44УДК 631.45:631.81 https://www.doi.org/10.24411/2500-0454-2020-11233
СОДЕРЖАНИЕ ПЛАСТИДНЫХ ПИГМЕНТОВ В ЛИСТЬЯХ ВИШНИ ПРИ ВНЕСЕНИИ АЗОТНЫХ И КАЛИЙНЫХ УДОБРЕНИЙ
Роева Т.А., к.с.-х.н. Леонтьева Л.И., к.с.-х.н. Леоничева Е.В., к.б.н. Столяров М.Е., н.с.
ФГБНУ ВНИИ селекции плодовых культур, 302530, Россия, Орловская область, Орловский район, д. Жилина, ВНИИСПК, [email protected]
Аннотация
Цель исследований - изучение влияния удобрения мочевиной и сульфатом калия на показатели фотосинтеза 4-летних деревьев вишни. Эксперимент был проведен с сортами Тургеневка и Подарок учителям в период вегетации 2019 г. Схема опыта: 1. Контроль (без удобрений); 2. N30K40; 3. N60K80; 4. N90K120; 5. N120K160. Отмечено достоверное увеличение площади листьев сорта Тургеневка при внесении N120K160 (на 7 % выше контроля) и концентрации каротиноидов при внесении N90K120 и N120K160 (на 14...16 % выше контроля). При внесении N30K40 и N90K120 в листьях сорта Подарок учителям установлено значимое увеличение концентрации хлорофилла а, суммарного содержания хлорофиллов (a+b) и каротиноидов (на 10.12 % выше контроля), а доза N60K80 оказала противоположный эффект. Соотношения пигментов и содержание хлорофиллов в светособирающем комплексе не зависели от удобрений.
Ключевые слова: вишня, азотные и калийные удобрения, фотосинтетические пигменты
THE CONTENT OF PLASTID PIGMENTS IN CHERRY LEAVES OF CHERRY WHEN APPLYING OF NITROGEN AND POTASH FERTILIZERS
Roeva T.A., candidate of agricultural sciences Leonicheva E.V., сandidate of biological sciences Leontieva L.I., candidate of agricultural sciences Stolyarov M.E., researcher
Russian Research Institute of Fruit Crop Breeding, 302530, Russia, Orel region, Orel district, Zhilina, VNIISPK, [email protected]
Abstract
The aim of the research was to study the effect of urea and potassium sulfate fertilization on the photosynthesis of 4-year-old cherry trees. The experiment was conducted with Turgenevka and Podarok Uchitelyam cultivars during the growing season of 2019. The experiment scheme: 1. Control (without fertilizers); 2. N30K40; 3. N60K80; 4. N90K120; 5. N120K160. There was a significant increase in the leaf area of the Turgenevka cultivar when applying N120K160 (7 % higher than in the control) and in the concentration of carotenoids when applying N90K120 and N120K160 (14...16 % higher than in the control). When applying N30K40 and N90K120, there was a significant increase in the concentration of chlorophyll a, total content of chlorophylls (a+b) and carotenoids in the leaves of Podarok Uchitelyam (10...12 % higher than in the control), and the dose of N60K80 had the opposite effect. The ratio of pigments and the content of chlorophylls in the light-absorbing complex did not depend on fertilizers.
Key words: sour cherry, nitrogen and potassium fertilizers, photosynthetic pigments
Введение
Фотосинтез является важнейшим процессом, обеспечивающим продуктивность растений. Протекание процесса фотосинтеза обусловлено рядом факторов, как внутренних (эффективность ассимиляционного аппарата листьев, содержание фотосинтетических пигментов, ферментов, коэнзимов, катализирующих отдельные звенья световых и темновых реакций этого процесса), так и внешних (свет, температура, концентрация CO2 в окружающей среде, влажность почвы и воздуха, стресс-факторы). Одним из значимых факторов, влияющих на процесс фотосинтеза, является минеральное питание, в особенности азотное и калийное. Азот необходим для формирования азотистых оснований пиридиновых колец порфирина хлорофилла, ионы калия играют важную роль в движении устьиц,
поддерживают структуру гран хлоропластов, что указывает на тесную связь функций калия с процессом фотосинтеза (Смашевский, 2014). Улучшение снабжения растений азотом и калием активизирует процессы роста, что приводит к увеличению площади листьев и фотосинтетической активности, накоплению ассимилятов, и в результате - к повышению продуктивности фотосинтеза и урожайности (Jaroszewska et all., 2009; Jaroszewska, 2015; Podsiadto et all, 2013; Yaseen et all., 2019). Кроме того, оптимальное азотное питание повышает содержание хлорофилла в листьях, тем самым увеличивая поглощение света (Prsa et all, 2007; Tranaviciene et all, 2007; Hokmalipour et all, 2011).
Пигментная система является одним из основных факторов, определяющих фотосинтетическую способность растений. Пигменты (хлорофиллы и каротиноиды) участвуют в важнейших стадиях фотосинтеза - поглощения световой энергии и преобразования ее в фотохимических реакциях, а также являются компонентами электротранспортной цепи. Поэтому исследования, направленные на изучение состояния пигментного аппарата растений и факторов, на него влияющих, приобретают большую актуальность.
Цель исследований - изучить влияние азотных и калийных удобрений на показатели фотосинтеза деревьев вишни (площадь листьев, количественный и качественный состав фотосинтетических пигментов).
Материалы и методика
Исследования проводились в 2019 году в полевом опыте с 4-летними деревьями вишни сортов Тургеневка и Подарок учителям. Опыт заложен в садовом массиве ФГБНУ ВНИИСПК (Орловская область) в 2017 году Агрохимические показатели почвы перед закладкой опыта в слое 0-20 см: рНш - 5,4, Нобщ. - 3,4 мг-экв/100 г, гумус -3,7 %, подвижный Р2О5 - 383 мг/кг, обменный К2О - 120 мг/кг. Схема опыта: 1. Контроль (без удобрений); 2. N30K40; 3. N60K80; 4. N90K120; 5. N120K160. Повторность опыта 3-кратная, в варианте 12 учетных деревьев. Расположение делянок рендомизированное. Площадь делянки 36 м2. Удобрения вносили однократно весной (в апреле) в виде Nni и Kg на глубину 10-12 см. Фотосинтетическую деятельность оценивали по площади листьев и содержанию хлорофиллов а и b (Chl a, Chl b) и каротиноидов (Car). Листовые пластинки вишни собирали в начале августа, из средней части однолетних приростов учетных деревьев, с каждой делянки в количестве 30 шт. - для определения площади листьев и в количестве 15 шт. - для определения содержания хлорофиллов и каротиноидов. Площадь листьев определяли методом высечек (Воробьев и др., 2013), содержание фотосинтетических пигментов - методом спектрометрии (Гавриленко и др., 2003). Для экстракции пигментов использовали 100 % ацетон. Определение оптической плотности растворов проводили на спектрофотометре SmartSpec Plus (BIO-RAD, США) при длинах волн, соответствующих максимумам поглощения пигментов в данном растворе: К = 662, 644 и 440 нм. Концентрацию пигментов рассчитывали по уравнениям Хольма - Веттштейна:
С Chl a = 9,784 х Е 662 - 0,990 х Е 644, С Chl.b = 21,426 х Е 644 - 4,650 х Е 662, С Ш.а + Chl.b = 5,134 х Е 662 + 20,436 х Е 644, С Car = 4,695 х Е 440 - 0,268 (С Ш.а + Chl.b).
Установив концентрацию пигмента в вытяжке, определяли его содержание в исследуемом материале с учетом объема вытяжки и веса пробы в мг на единицу сухого веса: А = С х V / Р х 1000, где С - концентрация пигментов, мг/л; V - объем вытяжки пигментов, мл; Р - масса сухой навески, г.
Для расчета доли хлорофиллов в светособирающем комплексе (ССК) использовали формулу:
(1,2 Chl.b + Chl.b) / I (Chl.a + Chl.b) (Lichtenthaler, 1987).
Площадь листьев определяли по формуле:
S = aхc /b,
где: а - общая масса сырых листьев, с - общая площадь высечек, см2,
b - общая масса сырых высечек, г.
Полученные данные обработаны методом однофакторного дисперсионного анализа.
Результаты и их обсуждение
Одним из основных показателей фотосинтетической деятельности является площадь листовой пластины, от которой зависит производимость количества ассимилятов, необходимых для жизнедеятельности растений и развития плодов. Величина площади листьев сорта Тургеневка, в зависимости от вариантов опыта, варьировала от 41,31 до 44,08, сорта Подарок учителям - от 32,09 до 36,79 см2 (таблица 1). Минеральные удобрения оказали статистически значимое положительное влияние на этот показатель (на 7 % выше контроля) только в дозах N120K160 и только при внесении под вишню сорта Тургеневка. У этого сорта отмечена достоверная корреляция (r = 0,6 при р = 0,95) между площадью листьев и вносимыми дозами удобрений (рисунок 1).
Рисунок 1 - Зависимость величины площади листьев сорта Тургеневка от дозы удобрений
Содержание пигментов и их соотношение является важным показателем сформированности фотосинтетического аппарата растений. По данным Pilarski et all. (2007) и Jaroszewska (2011), концентрация суммы хлорофиллов а и b в листьях вишни в 1,3-1,6 раза больше, чем в листьях других косточковых культур (персика, сливы и черешни). По нашим данным, суммарное содержание хлорофиллов в листьях вишни, в зависимости от варианта опыта, составило 7,50.8,69 мг/г у сорта Тургеневка и 5,97.7,75 мг/г сухой массы у сорта Подарок учителям (таблица 1). Более высокая концентрация хлорофиллов в листьях сорта Тургеневка может быть связана с более поздним сроком созревания плодов и более продолжительным периодом функционирования листового аппарата.
У вишни сорта Тургеневка, в зависимости от вариантов опыта, содержание хлорофилла а варьировало в пределах 5,47.6,34, хлорофилла b - в пределах 2,02.2,35, каротиноидов - в пределах 2,13.2,48 мг/г сухой массы. Для сорта Подарок учителям значения показателей составили соответственно 4,40.5,72; 1,57.2,04; 1,73.2,18 (таблицы 1, 2).
Таблица 1 - Площадь и пигментный состав листьев вишни сорта Тургеневка, мг/г сух. массы
Вариант S листа, см2 хлорофилл Каротиноиды а/b (а+b)/ каротиноиды Содержание хлорофиллов в ССК, %
Chl а Chl b а+b
Контроль 41,31±1,93 5,47±0,44 2,02±0,18 7,50±0,61 2,14 ±0,12 2,70±0,09 3,50±0,23 59,4±1,45
N30K40 42,21±1,88 5,54±0,28 2,02±0,09 7,56±0,37 2,13 ±0,07 2,74±0,03 3,55±0,12 58,8±0,52
N60K80 42,05±1,81 5,90±0,30 2,14±0,13 8,05±0,42 2,33 ±0,13 2,76±0,06 3,46±0,16 58,5±0,88
N90K120 42,66±0,53 6,34±1,12 2,35±0,41 8,69±1,53 2,48±0,41* 2,70±0,03 3,49±0,09 59,6±0,43
N120K160 44,08±0,83 6,21 ±0,27 2,27±0,13 8,48±0,40 2,44 ±0,13* 2,74±0,05 3,47±0,14 58,8±0,86
НСР 05 2,41 Fi|> ^т 0,29 F! ^т
Таблица 2 - Площадь и пигментный состав листьев вишни сорта Подарок учителям, мг/г сух. массы
Вариант S листа, см2 хлорофилл Каротиноиды а/b (а+b)/ каротиноиды Содержание хлорофиллов в ССК, %
Chl а Chl b а+b
Контроль 33,11±3,24 5,14±0,46 1,86±0,17 7,00±0,62 1,95±0,13 2,77±0,12 3,59±0,18 58,3±1,83
N30K40 33,55±1,29 5,75±0,39* 1,99±0,16 7,74±0,52* 2,18±0,12* 2,90±0,14 3,55±0,12 56,5±1,97
N60K80 32,09±1,72 4,40±0,44* 1,57±0,19* 5,97±0,63* 1,73±0,13* 2,82±0,10 3,44±0,10 57,7±1,42
N90K120 36,79±4,62 5,72±0,63* 2,04±0,16 7,75±0,78* 2,13±0,25 2,80±0,12 3,64±0,09 57,9±1,77
N120K160 34,59±3,89 5,49±0,48 1,96±0,23 7,44±0,71 2,12±0,35 2,81 ±0,10 3,54±0,25 57,8±1,45
НСР 05 Fф <Fт 0,54 0,20 0,73 0,22 Fф <Fт
* - достоверные различия при 05% уровне значимости
Применение минеральных удобрений оказало влияние на содержание пластидных пигментов в листьях вишни, которое зависело от сорта и доз удобрений. При внесении азотных и калийных удобрений в листьях двух сортов вишни практически на всех вариантах опыта наблюдалось увеличение концентрации хлорофиллов а и b (на 6-16 % выше контроля) и каротиноидов (на 9-20 % выше контроля), что согласуется с данными других исследователей (Jaroszewska, 2011). Исключение составил вариант с внесением N60K80 под вишню сорта Подарок учителям, где отмечено значительное снижение, по сравнению с контролем, концентрации хлорофиллов а и b (на 15 %) и каротиноидов (на 11 %).
У сорта Тургеневка выявлена достоверная корреляция (r=0,52 при р=0,95) между содержанием в листьях
каротиноидов и дозами удобрений (рисунок 2).
Рисунок 2 - Зависимость концентрации каротиноидов в листьях сорта Тургеневка от дозы удобрений
Для нормальной работы фотосинтетического аппарата важны не только абсолютные значения содержания пигментов, но и их соотношения, которые указывают на взаимодействие реакционных центров фотосистем (Тужилкина, 2009). Значения этих соотношений зависят от выращиваемой культуры и световых условий произрастания.
Одним из информативных показателей, характеризующий работу фотосинтетического аппарата является отношение хлорофилла а к хлорофиллу b (а /b). Как известно, хлорофилл а входит в состав реакционных центров фотосистем и светособирающих комплексов (ССК), а хлорофилл b содержится исключительно в ССК (Lichtenthaler, 1987). Уменьшение этого показателя указывает на рост содержания хлорофиллов в ССК и, соответственно, увеличение размеров ССК, что способствует более эффективному использованию световой энергии в фотохимических реакциях.
По данным польских и хорватских исследователей, соотношение хлорофиллов а/b для вишни составляет 3,1...3,8 (Pilarski et all., 2007; Viljevac et all., 2013). По результатам нашего эксперимента, для вишни, произрастающей в условиях Среднерусской возвышенности, значения этого показателя составили 2,7.2,9 и не различались по вариантам опыта, что свидетельствует о стабильности работы фотосинтетического аппарата.
О перестройке ССК фотосистем и возрастании роли каротиноидов как дополнительных светосборщиков в области сине-фиолетового солнечного спектра свидетельствует изменение соотношений хлорофиллы/каротиноиды. Каротиноиды передают дополнительную энергию на молекулы хлорофиллов, выполняя светособирающую функцию, и предохраняют распад хлорофилла на свету в процессе фотоокисления, выполняя защитную функцию (Ладыгин и др., 2006). Уменьшение соотношения хлорофиллы/каротиноиды свидетельствует о снижении светособирающей функции растений и увеличении защитной функции. По данным Pilarski et all. (2007) соотношение хлорофиллы/каротиноиды в листьях вишни составляет 3,5. В условиях Юга России значения этого показателя у вишни различались в зависимости от вертикальной зональности и составили 3,6.4,3 (Пиняскина и др., 2016). По нашим данным, значения соотношения хлорофиллы/каротиноиды находились в пределах 3,4.3,6. Внесение минеральных удобрений не оказало значимого влияния на этот показатель.
Доля хлорофиллов в ССК составила 56,5. 59,6 % фонда зеленых пигментов. Высокая величина ССК, по-видимому, обеспечивает стабильность работы фотосинтетического аппарата, как при низкой, так и высокой интенсивности света. При внесении удобрений наблюдалась тенденция к снижению содержания хлорофиллов в ССК у обоих сортов.
Выводы
1. В варианте без внесения удобрений содержание хлорофиллов а и Ь в листьях двух сортов вишни составило 5,14.5,47 и 1,86.2,02 мг/г сухой массы соответственно, каротиноидов - 1,95.2,14, соотношения хлорофиллов а/Ь - 2,70.2,77, хлорофиллы / каротиноиды - 3,50.3,59, доля хлорофиллов в светособирающем комплексе - 58,3.59,4 %.
2. Внесение удобрений оказало влияние на показатели фотосинтеза, которое зависело от сорта и дозы удобрений. У сорта Тургеневка отмечено достоверное увеличение площади листьев при внесении N120^60 (на 7 % выше контроля) и концентрации каротиноидов при внесении N90^20 и N120^60 (на 14.16 % выше контроля). У сорта Подарок учителям значимое увеличение концентрации хлорофилла а, суммарного содержания хлорофиллов (а+Ь) и каротиноидов было при внесении N30^0 и N90^20 (на 10.12 % выше контроля), а при внесении N60^0 эффект был противоположный. Соотношения пигментов и содержание хлорофиллов в светособирающем комплексе не зависели от удобрений.
3. У сорта Тургеневка отмечена положительная корреляция между дозами удобрений и площадью листьев, и дозами удобрений и концентрацией каротиноидов (г = 0,6 и г = 0,5 соответственно, при Р = 0,95).
Литература
1. Воробьев В.Н., Невмержицкая Ю.Ю., Хуснетдинова Л.З., Якушенкова Т.П. Практикум по физиологии растений. Казань, Казанский университет, 2013. 80 с.
2. Гавриленко В.Ф., Жигалова Т.В. Большой практикум по фотосинтезу. М.: «Академия», 2003. 256 с.
3. Ладыгин В.Г., Ширшикова Г.Н. Современные представления о функциональной роли каротиноидов в хлоропластах эукариот // Журнал общей биологии. 2006. Т. 67. № 3. С. 163-189.
4. Пиняскина Е.В., Пиняскина А.В., Маммаев А.Т., Магомедова М.М., Алиева М.Ю. Изучение флуоресцентных показателей фотосинтетической активности вишен разных сортов в зависимости от вертикальной зональности // Современные проблемы науки и образования. 2016. № 6. URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=26006 (дата обращения: 07.02.2020).
5. Смашевский Н.Д. Экология фотосинтеза // Астраханский вестник экологического образования. 2014. № 2(28). С. 165-180.
6. Тужилкина В.В. Реакция пигментной системы хвойных на длительное аэротехногенное загрязнение // Экология. 2009. № 4. С. 243-248.
7. Hokmalipour S., Darbandi M.H. Effects of nitrogen fertilizer on chlorophyll content and other leaf indicate in three cultivars of maize (Zea mays L.) // World Applied Sciences Journal. 2011. Vol. 15, № 12. P. 1780-1785.
8. Jaroszewska A. Assimilatory pigment content of stone fruit trees leaves in relation to irrigation and fertilization / Infrastructure and ecology of rural areas. 2011. № 6. Р. 155-164.
9. Jaroszewska A. The effect of irrigation and mineral fertilization on the photosynthetic activity and water use in respect of cherry cv. 'Kelleris 16' yielding // Acta Sci. Pol. Hortorum Cultus. 2015. Vol. 14, № 5. Р. 109-120.
10. Jaroszewska A., Podsiadlo C., Rumasz-Rudnicka E. Influence of under-crown irrigation and mineral fertilization on the photosyntetic activity and yielding of some species of stone fruits trees // Infrastructure and ecology of rural areas. 2009. № 3. Р. 201-212.
11. Lichtenthaler H.K. Chlorophylls and carotenoids: pigments of photosynthetic biomembranes // Methods in Enzymology. 1987. V. 148. P. 350-382.
12. Pilarski J., Tokarz K., Kocurek M. Comparison of photosynthetic pigment contents in stems and leaves of fruit trees: cherry, sweet cherry, common plum, and walnut tree // Folia Horticulturae. 2007. Vol. 19, № 1. Р. 53-65.
13. Podsiadto C., Jaroszewska A. Effect of irrigation and fertilization of nitrogen and potassium on photosynthetic activity of cherry // Infrastructure and ecology of rural areas. 2013. № 2/I. Р. 93-101.
14. Prsa I., Stampar F., Vodnic D., Veberic R. Influence of nitrogen on leaf chlorophyll content and photosynthesis of 'Golden Delicious' apple // Acta Agriculturae Scandinavica, Section B - Soil & Plant Science. 2007. Vol. 57, № 3. Р. 283-289. DOI: 10.1080/09064710600982878
15. Tranaviciene T., Siksnianiene J.B., Urbonaviciute A., Vaguseviciene I., Samuoliene G., Duchovskis P., Sliesaravicius A. Effects of nitrogen fertilizers on wheat photosynthetic pigment and carbohydrate contents // Biologija. 2007. Vol. 53, № 4. P. 80-84.
16. Viljevac M., Dugalic K., Mihaljevic I., Simic D., Sudar R., Jurkovic Z., & Lepedus, H. (2013). Chlorophyll content, photosynthetic efficiency and genetic markers in two sour cherry (Prunus cerasus L.) genotypes under drought stress // Acta Botanica Croatica. 2013. Vol. 72, № 2. Р. 221-235.
17. Yaseen S.A., AL-Zubaydi S.R. Effects of foliar application of (NH4)2SO4 and Alga21st on vegetative growth and chlorophyll content of two cultivars sweet cherry (Prunus aviumL.)
18. Transplants // Journal of Duhok University. 2019. Vol. 22, № 1. Р. 78-88. https://doi.org/10.26682/avuod.2019.22.1.8
УДК 634.1:632.3 https://www.doi.org/10.24411/2500-0454-2020-11234
ДИАГНОСТИКА ВИРУСОВ ПЛОДОВО-ЯГОДНЫХ КУЛЬТУР И СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ИХ ОЗДОРОВЛЕНИЯ
Рягузова Т.В., м.н.с.
ФГБНУ ВНИИ селекции плодовых культур, 302530, Россия, Орловская область, Орловский район, д. Жилина, ВНИИСПК, [email protected]
Аннотация
Вирусные болезни в средней полосе России в силу хронического характера и высокой вредоносности становятся постоянным фактором, сдерживающим повышение урожайности плодово-ягодных культур. Продуктивность семечковых культур снижается на 21-48 % под действием таких патогенов, как хлоротическая пятнистость листьев яблони (Apple chlorotic leaf spot trichovirus, ACLSV), бороздчатость древесины (Apple stem-grooving virus, ASGV), ямчатость древесины (Apple stem pitting virus, ASPV), мозаика яблони (Apple mosaic ilarvirus, AMV). На
