АГРОНОМИЯ
Р.В. Кулян, кандидат сельскохозяйственных наук
О.Г. Белоус, доктор биологических наук
Н.Б. Платонова, научный сотрудник
ФИЦ «Субтропический научный центр Российской академии наук»
РФ, 354002, г. Сочи, ул. Яна Фабрициуса, 2/28
E-mail: supk-kulyan@vniisubtrop.ru
УДК 634.324:631.52
DOI:10.30850/vrsn/2021/5/29-32
АССИМИЛЯЦИОННЫЙ АППАРАТ ОТДАЛЕННЫХ ГИБРИДОВ ЦИТРУСОВЫХ,
КАК ЭЛЕМЕНТ НЕСПЕЦИФИЧЕСКОГО МЕХАНИЗМА УСТОЙЧИВОСТИ*
Влажные субтропики Краснодарского края - зона рискованного цитрусоводства. Это связано с понижениями температуры в
зимний период. Критическая температура (минус 7 - минус120С) приводит к повреждению или гибели растений и снижению уро-
жайности. Поэтому создание отдаленных гибридов и выделение наиболее адаптивных генотипов к условиям выращивания -
важный элемент селекционного процесса. Проведены скрещивания: опылитель - дикий сородич цитрусовых P. Trifoliata,
материнские формы - Fortunella Sw. и Citrus sinensis Valensia. Выделено пять перспективных гибридов: 19; 019-1; 019-2; 019-А;
019-А-1. В результате физиолого-биохимических и анатомо-морфологических исследований данных гибридных форм и их
родителей выявлены наиболее устойчивые к гидротермическим факторам образцы (19; 019-1; 019-2 и 019-А-1) - носите-
ли признаков адаптивности и представляющие ценный материал для практической селекции. Степень адаптивности растений
к условиям выращивания зависит от содержания хлорофиллов и каротиноидов. В течение периода вегетации, содержание суммы
хлорофиллов колебалось от минимума в феврале (1,47 мг/г у Citrus sinensis Valencia) до максимума в октябре - 4,29 мг/г
у формы 019-1 (Fortunella × C. trifoliata). С февраля по октябрь наблюдали активный синтез зеленых пигментов у гибридной
формы 019-А. Наибольшее количество хлорофилла к осеннему периоду (октябрь) накопили формы 019-А-1 и 019-2, значи-
тельное снижение его уровня было в июне у форм 19 и 019-1, характеризующихся сочетанием признаков Fortunella - C. tri-
foliata, из чего можно предположить, что они устойчивы к гидротермическим стрессам. С помощью анализа динамики
отношения Σ хлор. /Σ кар. выделены формы 019-А и 019-А-1 с высокими показателями 5,31-4,64 мг/г сырой массы, что
предполагает их устойчивость к высоким летним температурам.
Ключевые слова: цитрусовые, отдаленные гибриды, хлорофилл, каротиноиды, адаптивность.
R.V. Kulyan, PhD in Agricultural sciences
O.G. Belous, Grand PhD in Biological sciences
N.B. Platonova, researcher
FRC «Subtropical Scientific Centre of the Russian Academy of Sciences»
RF, 354002, g. Sochi, ul. Yana Fabritsiusa, 2/28
E-mail: supk-kulyan@vniisubtrop.ru
A DISTANT CITRUS HYBRIDS ASSIMILATORY APPARATUS AS
A NONSPECIFIC RESISTANCE MECHANISM ELEMENT
The humid subtropics of the Krasnodar Territory are a zone of risky citrus growing, which is associated with lower temperatures
in winter. Critical temperatures (from minus 7 to - 12°С) lead to damage or death of plants, as well as high summer temperatures that
affect productivity. Therefore, the creation of distant hybrids and the selection of the most adaptive genotypes to growing conditions is an
important element of the breeding process. The most resistant relative of citrus crops is Poncirus trifoliate (L.) Raf., were carry physiological-
biochemical and anatomical-morphological researchesof these hybrid forms and their parents and were dentified the most resistant to
hydrothermal factors (19; 019-1; 019-2 and 019-A-1), which are carriers of adaptability signs and represent valuable material for practical
selection.The degree of plant adaptability to growing conditions is closely connected with the content of chlorophylls and carotenoids, which
are a nonspecific plant defense mechanism against abiotic stressors. During the vegetational season, the total chlorophyll content varied
from minimum in February (1.47 mg/g in Citrus sinensis ‘Valencia’) to maximum in October (4.29 mg/g in interspecific hybrid 019-1 from
a combination of crossing Fortunella × C. trifoliata).From February till October, observed an active synthesis of green pigments in the hybrid
form 019-A; accumulation of the amount of chlorophyll marked in the autumn period (October) by forms 019-A-1 and 019-2, a significant
decrease in the level of chlorophyll observed in June in forms 19; 019-1 these forms in the accumulation of the green group of pigments
are manifested to a greater extent by the combination of the features of Fortunella - C. trifoliata, from these it can be proposed that they
are resistant to hydrothermal conditions during the period. Analysis of the dynamics of Σ chlorofillov /Σ carotenoids allowed to mark forms
019-A and 019-A-1 with high rates of 5.31-4.64 mg/g wet weight , which suggests their resistance to high summer temperatures.
Key words: citrus fruits, distant hybrids, chlorophyll, carotenoids, adaptability.
Согласно статистике ФАО, мировые площади
Мексике, Египте, Аргентине и странах Европей-
под цитрусовыми в 2019 году составили 9,73 млн га
ского союза. [11]
с урожаем более 146,15 млн т, большая часть которо-
Культивирование цитрусовых сопряжено с мно-
го была получена в Бразилии, Китае, США, Индии, жеством неблагоприятных факторов окружающей
* Работа выполнена в рамках государственного задания ФИЦ СНЦ РАН № 0492-2021-0009; № 0492-2021-0007/ The work was
carried out within the framework of the state assignment of FRC SSC RAS № 0492-2021-0009; № 0492-2021-0007.
29
АГРОНОМИЯ
среды, включая биотические и абиотические стрессы.
опылителя Poncirus trifoliata. Для растений были соз-
Способы защиты многообразны - морфологические,
даны неконтролируемые условия (неотапливаемая
физиологические, биохимические и другие. Нега-
теплица), в зимнее время температура воздуха пони-
тивное воздействие окружающей среды помогают
жалась в среднем до 10оС. В июле и августе темпера-
преодолевать приобретенные свойства. [1, 8, 10, 13]
тура достигала 31оС, при этом, растения притеняли
Холод - один из основных факторов, отрицательно
нетканым материалом плотностью 15 г/м2.
влияющих на выживание, рост и развитие цитрусовых
От каждой формы с двухлетних побегов от-
растений. Влажные субтропики Краснодарского
бирали по
10 листьев, из которых извлекали
края - зона рискованного цитрусоводства, что об-
пигменты 96%-м этанолом. Их концентрацию
условлено частыми понижениями температуры
в экстракте зеленых листьев определяли на спек-
в зимний период. Критические температуры ведут
трофотометре ПЭ-5400ВИ при длине волны для
к повреждению и гибели растений, снижению про-
хлорофилла a - 665 нм, b - 649, суммы кароти-
дуктивности, что делает актуальной селекцию на
ноидов - 440,5 нм. Количество пигментов нахо-
зимостойкость. Цитрусовые культуры, имея субтро-
дили по формулам Смита и Бенитеза в пересчете
пическое происхождение, при воздействии низких
на сырую массу. [9]
температур переживают состояние стресса, в связи
Анатомические особенности образцов изучали
с чем, повышение устойчивости к холоду - важная
по толщине листовой пластинки, длине междоузлий,
цель селекционной программы. Самый морозо-
наличию колючек и т. д. [3]
устойчивый сородич цитрусовых культур, выдержи-
вающий понижение температуры до минус 25оС, -
РЕЗУЛЬТАТЫ
Poncirus trifoliata (L.) Raf. [5, 13] Но его широкое
использование в целенаправленной гибридизации
Изменение климата влияет на адаптивность
существенно затруднено из-за уникальных репро-
многих сортов цитрусовых культур, в том числе за-
дуктивных характеристик цитрусовых, включая по-
сухоустойчивость и зимостойкость.
лиэмбрионию, длительный ювенильный период,
В результате отдаленных скрещиваний с ис-
высокую степень гетерозиготности, а также мужскую
пользованием в качестве отцовской формы Poncirus
и женскую стерильность. [4, 15]
trifoliata получены гибридные растения и выделе-
Создание отдаленных гибридов и выделение на
ны наиболее перспективные для их дальнейшего
ранних этапах развития наиболее адаптивных к ус-
применения. У гибридных форм обнаружен целый
ловиям выращивания генотипов - важный элемент
ряд измененных фенотипических характеристик и
селекционного процесса.
других отклонений, растения унаследовали спектр
Устойчивость к регулярно проявляющимся
потенциальных приспособлений для борьбы с не-
неблагоприятным факторам внешней среды -
благоприятными условиями (листопадность, колю-
обязательный признак для районированных
честь, короткие междоузлия). В процессе анатомо-
сельскохозяйственных культур.
морфологических исследований листовой пластинки
Цель работы - изучение анатомической струк-
были обнаружены новые свойства, позволяющие
туры листового аппарата и динамики содержания
уже на ранних этапах развития определить более
фотосинтетических пигментов в листьях гибридных
адаптивные формы (табл. 1).
и исходных форм цитрусовых.
Максимальная толщина (0,312 мм) листовой
пластинки отмечена у гибрида 019-2 от комбинации
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
скрещивания Fortunella Р. trifoliatа. Толстая и более
грубая текстура листьев говорит об их долголетии и
Исследования проводили на базе коллекции
большой устойчивости к воздействию биотических
цитрусовых культур в лаборатории селекции отде-
агентов. Тонкие листья (0,254…0,262 мм) были у ги-
ла генетических ресурсов растений и лаборатории
бридов с участием в качестве материнской формы
физиологии и биохимии растений ФИЦ СНЦ РАН.
Valensia. Наличие колючек на побегах у полулисто-
Изучали восемь форм цитрусовых - три исход-
падных форм 19, 019-1 и 019-2 предполагает их зи-
ные (Citrus trifoliata, Fortunella Sw., Citrus sinensis) и
мостойкость и засухоустойчивость.
пять ранее выделенных перспективных гибридов
Ростовые и репродуктивные процессы зависят от
(19, 019-1, 019-2, 019-А и 019-А-1), полученных от
физиолого-биохимических характеристик ассими-
отдаленных скрещиваний с участием в качестве
лирующих органов, которые чувствительны к изме-
Таблица 1.
Анатомо-морфологические показатели отдаленных гибридов по сравнению с исходными формами
Форма
Происхождение
Листовая пластинка
Толщина, мм
Листопадность
Длина междоузлий, см
Наличие колючек
Citrus trifoliata
Poncirus trifoliata
Трехлистная
0,119±0,006
+
4,8±0,5
+
Fortunella Sw
F. margarita
Однолистная
0,301±0,006
-
2,6±0,3
-
Citrus sinensis
cv. Valensia
То же
0,270±0,007
-
5,2±0,5
+
19
Двух-трехлистная
0,308±0,008
Частично
3,6±0,3
+
019-1
Fortunella ×Р.trifoliata
То же
0,305±0,008
Частично
3,64±0,5
+
019-2
-...-
0,312±0,007
Частично
2,6±0,3
+
019-А
cv. Valensia
-...-
0,254±0,008
-
7,6±0,6
-
019-А-1
×Р.trifoliata
–...-
0,262±0,005
Частично
6,6±0,4
-
ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ НАУКИ • № 5-2021
30
АГРОНОМИЯ
нениям окружающей среды и служат индикатором
Таблица 2.
при ранней диагностике состояния растений. [1, 7]
Характеристика фотосинтетического аппарата
Степень адаптивности растений к условиям вы-
отдаленных гибридов по сравнению с исходными формами
ращивания тесно связана с содержанием хлорофил-
Сa/Cb, мг/г
Σ хлор./Σ кар., мг/г
лов и каротиноидов. [6, 10] Сумма хлорофиллов
Форма
V, %
V, %
сырой массы
сырой массы
в листьях - индикатор оптимального состояния
Р. trifoliata
2,39±0,24
10
4,39±0,95
22
растений. [14, 15] Отношение хлорофилла a/b -
показатель теневыносливости растений, а суммы
Fortunella Sw.
2,49±0,06
2
4,93±0,16
3
хлорофиллов к каротиноидам - физиологического
Citrus sinensis
3,04±0,84
28
4,56±0,53
12
состояния. Количество каротиноидов увеличивает-
19
2,06±0,30
14
4,01±0,78
19
ся у растений, перенесших стресс или устойчивых
019-1
1,94±0,16
8
4,55±0,59
13
к нему. [2, 10, 12]
019-2
2,13±0,01
1
4,23±0,58
14
Содержание хлорофилла по мере физиологиче-
019-А
2,37±0,27
12
5,31±1,14
21
ского развития листа растет, а затем уменьшается
019-А-1
2,44±0,17
7
4,64±0,70
15
в процессе его старения. В течение периода вегета-
НСР0,05
0,59
-
0,91
-
ции сумма хлорофиллов изменялась от минимума в
феврале (1,47 мг/г у Citrus sinensis Valencia) до мак-
симума в октябре (4,29 мг/г у межвидового гибрида
Fortunella Sw., 019-А-1, 019-1 и C. trifoliata указывает
019-1 от комбинации скрещивания Fortunella × C.
на их достаточную адаптивность (табл. 2).
trifoliata) (рис. 1, 3-я стр. обл.).
Отношение суммы хлорофиллов к каротинои-
Так как лист цитрусовых, как у всех вечнозеленых
дам (Σ хлор./Σ кар.) играет не менее важную роль
растений, живет длительное время (около 3 лет), нам
при характеристике работы фотосинтетического
не удалось зафиксировать снижение роста, связан-
аппарата. Нами установлено, что это соотношение
ное со старением листа. Дальнейшие наблюдения
очень чутко реагирует на изменения гидротерми-
дадут возможность проследить полный цикл изме-
ческих факторов (V = 12…22 %). В зимний период
нений количества зеленых пигментов у изучаемых
(февраль) показатель уменьшается, что свидетель-
растений.
ствует о снижении светособирающей функции
Все растения по накоплению хлорофилла можно
пигментного комплекса под воздействием терми-
разделить на три группы: в первой активный синтез
ческих стрессоров. У форм 019-А и 019-А-1 соотно-
зеленых пигментов отмечен с февраля по октябрь;
шение хлор./ кар. - 5,31…4,64 мг/г сырой массы,
второй - к осеннему периоду (октябрь); третьей -
что предполагает большую устойчивость к высоким
уровень хлорофилла значительно снижается в июне.
летним температурам.
По результатам анализа генотипических характери-
Таким образом, проведенные физиолого-био-
стик у растений из третьей группы в накоплении
химические и анатомо-морфологические исследо-
зеленых пигментов в большей степени проявляется
вания отдаленных гибридных форм и их родителей
сочетание особенностей Fortunella - C. trifoliata, что
выявили наиболее устойчивые к гидротермическим
приостанавливает синтез хлорофиллов в стрессовый
факторам образцы. Для практической селекции в
по гидротермическим условиям период.
качестве носителей признаков адаптивности ре-
Каротиноиды - одна из составляющих много-
комендованы полулистопадные формы 19, 019-1,
компонентной антиоксидантной системы. Они
019-2 и 019-А-1, у которых в большей степени про-
играют важную роль в защите фотосинтетического
является генотип P. trifoliata. Поскольку содержание
аппарата, обеспечивая толерантность растений к
пигментов и их состояние в листьях связаны с продук-
различным стрессовым факторам. [6, 8] Показатель
тивностью и устойчивостью растений к стрессовым
содержания каротиноидов в листьях используют в
воздействиям, исследование пигментного комплек-
селекционной практике как тест для характеристики
са - необходимый компонент оценки селекционного
адаптационных реакций растений при эколого-био-
материала.
химическом мониторинге фито- и агроценозов. [7]
Количество каротиноидов в листьях родитель-
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ
ских форм за вегетацию колебалось незначительно
1. Белоус, О.Г. Устойчивость пигментов листьев чая к де-
(0,46…0,53 мг/г), в зимнее время его рост отмечен
фициту влаги и повышенным температурам / О.Г. Бе-
у Р. trifoliata до 0,81 мг/г, что связано с генетиче-
лоус // Вестник РАСХН. - 2008. - № 5. - С. 44-46.
ски обусловленными адаптивными способностями
2. Гетко, Н.В. Пигментный фонд листьев Citrus × au-
(рис. 2, 3-я стр. обл.).
rantium L. в оранжерейной культуре / Н.В. Гетко,
Реакция генотипа гибридов 19, 019-1, 019-2 и
Е.В. Атесленко, Т.С. Бачище, Л.Ф. Кабашникова //
019-А-1 проявляется в сходном ответе растений
Международный научно-исследовательский журнал. -
на условия вегетации - более высокий синтез каро-
2019. - № 8-1 (86). - С. 57-61.
тиноидов в листьях.
3. Киселева, Г.К. Анатомо-морфологическая оценка
Один из информативных показателей, характе-
адаптивного потенциала сортов плодовых культур и
ризующий работу фотосинтетического аппарата -
винограда / Г.К. Киселева // Современные методоло-
отношение хлорофилла а к хлорофиллу b (Сa/Сb).
гические аспекты организации селекционного про-
У всех форм он в пределах нормы (2,2…3,0), не-
цесса в садоводстве и виноградарстве. - Краснодар:
сколько ниже - у 019-1, менее стабилен у Citrus
СКЗНИИСиВ, 2012. - С. 199-205.
sinensis (V = 28 %), что предполагает пластичность
4. Кулян, Р.В. Генетическое разнообразие цитрусовых
данной формы в отношении факторов среды. Не-
растений по селекционно-значимым признакам
/
высокая вариабельность (V = 1…10 %) у 019-2,
Р.В. Кулян // Вестник российской сельскохозяйствен-
31
АГРОНОМИЯ
3. Kiseleva, G.K. Anatomo-morfologicheskaya ocenka
org/10.30850/vrsn /2020/3/47-51.
adaptivnogo potenciala sortov plodovyh kul’tur i vinograda /
5. Кулян, Р.В. Перспективы использования отдаленных
G.K. Kiseleva // Sovremennye metodologicheskie aspekty
скрещиваний в селекции цитрусовых культур / Р.В. Ку-
organizacii selekcionnogo processa v sadovodstve i
лян // Вестник российской сельскохозяйственной на-
vinogradarstve. - Krasnodar: SKZNIISiV, 2012. - S. 199-
205.
vrsn/2019/4/46-49.
4. Kulyan, R.V. Geneticheskoe raznoobrazie citrusovyh
6. Ладыгин, В.Г. Современные представления о функцио-
rastenij po selekcionno-znachimym priznakam
/
нальной роли каротиноидов в хлоропластах эукариот /
R.V. Kulyan
// Vestnik rossijskoj sel’skohozyajstven-
В.Г. Ладыгин, Г.Н. Ширшикова // Журнал общей био-
логии. - 2006. - Т. 67. - С. 163-189.
org/10.30850/vrsn /2020/3/47-51.
7. Платонова, Н.Б. Фотосинтетические пигменты, как
5. Kulyan, R.V. Perspektivy ispol’zovaniya otdalennyh
элемент формирования адаптивности растений чая /
skreshchivanij v selekcii citrusovyh kul’tur / R.V. Kuly-
Н.Б. Платонова, О.Г. Белоус // Ученые записки Крым-
an // Vestnik rossijskoj sel’skohozyajstvennoj nauki. -
ского федерального университета имени В.И. Вернад-
2019.
ского. Биология. Химия. - 2019. - Т. 5. - № 3.
vrsn/2019/4/46-49.
8. Таран, Н.Ю. Каротиноиды фотосинтетических тканей
6. Ladygin, V.G. Sovremennye predstavleniya o funkcion-
в условиях засухи / Н.Ю. Таран //Физиология и биохи-
al’noj roli karotinoidov v hloroplastah eukariot / V.G. La-
мия культурных растений. - 1999. - № 6. - С. 415-422.
dygin, G.N. Shirshikova // Zhurnal obshchej biologii. -
9. Шлык, А. А. Определение хлорофиллов и каротино-
2006. - T. 67. - S. 163-189.
идов в экстрактах зеленых листьев. В кн.: Биохими-
7. Platonova, N.B. Fotosinteticheskie pigmenty, kak element
ческие методы в физиологии растений/А.А. Шлык. -
formirovaniya adaptivnosti rastenij chaya / N.B. Platonova,
М.: Наука, 1971. - С. 154-170.
O.G. Belous // Uchenye zapiski Krymskogo federal’nogo
10. Chen, C. (2015) Pigments in Citrus. In: Chen C. (eds)
universiteta imeni VI Vernadskogo. Biologiya. Himiya. -
Pigments in Fruits and Vegetables./C. Chen, A. Lo Pie-
2019. - T. 5. - №. 3.
8. Taran, N.Yu. Karotinoidy fotosinteticheskih tkanej v us-
org/10.1007/978-1-4939-2356-4_8.
loviyah zasuhi / N.Yu. Taran //Fiziologiya i biohimiya
11. FAO. Faostat: Citrus fruits, oranges, lemon, total, produc-
kul’turnyh rastenij. - 1999. - № 6. - S. 415-422.
tion quantity (tons) - for all countries. - 2020. [Electronic
9. Shlyk, A. A. Opredelenie hlorofillov i karotinoidov v ek-
straktah zelenyh list’ev. V kn.: Biohimicheskie metody
доступа 20.04.2020.
v fiziologii rastenij/A.A. Shlyk. - M.: Nauka, 1971. -
12. Sahin-çevik, M. Identification and expression analysis of
S. 154-170.
early cold-induced genes from cold-hardy citrus relative
10. Chen, C. (2015) Pigments in Citrus. In: Chen C. (eds)
Poncirus trifoliata / M. Sahin-çevik // Raf. Gene. 2013. -
Pigments in Fruits and Vegetables. / C. Chen, A. Lo Pie-
13. Santini, J. Physiological and biochemical response to
org/10.1007/978-1-4939-2356-4_8.
photo-oxidative stress of the fundamental citrus species /
11. FAO. Faostat: Citrus fruits, oranges, lemon, total, produc-
J. Santini, J. Giannettini, S. Herbette et al. // Scientia Hor-
tion quantity (tons) - for all countries. - 2020. [Electronic
ticulturae. - 2012. - 147. - P. 126-135.
14. Xu, Q. The draft genome of sweet orange (Citrus sinensis) /
dostupa 20.04.2020.
Q. Xu, LL. Chen, X. Ruan, et al. // Nat Genet. - 2013. -
12. Sahin-çevik, M. Identification and expression anal-
ysis of early cold-induced genes from cold-hardy cit-
15. Zhong, Z.F. Effects of leaf colorness, pigment contents and
rus relative Poncirus trifoliata / M. Sahin-çevik // Raf.
allelochemicals on the orientation of the Asian citrus psyllid
among four Rutaceae host plants / Z.F. Zhong, X.J. Zhou,
gene.2012.09.084.
J.B. Lin et al. // BMC Plant Biol. - 2019. - № 19. - С. 254.
13. Santini, J. Physiological and biochemical response to
photo-oxidative stress of the fundamental citrus species /
J. Santini, J. Giannettini, S. Herbette et al. // Scientia Hor-
LIST OF SOURCES
ticulturae. - 2012. - 147. - P. 126-135.
1. Belous, O.G. Ustojchivost’ pigmentov list’ev chaya k deficitu
14. Xu, Q. The draft genome of sweet orange (Citrus sinensis) /
vlagi i povyshennym temperaturam / O.G. Belous // Vestnik
Q. Xu, LL. Chen, X. Ruan, et al. // Nat Genet. - 2013. -
RASKHN. - 2008. - № 5. - S. 44-46.
2. Getko, N.V. Pigmentnyj fond list’ev Citrus × aurantium
15. Zhong, Z.F. Effects of leaf colorness, pigment contents and
L. v oranzherejnoj kul’ture / N.V. Getko, E.V. Ateslenko,
allelochemicals on the orientation of the Asian citrus psyllid
T.S. Bachishche, L.F. Kabashnikova // Mezhdunarodnyj
among four Rutaceae host plants / Z.F. Zhong, X.J. Zhou,
nauchno-issledovatel’skij zhurnal. - 2019. - № 8-1 (86). -
J.B. Lin, et al. // BMC Plant Biol. - 2019. - № 19. -
S. 57-61.
ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ НАУКИ • № 5-2021
32