CC BY
43
й01: 10.24411/0235-2451-2019-10205 УДК 634.11:631.81
Методы мониторинга результатов воздействия абиотических стрессоров в насаждениях яблони*
Е. Н. ТКАЧЕВ, кандидат сельскохозяйственных наук, зав. лабораторией (e-mail: [email protected]) Е. М. ЦУКАНОВА, доктор сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник
Федеральный научный центр им. И. В. Мичурина, ул. Мичурина, 30, Мичуринск, Тамбовская обл., 393774, Российская Федерация
Резюме. Глобальные климатические изменения, отмечаемые в последние десятилетия, все более усложняют производство сельскохозяйственной продукции. Дестабилизация погодных условий в средней зоне садоводства РФ выражается в усилении влияния комплекса негативных факторов на плодовые растения. К наиболее значимым климатическим показателям для сельскохозяйственных растений следует отнести водно-температурный режим. Многолетний круглогодичный мониторинг изменения физиологических, биохимических, гистологических и цитологических показателей сортов плодовых растений позволил систематизировать основные погодные стрессоры и возможную реакцию на них. Цель работы - поиск способов диагностики состояния плодовых растений. Исследования проводили в 2012-2017 гг. на территории г. Мичуринска Тамбовской области. В качестве основных объектов исследований использовали деревья яблони сортов Жигулевское, Рождественское и Лобо на подвое 54-118, произрастающие в интенсивных насаждениях ФГБНУ «ФНЦ им. Мичурина» и промышленных садах яблони ФГУП «Мичуринское». В ходе исследований выделены физиологические показатели, наиболее информативно отражающие реакции растений яблони на комплекс абиотических стрессовых факторов. Воздействие стрессоров вегетационного периода 2017 г. спровоцировало снижение фотосинтетической активности листьев до 0,44... 0,52отн. ед., трехкратное уменьшение (по сравнению с оптимальным) интенсивности фотосинтеза листьев (до 4 мкмоль м2 с-1) и двухкратное (по сравнению в оптимальным) снижение устьичной проводимости листьев. Эти показатели предложено использовать для контактного и бесконтактного мониторинга оценки реакций яблони на абиотические стрессоры вегетационного периода в полевых условиях.
Ключевые слова: яблоня (Malus х domestica Borkh.) диагностика, фотосинтез, устойчивость растений.
Для цитирования: Ткачев Е. Н., Цуканова Е. М. Методы мониторинга результатов воздействия абиотических стрессоров в насаждениях яблони//Достижения науки и техники АПК. 2019. Т. 33. № 2. С. 17-21. DOI: 10.24411/0235-2451-2019-10205.
В ходе глобальных климатических изменений и сопутствующей дестабилизации погодных условий усиливается негативное воздействие комплекса факторов внешней среды на плодовые растения. Для повышения адаптивности растений к такой нагрузке требуется своевременное проведение защитных и корректирующих мероприятий. Оценка необходимости и определение оптимальных сроков использования таких приемов возможна только с учетом комплексного изменения условий внешней среды и состояния растений. Глобальные климатические изменения, в частности, значительная дестабилизация водно-температурного режима (резкие перепады суточных температур воздуха, нестабильное выпадение осадков и др.), провоцируют возникновение стрессового состояния у плодовых растений. Такие стрессы ослабляют растения, ограничивают их продуктивность, усиливают восприимчивость к вредителям и болезням, способствуют повышению агрессивности вредных организмов, что значительно снижает урожайность плодовых растений и
ухудшает качество их продукции. Несовершенство традиционных сельскохозяйственных технологий не позволяет адресно и превентивно реагировать на угрозы посевам и насаждениям.
Поиск решения этой проблемы осложняется отсутствием подробных наблюдений за влиянием нестабильных климатических условий на рост, развитие и урожайность культурных растений. Тем не менее, такие данные жизненно необходимы для селекции сортов и подвоев, выдерживающих суровые климатические условия, а также разработки новых элементов сортовых технологий.
Механизмам устойчивости к действию стрессоров, особенно экстремальных факторов окружающей среды на высшие растения, посвящено значительное число исследований [1, 2, 3]. Общая черта ответов фототав-тотрофной клетки на воздействие неблагоприятных условий заключается в рассогласовании поглощения световой энергии фотосинтетическим аппаратом и ее утилизации в темновых реакциях фотосинтеза [1, 4]. Образующиеся в такой ситуации излишки поглощенной световой энергии повышают риск фотоокислительного повреждения клетки.
Несмотря на значительное количество работ, посвященных конкретным молекулярным механизмам устойчивости фотосинтетического аппарата растений к воздействию неблагоприятных факторов окружающей среды (интенсивный свет, отклонение температуры и влажности от оптимальных значений, дефицит влаги и др.) [3, 4, 5], до сих пор остаётся слабо изученным взаимодействие различных механизмов в растении между собой и фактический вклад каждого из них в интегральную защитную функцию. Также, несмотря на наличие работ, рассматривающих функционирование фотосинтеза и других физиологических функций растительного организма в условиях одновременного воздействия нескольких стрессовых факторов, практически отсутствуют количественные данные о влиянии одних стрессовых факторов на диапазон устойчивости по отношению к другим [1, 4].
Острейшая проблема в оценке состояния садов, подверженных комбинированному воздействию резких перепадов погодных условий вследствие изменения климата и химического загрязнения, - своевременное обнаружение снижения устойчивости насаждений с целью применения опережающих мер по восстановлению их потенциала, а также определение оптимальных сроков для проведения агротехнических приемов.
Актуальный вопрос современных исследований - выявление взаимосвязи между изменениями оптических свойств тканей листовых пластинок плодовых культур на уровне кроны и состоянием растительного объекта. Кроме того, важен мониторинг ответов растений на действие абиотических и биотических стрессоров с учетом фактических климатических особенностей сезона.
Один из перспективных методов сбора информации о состоянии растений - использовании средств бесконтактного мониторинга. На сегодняшний день контроль за состоянием растительного покрова осуществляют преимущественно с помощью мультиспектральной
*Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ № 18-416-680007 р_а -
спутниковой съёмки, которая пригодна для идентификации повреждений вредителями и болезнями, но не для их профилактики [6]. Методы гиперспектрального анализа применяют, главным образом, для таксации древостоев и отдельных деревьев хвойных пород [7]. Авторы ряда работ указывают на перспективность гиперспектральных технологий для мониторинга состояния растений, однако высокая чувствительность к большому количеству одновременно действующих факторов служит существенным препятствием для их практического применения [8, 9]. Известно множество экспериментов in vitro по неинвазивному определению состояния плодов различных плодовых культур и наличию стрессовых факторов на основании данных гиперспектральной съёмки, а также по оценке воздействия различных стрессоров [10, 11, 12]. Однако на сегодняшний день нет отработанной методики, позволяющей перенести результаты этих наблюдений в условия реального производства.
Несмотря на то, что сегодня существуют и используются методы гиперспектрального анализа, в том числе с применением ряда спектральных индексов, ориентированных на оценку состояния растительности, большинство из них основано на изменениях концентрации хлорофилла. Это затрудняет использование таких методов для детального анализа физиологического состояния растений без дополнения сведениями, собранными контактными методами мониторинга.
Большой интерес представляет создание системы бесконтактного мониторинга состояния растений. Ученые ФНЦ им. И.В. Мичурина совместно с коллективами сотрудников МГУ им. Ломоносова, МФТИ, ТГУ им. Г.Р. Державина начали междисциплинарные исследования по созданию системы дистанционного гиперспектрального мониторинга степени воздействия абиотических стрессоров на плодовые растения. Планируется разработать современные методы дистанционного мониторинга, основанные на использовании гиперспектральной съемки растительных объектов и точной интерпретации полученных данных с учетом наземных и лабораторных физиолого-биохимических измерений. Современное развитие гиперспектральных технологий открывает возможности для определения активности пигментов [13], содержания хлорофилла в листьях [14], показателей водного стресса растений [15] и других характеристик состояния растений.
Еще больше увеличивает потенциал применения методов бесконтактного мониторинга состояния плодовых насаждений использование современных беспилотных летательных систем. Это позволит проводить диагностику на больших площадях, получая за минимальное время огромный объем информации о состоянии как насаждений в целом, так и каждого отдельного растения.
Разработку эффективной методологии для дистанционного зондирования и мониторинга насаждений плодовых культур с использованием высокотехнологичных наземных и аэрокосмических платформ сегодня сдерживает недостаток фундаментальных знаний о взаимосвязи изменений оптических свойств тканей и физиологического состояния растительных объектов.
В связи с изложенным, основная цель наших исследований - поиск наиболее информативных показателей, необходимых для построения комплексной системы мониторинга состояния плодовых растений.
Условия, материалы и методы. Исследования проводили в 2012-2017 гг. на территории г. Мичуринска Тамбовской области, который расположен в средней зоне са-
доводства и характеризуется умеренно-континентальными погодными условиями.
В качестве основных объектов исследований использовали деревья яблони сортов Жигулевское, Рождественское и Лобо на подвое 54-118, произрастающие в интенсивном яблоневом саду ФГБНУ «ФНЦ им. Мичурина» (2010 г. посадки, схема посадки 4,5 х 2 м). Помимо этого, проводили мониторинг состояния промышленных садов яблони на территории г. Мичуринска.
В ходе исследований осуществляли непрерывный мониторинг изменения погодных условий по следующим показателям: уровень осадков, максимальные, минимальные и среднесуточные температуры воздуха. Проводили их сравнение со среднемноголетними значениями.
Неинвазивный контактный мониторинг физиологического состояния растений осуществляли с использованием портативного газоанализатора CIRAS-2 (PP Systems, США), определяли интенсивность фотосинтеза, транс-пирацию, устьичную проводимость листьев. Показатели газового обмена измеряли инфракрасным газоанализатором в 10 ч утра, площадь захвата листовой пластинки камерой составляла 2,5 см2. В измерительной камере со светодиодным источником света поддерживали условия освещенности и содержания СО2 близкие к естественным (ФАР-1000 мкмоль фотонов м-2с-1; CO2 - 400 ppm). Активность фотосинтеза определяли путем регистрации флуоресценции хлорофилла «а» на приборе ИФСР-2 методом Genty et al. [16]. Использовали показатель отношения максимальной флуоресценции хлорофилла к переменной флуоресценции (Fv/Fm), характеризующий активность работы фотосинтетического аппарата.
Статистическую обработку данных проводили с использованием программного обеспечения MS Excel 2010 методом дисперсионного анализа.
Результаты и обсуждение. В условиях 2016-2017 гг. температурный режим сентября-декабря 2016 г. на территории г. Мичуринска был на 5...10 % прохладнее средне-многолетнего. Однако понижение температуры воздуха происходило плавно на 2.7 °С в неделю, что позволило растениям подготовиться к воздействию зимних стрессоров и снизило риск повреждений. Основным негативным фактором зимой были многократные перепады суточных температур воздуха, когда короткие периоды низких температур (-20.-23 °С) сменялись теплыми периодами (-1.-3 °С). Особенно сильное влияние такие колебания оказывали в феврале, когда растения вышли из глубокого покоя. Перепады дневных и ночных температур воздуха в этот период на 12.15 °С имели значительный повреждающий эффект. Устойчивый переход дневной температуры воздуха через 0 °С произошел 28 февраля, а в первой декаде апреля она достигала +17,4 °С, что обусловило раннее начало вегетации. В то же время минимальные температуры марта-апреля колебались в интервале -3,8.+ 2,0 °С. Это привело к значительному торможению и разбалансировке всех обменных процессов. Основными негативными факторами начала вегетационного периода были значительные перепады суточной температуры воздуха, длительные периоды низких температур в мае - начале июня (среднесуточная температура воздуха не превышала 7 °С), заморозки в период цветения до -2 °С, низкая влажность воздуха (до 28 %). Водно-температурный режим второй декады июня -начала августа в целом был близок к среднемноголетне-му - среднесуточная температура воздуха варьировала в пределах 18,5.20,5 °С, влажность почвы составляла 79,7 % наименьшей полевой влагоемкости (НВ). Это позволило растениям практически всех сортов яблони восстановить работу функциональных систем. Отмечена значительная
регенерация повреждений тканей ветвей яблони в осенне-зимний период 2016-2017 гг. В то же время, значительные понижения температуры воздуха 7-8 и 10-11 июля, когда минимальные ее величины опускались до +7,3.. .+10,7 °С, а максимальные не превышали +19 °С, оказали отрицательное влияние на процессы созревания плодов. Высокие температуры воздуха (до +35.. .+37 °С) в конце третьей декады июля - первой декаде августа на фоне низкого количества осадков ингибировали фотосинтетическую активность листьев (показатель Fv/Fm большинства сортов снизился до 0,63.0,67 отн. ед. Таким образом, условия вегетационного периода 2017 года были весьма сложными для яблони.
В целом, мониторинг водно-температурного режима и функционального состояния растений в 2017 г. показал, что основными стрессорами были: аномальная активизация обменных процессов в январе - феврале и раннее начало вегетации (1-я декада марта); низкая влажность почвы и воздуха в сочетании с суховеями (1-я и 3-я декады апреля); заморозки или аномально низкие температуры воздуха в период цветения (май); переувлажнение почвы на фоне низких температур воздуха (2-я декада апреля, 2-я декада мая); резкие перепады суточной температуры воздуха, амплитуда которых почти вдвое превысила среднемноголетние значения.
ментов - антоцианов, синтез которых часто активируется в неблагоприятных условиях. Эти пигменты относятся к классу фенольных соединений, образуются и накапливаются в различных частях растений в зависимости от условий выращивания [17]. В большинстве случаев они сосредоточены в эпидермальном слое. Рядом исследователей установлено, что содержание антоцианов в растениях часто повышается в стрессовых условиях (холод, неблагоприятные почвенные условия, обилие ультрафиолетовых лучей, воздействие болезней и вредителей и др.) [18, 19 и др.].
Анализ результатов контактного мониторинга физиологического состояния растений яблони в насаждениях «ФНЦ им. И.В. Мичурина» позволил выявить достаточно низкую фотосинтетическую активность листьев в первой декаде мая (в зависимости от сорта на 15.30 % меньше оптимума для этого периода). При этом высокий уровень дисперсии величины этого показателя в пределах одного растения свидетельствовал о нестабильности состояния деревьев. Самые низкие показатели фотосинтетической активности листьев отмечены у растений сорта Лобо (0,44.0,52 отн. ед.), наиболее высокие (0,68.0,7 отн. ед.) - у сорта Жигулевское (рис.1).
Отмечена корреляция снижения показателя фотосинтетической активности листьев Fv/Fm с резким пони-
Рис.1. Реакция фотосинтетической системы сортов яблони на стрессоры водно-температурного режима: —Д--сорт
Лобо; —■— - сорт Рождественское; —□--сорт Жигулевское.
Как известно, при длительном воздействии на растение нескольких стрессовых факторов (низкие температуры, переувлажнение, повышенная солнечная активность) процесс фотосинтеза затухает, а действие свободных радикалов усиливается. Это препятствует поступлению питательных веществ в корневую систему, в связи с чем она испытывает энергетическое голодание и повреждается [5].
На растениях яблони сочетание стрессовых факторов часто вызывает снижение ростовой активности и некрозы листовых пластинок. Особенно сильно некрозы на листьях проявились при наступлении ясной солнечной погоды после продолжительного периода дождей. Возможно, это стало следствием фотостресса, вызванного высокой солнечной радиацией, в то время как фотосинтетический аппарат растений был ослаблен из-за недостатка питательных веществ, вызванного частичной гипоксии корневой системы и низкой интенсивностью обменных процессов. Это обусловило изменение окраски листьев у деревьев, что, вероятно, определялось наличием водорастворимых пиг-
жением температуры воздуха и переувлажнением почвы, обусловленным выпадением большого количества осадков в первой декаде июня и колебаниями температуры в начале июля. Наибольшей она была у сорта Лобо - 0,69 отн. ед., что для биологических объектов считается достаточно высоким [5].
Аналогичная тенденция отмечена и по динамике изменения интенсивности фотосинтеза (рис. 2). Наиболее высокой в период вегетации она была у растений сорта Жигулевское и Рождественское (уровень усвоения СО2 - до 15,3 мкмоль м2 с-1), наименьшие - у сорта Лобо (уровень усвоения СО2 - до 12,1 мкмоль м2 с-1). Выявлено резкое уменьшение величины этого показателя при значительных колебаниях влажности почвы и температуры воздуха в июне и в июле до 4 мкмоль м2 с-1, что совпадает с тенденцией изменения фотосинтетической активности. Причем такие колебания в первую очередь наблюдали у растений сортов Лобо и Жигулевское, характеризующихся высокой лабильностью обменных процессов [5, 20, 21].
Рис. 2. Изменение интенсивности фотосинтеза (по уровню ассимиляции углекислого газа) сортов яблони в зависимости от стрессоров водно-температурного режима: -□— - сорт Лобо; ■ - сорт Рождественское; ■■■ Д - сорт Жигулевское.
Возможно, одной из причин изменения интенсивности фотосинтеза стало ограничение доступности углекислого газа для хлоренхимы листа в результате снижения устьич-ной проводимости листьев растений. В начале действия абиотических стрессоров у сортов Лобо и Жигулевское она сокращалась почти 2 в раза до уровня 64.. .80 ммоль м2 с-1. Однако четкой корреляционной зависимости между интенсивностью фотосинтеза и устьичной проводимостью у листьев растений представленной группы сортов в период вегетации не установлено (рис. 3).
Уменьшение интенсивности фотосинтеза в результате воздействия неблагоприятных факторов скорее всего связано не столько с ограничением поступления СО2 из-за ухудшения устьичной проводимости, сколько с нарушением метаболизма. Возможно, оно обусловлено снижением эффективности ферментов карбоксилирования и фотохимических реакций фотосистемы II, разрушением
хлорофилла и нарушением работы светособирающего комплекса [22].
Помимо этого, для контактного мониторинга мы использовали лабораторные методы контроля состояния растений, включающие анализ активности ферментов (каталазы и пероксидазы); анализ митотической активности корневых меристем; анализ изменения структуры листовой пластинки (толщины палисадной и губчатой паренхимы листа); анализ повреждений тканей генеративных и вегетативных частей яблони [20, 21]. Они достаточно полно отражают реакцию растений на изменяющиеся факторы внешней среды, однако реализация таких методов - длительный и трудоемкий процесс. Определение выделенных в представленном исследовании показателей (фотосинтетическая активность, интенсивность фотосинтеза, устьичная проводимость листьев) не связано со значительными затратами труда и открывает возможности
19
0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 375
Устьичная проводимость, ммоль м2 с1
Рис. 3. Зависимость интенсивность фотосинтеза листьев от устьичной проводимости усредненные данные по сортам Жигулевское, Лобо, Рождественское): ■ - интенсивность фотосинтеза;--кривая зависимости.
для мониторинга состояния растений в динамике без их повреждения.
Выводы. На основании проведенных исследований выявлено изменение окраски листьев растений яблони под воздействием комплекса переувлажнения почвы на фоне низких температур воздуха в период вегетации. В качестве интегрированных показателей, позволяющих проводить объективную оценку функционального со-
стояния деревьев яблони, предложено использование параметров активности и интенсивности фотосинтеза, а также устьичной проводимости листьев. По нашему мнению, эти показатели пригодны для создания комплексной системы дистанционного мониторинга состояния плодовых растений на основе применения современных средств гиперспектральной сьемки и беспилотных летательных систем.
Литература.
1. Chloroplast redox imbalance governs phenotypic plasticity: the "grand design of photosynthesis" revisited / N. Huner, K. Dahal, L. Hollis, etc. // Frontiers in Plant Science. 2012. Vol. 3. Article 255.
2. Zarco-Tejada P. J., Gonz lez-Dugo V., Berni J. A. J. Fluorescence, temperature and narrow-band indices acquired from a UAV platform for water stress detection using a micro-hyperspectral imager and a thermal camera // Remote Sensing of Environment. 2012. Vol. 117. Pp. 322-337.
3. Matveev, S., Milenin, A., Timashuk, D. The effects of limiting climatic factors on the increment of native tree species (Pinus silvestris L., Quercus robur L.) of the Voronezh region // Journal of Forest Science. 2018. Vol. 64. No. 10. Pp. 427-434. DOI: 10.17221 /36/2018-JFS.
4. Ort D. R. When there is too much light//Plant Physiology. 2001. Vol. 125 (1). Pp. 29-32.
5. Цуканова Е. М. Система диагностики состояния плодовых растений. Экспресс-диагностика функционального состояния растений и оценка эффективности применения технологий. LAP LAMBERT Academic Publishing, 2011. 300 с.
6. Estimating the probability of mountain pine beetle red attack damage / M. A. Wulder, J. C. White, B. Bentz, etc. // Remote Sensing of Environment. 2006. Vol. 101. Pp. 150-166.
7. Проблемы классификации лесной растительности по гиперспектральным авиакосмическим изображениям/ Т. В. Кондра-нин, В. В. Козодеров, О. Ю. Казанцев и др. // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2011. Т. 8. № 1. С. 90-98.
8. Tattaris M., Reynolds M. P., Chapman S. C. A direct comparison of remote sensing approaches for high-throughput phenotyping in plant breeding//Front. Plant Sci. 2016. Vol. 7. Article 1131. DOI: 10.3389/fpls.2016.01131.
9. Spacilova V., Safrankova. Potential of chlorophyll fluorescence and VIS/NIR spectroscopy measurement use for the detection of nitrogen content and disease infection of apple leaves //Acta Univ. Agric. Silvic. Mendelianae Brun. 2011. Vol. 59 (6). Pp. 317-328.
10. Hyperspectral image analysis for water stress detection of apple trees / Y. Kim, D. Glenn, J. Park, etc.// Computers and Electronics in Agriculture. 2011. 77.2. Pp. 155-160.
11. Development of hyperspectral imaging technique for the detection of apple surface defects and contaminations / P. M. Mehl, Y. R. Chen, M. S. Kim, etc. // Journal of Food Engineering. 2004. Vol. 61. No. 1. Pp. 67-81.
12. Monitoring soil nitrate nitrogen based on hyperspectral data in the apple orchards/ Wei Yu, ZhuXicun, Li Cheng, etc. //Agricultural Sciences. 2017. Vol. 8. No. 1. Pp. 21-32.
13. Gamon, J. ,Penuelas, J., Field C. A narrow-waveband spectral index that tracks diurnal changes in photosynthetic efficiency // Remote Sensing Environ. 1992. Vol. 41. Pp. 35-44.
14. In situ optical properties of foliar flavonoids: implication for non-destructive estimation of flavonoid content/A. Gitelson, O. Chivkunova, T. Zhigalova, etc. // Journal of Plant Physiology. 2017. Vol. 218. Pp. 258-264.
15. Исследование взаимосвязи отражательных свойств сосновых лесов и водного режима элементов деревьев/А. А. Калин-кевич, М. С. Крылова, Н. А. Арманд и др. // Радиотехника и электроника. 2010. Т. 55. № 11. С. 1327-1334.
16. Genty B., Briantais J. M., BakerN. R. The relationship between the quantum yield of photosynthetic electron transport and quenching of chlorophyll fluorescence // Biochimica et Biophysica Acta. 1989. Vol. 990. Pp. 87-92.
17. Бочкарева Л. П. Формы гречихи с высоким содержанием антоцианов как исходный материал для селекции // Научно-технический бюллетень ВИР, 1992. Вып. 219. С. 65.
18. Лебедев С. И. Физиология растений. М.: Агропромиздат, 1988. 544 c.
19. Smillie R., Hetherington S. Photoabatement by Anthocyanin Shields Photosynthetic Systems from Light Stress // Photosynthetica. 1999. Vol. 36. No. 3. Pp. 451-463.
20. Цуканова Е. М., Ткачев Е. Н. Диагностика повреждений растений яблони на ранних этапах развития реакции // АГРО XXI. 2009. № 10-12. С. 74-77.
21. Цуканова Е. М., Ткачев Е. Н. Диагностика состояния плодовых растений при стрессовом и корректирующем воздействии // Современные проблемы инновационного развития сельского хозяйства и научные пути технологической модернизации АПК: материалы международной научно-практической конференции 20-23 декабря 2016 г. Махачкала: ФГБНУДагестанский НИИСХ им. Ф. Г. Кисриева, 2016. Ч. 2. С. 16-21.
22. Amri M., El Ouni M., Salem M. Water logging affect the development, yield and components, chlorophyll content and chlorophyll fluorescence of six bread wheat genotypes (Triticum aestivum L.) // Bulg. J. Agric. Sci. 2014. Vol. 20 (3). Pр. 647-657.
Methods for Monitoring the Effects of Abiotic Stressors in Apple Tree Plantings
E. N. Tkachev, E. M. Tsukanova
I. V. Michurin Federal Scientific Center, ul. Michurina, 30, Michurinsk, Tambovskaya obl., 393764, Russian Federation Abstract. Global climate change observed in recent decades, increasingly complicate the production of agricultural products. The destabiliza-tion of weather conditions in the middle zone of horticulture of the Russian Federation is reflected in the increasing influence of a complex of negative factors on fruit plants. The water-temperature regime should be attributed to the most significant climatic indicators for agricultural plants. Long-term year-round monitoring of changes in physiological, biochemical, histological and cytological indicators of varieties of fruit plants allowed us to systematize the main weather stressors and the possible reaction to them. The purpose of the study was to find ways to diagnose the condition of fruit plants. The investigations were carried out on the territory of the city of Michurinsk, Tambov region in 2012-2017. The main objects of the research were apple trees 'Zhigulevskoe', 'Rozhdestvenskoye' and 'Lobo' on the rootstock 54-118, growing in intensive plantings of I.V. Michurin Federal Scientific Center and industrial apple orchards of FSUE "Michurinskoe". In the course of the research, individual physiological parameters were identified, most informatively reflecting the responses of apple plants to a complex of abiotic stress factors. The impact of stressors of the growing season of 2017 provoked a decrease in leaf photosynthetic activity to 0.44-0.52 rel. units, 3 times the fall (compared with the optimum) of the photosynthesis intensity of leaves (below 4 micromol*m2/s) and a twofold (compared to the optimum) decrease in the stomatal conductance of the leaves. These indicators were proposed to be used for contact and contactless monitoring of the evaluation of apple tree reactions to abiotic stressors of the vegetation period under field conditions. Keywords: apple tree (Malusx domestica Borkh.); diagnostics; photosynthesis; plant resistance.
Author Details: E. N. Tkachev, Cand. Sc. (Agr.), head of laboratory (e-mail: [email protected]); E. M. Tsukanova, D. Sc. (Agr.), leading research fellow.
For citation: Tkachev E. N., Tsukanova E. M. Methods for Monitoring the Effects of Abiotic Stressors in Apple Tree Plantings. Dostizheniya naukii tekhnikiAPK. 2019. Vol. 33. No. 2. Pp. 17-21 (in Russ.). DOI: 10.24411/0235-2451-2019-10205.
