Размещено на http://www.allbest.ru/

Оценка зимостойкости сортов вишни методом дифференциального термического анализа

Кривошапка В.А., кандидат сельскохозяйственных наук, Институт садоводства НААН

Реферат

экзотерма лед термический зимостойкость

Исследованы с помощью дифференциального термического анализа (ДТА) экзотермические процессы, происходящие во время образования льда в тканях приростов и почек 10 сортов вишни. Определены параметры экзотерм, позволившие разделить исследуемые сорта на группы по зимостойкости.

Ключевые слова: вишня, сорт, зимостойкость, морозостойкость.

Summary

Exothermal processes which take place while ice-forming in the tissues of the accretions and buds of 10 cherry cultivars were researched by means of the differentiated thermal analysis. The exotherm parameters were determined. This made it possible to classify the investigated cultivars according to winter-hardiness.

Key words: cherry, cultivar, winter-hardiness, frost-resistance

Введение

Вишня является одной из наиболее зимостойких плодовых культур, которую можно выращивать на всей территории Украины. Но и у нее встречаются сорта, которые повреждаются комплексом зимних неблагоприятных факторов [5]. Ее зимостойкость, как и других плодовых растений, необходимо рассматривать как генетически обусловленное свойство, реализация которого зависит от физиологического состояния деревьев во время выращивания, а также состояния листового аппарата, его фотосинтетической активности [6]. Формирование зимостойкости - процесс многоэтапный. Он начинается с завершением ростовых процессов в осенний период и сопровождается лигнификацией (одревеснение оболочек клеток) тканей и окончанием их дифференциации. Особое значение при этом имеет вхождение растений в состояние покоя [1, 7]. Этот процесс обеспечивает необратимость их акклимации вместе с обезвоживанием тканей прежде всего надземной части вследствие повышения проницаемости для воды мембранных структур клеток [8]. Процессы акклимации особенно усиливаются под влиянием отрицательных температур 0 ... -5 ° С. Происходят гидролиз сахаров из крахмала, а также потеря воды с одновременным повышением водоудерживающей способности клеток приростов в ксилеме и флоэме [4]. Максимум в развитии морозостойкости достигается при длительном воздействии температуры -10 °С и ниже [7].

Зимние оттепели снижают морозостойкость растений, а последующие похолодания способствуют ее восстановлению. С возобновлением ростовых процессов безвозвратно происходит деакклимация. Развитие морозостойкости и ее потеря существенно связаны с изменениями состояния воды в тканях плодовых растений. Для оценки этих изменений все чаще используют дифференциальный термический анализ (ДТА) процессов льдообразования в органах и тканях [10]. В разных модификациях ДТА оценку морозостойкости проводят по анализу термограмм льдообразования, при этом учитывают соотношение отдельных полос, интервал их появления [9].

Большинство исследователей основное внимание уделяют анализу низкотемпературных экзотерм (НТЭ) ксилемы, в меньшей степени _ высокотемпературным экзотермическим (ВТЭ) процессам.

Возникла необходимость расширить информацию о характере льдообразования в тканях растений с использованием анализа экзотермических процессов в ксилеме и флоэме в широком температурном интервале. Вариант методики, разработанный в Институте садоводства О.И. Китаевым [3], позволяет исследовать эти процессы как в отдельных почках, так и в тканях одно-двухлетних приростов, букетных веточках, кольчатках. Именно этот метод был использован для изучения характера экзотермических процессов в тканях однолетних приростов и почек деревьев вишни.

Целью нашей работы было проанализировать сорта вишни на зимостойкость с помощью метода ДТА, предусматривающего анализ термограмм льдообразования с учетом соотношения отдельных полос и интервалов в их появлении.

Объекты и методы. Экспериментальные исследования выполнены в северной части Лесостепи Украины (Институт садоводства НААН). Объектами были однолетние приросты и почки на деревьях 10 сортов вишни (Чудо - вишня, Фаворит, Радость, Подбельская, Норд Стар, Тургеневка, Донецкий великан, Ребатская красавица, Альфа, Ночка), которые отбирались в насаждении 1997 года посадки в указанном институте.

Для анализа брали части однолетнего прироста с почкой длиной около 3 см, диаметром 4,5-6 мм и массой 500 ч 600 мг. Характер льдообразования изучали с помощью прибора, специально созданного для ДТА [3]. По конструкции он близок к прибору Квамме [10]. В качестве датчика температуры использовали три хромель-копелевые термопары. Во время анализа образцы охлаждали с помощью двухкаскадного полупроводникового микрохолодильника типа ТЛМ-2. Благодаря этому удавалось снижать температуру в камере с достаточно постоянной скоростью (до 1 °С / мин.). Превращение воды в лед _ это процесс, который сопровождается выделением скрытой теплоты, измеряемой как разность сигналов от термопар, вызванных повышением температуры исследуемого образца относительно эталона, который не содержит воды.

Результаты. Исследование акклимации и деакклимации древесных растений с использованием метода ДТА обнаружили значительную роль в этих процессах переохлажденной воды [4, 11], причем определяющим было состояние клеточных оболочек, которые в основном и участвуют в формировании засухоустойчивости растений, а также определяют их способность регулировать водообмен [2].

Как известно, во время перезимовки провоцирующие оттепели значительно снижают морозостойкость плодовых почек. Именно поэтому определение экзотермических процессов в приростах деревьев вишни с генеративными почками выполняли в разные периоды зимы. Процессы льдообразования в тканях однолетних приростов и почек происходят не равномерно, на экзотермах всегда присутствуют полосы тепловыделения с разной температурой инициации. Их амплитуда и положение на температурной шкале определяются водно-физическими свойствами тканей, значительно изменяются при перезимовке и отражают процессы развития акклимации и деакклимации. Анализ льдообразования с помощью термографического метода позволил четко выявить особенности тепловыделения в тканях приростов сортов вишни разных по морозостойкости.

При выходе растений из состояния покоя происходят изменения водно-физических параметров тканей, сопровождающиеся углублением фронта льдообразования у большинства сортов на 1-6 оС (табл.). При этом более ранняя температура инициации наблюдалась у Ночки, Тургеневки, Альфы и Норд Стара, у которых этот показатель составлял -10,9 … -12,0 оС. Иные результаты были у Ребатской красавицы, Донецкого великана, Чудо-вишни и Фаворита (-13,6 … -14,6 оС).

По температурному диапазону ВТЭ в ксилеме выделился сорт Ночка _ 6,4 оС. Самым узким температурный диапазон прироста в целом был у Ребатской красавицы, Чудо-вишни и Донецкого великана (в пределах 16,0 _ 17,3 оС). Амплитудные показатели экзотерм в этот период показали увеличение амплитуды экзотермических процессов практически у всех сортов, что является признаком развития деакклимации (раззакаливания). Однако наиболее интенсивно эти процессы происходили у сортов Донецкий великан и Чудо-вишня.

Медленнее теряли акклимацию Альфа и Ночка. Это характеризует их как более стабильные сорта с высоким потенциалом зимостойкости, что в значительной степени обеспечивалось работой листового аппарата во время вегетации.

Таблица. Параметры экзотермических процессов при льдообразовании в тканях приростов сортов вишни в период вынужденного покоя

Термограммы льдообразования в приростах деревьев сортов вишни отражают процессы выделения тепла, обусловленные инициацией нуклеации переохлажденной воды и миграцией ее в центры льдообразования. На экзотермах выделяются несколько максимумов, амплитуда и положение которых на температурной шкале обусловлены не только разной температурой замерзания переохлажденных водных растворов, но и размером межклетников или сосудов, где проходит замерзание, а также сопротивлением тканей распространению процесса нуклеации. Последний инициируется в ксилеме, поэтому высокотемпературная экзотерма в диапазоне -8 ... -18 оС обусловлена тепловыделением при переходе воды в лед в сосудах древесины. Льдообразование в тканях коры представлено диффузной полосой тепловыделения в диапазоне температур -12 ... -27 оС. На низкотемпературном плече этой полосы есть одна, иногда две низкотемпературные экзотермы, вызванные льдообразованием в микрокапиллярах ксилемы.

Экзотермы льдообразования обладают достаточно выраженной сортовой особенностью, обусловленной строением тканей, прежде всего ксилемы, а также структурой микрокапилляров. Так, для сорта Тургеневка характерны ранняя инициация льдообразования (-7 ... -8 оС), относительно узкий диапазон ВТЭ, одновременно НТЭ выделена достаточно четко, что, возможно, связано с более ранней нуклеацией во флоэме. У этого же сорта наблюдается довольно широкий диапазон льдообразования в приросте в целом, что позволяет считать его достаточно зимостойким. Он меньше всего менял водно-физическую структуру при переходе из глубокого покоя к вынужденному.

Для Ребатской же красавицы характерны значительные изменения водного статуса тканей в этом же процессе. Наблюдалась высокая амплитуда экзотермических процессов, особенно во флоэме (3,2 ... 4,2 °С). Кроме того, данный сорт характеризовался самым узким диапазоном тепловыделения, что в сочетании со значительной амплитудой экзотермы свидетельствует о высокой интенсивности льдообразования, поэтому его следует считать недостаточно зимостойким.

В приростах отмечен довольно высокий уровень акклимации, что проявлялось в малой амплитуде фронта льдообразования в момент его инициации и постепенном нарастании интенсивности экзотермического процесса. Такой характер льдообразования свидетельствует о способности тканей приростов освобождаться от лишней воды под воздействием низких температур, тем самым повышая свою морозоустойчивость. Кроме того, большая амплитуда фронта инициации ВТЭ может быть признаком повреждения проводящих пучков уже при слабых морозах, что особенно проявлялось во влажную и теплую зиму, и это было доказано анатомическим анализом промораживаемых образцов. Развитие экзотермического процесса в сторону низких температур, а также величина диапазона льдообразования коррелируют с высокой морозостойкостью изучаемых объектов. На экзотермах образцов сортов не было обнаружено острых пиков, вызванных гибелью зачатков цветов, что подтверждает их высокую морозостойкость, обусловленную способностью к глубокому переохлаждению. По показателям экзотермических процессов, исследуемые сорта можно разделить на три группы: с высокой зимостойкостью _ Альфа и Тургеневка, средней _ Радость, Фаворит, Ночка, Норд Стар и Подбельская, низкой _ Ребатская красавица, Донецкий великан и Чудо-вишня.

Выводы

Для оценки зимостойкости и прежде всего процессов акклимации и деакклимации культуры вишни, наряду с другими методами определения степени повреждения тканей низкими температурами, предлагается дифференциальный термический анализ процессов льдообразования в тканях приростов и почек.

Установлено, что выход растений вишни из состояния покоя сопровождается деакклимацией, которая проявляется в углублении фронта льдообразования на 1-6 оС.

Экзотермы льдообразования отображают сортовую специфичность, что обусловлено влиянием анатомического строения тканей и их водно-физических свойств на процесс миграции воды к фронту льдообразования при замораживании.

Проведен сравнительный анализ степени повреждения тканей приростов сортов вишни низкими температурами и параметров экзотермических процессов при льдообразовании. Определены наиболее показательные из них для характеристики процессов адаптации и зимостойкости _ температура инициации льдообразования в ксилеме, температурный диапазон льдообразования ВТЭ в ксилеме и приростах в целом, а также амплитудные показатели фронта льдообразования, максимумов ВТЭ и НТЭ

Комплексный анализ позволил разделить исследуемые сорта на группы по зимостойкости: высокоустойчивые _ Альфа и Тургеневка, со средней устойчивостью _ Радость, Фаворит, Ночка, Норд Стар и Подбельская, низкоустойчивые _ Ребатская красавица, Донецкий великан и Чудо-вишня.

Список использованной литературы

1. Брайон О.В. Флуоресцентна мікроскопія рослинних тканин і клітин. - К.: Вища шк., 1973. - 144 с.

2. Каримова Ф.Г., Гусев Н.А., Кузьмичёва Н.В. Роль клеточной оболочки в водообмене растительных клеток // Физиология и биохимия культурных растений. _ Т. 12. _ 1980. _ № 3. _ с. 285-290.

3. Китаєв О.І. Метод диференційно - термічного аналізу для дослідження процесів льодоутворення в різних органах плодових рослин / Проблеми моніторингу у садівництві. _ К.: Аграрна наука, 2003. - С. 135-145.

4. Красавцев О.А. Калориметрия растений. - М.: Наука, 1972. - 116 с.

5. Скряга В.А. Адаптивність перспективних сортів вишні (Cerasus Vulgaris Mill.) у Лісостепу України // Садівництво. - К.: СПД «Жителєв С.І.», 2009. _ Вип. 62. - С. 57-68.

6. Соловьева М.А. Атлас повреждений плодовых и ягодных культур морозами. _ 2-е изд. _ К.: Урожай, 1988. _ 127 с.

7. Туманов И.И. Физиология закаливания и морозостойкости растений. - М.: Наука, 1979. - 352 с.

8. Kacperska A. The role of cell walls in plant responses to low temperature // Referaty i donisienia wygloszone na XII ogуlnokrajowym seminarium grupy roboczej «Mrozoodpornoж». - Poznaс, 2001. _ P. 23-24, 24A-24U.

9. Kaku S., Iwaya M. Low temperature exotherms in xylems of evergreen and deciduous broad-leaved trees in Japan with reference to freezing resistance and distribution range / P.H.Li and A. Sakai (eds.). Plant colt hardiness and freezing stress: Mechanisms and crop implications. _ 1978. _ Vol. I. Academic, New York. _ p. 227-239.

10. Quamme H. Application of Thermal Analysis to Breeding Fruit Crops for Increased Cold Hardiness // Hort Science. _ Vol. 26. _ 1991. _ №5. - Р. 513-517.

11. Rajashekar C., Westwood M.N., Burke M.J. Deep supercooling and cold hardiness in genus Pyrus // J. AMER. SOC. HORT. SCI. _ Vol. 107. _ 1982. _ p. 968-972.

Размещено на Allbest.ru