Подход к оценке засухоустойчивости винограда на модельных интактных листьях

Дефицит воды, с одной стороны, оказывает негативное воздействие на рост, развитие, долговечность и устойчивость винограда к болезням и низким температурам, но, с другой стороны, необходим для получения качественного урожая. В условиях усиления континентальности климата большое значение имеет поиск сортов, способных к качественному и эффективному плодоношению без ущерба виноградному растению в условиях засухи. Идентификация признака засухоустойчивости у винограда является сложной задачей ввиду размеров растений, длительного срока развития, отсутствия конкретного критерия засухоустойчивости, большой трудоёмкости и длительности поисковых исследований. В качестве модельной системы можно использовать интактные листья конкретного сорта винограда, помещённые в специфические внешние условия. Целью работы являлось изучение возможности использования интактных листьев винограда в качестве достоверной модели засухоустойчивости сорта. В работе проведено сравнение изменения физиологических параметров выхода электролитов, индекса стабильности хлорофилла и содержания малонового диальдегида в интактных листьях под воздействием сорбитола и в листовых дисках под воздействием полиэтиленгликоля различной концентрации и при различном времени экспозиции. В качестве эталона сравнения было использовано изменение физиологических параметров в листьях винограда, находящихся в условиях контролируемой почвенной засухи. Воздействие моделируемой интенсивной почвенной засухи в течение трёх недель в двух независимых экспериментах (2022-2023 гг.) выявило сортовые различия в соотношении выхода электролитов в «стрессовом» и контрольном вариантах, индексе стабильности хлорофилла. Аналогичные результаты были получены в эксперименте на интактных листьях винограда, помещенных в 10 %-й раствор сорбитола в течение 3 часов. На основании проведенного тестирования установлено, что сорта ‘Морозко’, ‘Кутузовский’ и ‘Достойный’ обладают более высокой засухоустойчивостью в сравнении с сортами ‘Каберне Совиньон’ и ‘Бархатный’. Данный подход может быть использован для предварительного определения засухоустойчивости сорта винограда как самостоятельно, так и в комплексе с полевыми исследованиями

1. Петров 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(3):29-50. https://www.elibrary.ru/item.asp?id=37530866. Petrov V. S., Aleynikova G. Yu., Novikova L. Yu., Naumova L. G., Lukyanova A. A. The infl uence of climate change on grape phenology. Fruit growing and viticulture of the South Russia. 2019;57(3):29-50. https://www.elibrary.ru/item.asp?id=37530866 (in Russ.)

2. Алейникова Г. Ю., Петров В. С. Влияние климатических изменений на продуктивность и фенологию винограда. Русский виноград. 2020;11:81-91. Aleynikova G. Yu., Petrov V. S. The infl uence of climate change on the productivity and phenology of grapes. Russian grapes. 2020;11:81-91. (in Russ.)

3. Chaves M., Zarrouk O., Francisco R., Costa J., Santos T., Regalado A., Rodrigues M., Lopes C. Grapevine under defi cit irrigation: hints from physiological and molecular data. Annals of Botany.2010;105:661-676. https://doi.org/10.1093/aob/mcq030.

4. Pagay V., Furlan T. S., Kidman C. M. et al. Long-term drought adaptation of unirrigated grapevines (Vitis vinifera L.), Theor. Exp. Plant Physiol. 2022;34:215-225. https://doi.org/10.1007/s40626-022-00243-3.

5. Gambetta G., Herrera J., Dayer S., Feng Q., Hochberg U., Castellarin S. The physiology of drought stress in grapevine: towards an integrative defi nition of drought tolerance. Journal of Experimental Botany. 2020;71:658-4676.

6. Fanizza G., Ricciardi L. Infl uence of drought stress on shoot, leaf growth, leaf water potential, stomatal resistance in wine grape genotypes (Vitis vinifera L.). Vitis. 2015;29:371-381.

7. Martorell S., Medrano H., Tomàs M., Escalona J., Flexas J., DiazEspejo A. Plasticity of vulnerability to leaf hydraulic dysfunction during acclimation to drought in grapevines: an osmotic-mediated process. Physiologia Plantarum. 2015;153:381-391. https://doi.org/10.1111/ppl.12253.

8. Hochberg U., Degu A., Cramer G. R., Rachmilevitch S., Fait A. Cultivar specifi c metabolic changes in grapevines berry skins in relation to defi cit irrigation and hydraulic behavior. Plant Physiology and Biochemistry. 2015;88:42-52. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2015.01.006.

9. Hochberg U., Degu A., Gendler T., Fait A., Rachmilevitch S. 2015. The variability in the xylem architecture of grapevine petiole and its contribution to hydraulic diff erences. Functional Plant Biology. 2015;42:357. https://doi.org/10.1071/FP14167.

10. Vandeleur R., Mayo G., Shelden M., Gilliham M., Kaiser B., Tyerman S. The role of plasma membrane intrinsic protein aquaporins in water transport through roots: diurnal and drought stress responses reveal different strategies between isohydric and anisohydric cultivars of grapevine. Plant physiology. 2009;149:445-460. https://doi.org/10.1104/pp.108.128645.

11. Soar C., Spei J., Maff ei S., Penrose A., McCarthy M., Loveys B. Grape vine varieties Shiraz and Grenache diff er in their stomatal response to VPD: apparent links with ABA physiology and gene expression in leaf tissue. Australian Journal of Grape and Wine Research. 2006;12:2-12. https://doi.org/10.1111/j.1755-0238.2006.tb00038.x.

12. Alsina M., Smart D., Bauerle T., de Herralde F., Biel C., Stockert C., Negron C., Save R. Seasonal changes of whole root system conductance by a drought-tolerant grape root system. Journal of Experimental Botany. 2011;62:99-109. https://doi.org/10.1093/jxb/erq247.

13. Schultz H. R. Diff erences in hydraulic architecture account for nearisohydric and anisohydric behaviour of two fi eldgrown Vitis vinifera L. cultivars during drought, Plant. Cell & Environment. 2003;26:1393-1406. https://doi.org/10.1046/j.1365-3040.2003.01064.x.

14. Lovisolo C., Perrone I., Carra A., Ferrandino A., Flexas J., Medrano H., Schubert A. Drought-induced changes in development and function of grapevine (Vitis spp.) organs and in their hydraulic and non-hydraulic interactions at the whole-plant level: a physiological and molecular update, Functional Plant Biology. 2010;37:98-116. https://doi.org/10.1071/FP09191.

15. Munitz S., Netzer Y., Shtein I., Schwartz A. Water availability dynamics have long-term eff ects on mature stem structure in Vitis vinifera. American Journal of Botany. 2018;105:1443-1452. https://doi.org/10.1002/ajb2.1148.

16. Chaves M., Zarrouk O., Francisco R., Costa J., Santos T., Regalado A., Rodrigues M., Lopes C. Grapevine under defi cit irrigation: hints from physiological and molecular data. Annals of Botany. 2010;105:661-676. https://doi.org/10.1093/aob/mcq030.

17. Charrier G., Delzon S., Domec J. C., et al. Drought will not leave your glass empty: Low risk of hydraulic failure revealed by long-term drought observations in world’s top wine regions. Science Advances. 2018;4:eaao6969. DOI: 10.1126/sciadv.aao6969.

18. Березовская С. П., Попова М. С. Накопление фенольных и красящих веществ в ягодах винограда при различных алгоритмах орошения и нагрузке урожаем. Плодоводство и виноградарство Юга России. 2023;79(1):128-153. https://www.elibrary.ru/item.asp?id=50140402. Berezovskaya S. P., Popova M. S. Accumulation of phenolic and coloring substances in grapes under various irrigation algorithms and crop loadFruit growing and viticulture of the South of Russia. 2023;79(1):128-153. (in Russ.)

19. Williams L. E., Araujo F. J. Correlations among predawn leaf, midday leaf, and midday stem water potential and their correlations with other measures of soil and plant water status in Vitis vinifera. Journal of the American Society for Horticultural Science. 2002;127(3):448-454. https://doi.org/10.21273/JASHS.127.3.448

20. Bilir Ekbic H., Gecene İ., Ekbic E. Determination of the Tolerance of Fox Grapes (Vitis labrusca L.) To Drought Stress by PEG application in vitro. Erwerbs-Obstbau. 2022;64:87-94. https://doi.org/10.1007/s10341-022-00669-8.

21. Shirazi F., Gholami M., Sarikhani H. In vitro evaluation of drought tolerance in two grape (Vitis vinifera L.) cultivars, Journal of Plant Physiology and Breeding. 2020;10(2):133-145. https://doi.org/10.22034/JPPB.2020.14302.

22. Conesa M. R., de la Rosa J. M., Domingo R., Bañon S., Pérez-Pastor A. Changes induced by water stress on water relations, stomatal behaviour and morphology of table grapes (cv. Crimson Seedless) grown in pots. Scientia Horticulturae. 2018;202:9-16. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2016.02.002.

23. Bajji M., Kinet JM., Lutts S. The use of the electrolyte leakage method for assessing cell membrane stability as a water stress tolerance test in durum wheat, Plant Growth Regulation. 2002;36:61-70. https://doi.org/10.1023/A:1014732714549.

24. Hodges D. M., DeLong J. M., Forney C. F., Prange R. K. Improving the thiobarbituric acid-reactive-substances assay for estimating lipid peroxidation in plant tissues containing anthocyanin and other interfering compounds. Planta. 1999;207:604-611. https://doi.org/10.1007/s004250050524.

25. Lichtenthaller H. K., Buschmann C. Extraction of photosynthetic tissues: chlorophylls and carotenoids, Current protocols in food analytical chemistry. 2001;1(1):F4.2.1-F4.2.6.

26. Pawar S. G., Kamble V. M. Evaluation of chlorophyll content and chlorophyll stability index of some antiallergenic medicinal plants. Asian Journal of Multidisciplinary Studies. 2015, 3.

27. Bajji M., Kinet J., Lutts S. The use of the electrolyte leakage method for assessing cell membrane stability as a water stress tolerance test in durum wheat, Plant Growth Regulation. 2001;00:1-10. https://doi.org/10.1023/A:1014732714549.

28. Flexas J., Bota J., Escalona J., Sampol B., Medrano H. Eff ects of drought on photosynthesis in grapevines under fi eld conditions: an evaluation of stomatal and mesophyll limitations. Functional Plant Biology. 2002;29(4):461-471. https://doi.org/10.1071/PP01119.

29. Kumar R., Berwal M. K., Saroj P. L. Morphological, Physiological, Biochemical and Molecular Facet of Drought Stress in Horticultural Crops. International Journal of Bio-resource and Stress Management. 2019;10(5):545-560. https://ojs.pphouse.org/index.php/IJBSM/article/view/3876.

30. Mohan M. M., Lakshmi N. S., Ibrahim S. M. Chlorophyll stability index (CSI): its impact on stress tolerance in rice. International Rice Research Newsletter. 2000;25:38-39.

31. Morales M., Munné-Bosch S. Malondialdehyde: Facts and Artifacts, Plant Physiol. 2019;180(3):1246-1250. https://doi.org/10.1104/pp.19.00405.