Биологическая совместимость привоя и подвоя в плодоводстве

Успех срастания и последующего роста прививки зависит от степени совместимости привоя и подвоя. В литературе при характеристике биологической совместимости применяют термины: физиологическая совместимость, биологическое соответствие, сродство, аффинитет, симпатия, конгениальность. Однако мы считаем наиболее удачным для обозначения этого сложного явления термин – биологическая (физиологическая) совместимость компонентов. Наиболее точное определение «совместимости» и «несовместимости» прививочных компонентов плодовых культур дано в работе Г. В. Трусевича (1964). Согласно его трактовке, «под совместимостью подвоя и привоя …подразумевается способность их образовывать и сохранять в течение длительного срока анатомически правильное и механически прочное срастание, обеспечивающее успешный обмен веществ между ними и нормальный ход жизненных процессов привитого растения (рост и плодоношение)». Термин «несовместимость» объединяет ряд случаев, когда совместимость компонентов прививки является неудовлетворительной с точки зрения производственных требований, предъявляемых к прививочным комбинациям, или полностью отсутствует.

Поскольку налицо значительные потери, связанные с гибелью сорто-подвойных сочетаний в питомнике и в саду вследствие несовместимости, многие исследователи пытались установить природу этого явления и тем самым научиться прогнозировать его уже на первом году жизни привитых растений, до высадки на постоянное место.

Возможные причины несовместимости при прививках плодовых растений и формы ее преодоления

В плодоводстве длительное время существовало представление, что одной из причин несовместимости может быть генетическая отдаленность компонентов. Как правило, хуже удаются прививки у растений, относящихся к разным видам, родам и семействам.

Не отрицая определенной взаимосвязи между степенью ботанического родства и совместимостью прививочных компонентов, ее следует признать все же весьма приблизительной. Отмечена, например, недостаточная совместимость некоторых сортов яблони с сеянцами различных форм китайки, с яблоней кавказской, Бабаарабской яблоней и др.. Вместе с тем достаточно жизнеспособны и широко используются в производстве межвидовые и даже межродовые прививки: вишня Любская на черешне, некоторые сорта груши на айве (Коровин, 1979; Татаринов, Зуев, 1984).

Как видно из перечисленных фактов, ботаническая близость не может служить надежным критерием соответствия прививочных компонентов. По мнению Д.М. Гродзинского и др. (1984), это связано с тем, что ботаническая классификация основана на репродуктивных признаках, а прививка имеет отношение в первую очередь к вегетативным функциям растений.

Согласно классификации, предложенной Г. В. Трусевичем (1964), у плодовых культур наблюдают четыре формы несовместимости прививочных компонентов:

1) полная неспособность привоя и подвоя срастаться при прививке (полная несовместимость);

2) образование недолговечного соединения привоя и подвоя с помощью каллусных масс (спаек) без связи проводящих элементов;

3) соединение камбия и проводящих элементов привоя и подвоя неполное или временное, привитые растения вначале растут нормально, но затем возможны случаи разлома по месту срастания или преждевременного отмирания;

4) срастание подвоя и привоя анатомически правильное, прочное, поломов не наблюдается, но растения характеризуются сразу или впоследствии ослабленным ростом, низкой продуктивностью, недолговечностью (явление, отмечаемое при прививке некоторых сортов черешни на антипку).

По мнению Г. В. Трусевича (1964), несовместимость компонентов прививки в третьем и четвертом случаях можно рассматривать как замедленную.

У привитых растений яблони В. А.Коровиным (1979) обнаружено три формы проявления несовместимости привоя и подвоя:

1) непрочное срастание привоя и подвоя;

2) точечная болезнь подвоя;

Установлено, однако, что несовместимость прививочных компонентов, в какой бы форме она не обнаруживалась, вызвана причинами биологического (физиологического) характера. Поэтому в любом случае следует вести речь о физиологической несовместимости как широком понятии, включающем несколько форм ее проявления. Последние, по всей видимости, могут быть обусловлены действием разных механизмов.

Судя по литературным данным, у плодовых культур в большей степени изучено явление несовместимости тканей привоя и подвоя. Это – первая - третья формы проявления несовместимости по классификации Г. В. Трусевича (1964) и первая форма по классификации В. А. Коровина (1979). Ранди указывает на несколько распространенных симптомов тканевой несовместимости прививочных компонентов древесных растений: отсутствие образования клеток каллуса; образование каллуса, но последующая неполная дифференциация проводящих тканей; некроз клеток на поверхности среза в месте контакта привоя и подвоя. В зоне срастания несовместимых компонентов прививки откладывается значительное количество рыхлых паренхимных клеток, формируется отделительный слой (Гродзинский 1984; 1985), и происходит активное отторжение тканей привоя. Такая картина наблюдается, например, у прививочной комбинации - яблоня сорта Антоновка обыкновенная на китайке, а также при прививке некоторых сортов груши на айву, персика на абрикос и сливу, черешни на черемуху и т.д.

При несовместимости замедленного типа разломы привитых растений отмечаются в саду, с возникновением очагов неорганизованного роста и образованием прослойки в пограничной области прививочных компонентов. Толчком такого роста, по мнению И.Ф. Гаврюшовой (1984), является несовпадение у привоя и подвоя ритмов накопления и расхода питательных веществ, работы ферментов.

Дефекты в зоне контакта несовместимых прививочных компонентов являются причиной ухудшения передвижения воды и питательных веществ через место срастания и неравномерного распределения их в привое и подвое (Татаринов, 1976; Сырбу, Шишкану, 1982; Сырбу,.Стоянов, 1984).

В последние годы достигнуты значительные успехи в познании механизмов, определяющих тканевую несовместимость.

Высказано предположение об идентичности процессов, происходящих при трансплантациях и внедрении паразитов в растение. По мнению исследователей, как в первом, так и во втором случае действуют механизмы распознавания «своего» от «чужого» для отторжения всего чужеродного. Иными словами, в основе несовместимости тканей прививочных компонентов лежит способность соматических клеток к взаимному (белок - белковому) «узнаванию» (Гродзинский, 1984, 1985; Уоринг, Филиппс, 1984).

В пользу сказанного свидетельствуют результаты экспериментов, указывающие на возможность преодоления тканевой несовместимости путем подавления универсального защитного механизма в растении действием ионизирующей радиации или ингибиторов белкового синтеза. Тем самым подтверждается иммунобиологическая природа этой формы проявления несовместимости подвоя и привоя.

В процессе биологического «узнавания» клеток особое место занимают лектины, представляющие собой группу белков, характеризующихся общим свойством избирательного связывания сахаров или сахаросодержащих макромолекул, в частности гликопротеидов (Луцик и др., 1981, Марков, Хавкин, 1988, Уоринг, Филипс, 1984; Bowless, Kauss, 1975; Goldstein, Hayes, 1978).

Исходя из приведенных данных, сделан вывод о перспективности применения иммунохимических методов для прогнозирования тканевой несовместимости. Однако трудоемкость таких методов, по всей видимости, ограничит их использование для массовой оценки образцов.

Другая довольно распространенная форма проявления физиологической несовместимости прививочных компонентов, наиболее часто встречавшихся у яблони – точечная болезнь подвоя (Коровин, 1979; Татаринов, Зуев, 1984).

Растения с точечной болезнью, как правило, угнетены уже в питомнике (имеют слабые приросты, мелкие суховатые листья) и подлежат выбраковке.

Однако известны случаи, когда эта форма проявления несовместимости привоя и подвоя является причиной массовой гибели деревьев в саду. Ее характерная особенность - образование некрозов в коре и древесине подвоя. Вместе с тем в тканях привоя никаких нарушений не наблюдается.

При сильно выраженной несовместимости компонентов прививки некрозы отмечаются и в месте их срастания, а при слабом ее проявлении может быть обнаружено неравномерное отложение древесины, «рифленость древесины».

Следовательно, для выявления такой формы несоответствия прививочных компонентов требуется проведение довольно трудоемких морфологических исследований с применением гистологических методов.

Необходимо отметить, что встречающиеся в литературе суждения о причинах возникновения точечной болезни подвоя весьма противоречивы. Так, Г. В. Трусевич (1964) рассматривает ее как особое функциональное заболевание, вызываемое грибом фузариумом, поражающим подвой.

Вместе с тем В. А. Коровин (1979) приводит ряд фактов, доказывающих, что этот гриб не имеет отношения к возникновению точечной болезни. Последняя, по его мнению, обусловлена притоком из привоя некоторых токсических веществ, вызывающих отмирание тканей камбия, флоэмы и древесины подвоя. По всей видимости, можно согласиться с таким заключением, тем более, что в месте контакта некоторых несовместимых компонентов уже удалось обнаружить высокотоксичный агент – пруназин.

По данным Г. В. Трусевича (1964), точечная болезнь была зафиксирована и у растений груши.

Низкое содержание жира и крахмала в подвое и одновременное интенсивное накопление полисахарида в привое – отличительная черта физиологической несовместимости прививочных компонентов яблони по типу голодания подвоя. Аналогичное явление наблюдается при прививке различных сортов груши средней полосы на сеянцы айвы, а также некоторых сортов персика на подвой сливы Damas – 1869.

У саженцев и деревьев с указанной формой проявления физиологической несовместимости компонентов прививки отмечаются следующие изменения:

• отмирание корневых мочек к концу лета;
• ранняя массовая закладка плодовых почек.

Предполагается, что низкое содержание крахмала в подвое может быть обусловлено не только ухудшением оттока сахаров из привоя в подвой из-за дефектов в месте контакта, но и нарушением синтеза полисахарида, когда такие дефекты отсутствуют и сахара в подвой поступают в значительных количествах.

Следует, однако, отметить, что несмотря на определенные особенности той или иной формы проявления физиологической несовместимости привоя и подвоя на практике порою сложно провести четкую грань между ними. Известны, например, случаи, когда при сильной степени несовместимости прививочных компонентов по типу точечной болезни или голодания подвоя наблюдаются дефекты в зоне срастания, свойственные тканевой несовместимости.

Для выявления несовместимости привоя и подвоя в практике питомниководства до настоящего времени широко используются визуальные методы. О несоответствии прививочных компонентов судят по ряду признаков:

• раннее прекращение роста окулянтов;
• преждевременное изменение окраски листьев;
• листопад (Chang, 1939; Трусевич, 1964; Нестеров, 1968; Колесникова и др., 1984; Инденко, 1987 и др.).

Однако перечисленные признаки могут проявляться и при действии на растения некоторых экстремальных факторов, что затрудняет их применение для прогнозирования несовместимости. С несоответствием привоя и подвоя часто связывают утолщение одного из них в месте прививки. В то же время существует и диаметрально противоположное мнение. В частности, С. Н. Степанов (1956) приходит к выводу, что большая толщина подвоя по сравнению с привоем вполне нормальное явление, свидетельствующее о хорошем питании компонентов прививки. По-видимому, указанный показатель также не может применяться для прогнозирования несоответствия прививочных компонентов.

Для быстрой оценки совместимости подвоев с различными сортами в условиях питомника или в селекционных целях В. А. Коровин (1979) предложил способ пересадки колец коры подвоя на однолетние или многолетние ветви сортов яблони, что позволяет выявить совместимость прививаемых компонентов через 2,5–3,0 месяца после проведения указанной прививки.

Мы полагаем, что в качестве диагностических критериев должны использоваться только физиолого-биохимические параметры, наиболее точно характеризующие функциональное состояние сорто-подвойных комбинаций и коррелирующие с их совместимостью (несовместимостью). Это надо иметь в виду в первую очередь, при выявлении несовместимости замедленного типа, которую в молодом возрасте растений установить по внешним признакам не представляется возможным.

При любой форме несоответствия компонентов прививки у них отмечаются нарушения координации и синхронности метаболических процессов, свидетельствующие о том, что организм не функционирует как единое целое.

Не случайно один из способов определения степени совместимости прививочных комбинаций предусматривает сравнение суточных ритмов роста побегов привитого сорта и из спящей почки подвоя (Тройский, Аболинь, 1962). Указывают также на разные адаптивные реакции несовместимых привоя и подвоя при действии неблагоприятных факторов (Гриненко, Бютнер, 1965; Веселова и др. 1973; Пудрикова, Дорохов, 1984; Гриненко и др., 1985).

Однако для суждения о сходстве или различии интенсивности и направленности отдельных процессов метаболизма у компонентов прививки пригодны далеко не всякие характеристики. В частности, определение активности каталазы в привое и подвое, как это предлагал И. В. Каймакан (1958), не всегда приводит к достижению поставленной цели.

Очевидно, проблема ранней диагностики биологического соответствия прививочных компонентов требует правильного методического подхода к ее решению. В. И. Сафонов и А. Э. Вейденберг (1969) указывают на возможность прогнозирования совместимости сортов и подвоев по степени тождественности белковых систем коры, выражаемой «коэффициентом родственности». Между тем указанный способ не предусматривает проведения прививки. Такое решение вопроса вряд ли правомерно, ибо в данном случае не учитывается результат взаимовлияния прививочных компонентов, имеющего место у вновь созданного растительного организма.

Этот недостаток устраняется, если сопоставлять диагностические параметры у испытуемого сорто-подвойного сочетания с таковыми у привитых растений с известной степенью совместимости привоя и подвоя. В качестве контроля целесообразно использовать:

• хорошо совместимую прививочную комбинацию, полученную в результате гомотрансплантации;
• вариант с прививкой «сам на себя».

Не менее точна оценка совместимости компонентов прививки по результатам сравнения различных физиолого-биохимических параметров сорто-подвойного сочетания с такими же параметрами соответствующего непривитого подвоя (Коровин, 1979; Титова, 1984; Пискорская, Титова, 1986). Более того, В. А. Грязев (1981) рекомендует применять метод раздельного изучения свойств прививочных компонентов в сопоставлении с их разными комбинациями при рассмотрении всех вопросов физиологии привитого растения.

По всей видимости, только такое решение поставленной задачи позволит учесть характер изменений, происходящих в привое или подвое в результате прививки, а, следовательно, перспективность привойно-подвойного сочетания. Используя перечисленные методические подходы к изучению явления несовместимости прививочных компонентов, исследователи пытались определить физиолого-биохимические параметры, неспецифически сопряженные с различными формами ее проявления.

Установлена возможность ранней диагностики несоответствия привоя и подвоя с учетом особенностей накопления следующих показателей в органах и тканях растений:

• углеводов (Трофанюк, 1971; Сырбу, Иолтуховский, 1973; Титова, 1984; Титова, Хачатурян, 1984);
• общего и белкового азота;
• элементов минерального питания (Сырбу, Стоянов, 1984);
• содержания свободных аминокислот (Цуркан и др., 1978; Сырбу и др., 1979; Пискорокая, Титова, 1986);
• фосфорных соединений;
• активности ферментов каталазы (Субботина, Андрющенко, 1969; Коровин, 1979), пероксидазы и полифенолоксидазы (Титова, Шишкану, 1984).

Для оценки степени совместимости компонентов прививки рекомендуют использовать показатели водного обмена и фотосинтетической активности растений (Веселова и др., 1973; Коровин, 1979; Сувак, Шишкану, 1984). Сделаны попытки прогнозирования несовместимости привоя и подвоя по спектрам изопероксидазы в листьях и коре. В другом способе определения физиологической совместимости прививочных компонентов плодовых культур предусмотрено сравнение белкового спектра в корнях сорто-подвойной комбинации с таковым у соответствующего непривитого подвоя.

Несовместимость привоя и подвоя часто проявляется не сразу, а спустя несколько лет после посадки сада. Такая замедленная несовместимость наносит огромный ущерб питомникам и садоводческим хозяйствам, так как приводит к гибели уже взрослых деревьев. Традиционные методы диагностики по отдельным показателям обмена веществ не дают надежного прогноза. Чтобы вовремя выявить проблему, разработан новый экспресс-метод оценки совместимости по отношению РНК/ДНК в точках роста.

Биологический принцип оценки совместимости

В основе диагностики лежит простая биологическая закономерность. У совместимой сорто-подвойной комбинации активность метаболизма находится на уровне здорового непривитого подвоя. При физиологическом конфликте координация функций нарушается, и метаболическая активность привитого растения начинает отличаться от исходного подвоя. Чем сильнее несовместимость, тем больше разница в активности метаболизма прививки и чистого подвоя.

Для точной оценки рассчитывают коэффициент совместимости (K) по разнице отношений РНК/ДНК в комбинации и подвое: K = (РНК/ДНК)_{комбинации} – (РНК/ДНК)_подвоя. Если значение коэффициента превышает критический порог, растения из питомника отправляют в брак. На практике граница между средним и плохим соответствием часто размыта, поэтому выбраковке подлежат обе группы.

Порядок отбора проб и проведения анализа

Для проведения диагностики закладывают опытные прививки, оставляя часть подвоев непривитыми для контроля. В питомнике отбор верхушек побегов проводят во втором поле во время фазы активного роста. В условиях Северного Кавказа этот период приходится на конец мая — начало июня. Чтобы ускорить оценку, можно использовать зимнюю прививку в контролируемых условиях: тогда к анализам приступают уже через 1,0–1,5 месяца после начала вегетации.

1. Отделите верхушки побегов длиной 4,0–10,0 мм с апексами (точками роста). Для анализа отберите образцы с 10–15 средних по развитию растений каждой комбинации и контрольного непривитого подвоя.
2. Выделите из каждого объединенного образца навески по 0,05–0,10 г.
3. Перенесите каждую навеску в пробирку с 5 мл 96%-ного этилового спирта.
4. Прокипятите пробирки с образцами в течение 5 минут для фиксации материала.
5. Проведите химическое разделение РНК и ДНК по классическому методу, после чего определите их концентрацию в растворе спектрофотометрическим способом.

При проведении лабораторных анализов строго соблюдайте кратность повторений. Для вегетативно размножаемых подвоев требуется двукратная повторность анализа. Для семенных подвоев из-за их генетической разнородности повторность необходимо увеличить до четырехкратной.

• Длина верхушек побегов — 4,0–10,0 мм
• Масса навески — 0,05–0,10 г
• Объем 96%-ного этилового спирта — 5 мл
• Время кипячения для фиксации — 5 мин
• Критическое значение коэффициента K — 0,18

Таким образом, предлагаемый способ является универсальным. Наряду с этим он весьма надежен. Достоверность результатов оценки соответствия прививочных компонентов обусловлена выбором наиболее информативного диагностического показателя, определяемого в регуляторном центре растения. В результате учитывается метаболическая активность растительного организма в целом. Кроме того, при диагностировании совместимости сортоподвойной комбинации по предлагаемому способу принимается во внимание факт влияния одного компонента прививки на другой. Самым убедительным доказательством надежности и точности обсуждаемого способа является полное совпадение выводов о степени совместимости сорто-подвойных сочетаний, сделанных по итогам ранней диагностики (к началу оценки степень совместимости испытуемых подвоев с районированными сортами была еще неизвестна) и по результатам агробиологических наблюдений за состоянием привитых растений через несколько лет после пересадки из питомника на постоянное место. Некоторые примеры такого сопоставления приведены в таблица 2.

У растений, полученных путем двойной прививки, оценку биологической совместимости прививочных компонентов представляется целесообразным проводить в два этапа:

• На первом этапе прогнозируется совместимость промежуточной вставки с основным подвоем.
• На втором этапе прогнозируется совместимость сорта с промежуточной вставкой.

В первом случае испытывается привитое растение, состоящее из двух компонентов (комбинация промежуточный подвой/основной подвой). Во втором случае рассматривается прививочная комбинация, представленная тремя компонентами (привоем, промежуточным подвоем и основным подвоем), а за подвой условно принимается сочетание промежуточный подвой/основной подвой.

Результаты наших исследований свидетельствуют о том, что интеркалярные подвои яблони М9, М27, СК3 хорошо совместимы с подвоем корнеобразователем – сеянцами сорта Аниса Кубанского. То же можно сказать и о соответствии сортов яблони Ренет Симиренко, Айдаред, Корей и интеркаляров (К < 0,18).

Несовместимость привоя и подвоя в питомнике, а в дальнейшем в саду, предотвращают, главным образом, правильным подбором прививочных компонентов. Располагая большим набором сортов и подвоев, необходимо выбирать из их числа наиболее жизнеспособные комбинации и тем самым исключать всякую возможность проявления несоответствия компонентов. Для этого целесообразно применять описанные выше способы ранней (на первом году жизни) диагностики совместимости сорто-подвойных сочетаний.

Обязательна тщательная браковка растений с малейшими признаками несовместимости привоя и подвоя. Подлежат уничтожению все растения, имеющие следующие признаки:

• преждевременно изменившие окраску листьев;
• имеющие розеточность и мелколистность;
• пораженные точечной болезнью подвоя, сопровождающейся ослаблением роста.

У растений с этой формой несовместимости компонентов на продольных срезах корней видны штрихи или точки черного, бурого или серого цвета.

Устранить несовместимость у деревьев в саду практически невозможно. В порядке исключения рекомендуется прививка мостиком деревьев груши, привитых на айве и имеющих признаки несовместимости прививочных компонентов. Однако такой прием довольно трудоемок.

Полное удаление привоя и прививка совместимого сорта на ослабленный голоданием подвой обычно дает весьма посредственные результаты. Несовместимость многих сортов груши с айвой преодолевают прививкой между ними промежуточной вставки – сорта, хорошо удающегося на айве. Применение промежуточной вставки может оказаться полезным для яблони и других плодовых культур (Татаринов, Зуев, 1984).

• Что такое биологическая совместимость?
• Перечислите формы проявления несовместимости прививочных компонентов плодовых культур согласно классификациям, предложенным Г. В. Трусевичем и В.А. Коровиным.
• Укажите возможные причины несовместимости при прививках плодовых растений.
• Перечислите диагностические критерии несовместимости привоя и подвоя.
• Какие пути преодоления несовместимости прививочных компонентов вы знаете?