vstispСадоводство и виноградарствоHorticulture and viticulture0235-25912618-9003Autonomous non-profit organization Editorial Board of journal «Horticulture and viticulture»10.31676/0235-2591-2022-4-27-33vstisp-907Research ArticleФИЗИОЛОГИЯ И БИОХИМИЯ РАСТЕНИЙPLANT PHYSIOLOGY AND BIOCHEMISTRYИспользование фермента пероксидазы для диагностики устойчивости сортов винограда (Vitis vinifera L.) к низким температурамUse of the peroxidase enzyme to diagnose the resistance of grape varieties (Vitis vinifera L.) to low temperatureshttps://orcid.org/0000-0001-7583-1261КиселеваГ. К.KiselevaG. K.

кандидат биологических наук, старший научный сотрудник, доцент

Краснодар

PhD. Sci. (Biol.), Senior Researcher, Associate Professor

Krasnodar

https://orcid.org/0000-0002-4615-3331ИльинаИ. А.IlyinaI. A.

Ильина Ирина Анатольевна, доктор технических наук, профессор, заместитель директора по науке

ул. им. 40-летия Победы, д. 39, Краснодар, 350901

Irina A. Ilyina, Dr. Sci.(Tech.), Professor, Deputy Director for Science

39, st. 40 let Pobedy, Krasnodar, 350901

kubansad@kubannet.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0856-7450ПетровВ. С.PetrovV. S.

доктор сельскохозяйственных наук, заведующий НЦ «Виноградарство»

Краснодар

Dr. Sci. (Agric.), Head of Research Center “Viticulture”

Krasnodar

https://orcid.org/0000-0002-5932-5526ЗапорожецН. М.ZaporozhetsN. M.

кандидат сельскохозяйственных наук, ученый секретарь

Краснодар

PhD. Sci. (Agric.), Scientific Secretary

Krasnodar

https://orcid.org/0000-0003-2527-7981СоколоваВ. В.SokolovaV. V.

кандидат сельскохозяйственных наук, заведующий научно-образовательным сектором

Краснодар

PhD. Sci. (Agric.), Head of Scientific and Educational Sector

Krasnodar

https://orcid.org/0000-0003-1152-5091ВялковВ. В.VyalkovV. V.

младший научный сотрудник

Краснодар

Junior Researcher

Krasnodar

Северо-Кавказский федеральный научный центр садоводства, виноградарства, виноделияРоссияNorth-Caucasian Federal Scientific Center for Horticulture, Viniculture, WinemakingRussian Federation202221092022042733Copyright © Autonomous non-profit organization Editorial Board of journal «Horticulture and viticulture», 20222022Autonomous non-profit organization Editorial Board of journal «Horticulture and viticulture»Autonomous non-profit organization Editorial Board of journal «Horticulture and viticulture»https://www.sadivin.com/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.sadivin.com/jour/article/view/907

В связи с тем, что в южном регионе Российской Федерации, несмотря на наблюдающуюся в последние годы общемировую тенденцию повышения среднегодовой температуры воздуха, увеличилась повторяемость стрессовых отрицательных температур в зимний период, проблемы морозоустойчивости винограда сохраняют свою актуальность. Низкотемпературные стрессы приводят к серьезным повреждениям и снижению урожайности виноградного куста. Для выделения наиболее устойчивых сортов винограда необходимо проведение физиолого-биохимических исследований растений. В статье представлены результаты исследований, связанных с изучением устойчивости к низким отрицательным температурам сортов винограда различных эколого-географических групп по активности фермента пероксидазы и ее изоформ. Объектами исследований были сорта винограда (межвидовые гибриды): европейско-американского происхождения – Достойный, Красностоп АЗОС, Восторг; западноевропейского происхождения – Алиготе; восточно-европейского происхождения – Зариф; евроамуро-американского происхождения – Кристалл. Цель работы – изучить активность пероксидазы, ее изоформы и на основании полученных результатов исследований выделить наиболее устойчивые к низким температурам сорта винограда в условиях южного региона России. По полученным данным активности пероксидазы и проведенному электрофоретическому разделению пероксидаз в полиакриламидном геле выделены устойчивые и менее устойчивые сорта винограда к низким отрицательным температурам. Для устойчивых сортов винограда Кристалл, Красностоп АЗОС, Восторг характерно слабое повышение активности пероксидазы в течение осенне-зимнего периода (в 1,1-1,4 раз), большее число изоформ, их качественный состав. Для менее устойчивых сортов винограда Достойный, Алиготе, Зариф – большее повышение активности пероксидазы (в 1,7-2,4 раз), небольшое число изоформ и их исчезновение в условиях искусственного стресса. Полученные результаты исследований дают возможность утверждать, что изучение в побегах виноградного растения активности пероксидазы и изменения в изопероксидазном спектре можно использовать в качестве диагностических критериев оценки сортов винограда на их устойчивость к низким отрицательным температурам в зимний период.

Despite the global trend of the increase in average annual air temperatures observed in recent years, the recurrence of stressful negative temperatures in winter has increased in the southern region of the Russian Federation, and, therefore, the problems of grape frost resistance remain relevant. Low-temperature stresses lead to serious damage and a decrease in vine yields. In order to distinguish the most resistant grape varieties, it is necessary to carry out plant research on the physiological and biochemical level. The paper presents the results of research related to the study of resistance to low negative temperatures of grape varieties of different ecological and geographical groups according to the activity of peroxidase enzyme and its isoforms. The research objects were grape varieties (interspecific hybrids) of European-American origin – Dostoyny, Krasnostop AZOS, Vostorg; of Western European origin – Aligote; of Eastern European origin – Zarif; of Euro-Amur-American origin – Kristall. The study was aimed at exploring the activity of peroxidase and its isoforms and, based on the research results, identifying grape varieties most resistant to low temperatures under the conditions of the southern region of Russia. According to the obtained data on peroxidase activity and electrophoretic separation of peroxidases in polyacrylamide gel, most resistant and less resistant grape varieties to low negative temperatures were identified. The resistant varieties Kristall, Krasnostop AZOS, Vostorg were characterized by a weak increase in peroxidase activity during autumn-winter period (1.1-1.4 times), higher number of isoforms, and their qualitative composition. The less resistant grape varieties Dostoyny, Aligote, and Zarif were characterized by a greater increase in peroxidase activity (1.7- 2.4 times), a small number of isoforms, and their disappearance under conditions of artificial stress. Based on the results, it can be concluded that the study of peroxidase activity and changes in isoperoxidase spectrum in grapevine shoots can be used as diagnostic criteria for assessment of grape varieties for their resistance to low negative temperatures in winter period.

виноградустойчивостьнизкотемпературный стрессактивность пероксидазыизоформы пероксидазgraperesistancelow-temperature stressperoxidase activityperoxidase isoformsИсследование выполнено при финансовой поддержке Кубанского научного фонда в рамках научного проекта № МФИ-20.1/19.The study was carried out with the financial support of the Kuban Scientific Fund as part of the scientific project No. МФИ-20.1/19.ReferencesПетров В. С., Алейникова Г. Ю., Новикова Л. Ю., Наумова Л. Г., Лукьянова А. А. Влияние изменений климата на фенологию винограда, Плодоводство и виноградарство Юга России. 2019;57(03):29-50. DOI 10.30679/2219-5335-2019-3-57-29-50Petrov V. S., Alejnikova G. Yu., Novikova L. Yu., Naumova L. G., Luk’yanova A. A. Vliyanie izmenenij klimata na fenologiyu vinograda, Plodovodstvo i vinogradarstvo Yuga Rossii. 2019;57(03): 29-50. DOI 10.30679/2219-5335-2019-3-57-29-50 (In Russ.)Андреева В. А. Фермент пероксидаза: участие в защитном механизме растений. М.: Наука, 1988, 128 с.Andreeva V. A. The enzyme peroxidase: participation in the defense mechanism of plants. Moscow: Nauka. 1988, 128 p. (In Russ.)Клемешова К. В., Бударин А. А., Карпун Н. Н. Ферментативная активность в листьях садовых роз в условиях влажных субтропиков России, Садоводство и виноградарство. 2021;5:28-32. DOI: 10.31676/0235-2591-2019-5-28-32Klemeshova K. V., Budarin A. A., Karpun N. N. Enzymatic activity in the leaves of garden roses in the humid subtropics of Russia. Sadovodstvo i vinogradarstvo. 2021;5:28-32. DOI: 10.31676/0235-2591-2019-5-28-32 (In Russ.)Платонова Н. Б., Белоус О. Г. Вторичные метаболиты листьев чая и их участие в защите от экологических стрессоров, Садоводство и виноградарство. 2020;4:12-17. DOI: 10.31676/0235-2591-2020-4-12-17Platonova N. B., Belous O. G. Secondary metabolites of tea leaves and their participation in protection from environmental stressors, Sadovodstvo i vinogradarstvo. 2020;4:12-17. DOI: 10.31676/0235-2591-2020-4-12-17 (In Russ.)Мишко А. Е., Луцкий Е. О. Динамика активности пероксидазы и ее изоформ в листьях разных сортов яблони, Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2021;182(3):37-43. DOI: 10.30901/2227-8834-2021-3-37-43Mishko A. E., Lutskiy E. O. Dynamics of the activity of peroxidase and its isoforms in the leaves of different varieties of apple trees, Trudy po prikladnoy botanike, genetike i selektsii. 2021;182(3):37- 43. DOI: 10.30901/2227-8834-2021-3-37-43 (In Russ.)Симонова З. А., Чемаркин Д. А. Активность пероксидазы Betula pendula как индикатор качества городской среды (на примере г. Саратова), Фундаментальные исследования. 2013;8-5:1097-1101.Simonova Z. A., Chemarkin D. A. Betula pendula peroxidase activity as an indicator of the quality of the urban environment (on the example of Saratov), Fundamentalʹnyye issledovaniya. 2013;8-5:1097-1101. (In Russ.)Раченко М. А., Раченко Е. И., Живетьев М. А., Романова И. М., Граскова И. А. Активность и изоформы пероксидазы в листьях сортов яблони, различающихся по устойчивости к парше, Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук. 2014;5:20-25.Rachenko M. A., Rachenko E. I., Zhivetyev M. A., Romanova I. M., Graskova I. A. Activity and isoforms of peroxidase in leaves of apple varieties differing in resistance to scab, Vestnik Rossiyskoy akademii selʹskokhozyaystvennykh nauk. 2014;5:20-25. (In Russ.)Живетьев М. А. и др. Влияние сезонного понижения суточных температур на суточную адаптацию и динамику биологически активных веществ в листьях лекарственных растений, Известия Иркутского государственного университета. Серия: Биология. Экология. 2013;6;3(1):3-8.Zhivetyev M. A. et al. Influence of seasonal decrease in daily temperatures on daily adaptation and dynamics of biologically active substances in the leaves of medicinal plants, Izvestiya Irkut•skogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Biologiya. Ekologiya. 2013;6;3(1):3-8. (In Russ.)Красова Н. Г., Галашева А. М. и др. Об устойчивости яблони к неблагоприятным условиям зимнего периода, Сельскохозяйственная биология. 2014;1:42-49.Krasova N. G., Galasheva A. M. and others. On the apple resistance to unfavorable conditions of the winter period, Selʹskokhozyaystvennaya biologiya. 2014;1:42-49. (In Russ.)Колупаев Ю. Е., Горелова Е. И., Ястреб Т. О. Механизмы адаптации растений к гипотермии: роль антиоксидантной системы, Вiсник Харкiвського нацiонального аграрного унiверситету. Серiя бiологiя. 2018;1(43):6-33.Kolupaev Yu. E., Gorelova E. I., Yastreb T. O. The mechanisms of plant adaptation to hypothermia: the role of the antioxidant system, Visnik of Kharkiv National Agrarian University. Biology series. 2018;1(43):6-33. (In Russ)Голышкина Л. В. Электрофорез в полиакриламидном геле белковых систем плодовых культур. В кн.: Селекция и сорторазведение садовых культур. Орел: ВНИИСПК, 2007, 56-63.Golyshkina L. V. Polyacrylamide gel electrophoresis of protein systems of fruit crops. In the book: Selektsiya i sortorazvedeniye sadovykh kulʹtur. Orel: VNIISPK, 2007, 56-63. (In Russ.)Олешук Е. Н., Янчевская Т. Г., Гриц А. Н. Физиолого-биохимическая оценка стрессоустойчивости винограда к абиотическим факторам, Вестник Белорусской государственной сельскохозяйственной академии. 2017;1:52-56.Oleshuk E. N., Yanchevskaya T. G., Grits A. N. Physiological and biochemical assessment of grape stress resistance to abiotic factors, Vestnik Belorusskoy gosudarstvennoy selʹskokhozyaystvennoy akademii. 2017;1:52-56 (In Russ.)]Jahnke G. et al. Isoenzyme and microsatellite analysis of Vitis vinifera L. varieties from the Hungarian grape germplasm, Scientia Horticulturae. 2009;120(2):213-221.Jahnke G. et al. Isoenzyme and microsatellite analysis of Vitis vinifera L. varieties from the Hungarian grape germplasm, Scientia Horticulturae. 2009;120(2):213-221.Kazlouskaya Z. A., Biruk E. N. Evaluation of apple plants for winter resistance by peroxidase isoenzyme analysis, Acta Horticulturae. 2009;814:813-818. DOI: 10.17660/ActaHortic.2009.814.138Kazlouskaya Z. A., Biruk E. N. Evaluation of apple plants for winter resistance by peroxidase isoenzyme analysis, Acta Horticulturae. 2009;814:813-818. DOI: 10.17660/ActaHortic.2009.814.138Kaya Ö., Köse C. Determination of resistance to low temperatures of winter buds on lateral shoot present in Karaerik (Vitis vinifera L.) grape cultivar, Acta Physiologiae Plantarum. 2017;39(9):1-9. DOI: 10.1007/s11738-017-2513-7Kaya Ö., Köse C. Determination of resistance to low temperatures of winter buds on lateral shoot present in Karaerik (Vitis vinifera L.) grape cultivar, Acta Physiologiae Plantarum. 2017;39(9):1-9. DOI: 10.1007/s11738-017-2513-7Арестова Н. О. Адаптивная способность к низким отрицательным температурам разных сортов винограда в зависимости от активности окислительных ферментов, Развитие научного наследия И. В. Мичурина по генетике и селекции плодовых культур. 2010, 57-60.Arestova N.O. Adaptive ability to low negative temperatures of different grape varieties depending on the activity of oxidative enzymes, Development of the scientific heritage of I. V. Michurin on genetics and breeding of fruit crops. 2010, 57-60. (In Russ.)Стоев К. Д. Физиология винограда и основы его возделывания. М.: Книга по требованию, 2013, 386 с.Stoev K.D. Physiology of grapes and the basics of its cultivation. Moscow: Kniga po trebovaniyu, 2013, 386 p. (In Russ.)Методы биохимического исследования растений. Под ред. А. И. Ермакова. Ленинград, 1987, 456 с.Biochemical research methods of plants. Ed. A. I. Ermakov. Leningrad, 1987, 456 р. (In Russ.)Радюкина Н. Л., Иванов Ю. В., Шевякова Н. И. Методы оценки содержания активных форм кислорода, низкомолекулярных антиоксидантов и активностей основных антиоксидантных ферментов. В кн.: Молекулярно-генетические и биохимические методы в современной биологии растений. Под ред. Вл. В. Кузнецова, В. В. Кузнецова, Г. А. Романова. Москва, 2012, 355-356.Methods for assessing the content of reactive oxygen species, low molecular weight antioxidants and the activities of the main antioxidant enzymes. In the book: Molecular genetic and biochemical methods in modern plant biology. Eds. Vl.V. Kuznetsova, V.V. Kuznetsova, G.A. Romanov. Moscow, 2012, 355-356. (In Russ.)Ненько Н. И., Киселева Г. К. Физиолого-биохимические методы оценки сортов плодовых культур для адаптивной селекции и промышленного возделывания. В кн. Современные методология, инструментарий оценки и отбора селекционного материала плодовых культур и винограда. Краснодар: ФГБНУ СКФНЦСВВ, 2017, 66-78.Nen’ko N. I., Kiseleva G. K. Fiziologo-biohimicheskie metody ocenki sortov plodovyh kul’tur dlya adaptivnoj selekcii i promyshlennogo vozdelyvaniya. In book: Sovremennye metodologiya, instrumentarij ocenki i otbora selekcionnogo materiala plodovyh kul’tur i vinograda. Krasnodar: FGBNU SKFNCSVV. 2017, 66-78. (In Russ.)Доспехов Б. А. Методика полевого опыта. М.: Колос, 1985, 351 с.Dospekhov B. A. Field experiment technique. Moscow: Kolos, 1985, 351 p. (In Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.