Виноград - Достижения селекции плодовых культур и винограда - Экспресс-методы, диагностики генотипической специфичности виноградных растений

Селекционер, работающий с многолетними гетерозиготными растениями, не располагая данными по генотипической структуре исходных форм, их комбинационной способности, вынужден проводить множество скрещиваний. и работать с большим количеством сеянцев (десятки тысяч) в F1 и F%. Оценка сеянцев по определенным признакам проводится в ряде случаев эмпирически с затратой на эту работу  больших средств и труда.
С целью ускорения селекционного процесса, а также отбора интродуцентов организованы исследования по диагностике генотипической специфичности растений на основе корреляционной зависимости между отдельными признаками растения и сопутствующими им объективными физиолого-биохимическими и биофизическими показателями.
В последние десятилетия накоплен обширный экспериментальный материал, указывающий на неспецифический характер адаптации растений при воздействии на них различными раздражающими факторами внешней среды. Особый интерес представляют работы проф. Г. В. Удовенко и его учеников [25, 26], которые на протяжении многих лет изучали различные сорта и виды сельскохозяйственных культур, неодинаковые по степени устойчивости к морозу, засухе и другим факторам. Исследуя в динамике по единой программе индикаторные сорта под воздействием различных стрессов по многим физиологическим показателям, они установили не специфический, а единый качественный характер их изменений, то есть при любых экстремальных воздействиях разные индикаторные растения изменяют свои физиологические функции качественно аналогично. Количественное же выражение этих изменений у разных по степени устойчивости сортов неодинаково. Полученные данные подтверждают положение о возможности разработки экспресс-методов диагностики генотипической специфичности растений.
Различные сорта в соответствии с генотипом под влиянием одних и тех же условий обеспечивают в конечном итоге формирование своеобразной морфо-физиолого-биохимической специфичности, характеризующейся определенными объективными показателями. Установив соответствующими методами эти объективные морфо-физиолого-биохимические и биофизические показатели, коррелирующие у индикаторных сортов с определенными признаками, а затем, обнаружив аналогичные показатели у сеянцев или интродуцированных сортов, клонов, можно будет по ним (объективные показатели) определять генотипическую специфичность, уровень гомеостаза и физиологическое состояние, присущее данному растению.
Для нашей страны проблема морозоустойчивости растений, как уже отмечалось, является одной из главнейших. В связи с этим на протяжении последних лет основное внимание было сосредоточено на разработке методов диагностики морозоустойчивости.
В качестве объективных показателей, коррелирующих с морозоустойчивостью, были взяты: состояние воды в тканях; импеданс ткани при использовании слабых токов разной частоты (500, 10³, 10⁴, 10⁶ Гц), длительное послесвечение листьев под воздействием различных температурно-временных параметров и др.

Объектом исследования были индикаторные сорта винограда вида V. vinifera L. и других видов с различной степенью устойчивости к низким температурам. С целью выявления общебиологической закономерности наряду с виноградом исследовали растения других видов, в частности рябину, акацию, инжир, лимон и др.
В работах последних лет устойчивость растений к неблагоприятным условиям среды связывается со структурой протоплазмы и с состоянием входящей в ее состав воды, указывается на важную роль структуры воды в биологических системах.
Некоторые авторы отмечают определенную связь между морозоустойчивостью различных видов растений и состоянием воды в их тканях, которое определяют путем применения различных водоотнимающих средств.
Наибольшее распространение получил простой и доступный рефрактометрический метод, основанный на измерениях в тканях количества связанной воды*. Количество связанной воды зависит от соотношения водоотнимающих сил раствора сахарозы и водоудерживающих сил клеточных коллоидов. Абсолютное значение величин, характеризующее содержание в растении свободной (отнятой) и связанной (удержанной) воды, зависит от концентрации исходного раствора сахарозы. Чаще применяют растворы сахарозы от 30 до 60 %.
Исследования по установлению форм воды в ткани выполняли по методике А. Ф. Маринчик. Концентрация гипертонического раствора сахарозы составляла 60%, так как наиболее контрастные данные между сортами по степени устойчивости к морозу в осенне-зимние месяцы получаются именно при высокой концентрации.
Результаты исследований показали, что между степенью морозоустойчивости сорта и соотношением форм воды в тканях существует определенная связь. Так, у индикаторных неморозоустойчивых сортов винограда показатель соотношения форм воды значительно ниже, чем у индикаторных морозоустойчивых и относительно морозоустойчивых сортов винограда.
Исследованиями по диагностике морозоустойчивости сеянцев винограда выявлена зависимость соотношения форм воды и сохранности глазков при перезимовке. Установлено, что чем выше показатель соотношения форм воды, тем выше сохранность глазков. Так, у сорта Хусайне соотношение форм воды составило 3,9, сохранность глазков 4%; У сорта Северный Саперави соответственно 6,6 и 79%, Магарач № 41—51—54 — 8,4 и 100% (табл. 7).

* Под связанной водой условно понимается вода, которая при заданной концентрации гипертонического раствора сахарозы остается в клетке.

7. Состояние воды (в % на сырое вещество) в тканях
однолетних побегов индикаторных сортов н сеянцев винограда (после закалки в осенне-зимний период на Южном берегу Крыма и в Степном опорном пункте)

Сравнивая данные по установленной корреляционной зависимости между морозоустойчивостью сорта и таким объективным показателем, как соотношение форм воды в ткани исследуемого растения, можно сделать вывод о реальной возможности диагностики морозоустойчивости растения с помощью этого метода в определенный период онтогенеза.
Параллельно с диагностикой морозоустойчивости по состоянию форм воды в ткани определяли импеданс ткани сортов с различной степенью морозоустойчивости при использовании слабых токов низкой и высокой частоты. При этом исходили из того, что растительная ткань для электрического тока является сложным комплексным сопротивлением.
В результате изучения импеданса ткани индикаторных сортов и сеянцев винограда, а также других видов растений при использовании слабых токов низкой и высокой частоты получены данные, указывающие на существование определенной корреляционной зависимости между импедансом ткани и морозоустойчивостью. Особенно контрастные данные установлены в отдельные фазы годичного цикла развития растения (табл. 8).

8. Импеданс ткани индикаторных сортов и сеянцев винограда (в кОм) с различной степенью морозоустойчивости
(Степной опорный пункт)

Разница между импедансом ткани морозоустойчивых и неморозоустойчивых сортов как винограда, так и других видов растений существенна. Так, если у неморозоустойчивого сорта Хусайне в январе на Южном берегу Крыма Zi = 34,0, Z2=4,l, Ri — 38,5, R2=8,3, R3=62,25 кОм, то у морозоустойчивого сорта Альфа соответственно 71; 5,9; 73,4; 17,1; 99 кОм.
Аналогичная картина наблюдалась у сеянцев винограда и растений других видов.
В качестве теста для диагностики термоустойчивости растений может быть использовано и длительное послесвечение, поскольку большинство биохимичеекких процессов, происходящих в нормально функционирующих клетках, прямо или косвенно связано с хемо-люминесцентным высвечиванием [24].
Экспериментально доказано, что по изменению интенсивности спонтанного сверхслабого свечения можно определять термоустойчивость этиолированной ткани растений. Термоустойчивость ткани с хлорофиллом определить этим методом не представляется возможным в связи с поглощением спонтанного свечения пигментами.

Для этой цели более подходящим является изучение фото-синтезирующих тканей методом длительного послесвечения, которое по интенсивности на 4—5 порядков превосходит спонтанную хемилюминесценцию.
Занимаясь разработкой экспресс-методов диагностики генотипической специфичности растений, допустили, что интенсивность длительного послесвечения, являясь показателем жизнедеятельности фотосинтезирующих органов, может служить хорошим тентом для контроля физиологического состояния растений, находящихся под воздействием экстремальных факторов.
С этой целью Б. Н. Китлаевым [14] выполнена работа по исследованию длительного послесвечения фотохемилюминесценции листьев сортов винограда и других видов растений, различных по термоустойчивости. Установлено, что при воздействии на листовой аппарат по соответствующей программе изменяющихся температурно-временных параметров в интервале от +20 до —25 °С с. одновременным светоимпульсным его освещением по изменению интенсивности послесвечения можно определить различия между сортами.
Оптимальным режимом скорости понижения температуры в камере оказалось 0,5 град/мин; частота светоимпульсного облучения 6—10² всп/мин с длительностью вспышки 3 -10² с и длительностью темного промежутка 10-¹ с.
Чтобы фоновые особенности длительного послесвечения не затушевывали сортовую специфичность, модельными экспериментами установлено, что лучшие результаты на эталонных сортах можно получить с листьев по истечении 2—2,5 ч с момента их отчленения от растений.
Индикаторными сортами при обработке метода были:
Альфа — морозоустойчивый сорт (межвидовой гибрид);
Рислинг рейнский с повышенной морозоустойчивостью среди сортов V. vinifera L.;
Хусайне и Мускат белый — неморозоустойчивые сорта V. vinifera L.
Параллельно с диагностикой морозоустойчивости растений по листовому аппарату интересно определить жароустойчивость различных сортов винограда. Для этого на той же установке на объект воздействовали высокой температурой при плавном ее повышении в интервале от 20 до 80 °С.
Анализ данных по изменению интенсивности послесвечения в процессе изменения температурно-временных параметров показывает, что с повышением температуры в определенном для каждого сорта интервале интенсивность послесвечения повышается, а в последующем, в момент достижения специфических для сортов критических температур, резко снижается.
Полученные результаты показывают, что по интенсивности длительного послесвечения ткани можно судить о морозо- и жароустойчивости сорта.
Отношение интенсивности послесвечения сорта до термообработки [I=f{ti)]к интенсивности его послесвечения после термообработки [I"—f(t2)]отражает сортовую специфичность термоустойчивости растения (табл. 9). При этом чем выше значение коэффициента К, тем выше морозоустойчивость, жароустойчивость сорта.

9. Сортовая термоустойчивость растений

Согласно полученным данным, сорт Альфа наиболее морозоустойчив, а сорта Мускат белый и Хусайне — менее морозоустойчивы, что соответствует показателям их морозоустойчивости в естественных условиях и при промораживании побегов в морозильной камере.
Количественное выражение повреждающего фактора — экспозиция воздействия на исследуемый объект — изменяется в зависимости от фазы развития в момент выполнения исследований.
Анализируя полученные данные как по соотношению форм воды, так и по импедансу ткани слабым током высокой частоты, длительному послесвечению, можно сделать вывод, что устойчивость к морозу изменяется по годам в зависимости от условий вегетации того или другого растения.
В результате выполнения серии исследований методического характера установлено, что показатель соотношения форм воды в ткани и ее импеданс токам низкой и высокой частоты в процессе вегетации изменяются сопряженно.
Наиболее контрастные данные получаются в осенне-зимний период. По годам в зависимости от сложившихся условий эти показатели не остаются на одинаковом уровне. В случае замораживания побегов винограда зимой в холодильной камере при температуре —23 °С и экспозиции 6 ч импеданс ткани после оттаивания черенков значительно снижается, но у разных сортов в различных пределах. Импеданс ткани зеленых побегов сортов с повышенной морозоустойчивостью (Таежный изумруд и Альфа) выше, чем у неморозоустойчивых сортов (Тайфи розовый и Мускат белый) (табл. 10).

10. Импеданс ткани верхушек зеленых побегов индикаторных сортов винограда токам высокой и низкой частоты  (ВНИИВиВ «Магарач», Ялта)

Примечание. Для исследования использовали верхушки побегов, 5—6-е междоузлие (сверху).

Итак, по объективным тестам можно диагностировать отдельные признаки, присущие тому или другому генотипу.