vir-nwТруды по прикладной ботанике, генетике и селекцииProceedings on applied botany, genetics and breeding2227-88342619-0982N.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources10.30901/2227-8834-2024-1-64-73vir-nw-1865Research ArticleИЗУЧЕНИЕ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГЕНЕТИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ РАСТЕНИЙSTUDYING AND UTILIZATION OF PLANT GENETIC RESOURCESУстойчивость яблони к стрессам зимнего периода в условиях Краснодарского краяWinter stress resistance of apple tree under the conditions of Krasnodar Territoryhttps://orcid.org/0000-0001-7583-1261КиселеваГ. К.KiselevaG. K.

Галина Константиновна Киселева, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник, 

350901 Краснодар, ул. 40 лет Победы, 39

Galina K. Kiseleva, Cand. Sci. (Biology), Senior Researcher, 

39 40 let Pobedy St., Krasnodar 350901

galina-kiseleva-1960@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3987-7363УльяновскаяЕ. В.UlyanovskayaE. V.

Елена Владимировна Ульяновская, доктор сельскохозяйственных наук, заведующая лабораторией, 

350901 Краснодар, ул. 40 лет Победы, 39

Elena V. Ulyanovskaya, Dr. Sci. (Agriculture), Head of a Laboratory,

39 40 let Pobedy St., Krasnodar 350901

ulyanovskaya_e@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4822-1139СхаляхоТ. В.SkhalyakhoT. V.

Татьяна Вячеславовна Схаляхо, младший научный сотрудник,

350901 Краснодар, ул. 40 лет Победы, 39

Tatyana V. Skhalyakho, Associate Researcher,

39 40 let Pobedy St., Krasnodar 350901

tShalyho@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6531-309XКараваеваА. В.KaravaevaA. V.

Алла Витальевна Караваева, младший научный сотрудник,

350901 Краснодар, ул. 40 лет Победы, 39

Alla V. Karavaeva, Associate Researcher, 

39 40 let Pobedy St., Krasnodar 350901

alla.karavaeva.65@mail.ruСеверо-Кавказский федеральный научный центр садоводства, виноградарстваРоссияNorth Caucasian Federal Scientific Center of Horticulture, Viticulture, Wine-makingRussian Federation20240305202418516473Copyright © Киселева Г.К., Ульяновская Е.В., Схаляхо Т.В., Караваева А.В., 20242024Киселева Г.К., Ульяновская Е.В., Схаляхо Т.В., Караваева А.В.Kiseleva G.K., Ulyanovskaya E.V., Skhalyakho T.V., Karavaeva A.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://elpub.vir.nw.ru/jour/article/view/1865Актуальность

Актуальность. Физиолого-биохимические исследования устойчивости сортов яблони разного эколого-географического происхождения к зимним стрессам в условиях глобального потепления важны для выявления наиболее адаптивных сортов с целью использования в селекционном процессе. Устойчивость связывается с содержанием углеводов, антоцианов, активностью пероксидазы.

Материалы и методы

Материалы и методы. Изучались 2 сорта яблони селекции Северо-Кавказского федерального научного центра садоводства, виноградарства, виноделия (СКФНЦСВВ) и 3 зарубежных сорта зимнего срока созревания по общепринятым физиолого-биохимическим методикам.

Результаты и обсуждение

Результаты и обсуждение. Сорта яблони селекции СКФНЦСВВ ‘Орфей’ и ‘Прикубанское’ в сравнении с сортами зарубежной селекции ‘Энтерпрайз’, ‘Флорина’, ‘Лигол’ содержали повышенное содержание общей воды (на 2,5%), крахмала (на 9,5 мг/г), водорастворимых сахаров (на 19,3 мг/г) в побегах в течение зимнего периода. В процессе зимовки у сортов отечественной селекции содержание антоцианов увеличивалось в 2,9–4,3 раза, у остальных сортов – в 2,4–2,8 раза. Закономерностей между уровнем общей активности пероксидазы и зимостойкостью различных сортов яблони не выявлено.

Заключение

Заключение. Сорта ‘Орфей’ и ‘Прикубанское’ обладают повышенной адаптивностью к зимним условиям нестабильного климата юга России и рекомендуются для возделывания в Краснодарском крае, а также для использования в селекционном процессе. 

Background

Background. Physiological and biochemical research on winter stress resistance of apple-tree cultivars of different ecogeographic origin under global warming is important for identifying the most adaptable genotypes for use in breeding practice. Such resistance is associated with the content of carbohydrates and anthocyanins, and the activity of peroxidase.

Materials and methods

Materials and methods. Two winter apple-tree cultivars developed at the North Caucasian Federal Scientific Center of Horticulture, Viticulture, Wine making (NCFSCHVW) and 3 foreign winter cultivars were studied using conventional physiological and biochemical methods.

Results and discussion

Results and discussion. The apple-tree cultivars ‘Orfey’ and ‘Prikubanskoye’ bred at the NCFSCHVW, when compared with foreign cvs. ‘Enterprise’, ‘Florina’ and ‘Ligol’, demonstrated higher contents of total water (by 2.5 %), starch (by 9.5 mg/g) and water-soluble sugars (by 19.3 mg/g) in shoots during the winter period. In the process of wintering, the anthocyanin content increased 2.9–4.3 times in the domestic cultivars, and 2.4–2.8 times in foreign ones. No regularities were found between the level of total peroxidase activity and winter hardiness of the studied apple cultivars.

Conclusion

Conclusion. Cvs. ‘Orfey’ and ‘Prikubanskoye’ showed increased adaptability to the winter conditions in the unstable climate of Southern Russia, and can be recommended for cultivation in Krasnodar Territory and use in breeding practice.

Malus domesticaзимостойкостьуглеводыантоцианыпероксидазаMalus domesticawinter hardinesscarbohydratesanthocyaninsperoxidaseработа выполнена в рамках Государственной программы FGRE-2022-0001 Министерства науки и высшего образования РФ. Авторы благодарят рецензентов за их вклад в экспертную оценку этой работы.the work was done within the framework of the FGRE-2022-0001 State Program of the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation. The authors thank the reviewers for their contribution to the peer review of this work.ReferencesArora R., Taulavuori K. Increased risk of freeze damage in woody perennials VIS-À-VIS climate change: Importance of deacclimation and dormancy response. Frontiers in Environmental Science. 2016;4:44. DOI: 10.3389/ fenvs.2016.00044Arora R., Taulavuori K. Increased risk of freeze damage in woody perennials VIS-À-VIS climate change: Importance of deacclimation and dormancy response. Frontiers in Environmental Science. 2016;4:44. DOI: 10.3389/ fenvs.2016.00044Botirov A., Arakawa O. Root growth changes in the winter planting of young ‘Miyabi Fuji’ apple trees. International Journal of Horticultural Science and Technology. 2021;8(3):227-233. DOI: 10.22059/ijhst.2021.315746.428Botirov A., Arakawa O. Root growth changes in the winter planting of young ‘Miyabi Fuji’ apple trees. International Journal of Horticultural Science and Technology. 2021;8(3):227-233. DOI: 10.22059/ijhst.2021.315746.428Călugăr A., Cordea M.I., Babeş A., Fejer M. Dynamics of starch reserves in some grapevine varieties (Vitis vinifera L.) during dormancy. Bulletin of University of Agricultural Sciences and Veterinary Medicine Cluj-Napoca. Horticulture. 2019;76(2):185-192. DOI: 10.15835/buasvmcnhort:2019.0008Călugăr A., Cordea M.I., Babeş A., Fejer M. Dynamics of starch reserves in some grapevine varieties (Vitis vinifera L.) during dormancy. Bulletin of University of Agricultural Sciences and Veterinary Medicine Cluj-Napoca. Horticulture. 2019;76(2):185-192. DOI: 10.15835/buasvmcnhort:2019.0008Dalhaus T., Schlenker W., Blanke M.M., Bravin E., Finger R. The effects of extreme weather on apple quality. Scientific Reports. 2020;10(1):7919. DOI: 10.1038/s41598-020-64806-7Dalhaus T., Schlenker W., Blanke M.M., Bravin E., Finger R. The effects of extreme weather on apple quality. Scientific Reports. 2020;10(1):7919. DOI: 10.1038/s41598-020-64806-7Доспехов Б.А. Методика полевого опыта с основами статистической обработки результатов исследований. Москва: Книга по требованию; 2012.Dospekhov B.A. Methodology of field trial with fundamentals of statistical processing of research results (Metodika polevogo opyta s osnovami statisticheskoy obrabotki rezultatov issledovaniy). Moscow: Kniga po trebovaniyu; 2012. [in Russian].Методы биохимического исследования растений / под ред. А.И. Ермакова. Ленинград: Агропромиздат; 1987.rasteniy). Leningrad: Agropromizdat; 1987. [in Russian].Fernandez E., Cuneo I.F., Luedeling E., Alvarado L., Farias D., Saa S. Starch and hexoses concentrations as physiological markers in dormancy progression of sweet cherry twigs. Trees – Structure and Function. 2019;33(4):1187-1201. DOI: 10.1007/s00468-019-01855-0Fernandez E., Cuneo I.F., Luedeling E., Alvarado L., Farias D., Saa S. Starch and hexoses concentrations as physiological markers in dormancy progression of sweet cherry twigs. Trees – Structure and Function. 2019;33(4):1187-1201. DOI: 10.1007/s00468-019-01855-0Галашева А.М., Красова Н.Г. Водный режим сортов яблони различной зимостойкости. Современное садоводство. 2013;4(8):58-65.Galasheva A.M., Krasova N.G. Water regime dynamics of apple varieties having different winter hardiness. Contemporary Horticulture. 2013;4(8):58-65. [in Russian].Козловская З.А. Селекция яблони в Беларуси. Минск: Беларуская навука; 2015.Kazlouskaya Z.A. Apple breeding in Belarus (Selektsiya yabloni v Belarusi). Minsk: Belaruskaya Navuka; 2015. [in Russian].Киселева Г. К., Ильина И. А., Петров В.С., Запорожец Н.М., Соколова В.В., Вялков В.В. Использование фермента пероксидазы для диагностики устойчивости сортов винограда (Vitis vinifera L.) к низким температурам. Садоводство и виноградарство. 2022;(4):27-33. DOI: 10.31676/0235-2591-2022-4-27-33Kiseleva G.K., Ilyina I.A., Petrov V.S., Zaporozhets N.M., Sokolova V.V., Vyalkov V.V. Use of the peroxidase enzyme to diagnose the resistance of grape varieties (Vitis vinifera L.) to low temperatures. Horticulture and Viticulture. 2022;(4):27-33. [in Russian]. DOI: 10.31676/0235-2591-2022-4-27-33Красова Н.Г., Галашева А.М., Голышкина Л.В., Янчук Т.В. Влияние низких температур на некоторые физиолого-биохимические показатели сортов яблони различной зимостойкости. Вестник аграрной науки. 2012;3(36):86-90.Krasova N.G., Galasheva A.M., Golyshkina L.V., Yanchuk T.V. The effect of low temperatures on some physiological and biochemical parameters in apple-tree cultivars with different winter hardiness (Vliyaniye nizkikh temperatur na nekotorye fiziologo-biokhimicheskiye pokazateli sortov yabloni razlichnoy zimostoykosti). Bulletin of Agrarian Science. 2012;3(36):86-90. [in Russian].Красова Н.Г., Галашева А.М., Ожерельева З.Е., Голышкина Л.В., Макаркина М.А. Об устойчивости яблони к неблагоприятным условиям зимнего периода. Сельскохозяйственная биология. 2014;49(1):42-49.Krasova N.G., Galasheva A.M., Ozherelieva Z.E., Golyshkina L.V., Makarkina M.A. About resistance of apple genotypes to winter unfavorable conditions. Agricultural Biology. 2014;49(1):42-49. [in Russian].Красова Н.Г., Ожерельева З.Е., Галашева А.М., Makarkina M.A., Лупин М.В. Оценка адаптивности и качества плодов сортов яблони для интенсивных садов. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2022;183(4):48-59. DOI: 10.30901/2227-8834-2022-4-48-59Krasova N.G., Ozherelieva Z.E., Galasheva A.M., Makarkina M.A., Lupin M.V. Assessment of adaptability and fruit quality in new apple cultivars for intensive orchards. Proceedings on Applied Botany, Genetics and Breeding. 2022;183(4):48- 59. [in Russian]. DOI: 10.30901/2227-8834-2022-4-48-59Leyva A., Quintana A., Sánchez M., Rodríguez E.N., Cremata J., Sánchez J.C. Rapid and sensitive anthrone–sulfuric acid assay in microplate format to quantify carbohydrate in biopharmaceutical products: method development and validation. Biologicals. 2008;36(2):134-141. DOI: 10.1016/j.biologicals.2007.09.001Leyva A., Quintana A., Sánchez M., Rodríguez E.N., Cremata J., Sánchez J.C. Rapid and sensitive anthrone–sulfuric acid assay in microplate format to quantify carbohydrate in biopharmaceutical products: method development and validation. Biologicals. 2008;36(2):134-141. DOI: 10.1016/j.biologicals.2007.09.001Malagi G., Sachet M.R., Citadin I., Herter F.G., Bonhomme M., Regnard J.L. et al. The comparison of dormancy dynamics in apple trees grown under temperate and mild winter climates imposes a renewal of classical approaches. Trees – Structure and Function. 2015;29(5):1365-1380. DOI: 10.1007/s00468-015-1214-3Malagi G., Sachet M.R., Citadin I., Herter F.G., Bonhomme M., Regnard J.L. et al. The comparison of dormancy dynamics in apple trees grown under temperate and mild winter climates imposes a renewal of classical approaches. Trees – Structure and Function. 2015;29(5):1365-1380. DOI: 10.1007/s00468-015-1214-3Rachenko M.A., Rachenko A.M. The variation of the content of dehydrin proteins in the bark of Malus spp. trees differing in winter hardiness in Southern Cisbaikalia conditions. Zemdirbyste–Agriculture. 2020;107(2):185-190. DOI: 10.13080/z-a.2020.107.024Rachenko M.A., Rachenko A.M. The variation of the content of dehydrin proteins in the bark of Malus spp. trees differing in winter hardiness in Southern Cisbaikalia conditions. Zemdirbyste–Agriculture. 2020;107(2):185-190. DOI: 10.13080/z-a.2020.107.024Raza A., Razzaq A., Mehmood S.S., Zou X., Zhang X., Lv Y. et al. Impact of climate change on crops adaptation and strategies to tackle its outcome: A review. Plants. 2019;8(2):34. DOI: 10.3390/plants8020034Raza A., Razzaq A., Mehmood S.S., Zou X., Zhang X., Lv Y. et al. Impact of climate change on crops adaptation and strategies to tackle its outcome: A review. Plants. 2019;8(2):34. DOI: 10.3390/plants8020034Schmitz J.D., Herter F.G., Regnard J.L., Leit G.B., Bonhomme M., Cochard H. et al. Is acrotonic budburst pattern in spring a typical behavior of the low-chilling apple cultivar ‘Eva’ in mild winter conditions? An approach combining ex planta single-node cutting test and in planta bud water content during dormancy. Scientia Horticulturae. 2015;188:84-88. DOI: 10.1016/j.scienta.2015.03.024Schmitz J.D., Herter F.G., Regnard J.L., Leit G.B., Bonhomme M., Cochard H. et al. Is acrotonic budburst pattern in spring a typical behavior of the low-chilling apple cultivar ‘Eva’ in mild winter conditions? An approach combining ex planta single-node cutting test and in planta bud water content during dormancy. Scientia Horticulturae. 2015;188:84-88. DOI: 10.1016/j.scienta.2015.03.024Sivaci A. Seasonal changes of total carbohydrate contents in three varieties of apple (Malus sylvestris Miller) stem cuttings. Scientia Horticulturae. 2006;109(3):234-237. DOI: 10.1016/j.scienta.2006.04.012Sivaci A. Seasonal changes of total carbohydrate contents in three varieties of apple (Malus sylvestris Miller) stem cuttings. Scientia Horticulturae. 2006;109(3):234-237. DOI: 10.1016/j.scienta.2006.04.012Соловьева М.А. Оценка зимостойкости плодовых культур. В кн.: Диагностика устойчивости растений к стрессовым воздействиям (методическое руководство). Ленинград; 1988. С.163-164.Solovyeva M.A. Assessment of winter hardiness in fruit crops (Otsenka zimostoykosti plodovykh kultur). In: Diagnostics of Plant Resistance to Stress (Guidelines) (Diagnostika ustoychivosti rasteniy k stressovym vozdeystviyam [metodicheskoye rukovodstvo]). Leningrad; 1988. p.163-164. [in Russian].Ульяновская Е.В., Беленко Е.А. Генетические ресурсы рода Malus для создания современных адаптивных сортов яблони. Плодоводство и виноградарство Юга России. 2021;72(6):1-17. DOI: 10.30679/2219-5335-2021-6-72-1-17Ulyanovskaya E.V., Belenko E.A. Genetic resources of the genus Malus for the creation of modern adaptive apple varieties. Fruit Growing and Viticulture of South Russia. 2021;72(6):1- 17. [in Russian]. DOI: 10.30679/2219-5335-2021-6-72-1-17Wang Y.X., Hu Y., Chen B.H., Zhu Y.F., Dawuda M.M., Sofkova S. Physiological mechanisms of resistance to cold stress associated with 10 elite apple rootstocks. Journal of Integrative Agriculture. 2018;17(4):857-866. DOI: 10.1016/S2095-3119(17)61760-XWang Y.X., Hu Y., Chen B.H., Zhu Y.F., Dawuda M.M., Sofkova S. Physiological mechanisms of resistance to cold stress associated with 10 elite apple rootstocks. Journal of Integrative Agriculture. 2018;17(4):857-866. DOI: 10.1016/S2095-3119(17)61760-X

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