Морозоустойчивость виноградной лозы с точки зрения участия в этом процессе ферментативного аппарата остается в целом мало исследованной. В данном разделе обобщены результаты одновременного и комплексного изучения активности некоторых ферментов в побегах в природных условиях зимовки растений и в опытах лабораторного закаливания и промораживания черенков винограда.
В побегах минимальная активность амилаз приурочена к осеннему максимуму накопления крахмала. У морозоустойчивых сортов осенью наблюдается ранняя активация амилаз, что и вызывает более ранний осенний распад крахмала по сравнению с неморозоустойчивыми сортами. По мере умеренного похолодания активность амилаз повышается, однако под действием сильных морозов активность снижается. Морозоустойчивые сорта проявляют более широкий температурный диапазон действия амилаз.
Методом диск-электрофореза в побегах винограда обнаружен большой набор форм амилаз (Марутян, 1974; Абаджян, 1975). Постоянным компонентом за весь осенне-зимний период является энзим с электрофоретической подвижностью 0,06. Самая подвижная форма (ОЭП=0,83) обнаруживается только в декабре. В конце января (в срок приобретения максимальной морозоустойчивости растений в условиях континентального климата юга) у морозоустойчивых сортов исчезают две и появляются три новые формы с подвижностью 0,20, 0,60, 0,66. У неморозоустойчивых же сортов, наоборот, в это же время исчезают три и появляются две формы с совершенно другой подвижностью — 0,45, 0,71. К весне в составе амилаз происходят новые перестройки — зоны 0,09 и 0,35 появляются впервые. Какой-либо корреляции между действием инвертазы и содержанием сахарозы не проявляется, так как в осенне-зимний период распад крахмала сопряжен с усилением биосинтеза сахарозы в побегах.
Изучение группы протеаз показывает, что без добавки цистеина активность этих ферментов в гомогенатах побегов не проявляется. Протеазный комплекс (субстрат альбумин) в побегах активируется по мере похолодания. Однако максимум их активности наступает разновременно в зависимости от природы сорта: у неустойчивых сортов — в наиболее холодное время года, а у морозоустойчивых — весной.
Таблица 1
Активность каталазы в побегах винограда (сm 0,1 п Н2O2 за 5 тin на 1 g сухого материала, М±m) 1970—1971 гг.
| Сорта и гибриды | Конец вегетации | В самое холодное время зимы | Перед новой вегетацией |
Морозоустойчивые | |||
Русский Конкорд | 19,4±1,2 | 28,8±1,7 | 22,3 ±0,9 |
Бурмунк (С-1224) | 16,0 ±1,0 | 27,4 ±1,5 | 23,3 ±1,0 |
Гибрид (1507/15) | 18,4±1,6 | 29,1 ±1,8 | 20,2 ±1,0 |
Гибрид 842/9 | 16,5±1,0 | 30,0 ±2,1 | 24,7 ±1,1 |
Лернату | 15,1 ±0,9 | 27,3 ±1,9 | 13,8±0,9 |
Неморозоустойчивые | |||
Воскеат | 24,4±1,4 | 16,9 ±1,0 | 10,7±0,7 |
Спитак Араксени | 26,5 ±1,6 | 17,8 ±0,9 | 11,2±0,6 |
Совпадение максимума активности этих ферментов с повышением количества белкового азота у морозоустойчивых сортов указывает на предвегетационный весенний синтез белков. При лабораторном промораживании черенков наблюдается аналогичная картина. Сравнительно низкую активность протеазного комплекса зимой у морозоустойчивых сортов винограда следует рассматривать как положительный фактор, ослабляющий распад белков от действия морозов. По активности пептидаз (субстрат пептон) сорта с разной морозоустойчивостью также сильно различаются.
Основные сведения о каталазе в побегах винограда относятся к периоду вегетации и проведены в связи с изучением вопросов роста и развития (Дрбоглав, 1960). Долгие годы каталаза изучалась Макаревской (1966) в период хранения черенков винограда. Единичные исследования каталазы проведены в связи с морозоустойчивостью побегов винограда (Молчанов а, 1966; Черноморец, 1972).
По нашим исследованиям (табл. 1) в конце вегетации виноградного растения каталаза проявляет низкую, а зимой, наоборот, повышенную активность в побегах наиболее морозоустойчивых форм винограда.
Большие различия между сортами по активности каталазы наблюдаются в тканях луба (Марутян, Манташян, 1961). Каталаза достаточно четко характеризует признак морозоустойчивости винограда в естественных, условиях холодных зим и в опытах по лабораторному промораживанию черенков.
Электрофоретический анализ изоэнзимов каталазы в побегах винограда проводился в разные сроки осенне-зимнего периода (Марутян, 1974, 1976; Абаджян, 1971, 1975). Замечено изменение в числе и подвижности ее форм при электрофорезе. Обнаружены различия между сортами. В наиболее холодное время года в наборе форм каталазы у морозоустойчивых сортов обнаружены восемь компонентов, а у неустойчивых сортов — только три- четыре. Полученные результаты позволяют различную холодостойкость, винограда связать с различиями в составе форм каталазы.
Физиологическая роль каталазы в растениях, хотя и трактуется по-разному, но причастность ее к синтетическим и энергетическим процессам очевидна.
Таблица 2
Активность некоторых оксидоредуктаз в лубе побегов винограда (4—7-й ярусы снизу)
12—I6IX 1964 г., М±m
(сm пурпурогаллина на 1 g ацетонового препарата за 10 min)
В свете этих представлений результаты одновременного изучения динамики АТФ, белков и каталазы на одном и том же материале позволяют
говорить о высоком уровне действия каталазы и синхронности такового с явлениями биосинтеза в побегах морозоустойчивых сортов в условиях низких температур.
Пероксидазу можно причислить к числу широко изученных среди оксидоредукта ферментов виноградной лозы, однако сведения относительно ее связи с морозоустойчивостью растений разноречивы (Саакян, 1963; Черноморец, 1972; Левит, 1971; Погосян, 1975).
Исследования показали, что зимой активность пероксидазы в лубе высокая и в 5—6 раз превосходит активность полифенолоксидазы, а в ксилеме их активность примерно одинаковая (Марутян, Манташян). Исследования на других сортах и гибридах подтвердили эту закономерность. Оказалось, что осенью уровень активности пероксидазы и ее отношение к активности полифенолоксидазы (табл. 2) в лубе морозоустойчивых сортов и гибридов винограда, как правило, выше, чем у слабоустойчивых (более чем в два раза). Превосходство в активности пероксидазы в сортовом разрезе сохраняется в условиях умеренно-холодных и суровых зим. Однако максимум активности пероксидазы не всегда совпадает с годовой минимальной температурой. Такое несовпадение констатируется и в исследованиях Макаревской (1966), Мининберг (1968), Черноморец (1972), Левит (1971), Сабаева (1972).
При лабораторном промораживании побегов степень активации пероксидазы зависит от силы и продолжительности воздействия минусовой температуры, от степени закаливания, и, самое главное, от генотипа растений. Так, например, у неморозоустойчивого сорта Воскеат воздействие температуры —20° активирует фермент, —30° подавляет активность, а —40° приводит к резкому скачку, но уже патологического характера, так как почка и ткани при этом сильно повреждаются. В этой же серии опытов у морозоустойчивого сорта Амурский температура —20° не вызывает изменения пероксидазы, —30° активирует ее и далее сохраняет на данном уровне при двухчасовом воздействии температуры —40°. Сорт Бурмунк (гибрид С-1224) занимает промежуточное положение между крайними сортами. Различная реакция указанных трех сортов, безусловно, связана с их филогенезом, прошедшим в различных климатических зонах (Армения, Дальний Восток, Москва.) В другой серии опытов при сопоставлении кривых активности пероксидазы и содержания свободных аминокислот замечено, что при воздействии мороза, превышающего предел выносливости данного сорта, происходит патологический подъем активности пероксидазы. В опытах, приведших к полной гибели клеток винограда, наблюдался резкий скачок в активности пероксидазы, что, однако, уже не диктуется защитноприспособительной реакцией организма (Жолкевич с сотр., 1962), так как реакции окисления выходят из-под контроля.
Поскольку пероксидаза и каталаза по химической природе относятся к гемопротеидам, возможно допустить, что повышенное и более подвижное состояние железа у морозоустойчивых сортов связано с высоким уровнем и пластичностью именно этих оксидоредуктаз.
Можно допустить, что в явлении сравнительно легкой уязвимости клеток ют морозов важную роль играют как общее снижение уровня обменных и энергетических процессов, так и нарушение адаптивных механизмов и пропорциональности в содержании ферментов и метаболитов.
Ритмы каталитической активности ферментов, несомненно, связаны с интенсивными межфракционными изменениями растворимых и структурных белков, обнаруживаемых в побегах винограда. По примеру изменчивости электрофоретической подвижности изоэнзимов амилазы и каталазы в побегах зимой можно предполагать, что различная холодочувствительность ферментов виноградной лозы связана с различиями в их наборе.
