Від листка до продуктивності: навчальна практика студентів з Помології

Студенти третього курсу спеціальності «Садівництво, плодоовочівництво та виноградарство» пройшли навчальну практику з дисципліни «Помологія».

Керівником навчальної практики був доцент кафедри садівництва ім. проф. В. Л. Симиренка Олександр ГАВРИЛЮК.

Практичне навчання було спрямоване на поглиблення знань про біологічні та господарсько цінні особливості сортів яблуні, а також на опанування сучасних методів оцінювання фізіологічного стану рослин. Основними об’єктами дослідження стали 13 сортів яблуні колоноподібного типу на підщепі 54-118 та 8 сортів на підщепі М.9. Для порівняльного контролю досліджували також два сорти яблуні звичайного типу — Голден Делішес (Golden Delicious) і Хані Крісп (Honey Crisp).

Під час практики студенти не лише спостерігали за рослинами, а самостійно відбирали листкові проби, працювали з лабораторним і портативним обладнанням, здійснювали зважування, висушування та опрацювання результатів. Комплекс проведених досліджень дав змогу оцінити стан фотосинтетичного апарату, азотне забезпечення, площу листкової поверхні та здатність листків накопичувати суху органічну речовину.

Визначення вмісту хлорофілів a і b

Одним із важливих етапів практики стало визначення концентрації основних фотосинтетичних пігментів — хлорофілу a та хлорофілу b.

Для аналізу відбирали фізіологічно сформовані, неушкоджені листки приблизно однакового віку та однакової експозиції в кроні. Це необхідно для того, щоб відмінності між отриманими результатами були зумовлені особливостями досліджуваних сортів, а не різним віком або освітленням листків.

Зразки відбирали із середньої частини листкової пластинки, уникаючи центральної та великих бічних жилок. Після визначення точної маси рослинний матеріал подрібнювали та проводили екстрагування пігментів органічним розчинником. Отриманий екстракт очищували від частинок листкової тканини та переносили у кювети спектрофотометра.

На спектрофотометрі визначали оптичну густину розчину на довжинах хвиль, характерних для поглинання хлорофілами a і b. Конкретні довжини хвиль та розрахункові коефіцієнти обирали відповідно до використаного екстрагенту й затвердженої лабораторної методики.

За результатами вимірювань студенти розраховували:

• концентрацію хлорофілу a;

• концентрацію хлорофілу b;

• сумарний уміст зелених пігментів;

• співвідношення хлорофілів a/b;

• уміст пігментів у перерахунку на одиницю сирої маси листка.

Такі показники характеризують сформованість і потенційну потужність фотосинтетичного апарату. Порівняння отриманих значень дає можливість встановити, які сорти мають більшу концентрацію фотосинтетичних пігментів та ефективніше використовують доступне освітлення. Методика спектрофотометричного визначення передбачає відбір тканини без великих жилок, екстрагування пігментів і вимірювання оптичної густини отриманого розчину.

Діагностика фотосинтетичного апарату приладом «Флоратест»

Наступним напрямом роботи було визначення індукції флуоресценції хлорофілу за допомогою портативного приладу «Флоратест».

Метод ґрунтується на тому, що частина світлової енергії, поглинутої хлорофілом, використовується у фотохімічних реакціях, частина розсіюється у вигляді тепла, а частина повторно випромінюється як флуоресценція. Характер зміни інтенсивності флуоресценції після освітлення листка відображає функціональний стан фотосистеми II та перебіг первинних процесів фотосинтезу.

Для забезпечення порівнянності результатів студенти відбирали листки однакового віку, розміщені в подібних умовах освітлення. Після передбаченої протоколом темнової адаптації на листкову пластинку встановлювали виносний оптичний сенсор. Важливо було розмістити його на неушкодженій частині листка, уникаючи центральної жилки, країв, плям та інших дефектів.

Після ввімкнення освітлення прилад реєстрував індукційну криву флуоресценції, або криву Каутського. За її характерними точками студенти визначали та аналізували основні показники:

• F₀ — початковий рівень флуоресценції;

• Fm — максимальний рівень флуоресценції;

• Fst — стаціонарний рівень;

• Fv — змінну флуоресценцію;

• Ki — коефіцієнт індукції;

• Rfd — показник життєздатності та фотосинтетичної активності листкового апарату.

Порівняння індукційних кривих різних сортів дозволило оцінити ефективність використання світлової енергії, активність фотохімічних процесів і можливі ознаки стресового стану рослин. «Флоратест» призначений для реєстрації випромінювання флуоресценції хлорофілу безпосередньо на листку живої рослини та може застосовуватися для експрес-діагностики впливу несприятливих чинників.

Визначення відносного азотного статусу листків за допомогою N-тестера

Важливим складником формування високої продуктивності яблуні є достатнє азотне живлення. Азот входить до складу хлорофілу, амінокислот, білків і ферментів, тому його забезпеченість істотно впливає на ріст листків та інтенсивність фотосинтезу.

Для оперативної неруйнівної діагностики студенти використовували портативний N-тестер. Прилад затискали на листковій пластинці, після чого він пропускав через тканину світло та визначав показник, пов’язаний із вмістом хлорофілу.

Вимірювання проводили в середній частині листкової пластинки, уникаючи центральної жилки, країв листка та пошкоджених ділянок. На кожній дослідній рослині виконували серію вимірювань на кількох листках одного віку. Отримані показники усереднювали, оскільки одиничне вимірювання не завжди повністю відображає стан усього дерева.

У дослідженнях яблуні значення N-тестера доцільно розглядати насамперед як відносний індекс умісту хлорофілу та азотного статусу листка. Він дає змогу порівнювати сорти, дерева, ділянки крони або варіанти досліду, виявляючи рослини з вищим чи нижчим рівнем забезпечення азотом. Для визначення абсолютної концентрації азоту результати оптичного вимірювання потребують калібрування за даними лабораторного хімічного аналізу.

Перевагами методу є швидкість, можливість виконувати численні повторні вимірювання та відсутність необхідності відривати листок від рослини. Принцип роботи N-тестера полягає в оптичному вимірюванні вмісту хлорофілу, який використовується як показник азотного стану рослини.

Визначення чистої продуктивності фотосинтезу

Особливу зацікавленість студентів викликало визначення чистої продуктивності фотосинтезу, адже цей показник демонструє не лише наявність хлорофілу або активність фотосистем, а фактичне накопичення сухої органічної речовини листком за певний проміжок часу.

Для проведення дослідження на кожному дереві відбирали сформовані, здорові листки однакового віку та однакового положення в кроні. Листки позначали, щоб через добу повторно провести відбір саме з тих самих листкових пластинок.

На початку досліду з кожного листка спеціальним свердлом робили дві висічки відомої площі. Висічки відбирали з обох боків від центральної жилки, намагаючись не зачіпати великі провідні пучки. Зразки одразу зважували для визначення сирої маси, після чого поміщали у бюкси або паперові пакети та висушували в сушильній шафі до сталої маси. Після висушування висічки повторно зважували й визначали їх абсолютно суху масу.

Після першого відбору черешок листка обережно перетискали та фіксували. Метою цієї операції було максимально обмежити відтік утворених у листку асимілятів через флоему. Водночас надходження води та розчинених мінеральних речовин через внутрішню провідну частину черешка — ксилему — певною мірою зберігалося. Завдяки цьому листок залишався прикріпленим до дерева, продовжував освітлюватися та фотосинтезувати, але синтезовані ним органічні речовини накопичувалися переважно в його тканинах.

Через 24 години з тих самих листків повторно відбирали по дві висічки. Місця другого відбору розміщували поряд із першими, але так, щоб не використовувати пошкоджену тканину. Нові висічки також зважували у сирому стані, висушували до сталої маси та повторно визначали їх суху масу.

Чисту продуктивність фотосинтезу розраховували за приростом сухої речовини.

Результат виражали у грамах сухої речовини на квадратний метр листкової поверхні за добу.

Визначення сирої маси давало додаткову інформацію про обводненість зразків та дозволяло контролювати однорідність відібраного матеріалу. Безпосередньо для розрахунку чистої продуктивності використовували суху масу, оскільки вміст води в листках може істотно змінюватися протягом доби.

Метод наочно продемонстрував студентам, як у процесі фотосинтезу світлова енергія перетворюється на органічну речовину. Чим більшим був добовий приріст сухої маси, тим продуктивніше працювала одиниця листкової поверхні. Методика з перетисканням черешка, відбором двох висічок площею 1 см² та повторним відбором через 24 години застосовується для оцінювання накопичення сухої речовини листками.

Визначення площі листкової поверхні ваговим методом

Площа листкової поверхні є одним із ключових показників продукційного процесу, адже саме листки поглинають світло, здійснюють фотосинтез, транспірацію та газообмін. Для визначення площі листків студенти використали два різні методи — традиційний ваговий та цифровий.

Під час застосування вагового методу кожен свіжозібраний листок спочатку зважували на лабораторних терезах. Зважування проводили якомога швидше після відокремлення листка від рослини, щоб уникнути втрати води та зміни його маси.

Потім із листкової пластинки робили дві висічки площею по 1 см² кожна. Отже, загальна площа висічок становила 2 см². Висічки брали з різних частин пластинки, не захоплюючи центральної жилки та грубих бічних жилок, оскільки їхня маса на одиницю площі відрізняється від маси основної тканини листка.

Після цього обидві висічки зважували разом. Площу цілого листка визначали за пропорцією: якщо відома маса фрагментів із точно встановленою площею, то за масою цілого листка можна розрахувати його загальну площу.

Метод ґрунтується на припущенні, що маса одиниці площі листкової пластинки є відносно однаковою. Тому для підвищення точності важливо відбирати висічки з типових ділянок листка та виконувати всі зважування в однаковому стані зразків — лише сирих або лише висушених.

Ваговий метод є доступним і наочним: він допомагає зрозуміти взаємозв’язок між масою та площею листкової тканини, а також навчає правильно працювати з пропорціями й експериментальними даними. Формула вагового методу передбачає множення маси листка на відому площу висічок із подальшим діленням на їхню масу.

Цифрове визначення площі листків у Petiole Pro

Другий спосіб визначення площі листкової поверхні був заснований на використанні мобільного застосунку Petiole Pro.

Для проведення вимірювань листки розправляли та розміщували на рівному фоні, який контрастував із зеленим забарвленням листкової пластинки. Листок не повинен був бути зім’ятим, скрученим або перекриватися іншими об’єктами.

Поряд із листком розміщували калібрувальний об’єкт або використовували передбачену програмою систему масштабування. Смартфон утримували паралельно до поверхні, щоб уникнути перспективного викривлення. Фотографування проводили за рівномірного освітлення, без різких тіней, відблисків та сторонніх предметів у кадрі.

Після отримання зображення програма розпізнавала контур листкової пластинки, відокремлювала його від фону та підраховувала кількість пікселів, які займав листок. Після калібрування цифрове значення переводилося у квадратні сантиметри.

Студенти перевіряли правильність виділення контуру, адже тіні, пошкодження листка, недостатній контраст або неправильний кут знімання можуть впливати на результат. За необхідності фотографування повторювали.

Застосування Petiole Pro дало можливість швидко опрацювати значну кількість листків, зберегти результати в цифровому форматі та порівняти їх із показниками, отриманими традиційним ваговим методом. Petiole Pro позиціонується розробниками як мобільний вимірювач площі листка, що використовує камеру смартфона та цифрове опрацювання зображення.

Поєднання традиційних і сучасних методів

Проведена навчальна практика показала, що комплексне оцінювання потенційної продуктивності яблуні неможливо здійснити лише за одним показником. Високий уміст хлорофілу ще не завжди означає максимальне накопичення сухої речовини, а велика площа листка не обов’язково свідчить про високу ефективність його роботи.

Саме тому студенти одночасно досліджували:

• кількість фотосинтетичних пігментів;

• функціональний стан фотосистеми II;

• відносний азотний статус листків;

• інтенсивність накопичення сухої речовини;

• площу асиміляційної поверхні.

Поєднання лабораторних, польових, оптичних і цифрових методів дозволило сформувати цілісне уявлення про роботу листкового апарату колоноподібної яблуні. Особливо корисним стало порівняння класичних методик із сучасними портативними приладами та мобільними технологіями.

Навчальна практика стала важливим етапом професійної підготовки майбутніх фахівців із садівництва. Студенти навчилися правильно планувати відбір проб, працювати з точним обладнанням, вести облік результатів, виконувати розрахунки та критично оцінювати отримані дані.

Такі практичні навички є необхідними для проведення наукових досліджень, сортовивчення, діагностики стану плодових насаджень і прийняття обґрунтованих технологічних рішень у сучасному садівництві.

Проведені дослідження виконувалися в межах реалізації проєкту молодих учених — науково-дослідної теми № 110/2м-пр-2026 «Формування стійких систем вирощування колоноподібних сортів яблуні в умовах кліматичних змін».

До виконання експериментальних досліджень разом зі студентами долучилися молоді вчені — учасники проєкту. Спільна робота студентів і науковців сприяла поєднанню освітнього процесу з актуальними науковими дослідженнями, опануванню сучасних методів фізіологічної діагностики рослин та формуванню практичних навичок проведення польових і лабораторних дослідів.