Из глубины веков
Первые же письменные свидетельства о посадках этой солнечной ягоды на территории нашей страны относятся к X—XII столетиям. Киевский князь Владимир образовал новый Туровский епископат, которому придавались Пинск, Волковыск, Городень, а также «... села, винограды, земли бортные, волости со всеми придатками…». В распоряжении епископа давались указания и об укрытии винограда на зиму.Во времена Речи Посполитой большое влияние на развитие виноградарства (да и садоводства в целом) оказала королева Бона. В многочисленных своих имениях она на итальянский манер высаживала виноград.
В 1840 году в имении Горы‑Горки (сейчас там Белорусская государственная сельскохозяйственная академия) заложили плодовый питомник, где было и четыре сорта винограда: «Маленгр ранний», «Шасла Виберта», «Мускат прекос», «Альфа».
К 1910 — 1920 годам солнечная ягода уже росла во всех областях современной Беларуси, даже самой северной — Витебской.
Уникальная ампелографическая коллекция была заложена в 1939 году в Пинске тогда никому не известным бухгалтером И. И. Шевчуком. Во многом благодаря стараниям Ивана Ивановича в 1948 году правительство приняло постановление о развитии виноградарства в республике.
В предвоенные, а потом и в 1950‑е годы было организовано несколько виноградарских колхозов и совхозов, в основном в Брестской и Гомельской областях. Была разработана и государственная программа, в рамках которой для хозяйств централизованно закупались черенки разных сортов. По данным переписи 1953 года, в Беларуси виноград выращивали 53 колхоза и 96 государственных хозяйств. Также были организованы плодоовощные опытные станции (в Жировичах и Червене), на которых изучалась и эта южная культура.
Сегодня в стране немало виноградарей‑любителей. Да и промышленное виноградарство возрождается. И наиболее подходящие для него условия складываются в Гомельской, Брестской областях и на юге Минской.
На территории ОАО «Пинский винодельческий завод» на 100 га создан первый промышленный виноградник Беларуси. Есть своя плантация и в РУП «Институт плодоводства»: на 1,7 га выращивается 520 сортов винограда.
Коварный стресс
Чтобы отобрать устойчивые к неблагоприятным факторам среды, патогенам и вредителям сорта, вначале надо разработать тесты ранней диагностики стрессочувствительности и стрессоустойчивости винограда в контексте нашего меняющегося климата.Разрешить эту задачу взялись ученые — доцент кафедры общей биологии и ботаники факультета естествознания УО «Белорусский государственный педагогический университет имени Максима Танка» Андрей Деревинский, аспирант кафедры биотехнологии УО «Полесский государственный университет» Наталья Волынчук. Руководит же работой известный ученый в области биофизики и биохимии стресса у растений, заведующий лабораторией прикладной биофизики и биохимии Института биофизики и клеточной инженерии НАН Беларуси, член‑корреспондент, доктор биологических наук Людмила Кабашникова.
— Стресс — неспецифическая реакция на раздражители, которые нарушают гомеостаз растительного организма, — объясняет Людмила Федоровна. — Говоря обычным языком, стресс — это напряженное состояние, при котором все физиологические процессы перестраиваются и адаптируются к новым условиям. В природе к стрессовым факторам относятся резкие перепады ночной и дневной температуры, засуха и затопление, заморозки и жара, недостаток и избыток элементов питания, нашествие вредителей, болезни, загрязнение воды, воздуха и грунта, пестицидная нагрузка, неподходящий тип почвы… Все это может длиться как несколько минут, так и месяцев.
На фоне неблагоприятных условий окружающей среды иммунная система растений активируется, что позволяет культуре сохранить оптимальный уровень физиолого‑биохимических реакций. Но слишком сильный стресс может вызвать гибель растений. Ведь их жизнедеятельность нарушается, они истощаются, в том числе и вследствие накопления токсинов. Все это снижает продуктивный потенциал растений. Каждый день сильного стресса минусует в среднем 1 процент урожая.
Холода — не беда?
Низкие температуры воздуха, воды, почвы — серьезное испытание для культур, особенно в начале вегетационного сезона. Опасность заморозков в том, что при отрицательных температурах внутриклеточная жидкость превращается в лед, кристаллы которого необратимо повреждают клетки. В результате все жизненно важные физиолого‑биохимические процессы блокируются.
Вместе с тем растения, чтобы преодолевать стрессовые условия, научились к ним адаптироваться. Так, увеличение вязкости цитоплазмы клеток прямо пропорционально содержанию в ней белков и углеводов. Что, соответственно, снижает нижний уровень температуры замерзания самого растения. В связи с этим меньше и повреждений. Стоит отметить, что устойчивость к низким отрицательным температурам — один из важных показателей зимостойкости, то есть способности растений переносить неблагоприятные условия в зимний период.
Все сорта и виды винограда в той или иной степени теплолюбивы. Одни из них проявляют повышенные требования к теплу и свету. Другие же, наоборот, способны выдерживать понижение температуры до минус 40 градусов, сохраняя при этом способность к плодоношению.
Специалисты провели скрининг интродуцированных в Беларуси (но разных по происхождению) сортов винограда, опытным путем проанализировав их устойчивость к холоду.
Исследования проводили на протяжении всего вегетационного периода. Чтобы проверить изменения физиолого‑биохимических процессов, листья с однолетних побегов помещали в сосуды, заполненные водой, и отправляли в холодильную камеру, в которой создавали так называемый низкотемпературный стресс — плюс 4 градуса и 50 процентов влажности.
Наиболее устойчивыми к действию таких температур в фазу активного роста (1 — 2‑я декада июля) и созревания плодов оказались листья сортов «Альфа», «Бианка», «Кристалл» и «Маршал Фош».
В климатической камере в течение 48 и 72 часов также выдерживали черенки однолетних приростов с 1 — 2 листьями в стадии формирования плодов (2‑я декада июля). Как показали исследования, охлаждение побегов в течение двух суток увеличивало в них содержания активных форм кислорода (АФК). Надо сказать, что эти молекулы и свободные радикалы выполняют в клетках растений двоякую функцию. При низком уровне стресса, близком к нормальным условиям, они, выступая как сигнальные молекулы, активизируют все возможные в растении защитные процессы. А при высоком уровне стресса, наоборот, накапливаясь в больших количествах, могут вызывать разрушение клеточных структур.
Десятикратное (максимальное) увеличение общего уровня АФК по сравнению с контролем (при температуре плюс 23 градуса) зафиксировано у «Альфы», среднее — у «Бианки» и «Кристалла»: в 7,1 и 7,6 раза соответственно. У сорта «Маршал Фош» этот показатель увеличился только в 1,1 раза.
При охлаждении побегов в течение 72 часов содержание АФК у «Кристалла» и «Маршала Фош» соответственно возросло в 13,5 и 8 раз.
Все выше перечисленные сорта по данным белорусских селекционеров из РУП «Институт плодоводства» относятся к высоко‑ и среднеустойчивым к холоду. Поэтому можно предположить, что активное накопление в их листьях АФК запускает процессы адаптации к низким температурам.
Своевременное внесение в почву органических и минеральных удобрений, обогащенных микроэлементами, а также использование внекорневой подкормки способно заметно повысить адаптацию растений к холоду. Объясняется это тем, что питательные вещества, содержащие макро‑ и особенно микроэлементы, обеспечивают их необходимой энергией, стимулируя тем самым рост и развитие растений.
Не дай ему засохнуть
В последние годы в климатических условиях Беларуси не менее актуальна проблема и засухоустойчивости растений из‑за экстремально высоких колебаний температуры в летний период. И это ставит перед селекционерами новую задачу: устойчивость к засухе.Дело в том, что повышение температуры воздуха до плюс 35 — 40 градусов у всех сортов винограда вызывает повреждение клеточных мембран. Также снижается скорость реакций фотосинтеза, замедляется дыхание растений и активность фитогормонов. Все это приводит к накоплению ингибиторов, замедляющих рост и развитие винограда.
— Засуха — достаточно серьезная угроза для будущего урожая, — акцентирует внимание Людмила Федоровна. — К сожалению, такие явления в условиях нашего меняющегося климата становятся все более частыми. Растения, конечно, уже выработали свои механизмы защиты от недостатка влаги. Так, во время засухи они ускоряют рост корневой системы, усиливают всасывание воды, снижают активность транспирации и увеличивают свою водоудерживающую способность. Но длительный дефицит воды все же приводит к серьезным нарушениям гомеостаза. При недостатке влаги тургор растительных тканей снижается и клетки теряют способность поглощать питательные вещества. Кроме того, возрастает проницаемость клеточных мембран, нарушается скорость фотосинтеза и другие важные метаболические процессы, что в конечном итоге вызывает опадение цветков и завязей.
А ведь ключевая роль в жизнедеятельности растения принадлежит именно фотосинтезу. Его параметры могут быть использованы для ранней диагностики стрессочувствительности и стрессоустойчивости разных сортов винограда.
Для изучения этого вопроса ученые исследовали не только листья, но и срезанные осенью и в конце зимнего периода покоя черенки, а также выращенные из семян проростки. На качество плодов и продукции, получаемой из них, влияет не только окружающая среда, но и подкормки. И все это отражается на состоянии листового аппарата. Снижение же в листьях пигментов можно рассматривать как индикатор стрессового состояния растений.
Да будет свет
Не вырастишь хороший урожай и без должного освещения. Виноград — светолюбивая культура. И в наших условиях он может испытывать световой стресс. Затененность затрудняет процесс биосинтеза и выработку оптимального количества фотосинтетических пигментов (особенно хлорофилла) в листьях, стеблях и молодых плодах.Содержание углеводов в листьях винограда — показатель активности фотосинтеза. Эти органические вещества выполняют ряд важных функций как в клетке, так и в растении в целом. Накапливаясь в плодах, они определяют не только их вкус, но и качество получаемой продукции, употребляемой как в свежем, так и в переработанном виде.
Доказано, что для стрессоустойчивых сортов характерна и более эффективная антиоксидантная система. Благодаря ей активно синтезируются стрессовые белки, защищающие растение.
Тестируя выращенные из семян проростки винограда, ученые пришли к выводу, что в них начало окислительного стресса можно зафиксировать еще до появления видимых некротических нарушений в ткани листа.
Состояние пигментного аппарата в подкорковом слое лозы черенков — хлоренхиме — еще один из критериев стрессоустойчивости винограда. Благодаря этим пигментам черенки отлично хранятся, не боясь низких положительных температур, а хлорофилловые пигменты не разрушаются при длительном затемнении.
Фотосинтез в этих тканях протекает в совершенно иных условиях, чем в листьях. Так, в черенках высокое содержание углекислого газа, низкая концентрация кислорода и сильно закисленная среда. Свет, проходя сквозь кору, ослабевает и тускнеет. Фотосинтетический же аппарат в одревесневших стеблях приспособлен к более широкому диапазону внешних температур. Детальным изучением этого вопроса занимались ученые из Института фундаментальных проблем биологии РАН и Института физиологии РАН.
В тканях внутренней коры лозы винограда было обнаружено высокое содержание хлорофилла и каротиноидов, что более характерно для теневыносливых растений. Ученые выявили высокую устойчивость фотосинтетического аппарата стеблей винограда к замораживанию и пониженную — к свету по сравнению с листом. Но, оказывается, как только освещенность меняется (то есть усиливается), хлоропласты лозы моментально перестраиваются, перераспределяя энергию между фотосистемами.
Полезное соседство
Ученые исследовали и влияние микробиома на виноградную лозу. Как оказалось, роль почвенных бактерий и грибов очень значима: они изменяют структуру и функциональность не только почвенной биоты, но и состав органического вещества. Так, сапротрофный гриб пеницилл, встречающийся и в почве, и в продуктах питания, благодаря своей очень высокой изменчивости и пластичности способен изменять патогенность, агрессивность и вирулентность вредных микроорганизмов. Полезная же почвенная микробиота, конкурируя за субстрат, продуцирует антибиотики (тот же пенициллин) и оказывает оздоравливающий эффект, защищая растение от корневых патогенов.С виноградом ассоциирован и комплекс дрожжевых грибов (а их около 160 видов), таксономический состав которых очень схож на виноградниках разных стран.
Разработка биотехнологических агроприемов управления микробиотой — одно из перспективнейших направлений современного адаптивного растениеводства.
Сопоставление основных генетических, биологических особенностей и биохимических характеристик перспективных сортов винограда позволяет более обоснованно ответить на вопрос о целесообразности интродукции сорта в тот или иной регион. Биологи и селекционеры сейчас активно работают в этом направлении.
sad@sb.by
