ЕФЕКТИВНІСТЬ ПРЕПАРАТІВ ЦИТОКІНІНІВ ДЛЯ ПОКРАЩЕННЯ КАЛЮСОГЕНЕЗУ ТА ФІЗІОЛОГІЧНОГО СТАНУ ЩЕП ВИНОГРАДУ (VITIS VINIFERA L.)

Автор(и)

  • М. М. Артюх Національний науковий центр Інститут виноградарства і виноробства імені В. Є. Таїрова, Ukraine https://orcid.org/0000-0002-4180-4588
  • І. П. Якуба Одеський національний університет імені І. І. Мечникова, Ukraine https://orcid.org/0000-0001-9044-3689
  • О. М. Ружицька Одеський національний університет імені І. І. Мечникова, Ukraine https://orcid.org/0000-0003-0384-2652
  • Ю. С. Назарчук Одеський національний університет імені І. І. Мечникова, Ukraine https://orcid.org/0000-0002-7046-958X
  • Н. І. Степаненко Одеський національний університет імені І. І. Мечникова, Ukraine

DOI:

https://doi.org/10.18524/2077-1746.2023.2(53).292971

Ключові слова:

щепи винограду, саджанці, фізіологічні показники, цитокініни, калюсогенез, ріст, вуглеводи

Анотація

Проблема. Гормони цитокініни є не тільки регуляторами клітинного поділу, росту та органогенезу рослин, а й факторами стресовитривалості, реакції на дію несприятливих чинників середовища та адаптації до умов вирощування. Розмноження й вирощування цінних сортів щеплених саджанців винограду потребує тестування нових форм випуску препаратів цитокінінової групи in vivo в умовах південного заходу України.

Мета. Дослідити ефективність використання препаратів, що містять цитокініни для індукції калюсогенезу та покращення стану щеп винограду сорту Сухолиманський білий.

Методика. Матеріалом дослідження були щепи та саджанці винограду, отримані з: прищепа – чубуки винограду сорту Сухолиманський білий з пасинків 1 см в діаметрі; підщепа Ріпаріа х Рупестріс 101–14. Чубуки і щепи обробляли препаратами X–Cyte від компанії Stoller (містить кінетин 0,04%) та МС Set від компанії Valagro (містить зеатин 0,06%) за схемою: 1 – вимочування чубуків підщепи та прищепи протягом 18 годин; 2 – заливання розчину препарату у ящики перед висаджуванням щеп у шкілку; 3 – триразові вегетаційні обробки приросту щеп з інтервалом один місяць. Контроль обробляли водою. Визначення інтенсивності калюсо- і коренеутворення проводили через 21 добу після стратифікації. Після викопування саджанців проводили їх сортування, обліки розвитку кореневої системи шляхом візуальної оцінки відповідно до ДСТУ 4390:2005. Влив обробок препаратами, які містять цитокініни на фізіологічні та біохімічні показники розвитку щеп винограду визначали шляхом виконання фізіологічних і біохімічних аналізів з використанням загальноприйнятих методів: показники водного режиму ваговим методом Л. І. Сергеєва, К. О. Сергеєвої, В. К. Мельникова; інтенсивність дихання листків визначали за кількістю виділеного вуглекислого газу за методом Бойсен – Йенсена; вміст хлорофілів а, b їх суми в листках визначали у спиртовій витяжці спектрофотометрично за формулами Вінтерманс де Мотс в інтепретації Мусієнка (2001); вміст редукувальних цукрів у лозі визначали методом Бертрана; вміст крохмалю в лозі визначали за Починком.

Основні результати. Обробка препаратами стимулювала обростання чубуків підщепи та прищепи калюсом по периметру, підвищуючи кількість чубуків, які формували повне кільце та зменшуючи кількість чубуків, в яких калюс займає менше половини периметру стебла. Також вимочування препаратами підвищувало на величини від 26% до 100% об’єм та масу калюсів. При цьому покращується зростання компонентів щеп: кількість добре зрощених щеп збільшується за впливу препаратів, а щеп з відсутніми ознаками зростання майже немає. Поряд із стимуляцією калюсогенезу у щеп спостерігали підсилення органогенезу: кількість кореневих пагорбків та корінців збільшилась на 21 та 61%, відповідно, довжина на 29% за дії MC Set, а вага зросла на 39 та 87% в двох варіантах відносно контрою; довжина паростків підвищувалась на 62 та 71%, середня вага суми паростків на щепі – на 39 та 61%.

Якщо в лабораторних умовах підчас зростання підщепи з прищепою позитивний ефект препаратів є результатом стимуляції поділу клітин, що є типовим проявом дії цитокінінів, то в умовах відкритого ґрунту можливість позитивного впливу на щепи цитокінінових препаратів спостерігали вперше в районі дослідження. Обробка препаратами, яка тривала протягом літа, в середньому на третину підвищувала приживлюваність щеп в шкілці. Під впливом препарату X–Cyte вміст хлорофілів підвищувався в середньому на 33%, під дією MC Set – на 42%. Зростання вмісту хлорофілів відбувалося за рахунок вмісту хлорофілу «a». Зазначений ефект обприскування цитокінінами відповідає класичному механізму дії цього фітогормону – озеленіння листків та відновлення хлоропластів. Покращення стану фотосинтетичного апарату як джерела субстратів дихання сприяє підвищенню інтенсивності дихання на 28 та 22% за дії X–Cyte та MC Set, відповідно. За впливу MC Set збільшувалось обводнення тканин листків на 7%. Вміст легкоутримної води знижувався на 24 та 21% за дії X–Cyte та MC Set відповідно. Підвищувалась водоутримна здатність листків на 21 та 26%. Такий ефект даних цітокінінових препаратів спостерігали вперше. Дія комплексу стресорів за вирощуванні щеп у шкілці в умовах півдня України може знижувати природний рівень цитокінінів в рослинах. Екзогенне внесення сприяє відновленню росту і, в результаті, кращій стресовитривалості рослин. Саме про більш інтенсивний ріст свідчить покращення агробіологічних показників рослин. Довжина пагонів збільшувалась на 34 та 26%, діаметр та ступінь визрівання пагонів підвищувалися на чверть за впливу MC Set. Є тенденція до збільшення кількості пагонів на рослині, що є наслідком стимуляції розвитку бруньок цитокінінами. Фотосинтетична поверхня рослин збільшується за рахунок підвищення площі окремих листків – на 24 та 29% та їх кількості – на 26 і 35% під впливом X–Cyte та MC Set, відповідно.

Покращення фізіологічного стану рослин щеп винограду протягом вегетації сприяло накопиченню більшої кількості запасних вуглеводів при переході у стан зимового спокою. Вміст редукувальних цукрів та цукрози збільшувався на 39 та 47% та на 50 та 55% за обробки X–Cyte та MC Set, вміст крохмалю на 17 та 16%. Основним економічним результатом застосування препаратів X–Cyte та MC Set є вихід стандартних саджанців, який зростав на за впливу X–Cyte був на 27%, а MC Set – на 35%.

Висновки. Обробка чубуків винограду препаратами з цитокінінами X–Cyte та MC Set сприяла калюсогенезу та зростанню компонентів щеп, органогенезу та приживлюваності щеп у шкілці. Спостерігали покращення показників фізіологічного стану щеп винограду Сухолиманський білий: вмісту хлорофілу, інтенсивності дихання листків, показників водного режиму листків та ростових показників рослин. Саджанці містили більше запасних вуглеводів. Обробка препаратами з цитокінінами дозволила отримати на третину більше стандартних саджанців. Ефективнішім з препаратів MC Set від Valagro із вмістом цитокінінів 0,06%.

Посилання

  1. Aleksandrov, E. G., Botnar, V. F., & Gaina, B. S. (2019). Functionality of grape genotypes and eco-technology [Funktsyonalnost henotypiv vynohrada y ekotekhnolohii]. Viticulture and Winemaking: interdepartmental thematic scientific collection; dedicated to the 160th anniversary of the birth of V. Ye. Tairov, (56), 9. [in Ukrainian].
  2. Borun, V. V. (2019). Osoblyvosti rostu ta rozvytku shcheplenykh sadzhantsiv vynohradu za riznykh rivniv peredpolyvnoyi volohosti gruntu [Peculiarities of growth and development of grafted grape seedlings at different levels of pre-irrigation soil moisture]. Viticulture and Winemaking: interdepartmental thematic scientific collection; dedicated to the 160th anniversary of the birth of V. Ye. Tairov, (56), 13. [in Ukrainian].
  3. Horodniy, M. M. (2005). Ahrokhimichnyi analiz: pidruchnyk [Agrochemical analysis: a textbook] (476 p.). Kyiv: Aristei. [in Ukrainian].
  4. Zelenyanskaya, N. N., Artyukh, N. N., & Borun, V. Yu. (2019). Kapelnoe oroshenie vinogradnoy shkolki [Drip irrigation of a grape school]. Modern Science, (7), 61–72. [in Russian].
  5. Kucher, G. M., & Zelenyanskaya, N. N. (2006). Primenenie fiziologicheski aktivnyh veschestv v rasteniyevodstve [Application of physiologically active substances in crop production]. Viticulture and Winemaking, 67–76. [in Russian].
  6. National Standards of Ukraine. (2006). Sadzhantsi vynohradu ta chubuky vynohradnoyi lozy [Grape seedlings and grape vine shoots] (DSTU ISO 4390:2005. Specifications. Effective from April 01, 2005; 18 p.). Kyiv: State Consumer Standard of Ukraine. [in Ukrainian].
  7. Musienko, M. M., Parshikova, T. V., Slavnyi, P. S. et al. (2001). Spektrofotometrychni metody v praktytsi fiziolohii, biokhimii ta fiziolohii roslyn [Spectrophotometric methods in the practice of physiology, biochemistry and plant physiology] (348 p.). Kyiv: Sotsiocentr. [in Ukrainian].
  8. Romakin, V. V. (2006). Kompiuternyi analiz danykh: navchalnyi posibnyk [Computer data analysis: a training manual] (144 p.). Mykolaiv: Department of the Moscow State University named after Petro Mohyla. [in Ukrainian].
  9. Taran, N. G., & Soldatenko, E. V. (2019). Sovremennaya vynohrado- vynodelcheskaya nauka y perspektyvi [Modern viticulture and winemaking science and prospects]. Viticulture and Winemaking: interdepartmental thematic scientific collection; dedicated to the 160th anniversary of the birth of V. Ye. Tairov, 121. [in Ukrainian].
  10. Sherer, V. A., & Zelenyanskaya N. N. (2019). Vyraschivaniye vinogradnyh sazhentsev [Growing grape seedlings]. Garden, Grapes and Wine of Ukraine, (3–4), 22–27. [in Russian].
  11. Vlasov, V. V., Mulyukina, N. A., Jaburiya, L. V., et al. (2014). Ampelograficheskiy atlas sortov i form vinograda selektsii NNTS IViV im. V. E. Tairova [ Ampelographic atlas of varieties and forms of grapes of the selection of the NSC V. Ye. Tairov Institute of Viticulture and Winemaking] (pp. 98–100). Kyiv: Agrar. Science. [in Russian].
  12. Aremu, A. O., Fawole, Ol. A., & Makunga, N. P., et al. (2020). Applications of Cytokinins in Horticultural Fruit Crops: Trends and Future Prospects. Biomolecules, 10(9), 1222. https://doi.org/10.3390/biom10091222
  13. Aremu, A. O., Doležal, K., & Van Staden, J. (2017). New cytokinin-like compounds as a tool to improve rooting and establishment of micropropagated plantlets. Acta Horticulturae, 497–504. https://doi.org/10.17660/ActaHortic.2017.1155.73
  14. Arya, A., Sharma, V., Tyagi, P. K., Gola, D., & Husen A. (2022). Role of cytokinins in adventitious root formation. Environmental, Physiological and Chemical Controls of Adventitious Rooting in Cuttings. In Plant Biology, Sustainability and Climate Change (pp. 239–249). https://doi.org/10.1016/B978-0-323-90636-4.00017-9
  15. Azuara, M., González, M.-R., Mangas, R., & Martín P. (2023). Effects of the application of forchlorfenuron (CPPU) on the composition of verdejo grapes. BIO 43rd World Congress of Vine and Wine Web of Conferences, 56. https://doi.org/10.1051/bioconf/20235601022
  16. Baltazar, M., Correia, S., & Guinan, K. J., et al. (2021). Recent Advances in the Molecular Effects of Biostimulants in Plants: An Overview. Biomolecules, 11(8), 1096. https://doi.org/10.3390/biom11081096
  17. Biswal, A., & Rout, Ch. K. (2020). Effect of Cytokinin on Fruit Crops. Int. J. Curr. Microbiol. App. Sci., 9(11), 2896–2903. https://doi.org/10.20546/ijcmas.2020.911.351
  18. Cataldo, E. (2022). Biostimulants in Viticulture: A Sustainable Approach against Biotic and Abiotic Stresses. Plants, 11(2), 162. https://doi.org/10.3390/plants11020162
  19. Cortleven, A., Leuendorf, J. E., & Frank, M., et al. (2019). Cytokinin action in response to abiotic and biotic stresses in plants. T. Plant Cell Environ., 42(3), 998–1018. https://doi.org/10.1111/pce.13494
  20. Jameson, P. E. (2017). Cytokinin. Plant Physiology and Development. In Encyclopedia of Applied Plant Sciences (2nd Edition; pp. 391–402). Elsevier.
  21. Gąstoł, M., Domagała-Świątkiewicz, I., & Bijak, M. (2012). The effect of different bioregulators on lateral shoot formation in maiden apple trees. Folia Hortic., 24(2), 147–152. https://doi.org/10.2478/v10245-012-0018-9
  22. Kieber, J. J., & Schaller, G. E. (2018). Cytokinin Signaling in Plant Development. Development, 145(4), 7. https://doi.org/10.1242/dev.149344
  23. Koprna, R., De Diego, N., Dundálková, L., & Spíchal, L. (2016). Use of cytokinins as agrochemicals. Bioorganic Med. Chem., 24, 484–492. https://doi.org/10.1016/j.bmc.2015.12.022
  24. Marzouk, H., & Kassem, H. A. (2011). Improving yield, quality, and shelf life of Thompson seedless grapevine by preharvest foliar applications. Sci. Hortic., 130(2), 425–430. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2011.07.013
  25. Montanaro, G, Briglia, N., & Lopez, L. [et al.]. (2022). A synthetic cytokinin primes photosynthetic and growth response in grapevine under ion-independent salinity stress. Journal of Plant Interactions, 17(1), 789–800. https://doi.org/10.1080/17429145.2022.2102259
  26. Olmedo, P., Núñez- Lillo, G., & Vidal, J., et al. (2023). Proteomic and metabolomic integration reveals the effects of pre-flowering cytokinin applications on central carbon metabolism in table grape berries. Food Chemistry, 411. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2023.135498
  27. Palma, B. A., & Jackson, D. I. (1989). Inflorescence initiation in grapes – response to plant growth regulators. Vitis, 28, 1–12.
  28. Prasad, R. (2022). Cytokinin and Its Key Role to Enrich the Plant Nutrients and Growth Under Adverse Conditions – An Update. Frontiers in Genetics, 13. https://doi.org/10.3389/fgene.2022.883924
  29. Rojas, B., Suárez-Vega, F., & Saez-Aguayo, S., et al. (2021). Pre-Anthesis Cytokinin Applications Increase Table Grape Berry Firmness by Modulating Cell Wall Polysaccharides. Plants (Basel), 10(12), 2642. https://doi.org/10.3390/plants10122642
  30. Strydom, J. (2016). Research note. Effect of CPPU (N-(2-Chloro-4-pyridinyl)-N’- phenylurea) and a seaweed extract on Flame seedless, Redglobe and Crimson seedless grape quality. S. Afr. J. Enol. Vitic., 34(2), 233–240. https://doi.org/10.21548/34-2-1099
  31. Zabadal, T. J., & Bukovac, M. J. (2006). Effect of CPPU on fruit development of selected seedless and seeded grape cultivars. HortScience, 41(1), 154–157. https://doi.org/10.21273/HORTSCI.41.1.154
  32. Zhang, T.-Q., Lian, H., & Zhou, C.-M., et al. (2017). A two-step model for de novo activation of WUSCHEL during plant shoot regeneration. Plant Cell, 29(5), 1073–1087. https://doi.org/10.1105/tpc.16.00863
  33. Zwack, P. J., & Rashotte, A. M. (2015). Interactions between cytokinin signalling and abiotic stress responses. J. Exp. Bot., 66(16), 4863–4871. https://doi.org/10.1093/jxb/erv172

##submission.downloads##

Опубліковано

2023-12-28

Як цитувати

Артюх, М. М., Якуба, І. П., Ружицька, О. М., Назарчук, Ю. С., & Степаненко, Н. І. (2023). ЕФЕКТИВНІСТЬ ПРЕПАРАТІВ ЦИТОКІНІНІВ ДЛЯ ПОКРАЩЕННЯ КАЛЮСОГЕНЕЗУ ТА ФІЗІОЛОГІЧНОГО СТАНУ ЩЕП ВИНОГРАДУ (VITIS VINIFERA L.). Вісник Одеського національного університету. Біологія, 28(2(53), 9–27. https://doi.org/10.18524/2077-1746.2023.2(53).292971

Номер

Розділ

БОТАНІКА