Что происходит с персиками, когда исчезает холод?

Аномально теплые температуры 2012 года — четвертого самого теплого года в истории Южной Каролины — указывают на потенциальные проблемы для производителей самого известного фрукта штата. Персикам нужна холодная погода для образования цветов и плодов. Что происходит, когда холод исчезает?

«Многие весной думают, что цикл роста запускают более длинные дни и теплая погода, — говорит биолог растений из Университета Клемсона Дуглас Биленберг. — На самом деле, почки листьев и цветов персика закладываются еще летом, а зимой переходят в состояние покоя. Дерево должно получить достаточно часов охлаждения (chilling hours), чтобы почки начали раскрываться. Без этого времени охлаждения очень немногие сорта персика будут хорошо цвести, если вообще будут».

Благодаря финансированию исследований от Clemson University Experiment Station, работа Биленберга по покою и охлаждению растений может помочь селекционерам и индустрии персиков Южной Каролины справиться с сельскохозяйственными и экономическими последствиями изменения климата.

Потребность в зимнем холоде — главный фактор, определяющий, где персики можно надежно выращивать для коммерческого производства. Исторически большинство коммерчески привлекательных сортов были выведены в более холодном климате, где часы охлаждения не были проблемой. В более теплых регионах, например, на южном побережье, селекционерам приходилось скрещивать эти привлекательные сорта с низкокачественными, низкохолодостойкими (low-chill) сортами. Выведение премиальных фруктов с низкой потребностью в охлаждении — постоянный проект.

«Чтобы выращивать персики в регионах с низким охлаждением, селекционерам приходилось включать гены от деревьев без элитного качества плодов, но с генами низкой потребности в холоде. Это разбавляло качественные признаки, которые потом приходилось восстанавливать, — говорит Биленберг. — Это занимает годы. Наша работа предоставляет селекционерам научно обоснованную информацию и методы для ускорения включения генов низкой потребности в холод в текущие элитные сорта с сохранением высокого качества плодов. Цель — адаптировать наши нынешние сорта к будущим более теплым зимам».

Но у температурной дилеммы есть и обратная сторона. Персикам также нужны теплые температуры в нужное время. Раннее весеннее потепление, за которым следует резкое похолодание, может привести к катастрофе.

Именно это произошло в 2007 году, когда был уничтожен весь урожай штата, говорит Биленберг. До раскрытия почки более устойчивы к заморозкам. Идеальная система — это потребность в охлаждении, соответствующая местным зимним условиям, в сочетании с более высокой потребностью в тепле, чтобы почки дольше оставались закрытыми и были защищены от возможных резких заморозков.

«Наша работа включает не только понимание потребности в охлаждении, но и должна помочь в селекции на повышенную потребность в тепле, чтобы защитить отрасль от поздних заморозков», — говорит он. Сложность в том, что потребность в тепле изучена плохо, и ее трудно исследовать, поскольку периоды потребности в охлаждении и тепле перекрываются.

Для удовлетворения потребности персиков в охлаждении температура должна быть около 45°F (~7°C) или ниже. Разным сортам требуется разное время охлаждения — от нескольких сотен часов до более тысячи. Персиковые деревья могут «считать» часы охлаждения и приостанавливать счет в период потепления, а затем продолжать с того же места, когда холод возвращается.

Многое остается неизвестным, говорит Биленберг. Как дерево «чувствует» температуру? Как оно отслеживает количество часов охлаждения? Как оно сочетает часы охлаждения с потеплением, чтобы контролировать цветение и рост?

«Можно представить неизвестное как "черный ящик", а мы еще не поняли, как заглянуть внутрь», — говорит он.

Биленберг и его коллеги Грегори Рейгард и Ксения Гасич из Школы сельского хозяйства, лесного хозяйства и наук о жизни Клемсона анализируют геном персика в поисках «дорожных знаков ДНК» — маркеров, которые могут указать на гены, участвующие в потребности в охлаждении, покое и росте.

«Мы выясняем, что процесс контролирует не один ген; и дело не только в достаточных низких температурах, но и в теплых тоже», — говорит Биленберг.

Эта работа значительно продвинет селекционеров, таких как Гасич, в адаптации плодовых деревьев к изменению климата.

Южная Каролина, уступая только ведущему производителю Калифорнии, собирает около 90 000 тонн персиков в год на сумму $60 млн. Ежегодно ученые-растениеводы Клемсона оценивают более 350 сортов персика, чтобы предоставить необходимую информацию местным производителям.

Биленберг и его коллеги высадили специальную группу из 400 персиковых деревьев, содержащих генетический материал между крайними значениями потребности в охлаждении. Семена были предоставлены Биленбергу их создателем, селекционером Службы сельскохозяйственных исследований USDA У. Р. Оки. Они дают возможность раскрыть механизмы, вызывающие вариации в потребности в охлаждении, и могут привести к открытию того, как продолжать производить персики в Южной Каролине, несмотря на потепление.

Понимание этого процесса может повлиять и на другие многолетние плодовые и орехоплодные культуры, такие как яблоки и груши, которые не родственны персику, но также требуют часов охлаждения.