Повышение качества плодов нектарина за счет оптимизации минерального питания растений

Ранее проводившиеся исследования были посвящены, главным образом, изучению влияния минерального питания на рост и урожайность плодовых древесных культур, в то время как качеству плодов уделялось меньше внимание. Однако не стоит недооценивать существующую взаимосвязь между минеральным питанием плодовых древесных культур и качеством плодов. Так, результаты исследований по минеральному питанию яблони и сливы свидетельствуют о том, что при недостатке элементов питания развивается внутреннее побурение мякоти плодов. В одной из работ была также продемонстрирована взаимосвязь между минеральным питанием растений и окраской плодов. Тем не менее, для изучения вопроса о влиянии минерального питания косточковых плодовых культур на качество плодов после уборки, а также в период холодного хранения необходимо проведение дополнительных исследований.
Основная проблема при хранении плодов косточковых культур заключается в побурении мякоти. Побурение плодов и овощей происходит в результате окисления фенольных соединений под действием содержащегося в растительных клетках фермента полифенолоксидазы (ПФО) до хинонов, которые быстро превращаются в окрашенные в коричневый цвет соединения – меланины (рис. 1).



Протекание реакции ферментативного побурения зависит от содержания фенольных соединений, активности полифенолоксидазы, а также от наличия в среде кислорода. Однако, от состава и содержания фенольных соединений зависят антиоксидантные качества плодов, что имеет важное значение для здоровья человека. Кроме того, некоторые фенольные соединения могут способствовать повышению устойчивости плодов персика к бурой монилиозной гнили (Monilinia fructicola), поскольку оказывают непосредственное влияние на активность кутиназы. Это предотвращает проникновение гриба в мякоть плода.
Идеальный результат – это получение плодов с высоким содержанием фенольных соединений при незначительном побурении мякоти в период холодного хранения, а также после него. Для оценки влияния условий минерального питания плодовых деревьев на урожайность и качество плодов авторами было проведено два исследования.

Объекты и методы исследований

1. Опыт по изучению отзывчивости нектарина на применение азотных, фосфорных и калийных удобрений

С целью изучения минерального питания косточковых плодовых культур в Сельскохозяйственном научно-исследовательском центре им. М.Т. Кернея Калифорнийского университета (г. Парлиер, штат Калифорния, США) в 2000 г. было установлено 60 больших резервуаров (объемом 10 000 л). Они были заполнены песком для создания разных условий минерального питания растений – закладки вариантов опыта с недостатком определенных элементов.
В резервуары были высажены саженцы нектарина сорта Гранд Перл. У деревьев формировалась крона V-образной формы. В опыте в течение 8-ми лет изучалось четыре варианта внесения удобрений с использованием системы капельного полива с двумя эмиттерами на резервуар: 1) полное минеральное питание; 2) низкая доза азота, 3) низкая доза фосфора; 4) низкая доза калия (остальные элементы питания в вариантах 2-4 вносились в достаточных количествах). Повторность опыта – четырехкратная.
В 2008 и 2009 годах определяли качественные показатели плодов с каждого дерева при достижении технической спелости, исходя из окраски и твердости мякоти плодов. Изучались следующие качественные показатели плодов в период уборки: размер, содержание растворимых сухих веществ и титруемая кислотность. В 2009 г. для оценки качественных показателей плодов после холодного хранения нектарины хранились в течение 11 дней при температуре 5°C. Учитывалось развитие внутреннего побурения мякоти плодов, а также проявление других физиологических расстройств.
2. Опыт по изучению влияния возрастающих доз азотных удобрений на степень поражения плодов нектарина бурой гнилью
Нектарины сорта Фантазия выращивались в Сельскохозяйственном научно-исследовательском центре им. М.Т. Кернея на участке площадью 0.81 га. Начиная с 8-го года после посадки, растения получали по 0, 112, 196, 280 и 364 кг N/га/год. Через 16 и 17 лет после посадки была проведена оценка различных качественных показателей зрелых плодов. Для изучения влияния азотных удобрений на степень поражения плодов бурой гнилью проводилась инокуляция цветков и зеленых плодов спорами грибов, вызывающих бурую гниль, в трех дозах. В период уборки подсчитывалось количество очагов бурой гнили на зрелых плодах.

Результаты

1. Опыт по изучению отзывчивости нектарина на применение азотных, фосфорных и калийных удобрений

Урожайность и качество плодов. При внесении низких доз калия и фосфора (2008 г.), а также при недостаточном обеспечении азотом (2009 г.) наблюдалось снижение урожайности плодов по сравнению с вариантом опыта, где деревья получали полное минеральное питание. Недостаток калия и фосфора вызывал также значительное уменьшение массы плодов (2008 г.). При недостатке азота снижения массы плодов не наблюдалось. В 2009 г. урожайность была ниже, чем в 2008 г.
Содержание элементов питания в плодах. Содержание азота, калия и кальция в плодах соответствовало диапазонам, приводимым в ранее опубликованных работах. Только в варианте с недостаточным внесением фосфорных удобрений содержание исследуемых элементов в плодах было ниже значений, обобщенных для типичной плотности посадки. Плоды деревьев, получавших полное минеральное питание, имели максимальное содержание азота. Данный показатель снижался при внесении низких доз фосфорных и калийных удобрений. При недостаточным внесении азотных удобрений содержание азота в плодах было минимальным. Содержание фосфора в плодах достоверно изменялось при недостатке изученных элементов питания, а самые низкие значения наблюдались в варианте опыта с недостаточным внесением фосфорных удобрений (рис. 2).



Содержание калия и кальция в плодах по вариантам опыта не изменялось. Недостаточное внесение калийных удобрений не приводило к снижению содержание калия, фосфора и кальция в плодах, однако вызывало снижение содержания азота (хотя и в пределах оптимального диапазона). Внесение низкой дозы азотных удобрений приводило к значимому снижению содержания азота в плодах – на 50% по сравнению с вариантом опыта, где давалось полное минеральное питание. Содержание калия, фосфора и кальция в плодах при этом не изменялось. Недостаточное применение фосфорных удобрений приводило к снижению содержания фосфора и азота в плодах (приблизительно на 80 и 20% соответственно). Содержание калия и кальция в плодах при этом не изменялось.
Внутреннее побурение мякоти плодов. Побурение мякоти плодов проявилось сильнее всего при внесении низкой дозы фосфора по сравнению с другими вариантами опыта. В 2009 г. у плодов деревьев, получавших фосфор в недостаточных количествах, наблюдалось побурение 67% мякоти по сравнению с 20% в варианте опыта с внесением полного минерального удобрения (рис. 3). После 11-дневного хранения у плодов, полученных при недостаточном внесении любого из изученных макроэлементов, наблюдалось достоверно большее побурение мякоти по сравнению с вариантом опыта, где давалось полное минеральное питание.



Плоды с низким содержанием фосфора, полученные в варианте опыта с недостаточным внесением фосфорных удобрений, имели более высокое содержание фенольных соединений (620 мкг/г) по сравнению с вариантом, где все элементы питания вносились в достаточных количествах (388 мкг/г). Фенольные соединения окисляются под действием фермента полифенолоксидазы до хинонов, и в дальнейшем образуются соединения, вызывающие побурение мякоти плодов.
Недостаточное азотное питание растений также способствовало снижению содержания фосфора в плодах. Это, как правило, способствует усилению внутреннего побурения мякоти плодов.
Данное исследование показало, что недостаток одного из основных макроэлементов (N, P или K) ведет к усилению интенсивности и степени распространения внутреннего побурения мякоти плодов в период холодного хранения. Однако между элементами питания растений, по-видимому, происходит более сложное взаимодействие, когда недостаток двух или более элементов приводит к разбалансированности питания, что ухудшает элементный состав плодов и их качество.
В обоих сезонах достоверное изменение величины «потенциала побурения», определявшегося в данном исследовании, и, соответственно, изменение условий протекания реакций, приводящих к внутреннему побурению мякоти, наблюдалось только при низком содержании фосфора в плодах. Низкое содержание фосфора в плодах может приводить к повышению проницаемости клеточных мембран, что облегчает протекание реакций окисления фенольных соединений, катализируемых полифенолоксидазой.
Вопреки нашим предположениям, плоды деревьев, недополучавших фосфорное питание, имели максимальное содержание антиоксидантов. Предполагалось, что антиоксиданты, ингибируя процессы окисления фенольных соединений, замедляют развитие внутреннего побурения мякоти плодов.
2. Опыт по изучению влияния возрастающих доз азотных удобрений на степень поражения плодов нектарина бурой гнилью



Производители косточковых плодовых культур обычно вносят более 112 кг N/га/год. Тем не менее, некоторые фермеры увеличивают дозу азота в надежде повысить урожайность. Однако, чрезмерное внесение азотных удобрений может привести к избыточному вегетативному росту, что оказывает негативное влияние на качество плодов, а также отрицательно сказывается на устойчивости растений к поражению болезнями и повреждению насекомым-вредителями.
В данном опыте внесение азота в дозах выше 112 кг N/га/год не влияло на урожайность плодов, но затягивало созревание на 4-5 дней. При внесении невысоких доз азота наблюдалась лучшая окраска кожицы нектаринов в красный цвет. Избыточный вегетативный рост, вызванный внесением высоких доз азота, приводил к увеличению затененности внутри кроны деревьев и под ними, что растягивало сроки сбора урожая. Установлена прямая корреляционная зависимость между вегетативным ростом растений и дозами азота.
Цветки плодовых деревьев, не получавших азотных удобрений, слабее всего поражались бурой гнилью после инокуляции спорами грибов. Обобщение данных по всем срокам проведения инокуляции показало, что в вариантах с внесением высоких доз азота у цветков наблюдалось достоверно большее количество пораженных тычинок по сравнению с вариантами с внесением 0 и 196 кг N/га/год. При инокуляции зеленых плодов была также выявлена прямая корреляционная зависимость между степенью поражения плодов и дозами азота (рис. 4).

Выводы

Качество плодов нектарина сильно зависит от системы минерального питания деревьев. Внутреннее побурение мякоти в период хранения достоверно усиливалось при низком содержании фосфора в плодах. Чрезмерное внесение азотных удобрений вызывало избыточный вегетативный рост и снижало устойчивость растений к бурой гнили.

Д-р Джонсон – помолог Кооперативной консультационной службы Калифорнийского университета, Сельскохозяйственный научно-исследовательский центр им. М.Т. Кернея, г. Парлиер, штат Калифорния, США; e-mail: sjohnson@ucanr.edu.

A. Оливос, Ц. Ксяоцайонг, К. Крисосто и Т. Мичилайдес – бывшие студенты и кооператоры Калифорнийского университета.

Дополнительную информацию можно получить из следующих публикаций:

Andres Olivos, A., R.S. Johnson, Q. Xiaoqiong, and C.H. Crisosto. 2012. HortSci. 47:391-394.

Daane, K.M., R.S. Johnson, T.J. Michailides, C.H. Crisosto, J.W. Dlott, H.T. Ramirez, G.Y. Yokota, and D.P. Morgan. 1995. Calif. Agric. 49 (4):19-23.

Рецензирование и редактирование перевода с английского: В.В. Носов.