Министерство сельского хозяйства Российской федерации

Департамент кадровой политики и образования

Мичуринский государственный аграрный университет

Плодоовощной институт им. И. В. Мичурина

дипломная работа

Грачёва Сергея Валерьевича

На тему: «Сравнительная оценка засухоустойчивости мутантных и гибридных форм яблони»

Специальность 310600 «Селекция и генетика сельскохозяйственных культур»

Руководитель кандидат, доцент с. х. наук Расторгуев С. Л.

Подпись _______________

Консультанты _________________________________________

_____________________________________________________

Допущен к защите ________________

Заведующий кафедрой кандидат, доцент с. х. наук Расторгуев С. Л.

Мичуринск-2002 г.

Содержание.

8. ПРИЛОЖЕНИЯ______________________________________56

Введение.

Еще в прошлом веке один мудрый человек сказал: "Если бы завтра весь мир должен был погибнуть, сегодня я все равно посадил бы яблоню". И дело здесь не только в утилитарном, потребительском отношении к этому замечательному дереву. Овеянная легендами, воспетая в устном народном творчестве, яблоня неотделима от нашей духовной жизни (Мичурин И.В., 1948).

Яблоки выращивали в Европе и Азии с очень давних времен, они были известны грекам и римлянам и упоминались Теофрастом в III в. до н.э. С этих пор яблоня была распространена людьми почти во все части земного шара. Это было возможно благодаря большой генетической изменчивости яблони, которая позволила отобрать адаптированные типы для различных условий окружающей среды. В настоящее время яблоки составляют около 50 % продукции листопадных плодовых деревьев во всем мире, и, хотя эта доля колеблется от года к году в зависимости от условий в основных центрах производства, она составляет в среднем более 23 млн.т.

Большую часть мировой продукции яблок составляют десертные и консервные сорта, хотя все большее значение приобретают сорта двойного значения. Требования плодов высокого качества заставляет искать возможности сбыта плодов менее высокого качества, а это значит, что они должны быть пригодны для различной переработки или для производства яблочного сока. В Европе большие количества яблок выращиваются специально для производства сидра.

В нашей стране за 1995 по 2000 гг. по сравнению с предыдущими годами площадь плодово-ягодных насаждений в сельскохозяйственных предприятиях сократилась на 51 тыс. га, а валовой сбор плодов почти в два раза. Прежде всего, возникновение и развитие кризиса в садоводстве связано с экономической ситуацией сложившейся в нашей стране, что привело к разрушению существующих связей между садоводством и другими отраслями народного хозяйства, с отсутствием государственной поддержки, с отсутствием ценового паритета на промышленную и плодово-ягодную продукцию, с непродуманными мерами по реорганизации высокорентабельных плодоводческих хозяйств (Грязев В.А., 1999), а также с проблемами сложившимися в самой отрасли садоводства.

В связи с этим, по-прежнему остается актуальной проблема интенсификации садоводства, создание интенсивных садов возможно с учетом правильного подбора сортов и подвоев и научного обоснования приемов агротехники.

Важным фактором в выведении нового сорта является его засухоустойчивость. (Генкель П.А. 1968 г.)

Развитие и выживание растений в любых условиях гораздо сильнее зависит от доступности воды, чем от какого-либо ино­го фактора внешней среды. Примерно '/з поверхности суши за­нимают области, где обнаруживается дефицит влаги; половина этой площади (около 12% поверхности Земли) является крайне засушливой. Районы с избытком осадков занимают менее 9% поверхности суши. Многие сельскохозяйственные районы расположены в аридных зонах, где земледелие возможно только благодаря искусственному орошению.

На протяжении многих лет считалось доказанным, что в пересыхающей почве вода доступна растениям до тех пор, пока содержание влаги в ней не достигнет коэффициента устой­чивого завядания, когда в почве остается недоступная расте­нию вода. Согласно этой точке зрения физиологические про­цессы, рост и развитие растений на почве, подвергающейся иссушению, протекают нормально до достижения коэффи­циента завядания. Однако накоплено много данных, по­казывающих, что на обмен веществ, а следовательно, на рост и развитие растений влияет даже слабый водный дефицит. Та­кой внутренний водный дефицит возникает в тканях задолго до того, как содержание влаги в почве приблизится к уровню коэффициента завядания.

Растения, перенесшие только однократную сильную кратко­временную засуху, так и не возвращаются к нормальному об­мену веществ. Внутренний водный баланс растения зависит от комплекса факторов, связанных:

а) с самим растением (засухо­устойчивость, глубина проникновения и ветвление корней, фаза развития);

б) с количеством растений на данной площади;

в) с климатическими факторами (потери воды на испарение и транспирацию, температура и влажность воздуха, туман, ве­тер и свет, количество осадков и т. д.);

г) с почвенными факто­рами (количество воды в почве, осмотическое давление почвен­ного раствора, структура и влагоемкость почвы и др.).

Дефицит влаги в растениях действует на такие процессы, как поглощение воды, корневое давление, прорастание семян, устьичные движения, транспирация, фотосинтез, дыхание, фер­ментативная активность растений, рост и развитие, соотноше­ние минеральных веществ и др. Изменяя обмен веществ, недо­статок воды влияет на продуктивность, вкус плодов, плотность древесины, и т.д. (Генкель П.А. 1964 г.)

Исследования по этому вопросу ведутся во многих НИИ нашей страны, стран СНГ и за рубежом.

Изучение мутантных и гибридных форм яблони по признаку засухоустойчивости, явилось целью для проведения исследований.

1.Состояние вопроса.

1.1 Значение яблони как культуры, ее биология и требования к почвенно-климатическим условиям.

Садоводство – одна из основных отраслей сельского хозяйства России. Самой распространенной культурой является яблоня, т. к. яблоки – незаменимый продукт питания и сырье для перерабатывающей промышленности. Плоды яблони многих сортов отличаются исключительными вкусовыми качествами и лечебными свойствами. Питательные достоинства плодов обусловлены содержанием углеводов (15 – 19 %), белков, жиров, витаминов, ферментов, гормонов, минеральных и других веществ. Вкус и аромат плодов связаны с наличием органических кислот (в основном яблочной и лимонной) и эфирных масел – веществ, вызывающих у человека аппетит и задерживающий старение организма. В плодах и ягодах содержание важнейших витаминов, как правило, незначительное, но в сочетании с другими веществами, они играют очень важную роль. Так, провитамин А, фолиевая кислота и Р-активные соединения яблок в сочетании с витамином С и пектином способны связывать радиоактивные вещества и выводить их из организма. Для полного питания человеку в среднем на год необходимо 40 кг яблок (С.И. Лебедев, 1982 г.)

Яблоки – один из важнейших отечественных видов фруктов – представляет собой плоды яблони (Malus Sylvestris), относящейся к подсемейству яблоневых, семейства розанных, в котором насчитывается 25 – 30 видов. В культуре распространен искусственно созданный вид – яблоня домашняя (Malus Domestica). Известно свыше 10 тысяч сортов, полученных в результате естественной и искусственной гибридизации, спонтанного и искусственного мутагенеза с последующим отбором.

Яблоня – исключительно урожайная культура. В среднем получают 80 – 120 ц/га, а в передовых хозяйствах – более 200 ц/га плодов. При хорошем уходе каждое дерево дает 150 – 200 кг, а иногда 300 – 400 кг плодов. Деревья яблони в зависимости от сорта и подвоя достигают высоты 6 – 10 м. Это перекрестно опыляющиеся растения: чтобы завязать плоды, нужно опыление цветков пыльцой другого сорта. Скороплодные сорта начинают плодоносить на 4 – 5 год после посадки, поздно вступающие в плодоношение – на 10 – 12 год. В последние годы в нашей стране при размножении яблони используют слаборослые подвои, которые дают возможность получать невысокие деревья, удобные для ухода и уборки урожая. (Дорошенко Т.Н., 1996 г.)

В зависимости от времени созревания плодов сорта яблони делят на летние, осенние, зимние. Плоды летних сортов (Китайка золотая ранняя, Папировка, Белый налив) созревают в июле – августе; осенних (Коричневое полосатое, Осеннее полосатое, Боровинка, Анис алый, Анис полосатый) – в сентябре; плоды зимних сортов (Антоновка, Апорт, Ренет Симеренко, Кальвиль Снежный, Пепин шафранный) снимают с деревьев в сентябре.

У яблони различают надземную часть и корневую систему. Надземная часть состоит из штамба и кроны. Штамб – нижняя часть ствола между корневой шейкой и первой боковой ветвью, крона – совокупность всех разветвлений надземной части плодового дерева (рис. 1). Ствол скелетные и полурослые ветви яблони несут на себе мелкие ростовые и плодовые образующие веточки, которые называются также новообразованиями.

Различают следующие типы новообразований в кроне.

Побеги – однолетние приросты текущего года с листьями. Побег состоит из стебля и листьев.

Лист является органом, в котором происходят важнейшие физиологические процессы – фотосинтез, транспирация и газообмен. В кроне семечковых плодовых пород, помимо ростковых побегов, имеются следующие типы образующихся веточек: плодовые прутики – однолетние приросты длиной более 15 – 20 см, у которых верхушечная почка репродуктивная (плодовая, цветковая), а боковые – вегетативные; копьеца – однолетние приросты длиной от 3 – 5 до 12 – 15 см, у которых на верхушке может быть плодовая или вегетативная почка, боковые почки - вегетативные; кольчатки – укороченные (от 3 до 5 см) образования различного возраста (1 – 5 лет) с недоразвитыми боковыми почками и одной верхушечной; плодушки – многолетние (3 – 6 лет) образования, возникающие после плодоношения кольчатых и образования у них плодовых сумок (разросшаяся ось плодовой почки с побегом замещения), плодухи – более старые (от 6 – 8 до 12 – 18 лет) разветвленные плодовые образования, состоящие из кольчаток, подушек и плодовых прутиков. Почки бывают вегетативные (образуют побеги и розетку листьев), репродуктивные или цветочные (образуют цветки) и смешанные (образуют цветки и вегетативные побеги). У одного и того же дерева плодовые цветочные почки крупнее и более круглой формы, чем вегетативные (Ю.В. Крысанов, 1983 г.).

Корневая система плодового растения выполняет следующие функции: закрепляет и удерживает его в почве, всасывает и проводит в надземную часть воду и растворенные в ней вещества, служит местом запаса питательных веществ. Кроме того, в корнях во взаимодействии с надземной частью происходит синтез рода важных веществ (органические кислоты, витамины, ферменты).

Для получения высоких и устойчивых урожаев необходимо не только знание биологических особенностей сортов и пород, но и отношение их к условиям внешней среды, которые оказывают огромное влияние на рост, развитие и плодоношение плодовых растений. (Будаговский В.И., 1954).

1.2 Отношение растений яблони к водному дефициту

Вода – одно из основных условий жизнедеятельности растений. Вода входит составной частью во все органы плодовых и ростовых образований, участвует в создании органического вещества (в процессе фотосинтеза). В воде растворяются минеральные соли, и вместе с ней через корни поступает в растения.

Вода поддерживает в тканях растений необходимый тургор, регулирует тепловое состояние растений, участвует в процессе построения и жизнедеятельности клеток всего растения. (Кушниренко М.Д., 1975).

Около трети поверхности суши испытывает дефицит влаги (годовое количество осадков 250—500 мм), а половина этой площади крайне засушлива (годовые осадки ниже 250 мм и ис­паряемость более 1000 мм). Для развития растений существен­но, чтобы осадки относительно равномерно распределялись во время периодов активного роста. Однако в районах неустойчивого увлажнения часто бывают засушливые периоды именно в летние месяцы.

Засуха возникает как результат достаточно длительного от­сутствия дождей, сопровождается высокой температурой воз­духа и солнечной инсоляцией. Чаще она начинается с атмос­ферной засухи, характеризующейся низкой относительной влажностью воздуха. При длительном отсутствии дождей к ат­мосферной засухе добавляется почвенная засуха в связи с уменьшением (исчезновением) доступной для растений воды в почве. Во время суховея (атмосферная засуха, сопровождае­мая сильным ветром) почвенная засуха может не возникать. В условиях засухи растения испытывают значительный водный дефицит.

Влияние водного дефицита на метаболические процессы в значительной мере зависит от длительности его действия. При устойчивом завядании растений увеличивается скорость распада РНК, белков и одновременно возрастает количество небелковых азотсодержащих соединений и отток их в стебель. В результате в условиях засухи содержание белков в листьях относительно уменьшается, а в семенах — уве­личивается.(Генкель П.А. 1982 г.)

Влияние водного дефицита на углеводный обмен выражает­ся вначале в снижении содержания моно- и дисахаридов в фотосинтезирующих листьях из-за снижения интенсивности фото­синтеза, затем количество моносахаридов может возрастать как следствие гидролиза полисахаридов листьев нижних яру­сов. При длительном водном дефиците наблюдается уменьше­ние количества всех форм сахаров.

Длительный водный дефицит снижает интенсивность фото­синтеза и, как следствие, уменьшает образование АТФ в про­цессе фотосинтетического фосфорилирования. Под влиянием почвенной и атмосферной засухи тормозится также отток про­дуктов фотосинтеза из листьев в другие органы. ( Шило А.А., 1997).

В условиях оптимального водоснабжения наблюдается по­ложительная корреляция между интенсивностью дыхания и ко­личеством фосфорилированных продуктов. Водный дефицит по-разному сказывается на дыхании листьев разного возраста:

в молодых листьях содержание фосфорилированных продуктов резко падает, как и интенсивность дыхания, а у листьев, закон­чивших рост, эта разница четко не проявляется. При дефиците воды снижается дыхательный коэффициент.

Необходимо отметить, что в условиях водного дефицита верхние листья, в которых за счет некоторого усиления гидролитических процессов увеличивается содержание осмотически активных веществ, оттягивают воду от нижних листьев и дольше сохраняют ненарушенными синтетические процессы, а нижние листья в этих условиях засыхают раньше верхних; Очевидно, в аридных и близких к ним зонах для сельскохозяйственных культур важно знать физиологические показатели, характеризующие водный режим тканей, и, пользуясь ими, определять срок полива и его продолжительность.

Недостаток воды в тканях растений создается, когда расход воды при транспирации превышает ее поступление. Водный дефицит может возник­нуть в жаркую солнечную погоду к середине дня, при этом уве­личивается сосущая сила листьев, что активирует поступление воды из почвы. Растения регулируют уровень водного дефици­та, меняя отверстость устьиц. Обычно при завядании листьев водный дефицит их восстанавливается в вечерние и ночные часы (временное завядание). Глубокое завядание наблюдается при отсутствии в почве доступной для растения воды. Это завядание чаще всего приводит растения к гибели.

При обезвоживании у растений, не приспособленных к засу­хе, значительно усиливается интенсивность дыхания (возмож­но, из-за большого количества субстратов дыхания — сахаров), а затем постепенно снижается. У засухоустойчивых растений в этих условиях существенных изменений дыхания не наблю­дается или отмечается небольшое усиление.

В условиях водного дефицита быстро тормозятся клеточное деление и особенно растяжение, что приводит к формированию мелких клеток. Вследствие этого задерживается рост самого растения, особенно листьев и стеблей. Рост корней в начале за­сухи даже ускоряется и снижается лишь при длительном недо­статке воды в почве. Корни реагируют на засуху рядом за­щитных приспособлений: опробковением, суберинизацией экзо­дермы, ускорением дифференцировки клеток, выходящих из меристемы, и др.

Таким образом, недостаток влаги вызывает значительные и постепенно усиливающиеся изменения большинства физиоло­гических процессов у растений, в том числе растений яблони.

Во время засухи наряду с обезвоживанием происходит перегрев растений. При действии высоких температур (35 °С и выше) наблюдают­ся два типа изменения вязкости цитоплазмы: чаще увеличение, реже снижение. Возрастание вязкости цитоплазмы замедляет ее движение, но процесс обратим даже при 5-минутном воздействии температуры 51 °С., высокая температура увеличи­вает концентрацию клеточного сока и проницаемость клеток для мочевины, глицерина, эозина и других соединений. В ре­зультате экзосмоса веществ, растворенных в клеточном соке, постепенно снижается осмотическое давление. Однако при тем­пературах выше 35 °С вновь отмечается рост осмотического да­вления из-за усиления гидролиза крахмала и увеличения содер­жания моносахаров. При этом потеря свойства полупроницаемости тонопласта (оцениваемая по выходу антоциана) вызывается лишь кратковременным действием очень высоких температур (57—64°С).

Процесс фотосинтеза более чувствителен к действию высо­ких температур, чем дыхание. Гидролиз полимеров, в частности белков, ускоряющийся при водном де­фиците, значительно активируется при высокотемпературном стрессе. Распад белков идет с образованием аммиака, который может оказывать отравляющее действие на клетки у неустой­чивых к перегреву растений. У жаростойких растений наблю­дается увеличение содержания органических кислот, связываю­щих избыточный аммиак. Еще одним способом защиты от перегрева может служить усиленная транспирация, обеспечи­ваемая мощной корневой системой. В других случаях (суккуленты) жаростойкость определяется высокой вязкостью цито­плазмы и повышенным содержанием прочно связанной воды. При действии высоких температур в клетках растений индуци­руется синтез стрессовых белков (белков теплового шока) (Гудковский В.А., 1999 г.)

В сельскохозяйственной практике для повышения жароу­стойчивости растений применяют внекорневую обработку 0,05%-ным раствором солей цинка.

Как уже отмечалось, не­благоприятное действие засухи состоит в том, что растения ис­пытывают недостаток воды или комплексное влияние обезво­живания и перегрева.

Растения используют три основных способа защиты:

1) предотвращение излишней потери воды клетками (избегание высыхания),

2) перенесение высыхания,

3) избегание периода засухи.

Наиболее общими являются приспособления для сохранения воды в клетках.

При этом на ранних этапах засухи, по-видимому, главную роль играет стремительное возрастание содержания ингибито­ров роста, поскольку даже в условиях сбалансированного во­доснабжения клеток срочные реакции закрывания устьиц у рас­тений осуществляются за счет ускоренного (в течение несколь­ких минут при водном дефиците 0,2 МПа) увеличения содержания АБК. Пороговые величины водного по­тенциала, вызывающие увеличение АБК у растений, могут зависеть от степени засухоустойчивости растений. Содержание гормо­на в тканях в среднем увеличивается на порядок со скоростью 0,15 мкг/г сырой массы в час. Закрывание устьиц уменьшает потерю воды через транспирацию. Кроме того, АБК способ­ствует запасанию гидратной воды в клетке, поскольку активи­рует синтез пролина, увеличивающего оводненность белков клетки в условиях засухи. АБК тормозит также синтез РНК и белков, накапливаясь в корнях, задерживает синтез цитоки­нина. Таким образом, увеличение содержания АБК при водном дефиците уменьшает потерю воды через устьица, способствует запасанию гидратной воды белками и переводит обмен ве­ществ клеток в режим «покоя».

В условиях водного стресса отмечается значительное выде­ление этилена. Выяснено, что водный стресс увеличивает актив­ность синтетазы 1-аминоциклопропанкарбоновой кислоты, ката­лизирующей ключевую реакцию биосинтеза этилена. При улуч­шении водного режима выделение этилена возвращается к норме. У многих растений при действии засухи (воздушной и почвенной) обнаружено также накопление ингибиторов роста фенольной природы (хлорогеновой кислоты, флавоноидов, фенолкарбоновых кислот).

Отмеченные выше изменения содержания фитогормонов-ингибиторов наблюдаются у растений при засухе. Снижение содержания гормонов-активаторов роста, в частности ИУК, происходит, по-видимому, вслед за останов­кой роста. Уменьшение ауксина в тканях при засухе может быть связано с низким содержанием его предшественника — триптофана, а также с подавлением транспорта ауксинов по растению. Обработка растений в усло­виях засухи растворами ауксина, цитокинина, гиббереллина усугубляет отрицательное действие засухи. Однако опрыскива­ние растений цитокинином в период восстановления после за­сухи значительно улучшает состояние растений. Кроме того, цитокинин увеличивает жаростойкость растений (в частности улучшает всхожесть семян). Как предполагает Л.И. Вигоров (1971), это защитное действие цитокининов может быть связа­но с их влиянием на структурное и функциональное состояние макромолекулярных компонентов клетки, в частности на мем­бранные системы.

Засухоустойчивость сельскохозяйственных растений повы­шается в результате предпосевного закаливания (П. А. Генкель, 1982). Адаптация к обезвоживанию происходит в семенах, которые перед посевом после однократного намачивания вновь высушиваются. Для растений, выращенных из таких семян, ха­рактерны морфологические признаки ксероморфности, корре­лирующие с их большей засухоустойчивостью.

Эффективное управление водообменном является важнейшим звеном продуктивности растений и определяется уровнем познания механизмов его регуляции.

Большую роль в формировании водного гомеостаза в тех или иных условиях играют не только структурные, адсорбционные и другие механизмы удерживания воды на организменном уровне, но и особенности диффузной и осмотической проницаемости клеточных мембран, которые в значительной мере должны определять эту способность. (Грязев В.А., 1992).

Не смотря на более чем вековую историю изучения физиологии водообмена очень мало прогресса наблюдается в использовании этой информации в селекции.

Пристальное давнее внимание исследователей к изучению водообмена растений обусловлено большой важностью и многогранностью функций, которые он выполняет, а именно:

1. является важнейшим регулятором водного статуса клеток и неотъемлемой частью их обмена веществ;

2. ведущим звеном во взаимодействии растения с водной фазой почвы и атмосферы;

3. одним из основных управляемых факторов продуктивности;

4. прямым индикатором состояния влагообеспеченности жизнедеятельности и стойкости растительного организма (Генкель П.А., 1964).

А.А. Жученко (1980) пишет, «Некоторые разделы физиологии растений можно изучать, не касаясь непосредственно тех условий, при которых растения произрастают в природе. В отношении водного режима это вряд ли возможно.», так как водный статус клеток определяется тесным взаимодействием растения с водной средой. Особого внимания заслуживает аномальные ее отклонения, приводящие к дестабилизации оттока воды из листьев и их обезвоживанию.

Вызываемые водно-тепловым стрессом биохимические нарушения оказывают влияние на рост, который служит основным потребителем ряда веществ, вырабатываемых в процессе метаболизма. Но, пожалуй, в первую очередь зависит от поступления воды, создающей среду и непосредственно участвующий в ростовых процессах. Замедление в росте листьев исследователи наблюдали уже при снижении водного потенциала до 1 бара, и значительно раньше обнаруживалось уменьшение фотосинтеза и дыхания. Особенно чувствительны к водному дефициту клетки образовательных тканей ( Кушниренко М.Д., 1975), быстро переходящие в фазах деления и растяжения в недеятельное состояние.

В арсенале средств физиологического контроля за водным режимом числятся самые разнообразные показатели: водопоглощающая способность листьев (Крысанов Ю.В., 1983), концентрация клеточного сока, осмотическое давление и сосущая сила в комплексе и порознь (Лебедев ,С.И 1982), проницаемость и вязкость, цитоплазматическая оводненность, водоудерживающая способность и водный дефицит, ксилемное давление и сопротивление диффузии, состояние устьичного аппарата, плач и гуттация, выход электролитов и электролитическое сопротивление тканей (Федорова, 1966; Кушниренко 1975, и др.), температурные градиенты листьев, длительное их послесвечение, ростовая реакция (Шило А.А, 1997).

Не один из них по мнению, не может считаться универсальным. Использование же с этой целью серии показателей (Кичина, 1988), хотя и повышает надежность диагностирования, но уменьшает его оперативность, что не всегда соответствует выдвигаемым практикой задачам. Состояние фитофизиологической диагностики в целом может быть охарактеризовано как неудовлетворительное (Жученко, 1980).

1.3 Достижения в селекции яблони.

Важнейшей задачей также является получение новых сортов на генетической основе.

По частной генетике изучены генотипические особенности большой группы исходных форм по важнейшим хозяйственно-биологическим признакам, а также закономерности их наследования в потомстве, выявлен характер взаимодействия, экспрессивность генов, генотипическая взаимосвязь между некоторыми признаками и на этой основе разработаны и усовершенствованы методы подбора родительских пар и отбора ценных генотипов, позволяющие повысить эффективность селекционного процесса.( Савельев Н.И. 2002г.)

В связи с интенсификацией садоводства к новым сортам предъявляется ряд новых требований. Особый интерес представляют сорта со сдержанным ростом и компактной кроной, более удобной для механизированного ухода за ней и уборки урожая, обладающие ранним и обильным плодоношением.(Кичина В.В. 1988 г.)

Признак слаборослости, компактности и спурового типа плодоношения в потомствах форм из группы Ред и Голден Делишес наследуется по типу количественных признаков. Выявлено преобладающее влияние аддитивных эффектов генов в детерминации признака высота растений. Однако и в потомствах спуровых сортов Уэйнспур, Старкримсон выщепляются единичные сеянцы компактного типа и 3,0-5,0% их имеют спуровый тип плодоношения.

Центром “Биоинженерия” РАН в лаборатории генома растений с помощью RAPД–анализа проведен поиск ДНК-маркеров, сцепленных с важнейшими хозяйственно ценными признаками.(Форте А.В., Дорохов Д.Б. Савельев Н.Н., 2002 г.)

Выявлен молекулярный маркер (ОПэй П) гена колонновидности яблони (Со), локализованный на расстоянии 26 сантиморганид. (Кичина В.В. 2002 г.)

Синтезированы высокозимостойкие, крупноплодные комплексные доноры колонновидного габитуса кроны и моногенной устойчивости к парше яблони. Изучены вопросы, касающиеся закономерностей наследования устойчивости плодовых культур к наиболее вредоносным заболеваниям. В исследованиях по генетике иммунитета плодовых и ягодных культур поддерживается и пополняется сопряженная коллекция штаммов чистых культур наиболее опасных патогенов. Продолжаются исследования по разработке и развитию концепции протективного иммунитета у плодовых растений. Выявлено фунгицидное, угнетающее и стимулирующее действие токсинов и эндотоксинов бактерий (Pseudomonas syringae Van Hall.) на патогенные грибы, в том числе на возбудителя парши, коккомикоза, септориоза, пурпуровой пятнистости, что может служить биологической защитой растений от болезней (Ищенко Л.А. Соловченко А.Е. 1999 г.).

На основе теоретических и методических разработок сформирована генетическая коллекция плодовых культур, включающая более 2,5 тыс. генотипов с идентифицированными генами устойчивости к наиболее опасным патогенам, генами карликовости, колонновидного габитуса роста кроны, а также дикие виды, стародавние сорта народной селекции, являющиеся донорами и источниками зимостойкости, устойчивости цветков к весенним заморозкам, слаборослости, скороплодности, продуктивности и высоких потребительских качеств плодов с ценным биохимическим составом. Генетическая коллекция включает и впервые полученные отдаленные межвидовые и межродовые гибриды между яблоней и грушей.(Савельев Н.И. 1998 г.)

Важнейшими источниками генетической изменчивости могут служить спонтанные и индуцированные мутантные формы (спонтанные спуровые клоны яблони и груши с повышенной самоплодностью, устойчивостью к биотическим и абиотическим факторам, штамбовым типом куста и др.) (Кичина В.В. 2002 г.).

Разработаны лабораторные методы ускоренной оценки устойчивости генофонда к солям тяжелых металлов, засолению, засухе и жаре.

Получены ценные межвидовые и межродовые отдаленные гибриды. Для повышения эффективности отдаленной гибридизации, решения проблемы несовместимости, стерильности гибридов проведены комплексные исследования по филогенетическому и цитогенетическому выявлению причин возникновения и методам их преодоления. Разрабатываются методы преодоления несовместимости при отдаленной гибридизации с применением культуры in vitro. Получен морфогенный каллус, микропобеги и пробирочные растения от опыления in vitro. Выделены триплоидные и пентаплоидные межродовые гибриды, которые являются донорами нередуцированных гамет для гаметной селекции. Разработаны приемы разделения пыльцы на фракции по их плоидности. Использование различных фракций пыльцы при гибридизации позволяет получать гибриды с различным генетическим потенциалом. (Курсаков Г.А. 1986 г.)

Предложены перспективные, направленные на ускорение селекционного процесса биотехнологические методы (тканевой, гаплоидной селекции, генной инженерии). Разработаны эффективные методы андрогенеза в культуре in vitro и впервые получены пыльцевые растения-регенеранты с генами колонновидности (Со) и моногенной устойчивости к парше (V_f), которые представляют большой интерес для создания принципиально нового исходного материала на основе гаплоидии. Среди них имеются растения с гаплоидными, триплоидными и анеуплоидными клетками. Разработаны методы адаптации растений-регенерантов к условиям открытого грунта. Для получения трансгенных растений, устойчивых к комплексу грибных болезней, предложен способ регенерации и схемы отбора трансгенных тканей при агробактериальной трансформации. (Маниатис Т., Фриг Э., Сембук Дж 1984 г.)

В плане задач по селекции яблони на 2001-2005 гг. предусматриваются исследования по следующим направлениям:

установить закономерности наследования, идентифицировать гены хозяйственно ценных и адаптивно значимых признаков, выявить генотипическую структуру исходных форм и создать новое поколение источников и доноров ценных признаков, а также методологию сбора и хранения генофонда, формирование генетической коллекции;

разработать теоретические основы, методы индуцирования адаптивно значимой генотипической изменчивости и оценки генетического потенциала плодовых культур по важнейшим признакам, идентификация ценных генотипов с использованием молекулярных маркеров, лазерной ауксонометрии и микроструктурного анализа;

разработать биотехнологические методы получения форм плодовых растений, устойчивых к комплексу биотических и абиотических факторов.

2.Цель и задачи исследований.

Целью настоящего исследования является выделение новых переспективных исходных форм, среди мутантных и гибридных сеянцев яблони характеризующихся высокой засухоустойчивостью.

Для осуществления данной цели предстояло решить следующие задачи:

1. На основе полученных данных и статистической обработки их рассчитать, какие из исследуемых форм и гибридов наиболее засухоустойчивы.

2. Разделить исследуемые мутантные и гибридные формы по их засухоустойчивости, и выделить группы: наиболее адаптивные, засухоустойчивые, слабозасухоустойчивые и незасухоустойчивые.

3. Сравнить наиболее перспективные формы и гибриды с районированными контрольными сортами и выделить превосходящие их .

3. Условия объекты и методика исследований

3.1 Время и место проведения исследований.

Исследования проводились на участке отдела селекции и в отделе селекции ВНИИС им. И.В. Мичурина в течение 2001-2002 г.

Опытные участки расположены в пойме реки Лесной Воронеж. Здесь сформировались пойменные лугово-черноземные и черноземно-луговые почвы. Подстилающая порода - пески с глинистыми прослойками. Глубина залегания грунтовых вод 2,5 м. Плотность нижележащих горизонтов почв опытного участка довольно высока.

Реакция почвенного раствора слабокислая, близкая к нейтральной. Мощность гумусового горизонта не высокая, до 30 см. Почвы имеют высокое содержание поглощенных оснований, высокую степень насыщенности основаниями, большую емкость поглощения. Почвы характеризуются повышенным содержанием фосфора и калия, о чем свидетельствуют показатели таблицы 1.

Таблица 1.

Физико-химические свойства почв опытного участка

Таблица 2.

Характеристика горизонтов почвы

Из таблицы 2 видно, что только верхние горизонты имеют удовлетворительную скважность из-за большой плотности сложения.

Климат Тамбовской области характеризуется сравнительно теплым летом. Температура воздуха самого теплого месяца (июля) составляет +18,8—20,7°С.

Период от перехода покоя к вегетационному периоду определяется уровнем температуры. Для яблони и большинства других плодовых кульртур умеренной зоны это температура равна 5°С.

Климат зоны расположения опытного участка умеренно континентальный с довольно теплым летом и холодной зимой. Среднегодовая температура воздуха составляет + 4,7С.

Сумма средних суточных температур за активную вегетацию составляет 2300-2500С. Продолжительность периода с устойчивой средней суточной температурой воздуха выше 10С равна 145 дням.

Весной заморозки прекращаются в первой декаде мая, а первые осенние заморозки наступают в третьей декаде сентября. Наступление физиологической спелости почвы приходится на 20 - 25 апреля.

Самым теплым месяцем является июль, а самым холодным январь.

Осадки выпадают неравномерно. Например, сумма осадков за 12 месяцев 2001 года составила 445,8 мм, что соответствует утверждению статистических данных: один год из двух является в различной степени засушливым. (Рис.12). Среднемноголетнее значение составляет 484 мм. За период с температурой воздуха выше 10°С сумма осадков равна 250 мм.

Направление ветра в районе характеризуется неустойчивостью.

В целом климатические условия данного района благоприятны для возделывания ведущих сельскохозяйственных культур (Рис.11).

По данным метеорологических наблюдений Мичуринской метеостанции погодные условия в годы исследований несколько отличались от средних многолетних данных.

Зимний период 2001 года был теплым. Среднемесячная температура в январе, феврале и марте была значительно выше среднемноголетних значений. В начале января отмечены сильные оттепели, в результате которых полностью сошел снежный покров. Осадков за этот период выпало в среднем по каждому месяцу на 10 мм больше, чем обычно.

Апрель был теплее обычного, средние значения температуры в 2 раза превышали среднемноголетние показатели. В мае температура воздуха была близкой к норме, а осадков выпало в значительно больше обычного.

Лето 2001 года характеризовалось обильными осадками во все месяцы. Их выпало примерно на треть больше среднемноголетнего количества. Июль был достаточно жарким, среднемесячные температурные показатели превысили среднемноголетние значения на 4°С. Июль 2001 года по среднемесячным показателям температуры превзошел июль 1999 и 2000 годов.

В сентябре и октябре осадков выпало меньше нормы (на 9 и 7 мм), а температурные показатели были близки к среднемноголетним значениям.

Рост и развитие плодового дерева находится под постоянным воздействием комплекса метеорологических условий. Требования плодовых деревьев к условиям внешней среды меняются в течении года, поэтому метеорологические условия необходимо рассматривать в тесной связи с физиологией плодового растения.

Попытки определить значения метеорологических факторов в жизни плодовых культур, достаточно многочисленны (Коровин В.А. 1981).

На темпы роста и развития растений влияют, хотя и в меньшей степени, условия увлажнения, причем, степень и результаты этого влияния изменяются в зависимости от фазы развития (Коровин В.А. 1981).

От состояния водного обмена зависят все жизненные процессы в растении, в том числе и свойство организма переносить неблагоприятные условия внешней среды. (Генкель П.А., 1982).

Резкое снижение влагозапасов в почве влияет на темпы роста яблони и других плодовых культур, степень этого влияния изменяется в зависимости от фазы развития.

3.2 Объекты и методика исследований.

Объектами исследований являются районированные сорта, мутантные и гибридные формы яблони, полученные Г.Я. Щербеневым в результате облучения семян районированных сортов на лазерной установке ЛГИ—21, длинна волны 632,8 нм, мощность светового потока 5 мВт, в различных временных интервалах, и высаженных в селекционную школку. Названия гибридных и мутантных форм даны оригинатором.

В качестве контроля были использованы районированные сорта:

Приложение 3.

Экономическая эффективность деятельности ВНИИС им. Мичурина.

ВНИИС им. И.В. Мичурина является многопрофильным учреждением по научному обеспечению садоводства, решающим комплексные отраслевые проблемы – организационно-экономические, технологические, селекционные, отраслевой и межотраслевой инфраструктуры.

РАЗРАБОТКА НОВЫХ И УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СУЩЕСТВУЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ ПРОИЗВОДСТВА ЯБЛОК. На основе результатов эколого-физиологических и экономических исследований института, обобщения результатов исследований и передового зарубежного опыта применительно к конкретным эколого-экономическим условиям средней зоны РФ определены и научно обоснованы основные необходимые технологические параметры перспективных садов для средней зоны РФ, отвечающих современным требованиям хозяйствования в условиях рыночной экономики:

Полученные данные показывают высокую эффективность изучаемой технологии производства подвоев с применением поверхностных органо-мульчирующих субстратов. Выход продукции с качественными параметрами, соответствующими новым стандартным требованиям, по основным подвоям составил свыше 70%. Общая продуктивность маточника за 3 года эксплуатации от 100 до 180 тыс. подвоев с гектара.

В результате 3-летних исследований институт разработал предварительный комплексный технологический регламент по производству высококачественных подвоев для высокодоходных слаборослых садов яблони, который можно применять в производственных условиях.

Институт осуществляет широкую внедренческую деятельность, как на коммерческой, так и на безвозмездной основе по освоению, как результатов своих исследований, так и передового опыта и информации отечественного и зарубежного садоводства по всем направлениям – технология производства яблок, земляники, черной смородины, груши, вишни и плодов других культур, хранение, механизация, прежде всего в своих базовых хозяйствах.

Переход на рыночную экономику, повышение уровня экстремальности окру­жающей среды, поставили перед учеными новые задачи, которые решаются путем разработки и осуществления комплексных программ. В этой связи в институте раз­вернут широкий комплекс работ по фундаментальным и приоритетным прикладным направлениям исследований в садоводстве. Для надежного обоснования организаци­онно-технологических систем по эффективному производству качественных плодов и ягод решаются следующие научно-теоретические проблемы:

• разработка эколого-физиологических основ оптимизации и стабилизации продукционных процессов при производстве ягод, получения продукции высокого качества. Конструирование рациональных моделей садов и ягодников;

• выявление и изучение механизмов устойчивости к биотическим и абиотиче­ским стрессам плодовых и ягодных агроэкосистем и разработка методов повышения их устойчивости. Изучение антиоксидантного комплекса плодов и ягод;

• разработка системы формирования и управления качеством продукции садо­водства на всех этапах - производство, хранение, транспортирование;

• эколого-экономическое обоснование оптимального размещения производства плодов и ягод, оптимизация породно-сортового состава садов и ягодников по регио­нам.

На основе выявленных общетеоретических закономерностей в институте раз­рабатываются комплексные технологические системы по производству плодов и ягод (семечковые - яблоки, груши; косточковые - вишня, черешня, слива; ягодные -смородина, земляника, крыжовник). При этом учитываются следующие задачи:

• эколого-физиологическое и технологическое изучение и подбор сортов и сорто-подвойных комбинаций;

• разработка технологий производства высококачественного посадочного мате­риала плодовых и ягодных культур;

• разработка конструкций насаждений и. приемов их формирования, поддержа­ния высокой продуктивности и качества плодов и ягод;

• разработка технологических регламентов по применению ростовых регулято­ров, микроэлементов, фоторегуляторов и др.;

• разработка систем содержания почв в садах и ягодниках и почвенной агро­техники;

• разработка систем оптимального минерального питания;

• разработка комплексных систем защиты садов и ягодников от вредителей, болезней, сорной растительности;

• разработка и создание новых машин и орудий труда для садоводства и питомниководства;

• изучение закономерностей физиолого-биохимических процессов плодов и ягод в послеуборочный период и разработка на их основе прогрессивных систем хранения и транспортирования в регулируемой атмосфере.

ОПХ ВНИИС им. И.В. Мичурина организовано в 1960 году. С 1992 года зарегистрировано как Опытно-производственное хозяйство ВНИИС им. И.В. Мичурина.

ОПХ ВНИИС является многоотраслевым хозяйством со сложившейся структурой и многоотраслевыми кадрами.

Имущество ОПХ ВНИИС состоит из 66% остаточной стоимости основных фондов, 18% незавершенного строительства, 10% запасов сырья и материалов. Общая земельная площадь составляет 2706 га, сельхозугодий—2230 га, пашня—1128 га. За 2001 год в ОПХ произведено продукции: Плодов—25313 ц. Ягод—496 ц. Зерна—8988 ц. Молока—2169 ц. Привес КРС—159 ц.

В хозяйстве используется цеховая структура, которая объединяет следующие цеха: Садоводство, Кормопроизводство, Животноводство, МТП, Мехмастерская, Автопарк, Строительный цех

В данной работе будут рассмотрены характеристики цеха садоводства.

Цех садоводства.

2001 год.

Цех садоводства является главной отраслью хозяйства. Основное направление—производство плодов и ягод, а также насаждений плодово-ягодного характера, маточников, уход и закладка многолетних насаждений.

2001 год сложился благоприятно для производства плодов и ягод. Несмотря на сильные весенние заморозки, благодаря обильному цветению получен высокий урожай плодов и ягод.

Производство яблок составило 25313 ц. При плане 10770 ц. или в 2,3 раза больше. Урожайность составила 124 ц/га. Фактическая себестоимость—0,45 руб/кг при плане 1,01 руб. это лучший показатель по Тамбовской области.

Высокорентабельной культурой является земляника. Собранно 496 ц при плане 450 ц. урожайность—71 ц/га. Себестоимость 1,66 при плане 4,2. Уровень рентабельности—672%.

В 2001 году заложено 4 га земляники и 1 га маточников земляники. В 2001 году планируется расширить плантацию как самой рентабельной культуры еще на 5 га.

Производство саженцев черной смородины оказалось также выше запланированного. Получено 60,5 тыс. шт. саженцев при плане 50 тыс. Весь посадочный материал полностью реализован осенью. Проведена затравка молодых плодоносящих садов против мышей, обрезано 25 га садов. Ремонтируется сельхозтехника, приобретена насосная станция для полива земляники, запчасти к плодовозам, трактор ДТ-75.

2000 год.

Произведено плодов –228т. Прибыль составила—321 тыс. руб. земляники произведено 51 т. урожайность—73 ц/га. Прибыль—570 тыс. руб. уровень рентабельности—713%. Заложенно 4,5 га земляники, семечкового сада—2,8 га. Увеличена площадь молодых насаждений земляники на 5 га. Малины—0,6 га.

1999 год.

Производство плодов—1308т. урожайность—68,8 ц/га. От реализации яблок полученна прибыль—20 тыс. руб. земляники собранно 42 тонны. Урожай—70 ц/га. Прибыль 142 т/руб. уровень рентабельности 322%. План: заложить 5 га земляники. Саженцев черной смородины выращено 31 тыс шт. почти все остались нереализованными. По реализации продукции на садоводство приходится 73%. Обрезано садов 25 га., произведена затравка против мышей, куплено ядохимикатов на сумму 200 тыс. рублей.

Площадь под плодовыми и ягодными культурами составляет 205 га (все данные приведены на 2000 год). Среди сортов яблони возделываются летние (15%), осенние (12%) и зимние (73%). Сады находятся в удовлетворительном состоянии средний возраст 11 лет. За последние годы заложено несколько кварталов на карликовых подвоях 62-396.

Земляника возделывается на площади в 7 га. Также имеются маточники по размножению данной культуры.

Большую площадь занимают насаждения смородины, большая часть из которых занимает черная, но также выращивается красная, белая и золотистая. В основном смородину выращивают и размножают для реализации населению и организациям посадочного материала. Имеется большая коллекция сортов.

Кроме того имеются небольшие участки груши, вишни, малины и др. плодово-ягодных культур на которых ведутся различные научные исследования.