабильна. Лишь у отдельных форм (2.5) ее колебания по годам были более 20% по отношению к среднемноголетней величине. В среднем по отборам самая высокая чистая продуктивность фотосинтеза отмечена в 2007 году, самая низкая - в 2008 году.

Хотя уровень ЧПФ не коррелирует прямо с величиной урожая, именно он создает энергетические основы для его формирования. Чистая продуктивность фотосинтеза листьев хеномелеса может обеспечить его достаточно высокую хозяйственную продуктивность. У анализируемых форм ее потенциальная величина изменялась от 1,9 до 2,4 кг на м² листьев. Учитывая, что облиственность взрослых кустов составляет более 2 м², потенциальный урожай с куста может быть около 5 кг, или в пересчете на гектар, при схеме посадки 2 х 1 м около 250 центнеров, что сопоставимо в нашей зоне с урожаями других семечковых культур.

Однако какими бы не были потенциальные продукционные возможности культуры, для производителей интерес представляют не они, а реальные урожаи. По урожайности и стабильности плодоношения в 2007 - 2009 году выделилась форма 2.5. В среднем за годы изучения ее урожайность в расчете на 1 м² проекции куста составляла 5,3 кг, то есть при вышеуказанной схеме посадки - 265 центнеров на гектар.

Товарно-потребительские качества и биохимический состав плодов.

Товарно-потребительские качества. Самый крупные плоды (массой 39,3-53,6 г) отмечены у сортов Николай, Умбиликата, Брат Калифа и формы 51-62. Вариабельность массы плодов по годам находилась на уровне от 14,0 до 18,9%.

Биохимический состав плодов. Пищевые и питательные достоинства плодов хеномелеса определяются их биохимическим составом. Содержание сухих растворимых веществ, в зависимости от генотипа, варьирует от 8,8 (форма 2.5) до 15,1% (Умбиликата) (табл. 5).

Анализ содержания сахаров показал, что у изученных сортов и форм накапливается, в среднем, около 4% этих веществ при минимальном значении 3,57% (форма 11-85) и максимальном - 5,32% (Умбиликата). Сахаристость плодов хеномелеса и содержание растворимых сухих веществ подвержены незначительной изменчивости по годам, о чем свидетельствуют и относительно низкие коэффициенты вариации, не превышающие 10%. Наиболее высокая вариабельность этих признаков отмечена у сорта Умбиликата (С_v=11,6-12,6%) и формы 11-85 (С_v=7,7-17,7%), а наименьшая (С_v=1,4-4,0%) - у формы 2.5.

Плоды хеномелеса достаточно богаты витамином С. Минимальное его накопление выявлено у формы 2.5 (76,7 мг/100г), а максимальное - у 38-23 (220,0 мг/100г). В плодах сортов Нина и Николай в условиях г. Мичуринска накапливается в полтора-два раза больше витамина С, чем на Украине, то есть этот признак подвержен значительной изменчивости по годам.

Таблица 5 Биохимический состав плодов хеномелеса (2006 - 2008 г.г.)

Сорт, форма	Растворимые сухие вещества, %	Коэф. Вариации CV, (%)	сумма сахаров, %	Коэф. вариации CV, (%)	аскорбиновая кислота, мг/100 г	Коэф. вариации CV, (%)	Р-активные катехины, мг/100 г	Коэф. вариации CV, (%)
Местного гибридного фонда (г. Мичуринск)
2.5	8,8	1,36	3,0	4,0	76,7	11,47	437	3,23
2.16	9,4	4,38	3,1	5,16	99,3	10,78	610	17,87
2.26	9,0	5,0	3,3	5,15	104,1	14,17	692	2,18
Селекции Артемовского научно-исследовательского центра (Украина)
1-1-19	10,8	6,1	3,8	3,16	214,3	7,61	450	11,11
Умбиликата	15,1	12,6	4,3	11,63	115,1	24,63	856	12,15
Нина	11,7	3,59	4,0	6,50	185,5	5,61	625	4,32
Николай	12,2	10,24	5,0	5,20	149,6	16,44	480	0,25
11-85	13,1	7,71	5,1	17,65	126,1	6,78	681	3,67
38-23	11,8	5,59	4,6	4,89	220,0	5,18	751	6,52
51-62	11,9	5,55	4,2	10,98	183,0	2,40	753	6,24
Брат Калифа	13,9	4,75	5,2	3,08	172,1	9,97	729	3,16
13-75	10,4	3,46	3,2	3,13	176,0	8,01	651	7,53
НСР05	1,39		0,61		27,18		90,22

Наибольшая вариабельность по содержанию витамина С в плодах отмечена у сортов Николай (С_v=16,4%) и Умбиликата (С_v=24,6%), а наименьшая (С_v=2,4%) - у формы 51-62 при относительно высоком его содержании (183,0 мг/100г), которая заслуживает использования в селекции в качестве генисточника С-витаминности.

У изученных сортов и форм содержание Р-активных катехинов варьирует от 437 (форма 2.5) до 856 мг/100г (Умбиликата). Этот признак также подвержен некоторой изменчивости по годам, но его вариабельность у всех изученных сортов и форм не превышала 20%. У сортов Нина, Брат Калифа и форм 51-62 и 38-23 отмечено максимальное содержание компонентов биохимического состава. Они заслуживают внимания для получения высоковитаминных продуктов питания, а также в качестве комплексных генисточников для селекции.

Разработка рецептур, технология приготовления нектаров овощных с мякотью и хеномелесом «Здоровое питание». Плоды хеномелеса являются ценным сырьем для получения натуральных низкокалорийных продуктов питания. На М-КОНСе впервые разработаны и утверждены технические условия, технологические инструкции и созданы натуральные низкокалорийные продукты питания (ТУ 9162-008-9700049008):

- нектар тыквенный с мякотью и хеномелесом «Здоровое питание»;

- нектар морковный с мякотью и хеномелесом «Здоровое питание», которые обладают высокой экономической эффективностью.

Органолептическая оценка дегустационной комиссией нектаров «Здоровое питание» показала, что по основным органолептическим показателям они соответствуют нормативной документации. Нектары имеют хороший внешний вид, приятный вкус и насыщенный аромат. Химико-аналитические исследования нектаров в ГУ питания РАМН показали, что в отмеченных продуктах выявлено низкое содержание углеводов (табл. 6). Содержание витамина С составляет 28,7-29,1мг/100 г. Энергетическая ценность нектаров «Здоровое питание» не превышает 16 ккал на 100 г продукта.

Таблица 6 Сравнительная характеристика биохимического состава и пищевой ценности «Нектаров овощных с мякотью «Здоровое питание» и обычных овощных нектаров

Показатель пищевой ценности	Нектар овощной тыквенный	Нектар овощной морковный
	Обычный	«Здоровое питание»	Обычный	«Здоровое питание»
Аскорбиновая кислота, мг/100 г	Не нормируется	28,7	Не нормируется	29,1
Бета-каротин, мг/100 г	Не нормируется	0,52	Не нормируется	2,3
Растворимые пектиновые вещества, %	Не нормируется	1,0 - 1,5	Не нормируется	1,0 - 1,5
Углеводы, г	12,0	4,0	8,2	4,0
Титруемые кислоты, %	0,4	0,4	0,5	0,4
Растворимые сухие вещества, %	12,5	9,0	9,0	9,0
Мякоть, %	30	30	30	30
Энергетическая ценность, ккал	48	16	33	16

В результате проведенных санитарно-химических и санитарно-микробиологических исследований установлено, что содержание токсичных элементов в нектарах «Здоровое питание» не превышает предельно допущенных уровней и соответствует по свинцу - 0,5 мг/кг, кадмию - 0,03мг/кг, ртути - 0,02 мг/кг и мышьяку - 0,2 мг/кг. В исследуемых продуктах содержалось не более 400 мг/кг нитратов, 0,5мг/кг - пестицидов и менее 0,1 мг/кг ДДТ и его метаболитов. Нектары «Здоровое питание» удовлетворяют требованиям промышленной стерильности консервов группы А и рекомендуются для потребления в пищу.

Установлено, что полные затраты на производство нектаров овощных по традиционной рецептуре превосходят аналогичный показатель по производству нектаров «Здоровое питание». Так, полные затраты на производство 1 тубы нектара тыквенного составляют 4703,34 руб., что выше аналогичного показателя по производству нектаров «Здоровое питание» на 543,3 руб. или на 11,5%. Это обусловлено модернизацией технологической линии производства функциональных продуктов питания и заменой традиционной рецептуры на новосозданную, исключающую применение искусственных пищевых кислот и введение в рецептуру плодов хеномелеса.

Выводы

1. Хеномелес - плодовый кустарник, характеризующийся разнообразием морфологических признаков, обусловленных генотипом с базовым числом хромосом х=17 (2n=2х=34).

2. Выявлено соответствие между ходом мейоза и плодовитостью форм хеномелеса японского. Наиболее правильной конъюгацией хромосом в метафазе I (16,67 II на клетку) и меньшим процентом нарушений по всем фазам мейоза (14,47±0,64%) характеризуется форма 2.5, имеющая наибольшую урожайность (3,10 кг с одного куста).

3. Установлено, что разные формы мичуринской популяции хеномелеса японского обладают определенной генотипической склонностью к образованию нередуцированных гамет. Однако существует индивидуальная изменчивость растений по способности возникновения монад, триад и диад. Наибольший процент такого рода спорад отмечен у форм 2.11 и 2.8 (7,83 и 14,91%), наименьший у форм 2.5 и 2.26 (3,23 и 3,71%).

4. Адаптационная способность форм хеномелеса к зимним условиям связана с географическим и видовым происхождением. Наиболее устойчивы к зимним повреждающим факторам формы Chaenomeles japonica. Сорта и формы C. superba (Нина, Николай, 38-23, 51-62, 11-85, 1-1-19, 13-75) и C. californica (Калиф) значительно подмерзают (3,8-4,9 балла) при температуре в -25⁰С.

5. Выявлены различия по степени засухо-, жаростойкости и солевыносливости у изученных форм хеномелеса. Высокую засухоустойчивость проявили формы Chaenomeles japonica 2.5, 2.26 и C. superba 13-75, а жаростойкость - сорт Умбиликата (Ch. speciosa) и форма 2.5 (Ch. japonica). Наибольшей солевыносливостью характеризуются формы Chaenomeles japonica 2.5, 2.16, 2.26, 25-14 и C. superba 51-62 и сорт Николай.

6. Путем тестирования эндофитной микробиоты побегов хеномелеса выявлено высокое содержание положительных тестов на бактерию из рода Pseudomonas на фоне низкого содержания грибной и смешанной микробиоты, а также отрицательных тестов, что свидетельствуют о высоком адаптационном потенциале хеномелеса.

7. Высокой комплексной устойчивостью к грибным болезням (монилиоз, пенициллез, ботритиоз, альтернариоз, фомопсиоз, энтомоспориоз, филлостиктоз, септориоз) характеризуются формы 2.5, 2.16, 2.26, сорта Умбиликата и Калиф.

8. Выделены формы хеномелеса 2.5, 2.7, 2.12, 2.13, 2.26 с высокой фотосинтетической и потенциальной хозяйственной продуктивностью листьев (2,4 кг/м²).

9. Для хозяйственного и селекционного использования выделены наиболее крупноплодные сорта и формы Умбиликата, Николай, Брат Калифа, 38-23 (масса плодов 39,3-53,6 г) с незначительной изменчивостью по годам и высокой гомеостатичностью.

10. Максимальное содержание компонентов биохимического состава в одном генотипе с незначительной изменчивостью по годам по растворимым сухими веществам (более 11%), сахарам (более 4%), витамина С (более 170 мг/100г), Р-активных катехинов (более 600 мг/100г) отмечено у сортов Нина, Брат Калиф и форм 38-23, 51-62, которые заслуживают внимания для получения высоковитаминных продуктов питания, а также в качестве комплексных генисточников для селекции.

11. Плоды хеномелеса являются ценным сырьем для получения натуральных низкокалорийных продуктов питания. Впервые разработаны и утверждены технические условия, технологические инструкции и созданы натуральные низкокалорийные продукты питания (ТУ 9162-008-9700049008):

- нектар тыквенный с мякотью и хеномелесом «Здоровое питание»;

- нектар морковный с мякотью и хеномелесом «Здоровое питание». Эти продукты обладают высокой экономической эффективностью (прибыль от реализации 1 тубы продукции составляет 3025,7 и 2643,5 рублей при уровне рентабельности 72 и 60% соответственно).

Рекомендации для производства и селекции

1. Для широкого производственного испытания в условиях Центрально-черноземного региона рекомендуются сорта и формы хеномелеса: 2.5, Нина, Николай.

2. Для селекционного использования рекомендовать генисточники:

- нередуцированных гамет формы 2.8, 2.11;

- крупноплодности сорта Умбиликата, Николай, Брат Калифа и форма 38-23;

- с устойчивостью к низким температурам формы 2.5, 2.16, 2.26;

- с высоким уровнем жаро-, засухо- и солеустойчивости форма 2.5;

- с комплексной устойчивостью к грибным болезням формы 2.5, 2.16, 2.26 и сорта Умбиликата, Калиф;

- с высокой фотосинтетической и потенциальной хозяйственной продуктивностью формы 2.5, 2.7, 2.12, 2.13, 2.26;

- с высоким уровнем биохимического состава сорта Нина, Брат Калиф и формы 38-23, 51-62;

- при изготовлении новых натуральных низкокалорийных продуктов питания: нектары «Здоровое питание» рекомендуется пользоваться разработанными нами (в соавторстве) соответствующими техническими условиями (ТУ).

хеномелес солевыносливость засухоустойчивость

Список опубликованных работ по теме диссертации

1. Скрипникова М.К. Хеномелес японский - перспективная плодовая культура для ЦЧЗ / М.К. Скрипникова, Ю.А. Федулова, Е.В. Скрипникова// Реализация идей И.В. Мичурина в образовательном процессе. - Мичуринск, 2005. С. 180 - 183.

2. Федулова Ю.А. Общеобразовательный и экологический подходы к изучению айвы японской на уроках биологии в шестом классе / Ю.А. Федулова // Проблемы экологического образования и воспитания в системе Наукограда: мат-лы международной научно-практич. конф (г. Мичуринск 24-25 мая 2006 г.) под общ. ред. В.Н. Яценко, отв. ред. Л.Д. Бобылева. - Мичуринск, МГПИ, 2005. С. 164 - 168.

3. Федулова Ю.А. Перспективность хеномелеса японского для введения в культуру в средней полосе России /Ю.А. Федулова// Материалы международной научно-практической конференции «Современные проблемы производства, хранения, переработки и экспертизы качества сельскохозяйственной продукции - Мичуринск, изд-во ФГОУ ВПО МичГАУ, 2007. С. 284 - 287.

4. Федулова Ю.А. Перспективы выращивания хеномелеса японского в средней полосе России / Ю.А.Федулова // Материалы междунар. науч.-практ. конф., Белгород, 28-31 мая 2007 г. «Современные проблемы фитодизайна» / Белгор. гос. ун-т. - Белгород: БелГУ, 2007. С. 312 - 315.

5. Федулова Ю.А. К вопросу о пищевой ценности плодов хеномелеса / Ю.А. Федулова, М.К. Скрипникова, В.Н. Меженский // Перспективы селекции яблони и других культур для промышленных насаждений: материалы Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 130-летию со дня рождения профессора С.Ф. Черненко, 21-23 ноября 2007 года.- Мичуринск, изд-во МичГАУ, 2007. С 159-164.

6. Федулова Ю.А. К вопросу вегетативного размножения айвы японской низкой в Тамбовской области / Ю.А. Федулова, В.Н. Меженский, М.К. Скрипникова // Проблемы научной, обучающей и просветительской деятельности в биологических центрах вузов и хозяйствах зоопаркового типа: материалы Всероссийской научно-практической конференции.- Тамбов, изд-во ТГУ им. Державина, 2007. С. 83-87.

7. Федулова Ю.А. Коллекция хеномелеса на агробиостанции Мичуринского государственного педагогического института / Ю.А. Федулова // Биоразнообразие - от идеи до реализации: тезисы межрегиональной конференции.- Тамбов, изд-во Першина Р.В., 2007. С. 160-165.

8. Федулова Ю.А. К характеристике биологических и хозяйственно-ценных качеств хеномелеса японского (Chaenomeles japonica) / Ю.А. Федулова, М.К. Скрипникова, В.Н. Меженский // Интродукция нетрадиционных и редких растений: Материалы VIII Международной научно-методической конференции. Т 1 плодовые, ягодные, редкие и нетрадиционные садовые культуры / ВНИИС им. И.В. Мичурина. - Воронеж: Кварта, 2008. С. 223-226.

9. Федулова Ю.А. Морозостойкость - одна из важнейших характеристик адаптационного потенциала айвы японской низкой (Chaenomeles japonica) / Ю.А. Федулова, М.К. Скрипникова, В.Н. Меженский // Проблемы агроэкологии и адаптивность сортов в современном садоводстве России: материалы Всероссийской научно - методической конференции (1-4 июля 2008 г., Орел). - Орел: ВНИИСПК, 2008. С. 269 - 271.

10. Федулова Ю.А. Перспективы выращивания хеномелеса японского в средней полосе России / Ю.А. Федулова // Современные проблемы и перспективы отечественного садоводства: мат-лы Межрегиональной науч.-практ. конф. - Мичуринск, МГПИ, 2009. С. 290-293.

11. Федулова Ю.А. Биологические особенности и хозяйственная ценность хеномелеса японского / Ю.А. Федулова, М.К. Скрипникова, В.Н. Меженский // Садоводство и виноградарство. - М., 2009. № 1. С. 2-3.

12. Савельев Н.И. Хеномелес - перспективная высоковитаминная плодовая культура / Н.И. Савельев, Ю.А. Федулова, М.К. Скрипникова // Вестник Российской Академии сельскохозяйственных наук.- М., 2009. № 3. С. 62-63.

13. Чеснокова И.Н. Эндофитная микробиота побегов различных сортов и форм хеномелеса / И.Н. Чеснокова, Ю.А. Федулова, М.К. Скрипникова // Ботанические сады в 21 веке: сохранение биоразнообразия, стратегия развития и инновационные решения: материалы международной научно-практической конференции, посвященной 10-летию образования Ботанического сада Белгородского государственного университета. Белгород, 18-21 мая, 2009.- С.370-373.

14. Фролова Л.А. Митотическая нестабильность числа хромосом у вида Chaenomeles Lindl и ее причины / Л.А. Фролова, Ю.А. Федулова, М.К. Скрипникова //Ботанические сады в 21 веке: сохранение биоразнообразия, стратегия развития и инновационные решения: материалы международной научно-практической конференции, посвященной 10-летию образования Ботанического сада Белгородского государственного университета. Белгород, 18-21 мая, 2009.-С.362-364.

15. Федулова Ю.А. Хеномелес - перспективная плодовая культура для центрального Черноземья / Ю.А. Федулова, М.К. Скрипникова, В.Н. Меженский //Ботанические сады в 21 веке: сохранение биоразнообразия, стратегия развития и инновационные решения: материалы международной научно-практической конференции, посвященной 10-летию образования Ботанического сада Белгородского государственного университета. Белгород, 18-21 мая, 2009.-С.359-362.

16. Чеснокова И.Н. Показатели эндофитной микробиоты в связи с адаптационным потенциалом хеномелеса / И.Н. Чеснокова, Ю.А. Федулова, Е.В. Скрипникова // Современная школа в инновационном процессе: проблемы и перспективы. Мичуринск: МГПИ, 2009.-С.105-107.

Размещено на Allbest.ru

...