Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Биохимические аспекты созревания и опадения плодов черной смородины (Ribes nigrum L.)

ВАК РФ 03.00.12, Физиология и биохимия растений

Автореферат диссертации по теме "Биохимические аспекты созревания и опадения плодов черной смородины (Ribes nigrum L.)"

од

На правах рукописи

БОРОВКОВ ВАДИМ ВАЛЕНТИНОВИЧ

БИОХИМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ СОЗРЕВАНИЯ И ОПАДЕНИЯ ПЛОДОВ ЧЕРНОЙ СМОРОДИНЫ

(ШЬез ш^гит Ь.)

специальность 03.00.12 - физиология растений

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва - 1997

Работа выполнена в лаборатории физиологии и биохимии растений Всероссийского селекционно-технологического института садоводства и питомниководства, г. Москва.

Научный руководитель - доктор сельскохозяйственных наук Деменко В.И.

Официальные оппоненты: доктор биологических наук Шаин С.С. кандидат биологических наук Рункова Л.В.

Ведущее предприятие: Всероссийский научно-исследовательский институт селекции плодовых культур, г. Орел.

Защита диссертации состоится ....................1997 г.

в час. на заседании диссертационного совета Д. 120.35.07 в

Московской сельскохозяйственной академии имени К.А. Тимирязева.

Адрес: 127550, г. Москва И-550, ул. Тимирязевская, 49, сектор защиты диссертаций.

С диссертацией можно ознакомиться в Центральной научной библиотеке МСХА. ,

Автореферат разослан...........................................................1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета -

кандидат биологических наук Д /» п А.С. Лосева

Актуальность проблемы. У многих видов растений в процессе роста и развития ярко выражено опадение органов и тканей, что представляет собой интегральное выражение старения и своеобразную форму адаптации растений к неблагоприятным условиям. При нормальных условиях опадение приурочено к определенному периоду роста и происходит всегда в строго локализованном месте. Такое периодическое отделение органов представляет сложный процесс, в результате которого происходит опадение органа без повреждения живых тканей материнского растения и защита обнажающейся поверхности от иссушения и микроорганизмов (Lee, 1911; Esau, 1965; Hejnowics, 1980).

"Раннее осыпание" завязей у яблони, сливы, вишни, винограда, опадение созревших плодов смородины, яблони, других плодовых растений часто приводит к значительным потерям урожая. В то же время большие средства затрачиваются на уборку неотделяющихся плодов, таких как маслины, облепиха, перец и другие. Пока указанные проблемы не удается решить с помощью селекционных методов.

В настоящее время широко исследуются возможности использования в регулировании опадения физиологически активных веществ, действие которых значительно варьирует в зависимости от периода развития растения. Однако экзогенные регуляторы роста, действуя системно, вызывают нежелательные побочные явления у многолетних растениях. Сегодня перспективные работы связаны с использованием веществ, регулирующих синтез эндогенных гормонов, действие которых направленно и локально. Одним из главных условий успеха в этом случае является знание физиологического процесса, на который необходимо воздействовать.

Черная смородина (Ribes nigrum L.) принадлежит к группе растений, имеющих два пика опадения генеративных органов - раннее осыпание завязей после цветения и предуборочное опадение созревших плодов. Максимум "раннего осыпания" наблюдается через 10-15 дней после цветения и происходит в месте прикрепления плод-плодоножка в результате

формирования отделительного слоя. Однако существует ряд сортов черной смородины, у которых при созревании у большей части плодов отделительный слой не формируется, и ягоды не опадают.

Таким образом, высокая степень осыпания завязей и созревших плодов у одних сортов черной смородины и отсутствие формирования отделительного слоя у спелых ягод других сортов приводят к потерям части урожая и трудностям при машинной уборке. Для управления указанными процессами необходимо изучение физиологического механизма опадения завязей и плодов у черной смородины.

Цель и задачи исследования. Целью работы являлось изучение механизма опадения плодов черной смородины.

Поставленная цель достигалась решением следующих задач:

— изучение динамики интенсивности выделения этилена, содержания аскорбиновой кислоты (АК), 1-аминоциклопропан-1-какрбоновой кислоты (АЦК), активности этиленобразующей системы (ЭОС) в процессе завязывания, роста и созревания плодов;

— исследование динамики активности и секреции целлюлазы и полигалактуроназы в тканях плодов и отделительного слоя;

— установление реакции опадения плодов на действие этиленпродуцентов в течение всего периода развития плода;

— исследование влияния ингибиторов синтеза и действия этилена на естественное и инициированное опадение плодов черной смородины.

Научная новизна. Выяснены корреляции степени "раннего осыпания" завязей и предуборочного опадения плодов с динамикой интенсивности выделения этилена, активностью ЭОС и содержанием в тканях АЦК, которые можно использовать в качестве маркеров инициации естественного опадения.

Показано, что во все периоды роста ткани плода и плодоножек компетентны к экзогенному этилену, который инициирует и стимулирует опадение плодов в период "раннего осыпания" в зоне прикрепления

плодоножка-кисть, а в дальнейшем, до полного созревания плодов, в зоне прикрепления плод-плодоножка.

Установлено, что прекращение осыпания завязей и инициация предуборочного опадения, приуроченная к концу второго периода роста плода, связаны с изменением активности этиленобразующей системы и содержания в тканях аскорбиновой кислоты. Доказано, что применение ингибиторов синтеза этилена и экзогенной аскорбиновой кислоты в период начала осыпания завязей и инициации предуборочного опадения снижает степень опадения.

Изучена динамика активности гидролитических ферментов в плодоножках ягод черной смородины. Установлено, что во время массового осыпания завязей и созревших плодов происходит значительное увеличение активности секретируемых целлюлаз и эндополигалктуроназ, отмечена прямая корреляция активности целлюлаз с интенсивностью выделения этилена и степенью опадения плодов.

Практическая значимость работы. Полученные результаты по изучению механизма инициирования, стимулирования и торможения опадения плодов черной смородины позволят разработать приемы подготовки растений к механизированному сбору плодов.

Апробация работы. Результаты исследований были доложены на Всероссийском совещании "Молодые ученые - садоводству России", 19-22 июня 1995 г., ВСТИСП, Москва; на третьей международной конференции "Регуляторы роста и развития растений" 27-29 июня 1995 г., Москва; на ежегодном симпозиуме по физико-химическим основам физиологии растений, 1996, Пенза; заседаниях лаборатории физиологии II биохимии растений, секции ягодных культур и ученого совета Всероссийского селекционно-технологического института садоводства и питомниководства (1993-1997 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано три печатные работы.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 108 страницах машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, обсуждения результатов, выводов и приложений. Работа содержит 15 рисунков, 5 таблиц в тексте и 6 приложений. В списке литературы 236 наименований, в том числе 203 иностранных авторов.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Эксперименты выполнены на опытно-производственной плантации черной смородины ОПХ "Измайлово" ВСТИСП в течение 1993-1996 годов.

Объектами исследований служили 5-б-летниие растения черной смородины сортов Загадка и Наследница, возделываемых в условиях товарной плантации. Выбранные сорта значительно отличаются по степени раннего и предуборочного опадения плодов.

В силу акропегального развития по кисти, плоды делили на терминальные и базальные. К терминальным плодам относили плоды третьей части кисти от морфологически верхнего края, к базальным - плоды третьей части от морфологически нижнего края киста. В биохимических исследованиях второго и третьего года использовали базальные плоды, так как между механизмом опадения терминальных и базальных плодов существенных различий обнаружено не было.

Для определения кривых роста плода и семени отбирали по 1000 плодов и 100 семян. Среднюю массу плодов определяли на технических весах, массу семян на аналитических.

Оценки раннего и предуборочного опадения проводились путем подсчета общего количества ягод в кисти и количества опавших с учетом их положения на кисти. При раннем осыпании завязей отрыв происходил в

месте прикрепления плодоножки к оси кисти, во время предуборочного опадения - в месте прикрепления плод-плодоножка.

Степень созревания плодов оценивали визуально, по количеству окрашенных плодов.

Каждые 7 дней после окончания цветения в плодах, семенах и перикарпе определяли интенсивность выделения этилена, содержание АЦК и М-АЦК (малонил-АЦК), активность ЭОС, концентрацию АК; в плодоножках - активность гидролитических ферментов.

Для определения влияния экзогенного этилена на 1, П, и Ш периоде развития плодов растения обрабатывали раствором этиленвиделяющего вещества - Ь-хлорэтилфосфоновой кислоты (ХЭФК, 0.25 г/л).

В качестве ингибитора синтеза этилена использовали ионы кобальта (СоСЬ, I мМ), ингибитора действия этилена - ионы серебра в виде 0.05 мМ раствора тиосульфата серебра, антиоксидантов - аскорбиновую кислоту (0.3 г/л) и ионол (бутилокситолуол, 0.5 г/л).

Действие ауксинов изучали путем обработки растений растворами а-нафтилуксусной кислоты (а-НУК, 10 мг/г) и 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты (2.4-Д, 10 мг/л).

Указанные препараты применялись в виде водных растворов в начале осыпания завязей (I период роста) и в период инициации опадения созревающих плодов (конец П периода - начало Ш периода роста плодов), путем опрыскивания растений утром или вечером с помощью ручного опрыскивателя до полного смачивания поверхности плодов и листьев. Обязательным условием являлось отсутствие осадков в течение 3 часов после обработки. Контрольные растения обрабатывали дистиллированной водой. На 3, 10 и 17 день после воздействия определяли степень осыпания, силу прикрепления плодов к кисти, интенсивность выделения этилена, содержание АЦК, М-АЦК, активность ЭОС и гидролитических ферментов в плодах.

Интенсивность выделения этилена плодами, семенами и перикарпом черной смородины определяли методом газожидкостной хроматографии на хроматографе марки ЛХМ-8МД с пламенно-ионизационным детектером на колонке Carbopack С (Supilco, США), 0.3*180 см при температуре колонки 70°С, испарителя - 125°С. В качестве газа-носителя использовали азот, 30 мл/мин.

Содержание свободной АЦК определяли по методу Лизады и Янга (Lizadae, Jang, 1979) в модификации Сальковой с соавторами (Салькова и др., 1992), содержание М-АЦК - по методу Хофмана (Hoffman, 1983).

Об активности ЭОС в тканях плодов, семян и перикарпа судили косвенно, по изменению интенсивности выделения этилена вследствие окисления экзогенной АЦК согласно методике Иевиньш с соавторами (Ievinsh et al., 1990).

Активность целлюлазы определяли по методу Хабермана с соавторами (Huberman et al., 1975), эндополигалактуроназы - Каханы с соавторами (Кахана и др., 1977), экзополигалактуроназы - Айбы с соавторами (Aiba et al., 1983) Для определения активности гидролитических ферментов в зоне отделения контрольных и обработанных плодов использовали плодоножки, которые отрезали с частью плода и оси кисти толщиной 0.2-0.5 мм.

Повторность опытов трехкратная, неизолированная. Данные обработаны математически методом дисперсионного анализа с применением критерия Дункана (Aavtev, 1955).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Опадение плодов различных видов растений приурочено к определенной стадии развития органа и является видовым признаком (АсМсои, 1982). Исследование динамики роста, созревания и опадения плодов черной смородины сортов Наследница и Загадка показало, что график роста плода имеет вид двувершинной кривой с двумя периодами быстрого и периодом замедленного роста, что совпадает с данными Райта (\Vriht, 1956), Кандейкиной (1975), Плотниковой (1978). "Раннее осыпание" завязей, обусловленное абортацией зародышей (Плотникова с соавт., 1972) совпадало с первым периодом интенсивного роста плода (рис. 1). Интенсивный рост завязавшихся плодов в первый период был обусловлен нарастанием массы перикарпа и семян. Различия в массе плода у сортов были вызваны разным количеством семян в плоде и интенсивностью их роста. Так, плоды сорта Наследница с меньшей массой содержали в 1.5-2 раза семян меньше, чем плоды сорта Загадка.

Второй период - период замедленного роста плода был непродолжителен и занимал 10-15 дней. Наиболее заметные изменения происходили в семенах : они интенсивно росли, содержание сухого вещества достигало максимума - 25 % у Загадки, 17 % у Наследницы.

К третьему периоду роста приурочено созревание и предуборочное опадение плодов. В это время наблюдался интенсивный прирост сырой массы, что свидетельствовало о включении в ткани плода большого количества воды. Интенсивность роста плодов сорта Наследница значительно опережала интенсивность роста плодов сорта Загадка, поэтому к созреванию средняя масса ягоды у Наследницы составила 1.44 г., а у сорта Загадка - 1.07 г.

Таким образом, периоды активного роста плодов черной смородины сопровождались интенсивным осыпанием завязей и плодов (рис. I), что отмечается и другими исследователями (Плотникова, 1974).

предуборочное опадекие

1.6

1.4.

1.2

1.0

0.8.

- 0.6

0.4-

0.2

"раннее осыпание"

1 период

2

период

3 период

Дата отбора проб: Наследница Загадка Дней после цветения

Г

20.5 27.5 3.6 10.6 17.6 24.6 1.7

27.5 3.6 10.6 17.6 24.6 1.7 8.7

7 14 21 28 35 42 49

1 4

8.7.96 г. 15.7.96 г.

56

Рис. 1. Динамика роста (1,2) и степени опадения плодов (3,4) черной смородины сортов Наследница и Загадка.

Изучение "раннего осыпання" завязей черной смородины сортов Наследница и Загадка показало, что формирование отделительного слоя при "раннем осыпании" наблюдается в основании плодоножки, степень отделения составляет, в среднем, у сорта Наследница 23%, у сорта Загадка -36% (табл. 1).

Таблица 1

Степень "раннего осыпания" завязей черной смородины сортов Наследница и Загадка

Осыпание завязей,%

Сорт Наследница Загадка

Год базальные терминаль -ные в целом базальные терминаль -ные в целом

1994 43,9 40,3 41,1 28,4 48,6 44,3

1995 17,3 4,4 9,8 15,9 8,8 27,7

1996 17,5 5,8 19,1 12,3 21,3 36

Во время третьего периода роста степень опадения созревших плодов черной смородины варьирует от способности формирования отделительного слоя в основании плода. Именно поэтому у сорта Наследница, в среднем, опадало всего 15% созревших плодов, а остальные имели прочность прикрепления 54 г и в дальнейшем вообще не опадали, а у сорта Загадка сначала опадали базальные - 31%, а затем постепенно остальные (табл. 2).

Таблица 2

Степень предуборочного опадения плодов черной смородины сортов Наследница и Загадка

Опадение плодов,%

Сорт Наследница Загадка

Год базальные терминаль -ные в целом базальные терминаль -ные в целом

1994 25 10,3 19,8 29,5 24,4 19,4

1995 15,9 3,1 11,3 18,8 7,1 27,2

1996 15,3 5,8 14,3 36,1 10,8 46,3

Таким образом, исследование роста и опадения плодов черной смородины сортов Наследница и Загадка показало, что критическими точками в формировании урожая черной смородины являются степень " раннего осыпания", интенсивность роста плодов и способность к опадению при созревании. Регуляция этих процессов до сих пор затруднена в силу недостаточной изученности механизма опадения.

Согласно прямым и косвенным доказательствам многочисленных исследований доминирующая роль в инициировании и стимулировании опадения различных органов принадлежит этилену (Jankiewich, 1976; Addicott, 1982). Высокая интенсивность выделения этилена предшествует и сопровождает опадение завязей яблони, вишни, черешни (Blanpied, 1972; Wittenbach, Bucovac, 1974), авокадо (Adato, Gasit, 1977), облепихи (Деменко и др., 1984) и др.

Исследование динамики интенсивности выделения этилена и концентрации его внутри тканей плодов черной смородины показало, что увеличение интенсивности выделения этилена наблюдается в периоды интенсивного роста плодов и предшествует "раннему осыпанию" завязей и предуборочному опадению созревших плодов (рис. 2). Терминальные завязи

:й после

я-ения: 7 14 21 28 35 42 49 56

Рис. 2. Динамика интенсивности выделения этилена плодами (1), содержания АЦК (2), М-АЦК (3) и активности ЭОС (4) в плодах черной смородины сорта Наследница.

сорта Загадка с максимальной степенью осыпания - 48.6% за неделю до массового опадения выделяли этилен с интенсивностью 259 нл/г*ч, что в 4 раза выше, чем у базальных плодов. Выделение этилена опавшими завязями обоих сортов было на порядок выше, чем у развивающихся. Исследование интенсивности выделения этилена перикарпом и семенами черной смородины показало, что семена сорта Загадка в период, предшествующий осыпанию, выделяют в 2 раза больше этилена, чем перикарп, а у сорта Наследница-в 1.5 раза.

Таким образом, максимальная интенсивность выделения этилена семенами и целыми плодами предшествует осыпанию и прямо коррелирует с количеством опавших плодов. Аналогичные результаты получены при исследовании "раннего осыпания" у яблони (БошЬтсЬ е1 а1., 1962), абрикоса (Крейн, 1956) и др.

Косвенным подтверждением определяющего влияния этилена на "раннее осыпание" завязей является их полное опадение после опрыскивании раствором ХЭФК в начале осыпания. Это также свидетельствует об активной рецепции этилена в плодоножках, что подтверждается отсутствием снижения осыпания завязей сорта Загадка после обработки ингибитором действия этилена - раствором тиосульфата серебра (табл. 3).

Таким образом, на фоне высокой рецепции именно интенсивность выделения этилена определяет степень осыпания завязей.

Высокая интенсивность выделения этилена плодами, перикарпом и семенами черной смородины, предшествующая осыпанию, обусловлена высоким содержанием в тканях свободной АЦК и активностью ЭОС относительно второго периода роста (рис. 2,3), когда опадение практически не наблюдалось. При сравнении сортов обнаружилась прямая зависимость интенсивности выделения этилена и активности ЭОС. Так, интенсивности выделения этилена завязями сорта Загадка, которая составляла 79 нл/г*ч, соответствовала активность ЭОС - 37 нл/г*ч, у сорта Наследница, соответственно, 48 нл/г*ч и 15 нл/г*ч (НСРоз 12.8, 16.1, соответственно).

[ей после 7 14 21 28 35 42 49 56 №стення

Рис. 3. Динамика интенсивности выделения этилена плодами (1), содержания АЦК (2), М-АЦК (3) и активности ЭОС (4) в плодах черной смородины сорта Загадка.

Таблица 3

Влияние* ингибиторов синтеза н действия этилена, антиоксидантов, а-

НУК на интенсивность выделения этилена, активность этиленобразующей системы, содержание АЦК и степень осыпания завязей черной смородины

сорта Загадка.

Интенсив- Активность Содержание Степень

Вариант ность этилено- АСС, мМ/г осыпания

выделения образующего завязей,%

этилена, фермента,

нл/г«ч нл/г*ч

на 3 день после обработки на 10 день

а-НУК, 10мг/л 160,5 63,3 244,1 55,7

AgгSzOз.0,5мM 84,0 127,7 201,9 36,3

СоС12. 1 м\1 30,2 27,9 215,3 15,3

АК, 0,3 г/л 58,5 107,9 184,5 28,0

Ионол, 0,5 г/л 78,0 56,6 193,3 40,0

Контроль 90,0 82,6 211,5 35,5

НСИ<« 15,3 18,9 33,8 6,2

* Обработку проводили за 7 дней до массового осыпания завязей.

Содержание АЦК обратно коррелировало с интенсивностью выделения этилена и составляло у сорта Загадка 232 иМ/г, у сорта Наследницы - 295 нМ/г. Такая же зависимость наблюдается в семенах.

Таким образом, при сравнении степени осыпания завязей черной смородины и интенсивности выделения ими этилена, концентрации АЦК и активности ЭОС, предшествующих осыпанию, была найдена прямая корреляция между количеством опавших завязей и активностью ЭОС и

обратная с содержанием свободной АЦК, что позволяет использовать их в качестве ранних маркеров этого процесса.

Определяющим фактором уменьшения осыпания является снижение итенснвпости выделения этилена плодами, которая обусловлена уменьшением активности ЭОС (рис. 2,3). Именно снижением активности ЭОС в 3.5 раза по сравнению с контролем после обработки растений хлоридом кобальта в начале осыпания было обусловлено снижение интенсивности выделения этилена завязями черной смородины сорта Загадка и их степени осыпания в 2 раза (табл. 3). Таким образом, регулирование раннего осыпания завязей черной смородины после естественной инициации осыпания возможен путем регулирования синтеза эндогенного этилена на уровне ЭОС.

Некоторые исследователи отмечают обратную корреляцию между степенью опадения органов и содержанием эндогенной АК. Так, максимальная концентрация АК отмечена в неопадающих коробочках хлопчатника и бутонах розы, тогда как в опавших коробочках и лепестках бутонов ее содержание минимально (Уагта, 1977; Косева, Мих, 1978). В нашем исследовании интенсивному осыпанию завязей сорта Загадка предшествовала низкая концентрация АК, а у завязей сорта Наследница с меньшей степенью осыпания содержание АК было почти в 5 раз выше (рис. 4). Меньшая концентрация АК относительно перикарпа отмечена в семенах обоих сортов - предполагаемом месте инициации выделения этилена. Обработка завязей сорта Загадка в начале осыпания раствором экзогенной АК привело к существенному снижению осыпания (табл. 3). Предполагается, что АК, как антиоксидант, участвует в регулировании синтеза этилена на уровне окисления АЦК в этилен.

Согласно ауксин-этиленовой гипотезе экзогенные ауксины должны ингибировать процесс осыпания. Исследуя влияние опрыскивания растений в период массового цветения растворами а-нафтилуксусной кислоты и смеси гибберилинов и индолилуксусной кислоты, Плотникова и Верзилов (1978)

преду5опоч'гое опадение

"раннее осыгтание"

Дата отбора проб:

Наследница 20.5 27.5 3.6 10.6 17.6 24.6 1.7 8.7.96 г.

Загадка 27.5 3.6 10.6 17.6 24.6 1.7 8.7 15.7.96 г.

Дней после

цветения 7 14 21 28 35 42 49 56

Рис. 4. Динамика интенсивности выделения этилена плодами (1,2), содержания АК в плодах (3,4) и семенах (5,6) черной смородины сортов Наследница и Загадка.

показали возможность снижения степени осыпания на 20-50%. В наших экспериментах обработка растенй а-НУК в начале "раннего осыпания" приводила к увеличению осыпаемости завязей почти в два раза на фоне повышенной, относительно контроля, интенсивности выделения этилена (табл. 3). По-видимому, инициация осыпания завязей происходит в период окончания цветения, и обработка растений ауксинами до этого момента способна ингибировать его. После инициации осыпания экзогенный ауксин, как в меристематических (Муромцев и др., 1987) и вегетативных ( Abeles, Rubinstein, 1964) тканях, вызывает увеличение синтеза предшественника этилена - свободной АЦК, увеличивая синтез этилена Подобные явления стимулирования ауксинами "раннего осыпания" наблюдаются у плодов яблони (Gardner et al., 1933), мандарина (Hild, 1962), абрикоса и винограда (Buhrovae, Flore, 1976).

Одним из конечных звеньев в цепи инициации опадения является увеличение активности и секреции гидролитических ферментов - целлюлаз и полигалактуроназ. Мы установили, что в начале "раннего осыпания" на фоне высокой интенсивности выделения этилена наблюдается увеличение активности целлюлаз и эндополигалактуроназ, максимум которой приурочен ко времени массового отделения завязей (рис. 5). Повышение интенсивности выделения этилена завязями сорта Загадка в результате обработки ХЭФК вызывает увеличение активности ферментов, что наиболее четко проявлялось на целлюлазе, секреция которой прямо коррелирует со степенью осыпания. Уменьшение последнего в варианте с хлоридом кобальта сопровождалось снижением активности целлюлазы и интенсивности выделения этилена (табл. 4).

Предуборочное опадение созревших плодов у многих видов растений не так отчетливо выражено как раннее осыпание. При неодновременном созревании оно растянуто во времени, а у некоторых видов и сортов растений созревшие плоды вообще не опадают (Addicott, 1982; Деменко,

предуботзочное опадение

Загадка 27.5 3.6 10.6 17.6 24.6 1.7 8.7 15.7.96 1

Дней после

цветения 7 14 ,21 28 35 42 49 . 56

Рис. 5. Динамика активности целлюлазы (1,2), эндополигалактуроназы (3,4) и степени опадения плодов (5,6) черной смородины сортов Наследница и Загадка.

1996). Отмечается, что это связано с особенностями формирования отделительного слоя.

Таблица 4

Влияние* ХЭФ1С, ингибиторов синтеза и действия этилена, 2.4-Д на интенсивность выделения этилена, активность гидролитических ферментов и степень осыпания завязей у растений черной смородины сорта Загадка.

Активность в плодоножках ИВЭ Степень

Вариант целлюла- эндополи- экзополи- завязями осыпания

зы, ДЬ/г галактуро- галактуро- нл/г»ч завязей.

назы, ДЬ/г назы, ДЬ/г %

на 10 день после обработки

Ag2S20з, 0,05 396 99 58 61 36

мМ

СоСЬ,1 мМ 0 ПО 50 39 15 .

ХЭФК, 025г/л 660 181 220 474 100

2.4Д, 10 мг/л 522 5 55 279 100

контроль 350 123 ПО 73 36

НСЯпз 54 33 39 14 12

* Обработку проводили за 7 дней до массового осыпания завязей.

Инициируя опадение завязей и плодов черной смородины с помощью ХЭФК на всех этапах роста, мы установили, что потеря чувствительности зоны отделения в месте плодоножка-кисть к этилену происходит сразу после массового осыпания, и в дальнейшем отделение происходит в месте присоединения плода к плодоножке. Чувствительность этой зоны к экзогенному и эндогенному этилену, по-видимому, и обусловливает сортовые различия в интенсивности предуборочного опадения плодов у черной смородины. Именно поэтому увеличение интенсивности выделения этилена в период опадения созревших плодов не коррелирует со степенью опадения (рис. 2,3). Так, плоды сорта Наследница со значительно меньшей

степенью опадения имели большую интенсивность выделения этилена по сравнению с сортом Загадка. Ограниченность рецепции этилена у сорта Наследница подтверждается применением обработки плодов ингибитором действия этилена - тиосульфатом серебра, которая значительно снизила количество опавших плодов (рис. 6), у сорта Загадка после такой обработки опадение снижалось незначительно (рис. 7).

Слабая рецепция этилена плодоножками сорта Наследница обусловливает, по-видимому, низкую активность целлюлазы, определяющей в конечном итоге и степень отделения созревших плодов (рис. 5). Так, у сорта Наследница максимальная активность целлюлаз, соответствующая началу предуборочного опадения, была в 1.5 раза ниже, чем у сорта Загадка, тогда как в активности эндополигалактуроназ различий не отмечалось.

Обработка растений сорта Наследница ХЭФК приводила к опадению 60% ягод, в отличие от сорта Загадка, где наблюдалось полное опадение (рис. 6 и 7). Это свидетельствует о возможном блокировании формирования отделительного слоя у плодов сорта Наследница либо на уровне рецептора этилена, либо на уровне промежуточных реакций согласно концептуальной модели Деменко (Деменко В.И., 1996)(рис. 8).

Концептуальная модель многовариантной системы торможения инициирования опадения (Деменко В.И., 1996) предпологает возможные пути не только инициации осыпания неопадающих плодов, но и задержки его в случае интенсивного опадения. Обработка хлоридом кобальта . растений сорта Загадка в разные периоды показала, что задержка опадения плодов черной смородины возможна и путем блокирования биосинтеза этилена. Критическим сроком воздействия на синтез этилена является конец второго периода роста плода, когда обработка ингибитором синтеза этилена снижала степень опадения ягод в 2.5 раза по сравнению с контролем (рис. 7). Именно в этот период в плодах обоих сортов происходило увеличение активности ЭОС и содержания свободной АЦК, что приводило к интенсивному синтезу эндогенного этилена (рис. 2,3). Так, в первые дни

" 200" 180 - 160 ■

70- 140 -

60- 120 -

V?. 50 - 100 -

со о40-о 80 -

§30- р. 60-

осыпания -»■ го о о ^ 40. « 20 "

к X и

с 0> 6« о

и 10 §

60 Й 50

§ 40

¡30 |20

10 -

Дата отбора

Дней после обработки ч3

Дней после оконча- 42 ний цветения

Рис. 6. Динамика интенсивности выделения этилена (1), активности ЭОС (2), прочности прикрепления (3), степени созревания (4) и опадения (5) плодов черной смородины сорта Наследница после обработки растворами ХЭФК (Б), ХЭФК+СООг (В), XЭФK+Ag2SЮз (Г), водой (А - контроль).

Рис. ?. Динамика интенсивности выделения этилена (1), прочности прикрепления (2), степени созревания (3) и опадения (4) плодов черной

смородины сорта Загадка после обработки растений растворами а-НУК (Б), А§гБ20з (В), СоС1г (Г). аскорбиновой кислоты (Д) и ионолом (Е) и водой (А - контроль)

22

Концептуальная модель многовариантности тормошения инициации опадения

Заблоки-роЬана Г (ЬперЬые установлено)

— у созреЬших плодоЬ облепихи;

— у .розреЬших плод об шипоЬнина;

— у листьеЬ сашенцеб яблони

-у созреЬших плодоЬ облепихи

-у созреЬших плодоЬ облепихи

- у созреЬших плодоЬ облепихи

- у созреЬших плодоЬ облепихи -у созреЬших плодоЬ шипоЬника■ —у листьеЬ сашенцеЬ яблони

инициатор опадения этилен ( Э),АЪК<-

инициация опадения достигается: (ЬперЬые устанабпена)

рецептар (Р)

3+Р

п- колииестЬо 'промен/уточных' реакций

- у созреЬших плодоб аб'лепихи путем дабаб-ления экзогенного этилена 6 форме ХЭФК;

- у созреЬших плодоЬ шипаоника путем до-баЬления экзогенного этилена 6 форме ХЭШ;

—у листьеЬ сашенцеЬ яб'лони путем дополнительного синтеза эндогенного этилена с помощью ШМйЗС

+ ионы меди - ВС

+ионы марганца + 5С

синтез секреция

"гидролитических ~гидролитических ~~опадение срерментоЬ терментоЪ

I I

актиЬируется актиЬириется ■у созреЬших - у созреЬших - у созреЬших плодоб облепихи; плодоЬ облепихи,плодоб облепихи до 80 %

- у созреЬших плодоЬ шипоЬника да 60%

- у листьеЬ сашенцеЬ яблони

23

- у листьеЬ сашенцеЬ яблони

Рис. 2

- у листьеЬ сашенцеЬ # яблони дооО/о

третьего периода роста активность ЭОС возрастала в 3 раза, относительш активности ЭОС во втором периоде, и достигала у сорта Наследница 1; нл/г*ч, у сорта Загадка - 8 нл/г*ч. Позднее увеличивалось и содержат« свободной АЦК - у плодов сорта Наследница с 71 нМ/г до 456 нМ/г, ) плодов сорта Загадка - с 38 нМ/г до 468 нМ/г.

Таким образом, в плодах черной смородины в конце второго периода роста происходит инициация опадения, которая обусловлена активацией ЭОС и, соответственно, увеличением интенсивности выделения этилена. К этому же времени наблюдается резкое падение - в 10 раз - концентрации в плодах АК (рис. 4). Предположительно, это способствует запуску необратимых окислительных физиологических реакций, в числе которых и окисление АЦК в этилен. Обработка в конце второго периода роста растений сорта Загадка раствором экзогенной АК значительно задерживала увеличение интенсивности выделения этилена и снижение прочности прикрепления созревающих ягод в первые дни после обработки, но ее действие было кратковременно (рис. 7). По-видимому, за счет интенсивного окисления АК в тканях плодов.

Таким образом, мы предполагаем, что у черной смородины регулирование инициации опадения плодов возможно при использовании стабильных водорастворимых антиокислителей, а содержание АК в тканях плодов может служить маркером использования биологически активных веществ.

ВЫВОДЫ

1. Одними из основных факторов, определяющих урожай черной смородины, являются степень "раннего осыпания" завязей, интенсивность роста плода и степень предуборочного опадения.

2. Степень "раннего осыпания" завязей черной смородины обусловливается увеличением интенсивности выделения этилена, активности ЭОС и понижением содержания свободной АЦК. Отделение завязей

происходит в результате формирования отделительного слоя в зоне плодоножка-кисть.

3. Инициация естественного опадения созревающих плодов происходит в конце второго периода роста за счет увеличения синтеза этилена путем активации ЭОС.

4. Отделение созревших плодов наблюдается в зоне прикрепления плода и плодоножки. Чуствительность этой зоны к этилену определяет степень опадения созревших плодов.

5. Опадение завязей и плодов черной смородины обусловливается увеличением секреции гидролитических ферментов в плодоножках, главным образом целлюлазы, активность которой определяется интенсивностью выделения этилена и его рецепцией.

6. Регулирование степени опадения ягод черной смородины возможно в зависимости от периода роста путем изменения системы снабжения тканей этиленом.

7. Для формирования отделительного слоя у большинства плодов сорта Наследница необходимо не только дополнительное снабжение тканей экзогенным этиленом, но и повышение чуствительности к нему.

РАБОТЫ, ОПУБЛИКОВАННЫЕ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Деменко В.И., Боровков В.В. Этилен, рост и опадение плодов черной смородины / Тезисы докладов Всероссийского совещания "Молодые ученые-садоводству России", 20-21.06.95. - М., 1995. - С. 199-201 .

2. Деменко В.И., Боровков В.В. Этилен, рост и опадение плодов черной смородины / Тезисы третьей международной научной конференции "Регуляторы роста и развития растений", 27-29.06.95. - М., 1995., С.5-6.

3. Demenko V.l., Grebneva T.V., Borovkov V.V. Mechanism initiated abscission in fruits and leaves // Ann. symp. Physical-chemical basis of plant physiology. - Penza. - 1996.-P. 45.