doi: 10.15389/agrobiology.2016.5.673rus
УДК 633.72:58.032.3:631.8
О ФОРМИРОВАНИИ УСТОЙЧИВОСТИ У РАСТЕНИЙ ЧАЯ Саmellia
sinensis (L.) O. Kuntze ПРИ НЕДОСТАТОЧНОМ ВОДООБЕСПЕЧЕНИИ
НА ФОНЕ КОРНЕВОГО ВНЕСЕНИЯ КАЛЬЦИЯ В ВИДЕ ПРИРОДНОГО
УДОБРЕНИЯ
Л.С. МАЛЮКОВА, З.В. ПРИТУЛА, Н.В. КОЗЛОВА, В.В. КЕРИМЗАДЕ,
А.В. ВЕЛИКИЙ
Чайное растение [Саmellia sinensis (L.) O. Kuntze] в условиях Черноморского побережья России и в ряде других регионов мира (Китай, Индия) сталкивается с сезонными проявлениями дефицита воды, приводящими к существенной потере урожайности — по данным разных авторов до 40-50 % (M. Mukhopadhyay с соавт., 2014; Л.С. Малюкова, 2014). В этой связи проводятся исследования по изучению физиолого-биохимических механизмов устойчивости растений чая к дефициту воды, эффективности различных экзогенных индукторов, ведется селекционный поиск более засухоустойчивых сортов. Значительный интерес исследователей связан с изучением экзогенного применения кальция, который служит посредником в передаче сигнала внутри клетки при синтезе стрессорных белков, обеспечивающих устойчивость к неблагоприятным факторам среды, а также последующий выход из этого состояния (X.Y. Gao с соавт., 1999; M.Y. Shu с соавт., 2000). Показано влияние кальция на снижение окислительных повреждений у различных растений (в том числе чая) при засухе посредством индуцирования антиоксидантной системы (X.Y. Gao с соавт., 1999; М. Ли с соавт., 2004; С.С. Медведев, 2005; H. Upadhyaya с соавт., 2012; Е.Г. Рихванов с соавт., 2014). В России впервые в условиях полевого опыта изучено влияние корневого применения кальция на функциональное состояние растений чая и режим их питания в условиях недостаточного водообеспечения. Кальций вносили в почву в форме природного удобрения (глинисто-известковое вещество с содержанием СаО 40 %) в дозе 100 кг/гад.в. (CaO) на фоне макроудобрений (N240P70K90) (контроль — только N240P70K90). В летние периоды наибольшей напряженности по влагообеспеченности (конец июля-август) изучали динамику каталазной активности зрелых листьев и 3-листных флешей, рН клеточного сока, водообеспеченность и водоотдачу, а также химический состав растений и почв. Установлено, что под влиянием кальция в стрессовый период происходило повышение активности каталазы в зрелых листьях (на 10-19 мл О2/г за 3 мин в разные периоды), снижение водоотдачи (в среднем на 20 %), в меньшей степени выраженное подщелачивание клеточного сока (на 0,05-0,07 ед.), а также существенный (на 27-33 %) прирост урожайности, демонстрирующий их более стабильное функциональное состояние как во время стресса, так и в течение последующей регидратации. Каталазная активность флешей (в меньшей степени — зрелых листьев) коррелировала с рН клеточного сока (соответственноr = 0,93 и r = 0,53), что определяло его регулирующую роль в формировании оксидативного статуса чайного растения. Более адаптированная перестройка растений к экстремальным условиям и последующее их эффективное восстановление происходили за счет влияния кальцийсодержащих удобрений на катионообменный состав почвенного поглощающего комплекса в направлении повышения содержания обменного кальция (в 1,5-3 раза) при сохранении калийного статуса и последующего скоординированного поглощения растениями основных биогенных элементов, обеспечивающего более эффективное поступление калия и кальция по сравнению с азотом и фосфором.
Ключевые слова: чайное растение, Саmellia sinensis (L.) O. Kuntze, засухоустойчивость, кальций, минеральные удобрения, ферментативная активность, водоотдача, рН клеточного сока, агрохимические свойства почв, химический состав листьев.
L.S. Malyukova, Z.V. Pritula, N.V. Kozlova, V.V. Kerimzade, A.V. Velikii
In the conditions of Russian Black Sea coast and in many other regions of the world (China, India) tea plant is faced with seasonal water shortages leading to a significant loss of productivity — according to different authors, up to 40-50 % (M. Mukhopadhyay et al., 2014; L.S. Malyukova, 2014). In this regard, physiological and biochemical mechanisms of tea plant resistance to water shortages as well as the effectiveness of various exogenous inducers are being researched; more drought-resistant cultivars are being searched for the breeding. Considerable interest in research is related to the study of application of exogenous calcium, which is a mediator in signaling within the cell when there is a synthesis of stress proteins, which, in turn, provide the resistance to adverse environmental factors, as well as the subsequent exit from this state (X.Y. Gao et al., 1999; M.Y. Shu et al, 2000). The papers showed calcium effect on reducing oxidative damage in various plants (including tea plant) at drought by inducing antioxidant system (X.Y. Gao et al., 1999; M. Lee et al, 2004; S.S. Medvedev, 2005; H. Upadhyaya et al., 2012; E.G. Rikhvanov et al., 2014). In Russia, it is the first time when in a field experiment we studied an effect of root fertilization with calcium on the functional state of tea plants and the mode of their nutrition at low water supply. Calcium was introduced into the soil in the form of a natural fertilizer (clay and lime matter containing 40 % of CaO) at 100 kg CaO per ha along with macronutrients (N240P70K90) against solely N240P70K90 in control. During summer periods of high moisture deficit (late July to August) we studied the dynamics of catalase activity in mature leaves and 3-leaf fleshes, pH of the cell sap, water supply and water loss, as well as chemical composition of plants and soil. It was found that under the influence of calcium in the stressful period there were an increase in catalase activity in mature leaves (by 10-19 ml of O2/g within 3 min at different periods), a reduction of water loss (on average by 20 %), a lesser alkalescency of the cell sap (by 0.05-0.07 units), and a significant (by 27-33 %) increase in plant productivity, which indicates more stable functional state both during water stress and rehydration. Catalase activity in shoots (to a lesser extent in mature leaves) correlated with the pH of the cell sap (r = 0.93 and r = 0.53, respectively), which determined its important role in the formation of tea plant oxidative state. More adapted restructuring of the plants to extreme conditions and their subsequent effective recovery was due to the effect of calcium fertilizers on the cation-exchange capacity of soil absorbing complex, i.e. 1.5-3-fold enhancing the calcium exchange, while maintaining the potassium status and subsequent coordinated absorption of major biogenic nutrient elements, which provides preferential flow of potassium and calcium in plants as compared to nitrogen and phosphorus.
Keywords: tea plant, Samellia sinensis (L.) O. Kuntze, drought resistance, calcium, mineral fertilizers, enzyme activity, water loss, pH of the cell sap, agrochemical properties of soils, chemical composition of leaves.
ФГБНУВсероссийский НИИ цветоводства |
Поступила в редакцию |
Оформление электронного оттиска
