Біологічна сумісність прищепи та підщепи у плодівництві

Успіх зростання та подальшого росту щеплення залежить від ступеня сумісності прищепи та підщепи. У літературі при характеристиці біологічної сумісності застосовують терміни: фізіологічна сумісність, біологічна відповідність, спорідненість, афінітет, симпатія, конгеніальність. Однак ми вважаємо найбільш вдалим для позначення цього складного явища термін – біологічна (фізіологічна) сумісність компонентів. Найбільш точне визначення «сумісності» та «несумісності» щеплювальних компонентів плодових культур дано в роботі Г. В. Трусевича (1964). Згідно з його трактуванням, «під сумісністю підщепи та прищепи …розуміється здатність їх утворювати і зберігати протягом тривалого строку анатомічно правильне і механічно міцне зростання, що забезпечує успішний обмін речовин між ними та нормальний перебіг життєвих процесів щепленої рослини (ріст і плодоношення)». Термін «несумісність» об'єднує низку випадків, коли сумісність компонентів щеплення є незадовільною з погляду виробничих вимог, що висуваються до щеплювальних комбінацій, або повністю відсутня.

Оскільки в наявності значні втрати, пов'язані із загибеллю сорто-підщепних поєднань у розсаднику та в саду внаслідок несумісності, багато дослідників намагалися встановити природу цього явища і тим самим навчитися прогнозувати його вже на першому році життя щеплених рослин, до садіння на постійне місце.

Можливі причини несумісності при щепленнях плодових рослин та форми її подолання

У плодівництві тривалий час існувало уявлення, що однією з причин несумісності може бути генетична віддаленість компонентів. Як правило, гірше вдаються щеплення у рослин, що належать до різних видів, родів і родин.

Не заперечуючи певного взаємозв'язку між ступенем ботанічної спорідненості та сумісністю щеплювальних компонентів, її слід визнати все ж таки досить приблизною. Відзначено, наприклад, недостатню сумісність деяких сортів яблуні з сіянцями різних форм китайки, з яблунею кавказькою, Бабаарабською яблунею та ін.. Разом з тим досить життєздатні та широко використовуються у виробництві міжвидові і навіть міжродові щеплення: вишня Любська на черешні, деякі сорти груші на айві (Коровін, 1979; Татаринов, Зуєв, 1984).

Як видно з перелічених фактів, ботанічна близькість не може слугувати надійним критерієм відповідності щеплювальних компонентів. На думку Д.М. Гродзинського та ін. (1984), це пов'язано з тим, що ботанічна класифікація заснована на репродуктивних ознаках, а щеплення має відношення насамперед до вегетативних функцій рослин.

Згідно з класифікацією, запропонованою Г. В. Трусевичем (1964), у плодових культур спостерігають чотири форми несумісності щеплювальних компонентів:

1) повна нездатність прищепи та підщепи зростатися при щепленні (повна несумісність);

2) утворення недовговічного з'єднання прищепи та підщепи за допомогою калюсових мас (спайок) без зв'язку провідних елементів;

3) з'єднання камбію та провідних елементів прищепи та підщепи неповне або тимчасове, щеплені рослини спочатку ростуть нормально, але потім можливі випадки розлому за місцем зростання або передчасного відмирання;

4) зростання підщепи та прищепи анатомічно правильне, міцне, зламів не спостерігається, але рослини характеризуються відразу або згодом ослабленим ростом, низькою продуктивністю, недовговічністю (явище, що відзначається при щепленні деяких сортів черешні на антипку).

На думку Г. В. Трусевича (1964), несумісність компонентів щеплення в третьому та четвертому випадках можна розглядати як уповільнену.

У щеплених рослин яблуні В. А. Коровіним (1979) виявлено три форми прояву несумісності прищепи та підщепи:

1) неміцне зростання прищепи та підщепи;

2) точкова хвороба підщепи;

Установлено, однак, що несумісність щеплювальних компонентів, у якій би формі вона не виявлялася, викликана причинами біологічного (фізіологічного) характеру. Тому в будь-якому випадку слід вести мову про фізіологічну несумісність як широке поняття, що включає кілька форм її прояву. Останні, ймовірно, можуть бути зумовлені дією різних механізмів.

Судячи з літературних даних, у плодових культур більшою мірою вивчено явище несумісності тканин прищепи та підщепи. Це – перша – третя форми прояву несумісності за класифікацією Г. В. Трусевича (1964) і перша форма за класифікацією В. А. Коровіна (1979). Ранді вказує на кілька поширених симптомів тканинної несумісності щеплювальних компонентів деревних рослин: відсутність утворення клітин калюсу; утворення калюсу, але подальша неповна диференціація провідних тканин; некроз клітин на поверхні зрізу в місці контакту прищепи та підщепи. У зоні зростання несумісних компонентів щеплення відкладається значна кількість пухких паренхімних клітин, формується відторгнений шар (Гродзинський 1984; 1985), і відбувається активне відторгнення тканин прищепи. Така картина спостерігається, наприклад, у щеплювальній комбінації – яблуня сорту Антонівка звичайна на китайці, а також при щепленні деяких сортів груші на айву, персика на абрикос і сливу, черешні на черемху тощо.

При несумісності уповільненого типу розломи щеплених рослин відзначаються в саду, з виникненням осередків неорганізованого росту та утворенням прошарку в прикордонній області щеплювальних компонентів. Поштовхом такого росту, на думку І.Ф. Гаврюшової (1984), є розбіжність у прищепи та підщепи ритмів накопичення і витрати поживних речовин, роботи ферментів.

Дефекти в зоні контакту несумісних щеплювальних компонентів є причиною погіршення пересування води та поживних речовин через місце зростання і нерівномірного розподілу їх у прищепі та підщепі (Татаринов, 1976; Сирбу, Шишкану, 1982; Сирбу, Стоянов, 1984).

В останні роки досягнуто значних успіхів у пізнанні механізмів, що визначають тканинну несумісність.

Висловлено припущення про ідентичність процесів, що відбуваються при трансплантаціях і впровадженні паразитів у рослину. На думку дослідників, як у першому, так і в другому випадку діють механізми розпізнавання «свого» від «чужого» для відторгнення всього чужорідного. Іншими словами, в основі несумісності тканин щеплювальних компонентів лежить здатність соматичних клітин до взаємного (білок - білкового) «упізнавання» (Гродзинський, 1984, 1985; Уорінг, Філіппс, 1984).

На користь сказаного свідчать результати експериментів, що вказують на можливість подолання тканинної несумісності шляхом пригнічення універсального захисного механізму в рослині дією іонізуючої радіації або інгібіторів білкового синтезу. Тим самим підтверджується імунобіологічна природа цієї форми прояву несумісності підщепи та прищепи.

У процесі біологічного «упізнавання» клітин особливе місце посідають лектини, що являють собою групу білків, які характеризуються загальною властивістю вибіркового зв'язування цукрів або цукровмісних макромолекул, зокрема глікопротеїдів (Луцик та ін., 1981, Марков, Хавкін, 1988, Уорінг, Філіпс, 1984; Bowless, Kauss, 1975; Goldstein, Hayes, 1978).

Виходячи з наведених даних, зроблено висновок про перспективність застосування імунохімічних методів для прогнозування тканинної несумісності. Однак трудомісткість таких методів, цілком імовірно, обмежить їх використання для масової оцінки зразків.

Інша досить поширена форма прояву фізіологічної несумісності щеплювальних компонентів, що найчастіше зустрічалася у яблуні – точкова хвороба підщепи (Коровін, 1979; Татаринов, Зуєв, 1984).

Рослини з точковою хворобою, як правило, пригнічені вже в розсаднику (мають слабкі прирости, дрібне сухувате листя) і підлягають вибраковуванню.

Однак відомі випадки, коли ця форма прояву несумісності прищепи та підщепи є причиною масової загибелі дерев у саду. Її характерна особливість - утворення некрозів у корі та деревині підщепи. Разом з тим у тканинах прищепи ніяких порушень не спостерігається.

При сильно вираженій несумісності компонентів щеплення некрози відзначаються і в місці їх зростання, а при слабкому її прояві може бути виявлено нерівномірне відкладення деревини, «рифленість деревини».

Отже, для виявлення такої форми невідповідності щеплювальних компонентів потрібно проведення досить трудомістких морфологічних досліджень із застосуванням гістологічних методів.

Необхідно зазначити, що судження, які зустрічаються в літературі про причини виникнення точкової хвороби підщепи, вельми суперечливі. Так, Г. В. Трусевич (1964) розглядає її як особливе функціональне захворювання, що викликається грибом фузаріумом, який уражає підщепу.

Разом з тим В. А. Коровін (1979) наводить ряд фактів, що доводять, ніби цей гриб не має відношення до виникнення точкової хвороби. Остання, на його думку, зумовлена притоком із прищепи деяких токсичних речовин, що викликають відмирання тканин камбію, флоеми та деревини підщепи. Цілком імовірно, можна погодитися з таким висновком, тим паче, що в місці контакту деяких несумісних компонентів уже вдалося виявити високотоксичний агент – пруназин.

За даними Г. В. Трусевича (1964), точкова хвороба була зафіксована і в рослин груші.

Низький вміст жиру і крохмалю в підщепі та одночасне інтенсивне накопичення полісахариду в прищепі – характерна риса фізіологічної несумісності щеплювальних компонентів яблуні за типом голодування підщепи. Аналогічне явище спостерігається при щепленні різних сортів груші середньої смуги на сіянці айви, а також деяких сортів персика на підщепу сливи Damas – 1869.

У саджанців і дерев із зазначеною формою прояву фізіологічної несумісності компонентів щеплення відзначаються такі зміни:

• відмирання кореневих мичок до кінця літа;
• рання масова закладка плодових бруньок.

Передбачається, що низький вміст крохмалю в підщепі може бути зумовлений не тільки погіршенням відтоку цукрів із прищепи в підщепу через дефекти в місці контакту, а й порушенням синтезу полісахариду, коли такі дефекти відсутні і цукри в підщепу надходять у значних кількостях.

Слід, однак, зазначити, що попри певні особливості тієї чи іншої форми прояву фізіологічної несумісності прищепи та підщепи на практиці часом складно провести чітку межу між ними. Відомі, наприклад, випадки, коли при сильному ступені несумісності щеплювальних компонентів за типом точкової хвороби або голодування підщепи спостерігаються дефекти в зоні зростання, властиві тканинній несумісності.

Для виявлення несумісності прищепи та підщепи в практиці розсадництва до цього часу широко використовуються візуальні методи. Про невідповідність компонентів щеплення судять за рядом ознак:

• раннє припинення росту окулянтів;
• передчасна зміна забарвлення листків;
• листопад (Chang, 1939; Трусевич, 1964; Нестеров, 1968; Колеснікова та ін., 1984; Інденко, 1987 та ін.).

Однак перелічені ознаки можуть проявлятися і при дії на рослини деяких екстремальних факторів, що ускладнює їх застосування для прогнозування несумісності. З невідповідністю прищепи та підщепи часто пов'язують потовщення одного з них у місці щеплення. У той же час існує і діаметрально протилежна думка. Зокрема, С. Н. Степанов (1956) приходить до висновку, що більша товщина підщепи порівняно з прищепою — цілком нормальне явище, яке свідчить про хороше живлення компонентів щеплення. Мабуть, зазначений показник також не може застосовуватися для прогнозування невідповідності компонентів щеплення.

Для швидкої оцінки сумісності підщеп з різними сортами в умовах розсадника або в селекційних цілях В. А. Коровін (1979) запропонував спосіб пересадки кілець кори підщепи на однорічні або багаторічні гілки сортів яблуні, що дозволяє виявити сумісність компонентів, що щеплюються, через 2,5–3,0 місяці після проведення зазначеного щеплення.

Ми вважаємо, що в якості діагностичних критеріїв повинні використовуватися тільки фізіолого-біохімічні параметри, які найбільш точно характеризують функціональний стан сорто-підщепних комбінацій і корелюють з їх сумісністю (несумісністю). Це треба мати на увазі в першу чергу при виявленні несумісності уповільненого типу, яку в молодому віці рослин встановити за зовнішніми ознаками не видається можливим.

При будь-якій формі невідповідності компонентів щеплення у них відзначаються порушення координації та синхронності метаболічних процесів, що свідчать про те, що організм не функціонує як єдине ціле.

Не випадково один із способів визначення ступеня сумісності щеплювальних комбінацій передбачає порівняння добових ритмів росту пагонів прищепленого сорту і зі сплячої бруньки підщепи (Тройський, Аболінь, 1962). Вказують також на різні адаптивні реакції несумісних прищепи та підщепи при дії несприятливих факторів (Гриненко, Бютнер, 1965; Веселова та ін., 1973; Пудрикова, Дорохов, 1984; Гриненко та ін., 1985).

Однак для судження про подібність чи відмінність інтенсивності та спрямованості окремих процесів метаболізму у компонентів щеплення придатні далеко не всі характеристики. Зокрема, визначення активності каталази у прищепі та підщепі, як це пропонував І. В. Каймакан (1958), не завжди призводить до досягнення поставленої мети.

Очевидно, проблема ранньої діагностики біологічної відповідності компонентів щеплення потребує правильного методичного підходу до її вирішення. В. І. Сафонов і А. Е. Вейденберг (1969) вказують на можливість прогнозування сумісності сортів і підщеп за ступенем тотожності білкових систем кори, що виражається «коефіцієнтом спорідненості». Тим часом зазначений спосіб не передбачає проведення щеплення. Таке рішення питання навряд чи правомірне, бо в даному випадку не враховується результат взаємовпливу компонентів щеплення, що має місце у новоствореного рослинного організму.

Цей недолік усувається, якщо зіставляти діагностичні параметри у випробуваного сорто-підщепного поєднання з такими ж у прищеплених рослин з відомим ступенем сумісності прищепи та підщепи. Як контроль доцільно використовувати:

• добре сумісну щеплювальну комбінацію, отриману в результаті гомотрансплантації;
• варіант із щепленням «сам на себе».

Не менш точною є оцінка сумісності компонентів щеплення за результатами порівняння різних фізіолого-біохімічних параметрів сорто-підщепного поєднання з такими ж параметрами відповідної неприщепленої підщепи (Коровін, 1979; Тітова, 1984; Піскорська, Тітова, 1986). Більш того, В. А. Грязєв (1981) рекомендує застосовувати метод роздільного вивчення властивостей компонентів щеплення в зіставленні з їх різними комбінаціями при розгляді всіх питань фізіології прищепленої рослини.

Цілком ймовірно, тільки таке вирішення поставленого завдання дозволить врахувати характер змін, що відбуваються у прищепі або підщепі в результаті щеплення, а, отже, перспективність прищепно-підщепного поєднання. Використовуючи перелічені методичні підходи до вивчення явища несумісності компонентів щеплення, дослідники намагалися визначити фізіолого-біохімічні параметри, неспецифічно пов'язані з різними формами її прояву.

Встановлено можливість ранньої діагностики невідповідності прищепи та підщепи з урахуванням особливостей накопичення наступних показників в органах і тканинах рослин:

• вуглеводів (Трофанюк, 1971; Сирбу, Іолтуховський, 1973; Тітова, 1984; Тітова, Хачатурян, 1984);
• загального та білкового азоту;
• елементів мінерального живлення (Сирбу, Стоянов, 1984);
• вмісту вільних амінокислот (Цуркан та ін., 1978; Сирбу та ін., 1979; Піскорська, Тітова, 1986);
• фосфорних сполук;
• активності ферментів каталази (Субботіна, Андрющенко, 1969; Коровін, 1979), пероксидази та поліфенолоксидази (Тітова, Шишкану, 1984).

Для оцінки ступеня сумісності компонентів щеплення рекомендують використовувати показники водного обміну та фотосинтетичної активності рослин (Веселова та ін., 1973; Коровін, 1979; Сувак, Шишкану, 1984). Зроблені спроби прогнозування несумісності прищепи та підщепи за спектрами ізопероксидази в листі та корі. В іншому способі визначення фізіологічної сумісності компонентів щеплення плодових культур передбачено порівняння білкового спектра в коренях сорто-підщепної комбінації з таким у відповідної нещепленої підщепи.

Несумісність прищепи та підщепи часто проявляється не відразу, а через кілька років після садіння саду. Така сповільнена несумісність завдає величезної шкоди розсадникам та садівничим господарствам, оскільки призводить до загибелі вже дорослих дерев. Традиційні методи діагностики за окремими показниками обміну речовин не дають надійного прогнозу. Щоб вчасно виявити проблему, розроблено новий експрес-метод оцінки сумісності за відношенням РНК/ДНК у точках росту.

Біологічний принцип оцінки сумісності

В основі діагностики лежить проста біологічна закономірність. У сумісної сорто-підщепної комбінації активність метаболізму перебуває на рівні здорової нещепленої підщепи. При фізіологічному конфлікті координація функцій порушується, і метаболічна активність щепленої рослини починає відрізнятися від вихідної підщепи. Чим сильніша несумісність, тим більша різниця в активності метаболізму щеплення та чистої підщепи.

Для точної оцінки розраховують коефіцієнт сумісності (K) за різницею відношень РНК/ДНК у комбінації та підщепі: K = (РНК/ДНК)_{комбінації} – (РНК/ДНК)_{підщепи}. Якщо значення коефіцієнта перевищує критичний поріг, рослини з розсадника відправляють у брак. На практиці межа між середньою та поганою відповідністю часто розмита, тому вибраковці підлягають обидві групи.

Порядок відбору проб та проведення аналізу

Для проведення діагностики закладають дослідні щеплення, залишаючи частину підщеп нещепленими для контролю. У розсаднику відбір верхівок пагонів проводять у другому полі під час фази активного росту. В умовах Північного Кавказу цей період припадає на кінець травня — початок червня. Щоб прискорити оцінку, можна використовувати зимове щеплення в контрольованих умовах: тоді до аналізів приступають уже через 1,0–1,5 місяця після початку вегетації.

1. Відокремте верхівки пагонів довжиною 4,0–10,0 мм з апексами (точками росту). Для аналізу відберіть зразки з 10–15 середніх за розвитком рослин кожної комбінації та контрольної нещепленої підщепи.
2. Виділіть з кожного об'єднаного зразка наважки по 0,05–0,10 г.
3. Перенесіть кожну наважку в пробірку з 5 мл 96%-ного етилового спирту.
4. Прокип'ятіть пробірки зі зразками протягом 5 хвилин для фіксації матеріалу.
5. Проведіть хімічне розділення РНК та ДНК за класичним методом, після чого визначте їх концентрацію в розчині спектрофотометричним способом.

При проведенні лабораторних аналізів суворо дотримуйтесь кратності повторень. Для вегетативно розмножуваних підщеп потрібна двократна повторність аналізу. Для насіннєвих підщеп через їхню генетичну різнорідність повторність необхідно збільшити до чотирикратної.

• Довжина верхівок пагонів — 4,0–10,0 мм
• Маса наважки — 0,05–0,10 г
• Об'єм 96%-ного етилового спирту — 5 мл
• Час кип'ятіння для фіксації — 5 хв
• Критичне значення коефіцієнта K — 0,18

Таким чином, пропонований спосіб є універсальним. Поряд із цим він досить надійний. Достовірність результатів оцінки відповідності компонентів щеплення зумовлена вибором найбільш інформативного діагностичного показника, що визначається в регуляторному центрі рослини. У результаті враховується метаболічна активність рослинного організму в цілому. Крім того, при діагностуванні сумісності сорто-підщепної комбінації за пропонованим способом береться до уваги факт впливу одного компонента щеплення на інший. Найпереконливішим доказом надійності та точності обговорюваного способу є повний збіг висновків про ступінь сумісності сорто-підщепних поєднань, зроблених за підсумками ранньої діагностики (на початок оцінки ступінь сумісності випробуваних підщеп із районованими сортами був ще невідомий) і за результатами агробіологічних спостережень за станом щеплених рослин через кілька років після пересаджування з розсадника на постійне місце. Деякі приклади такого зіставлення наведено в таблиця 2.

У рослин, отриманих шляхом двойного щеплення, оцінку біологічної сумісності щеплювальних компонентів видається доцільним проводити у два етапи:

• На першому етапі прогнозується сумісність проміжної вставки з основною підщепою.
• На другому етапі прогнозується сумісність сорту з проміжною вставкою.

У першому випадку випробовується щеплена рослина, що складається з двох компонентів (комбінація проміжна підщепа/основна підщепа). У другому випадку розглядається щеплювальна комбінація, представлена трьома компонентами (прищепою, проміжною підщепою та основною підщепою), а за підщепу умовно приймається поєднання проміжна підщепа/основна підщепа.

Результати наших досліджень свідчать про те, що інтеркалярні підщепи яблуні М9, М27, СК3 добре сумісні з підщепою-коренеутворювачем – сіянцями сорту Аніс Кубанський. Те саме можна сказати і про відповідність сортів яблуні Ренет Симиренка, Айдаред, Корей та інтеркалярів (К < 0,18).

Несумісність прищепи та підщепи в розсаднику, а в подальшому в саду, запобігають, головним чином, правильним підбором щеплювальних компонентів. Маючи великий набір сортів та підщеп, необхідно обирати з-поміж них найбільш життєздатні комбінації і тим самим виключати будь-яку можливість прояву невідповідності компонентів. Для цього доцільно застосовувати описані вище способи ранньої (на першому році життя) діагностики сумісності сорто-підщепних поєднань.

Обов’язковим є ретельне бракування рослин з найменшими ознаками несумісності прищепи та підщепи. Підлягають знищенню всі рослини, що мають такі ознаки:

• передчасно змінили забарвлення листя;
• мають розетковість та дрібнолистість;
• уражені точковою хворобою підщепи, що супроводжується ослабленням росту.

У рослин із цією формою несумісності компонентів на поздовжніх зрізах коренів видно штрихи або точки чорного, бурого чи сірого кольору.

Усунути несумісність у дерев у саду практично неможливо. Як виняток рекомендується щеплення містком дерев груші, щеплених на айві та таких, що мають ознаки несумісності щеплювальних компонентів. Однак такий прийом досить трудомісткий.

Повне видалення прищепи та щеплення сумісного сорту на ослаблену голодуванням підщепу зазвичай дає вельми посередні результати. Несумісність багатьох сортів груші з айвою долають щепленням між ними проміжної вставки – сорту, що добре вдається на айві. Застосування проміжної вставки може виявитися корисним для яблуні та інших плодових культур (Татаринов, Зуєв, 1984).

• Що таке біологічна сумісність?
• Перелічіть форми прояву несумісності щеплювальних компонентів плодових культур згідно з класифікаціями, запропонованими Г. В. Трусевичем та В. А. Коровіним.
• Вкажіть можливі причини несумісності при щепленнях плодових рослин.
• Перелічіть діагностичні критерії несумісності прищепи та підщепи.
• Які шляхи подолання несумісності щеплювальних компонентів ви знаєте?