Арбуз

Арбуз столовый (Citrullus lanatus)

Корень стержневой, сильноразветвлённый, проникает вглубь почвы до 1-5 м, распространяется в стороны до 7 м, отличается большой всасывающей способностью. Формирование корневой системы завешается в фазе цветения.

Стебель стелющийся, ползучий, длинноплетистый до 2-5 м, с 5-10 ветвями (до 50), опушёнными жёсткими волосками, округло-пятигранный.

Листья рассеченные на перистонадрезанные доли, серо-зелёные, жёсткоопушённые, длинночерешковые.

Цветки пятерного типа, жёлтые, раздельнополые, иногда обоеполые. Растение однодомное. Опыление перекрестное, с помощью насекомых (энтомофильное). На одном растении может быть до 150 мужских цветков, женских примерно в 5 раз меньше. Цветение мужских цветков начинается раньше женских.

Плод — многосемянная ложная ягода (тыквина) на длинной плодоножке, шаровидная, овальная или продолговатая, окрашена в бело-зелёноватый или тёмно-зелёный цвет, обычно с мраморным рисунком. Кора плода кожистая, хрупкая, толщиной от 0,5 до 2 см. Мякоть различной консистенции, карминово-красной, розовой, иногда белой или жёлтой окраски, на вкус сладкая или малосладкая. Содержание сахара в мякоти 5,7-13%. Масса плодов варьирует от 2 до 20 кг.

Семена плоские, яйцевидные, длиной 0,5-2 см, шириной до 10 мм, толщиной до 3 мм, с рубчиком по краю и твёрдой кожурой, имеющей белую, кремовую, жёлтую, серую, красную, коричневую и чёрную окраску, иногда с пятнистым рисунком различной формы. Масса 1000 семян 60-150 г.

Арбуз кормовой (Citrullus colocynthis)

Кормовой арбуз, или колоцинт, Citrullus colocynthis, — это многолетник, который редко культивируется для использования в медицинских целях сухой мякоти недозрелых, но полноразмерных плодов. Хотя плоды колоцинта имеют горькую белую мякоть, негорькие семена употребляются в пищу и используются для приготовления масла в Африке. Этот вид растёт в диком виде в северной Африке и юго-западной Азии и существует как побег от культивирования в других областях, включая Австралию и южную Европу.

Корневая система кормового арбуза мощнее, чем у столового, проникает вглубь почвы на 2-5 м. При достаточном увлажнении верхнего слоя почвы, из узлов плетей могут образовываться придаточные корни.

Стебель пятигранный, стелющийся, плети длинной до 2-5 м, сильно ветвятся, опушены жёсткими волосками.

Листья глубокорассеченные, имеют более крупные укороченные дольки, жесткоопушённые.

Цветки крупные, раздельнополые, с бледно-желтым или жёлтым венчиком. Мужские цветки расположены на длинных цветоножках, женские — на укороченных.

Плоды бывают от шаровидной до овальнопродолговатой формы, зелёного или светло-зелёного цвета с тёмными полосками мраморного рисунка, толстой коркой. Мякоть бледно-зелёная, плотная, несладкая, содержание сахара 1,2-2,6%. Масса плода от 10-15 до 25-30 кг.

Семена без рубчика. Масса 1000 семян 100-200 г.

Арбуз Эгуси (Citrullus mucosospermus)

Арбуз Эгуси (Citrullus mucosospermus (Fursa) Fursa) является наиболее близким видом к десертному арбузу. Арбузы Эгуси, произрастающие на западе Африки, обычно шарообразные с горьковатой мякотью и мягкой муцилагиновой оболочкой семян. Они культивируются для потребления их семян, которые различаются по размеру и форме.

Генетическое разнообразие

Форма плода и рисунок кожуры арбуза (Citrullus lanatus):

золотистая кожура, пятнистая кожура и прерывистые полосы (первая колонка); серая кожура, узкие полосы, полосы средней ширины и широкие полосы (вторая колонка); светлая сплошная, средняя сплошная и тёмная сплошная кожура (третья колонка)

Отсутствие разнообразия в целом контрастирует с большой морфологической вариацией, наблюдаемой в цвете мякоти, размере и цвете семян и рисунке кожуры плодов (подробно рассмотрено в вышеприведенном разделе) (рис.). Арбуз, который появился в Африке не менее 4000 лет назад, был одомашнен как источник питательных веществ (семена и мякоть) и воды в полузасушливом и засушливом климате. Из Африки десертный арбуз был завезен в Средиземноморье во II веке нашей эры, достигнув Италии и Франции в V и VI веках. По мере распространения эта культура постоянно совершенствовалась земледельцами.

Получив популярность в Средиземноморье, десертный арбуз распространился в Европу, а затем в Китай (вторичный центр разнообразия) через Шёлковый путь. Третичным центром разнообразия является Центральная Азия. Индия считалась вторичным центром распространения арбуза из-за присутствия там тинды. Однако с тех пор тинда (ранее Citrullus) была классифицирована как Praecitrullus. Вероятно, арбуз появился в Индии во время исламских завоеваний в средневековый период.

Кожура плодов лимонной дыни (Citrullus amarus, ранее Citrullus lanatus var. citroides) используется для приготовления солений или консервов, а плоды также скармливаются скоту. У цитрона твёрдая, белая или бледно-зелёная мякоть, безвкусная или горьковатая. Крупные семена имеют различный цвет, в том числе светло-зелёный (например, «Colorado Preserving Melon»). В коммерческом производстве более 100 плодов на растении и до 200 семян на плод дают урожай семян 500-700 кг/га.

Цитрон растёт в диком виде в Африке и как побег в других местах. Он является сорняком в районах выращивания арбузов в Северной Америке, вызывая серьезные проблемы на хлопковых и сорговых полях в Техасе, где существуют три различных вида цитрона. Цитрон легко скрещивается с арбузом, поэтому поля производства семян должны быть изолированы и находиться под наблюдением.

Требования к температуре

Арбуз — теплолюбивое и жаровыносливое растение.

Во влажной почве семена начинают прорастать при температуре 15-17 °С, всходы появляются через 8-10 дней. Всходы погибают при температуре -1 °С.

Оптимальная температура для роста стеблей и листьев 20-22 °С, оплодотворения — 18-25 °С, развития плодов — 25-30 °С. При температуре ниже 15 °С фотосинтез и ростовые процессы затормаживаются.

Сумма активных температур выше 10 °С составляет 2200-2500 °С.

Требования к влаге

Арбуз — очень засухоустойчивое растение благодаря мощной развитой корневой системе, однока отзывчив на орошение.

Требования к свету

Арбуз — светолюбивое растение короткого дня, плохо переносит затенение.

Требования к почве

Оптимально подходят песчаные и супесчаные чернозёмные почвы.

Малопригодны — суглинистые и глинистые почвы, так как прочно удерживают влагу и плохо прогреваются.

Оптимальная кислотность почвы pH 6,5-7,5.

Свойства почвы влияют также на качество плодов и содержание сахара в плодах.

Прорастание, всходы и рост сеянцев

Семена тыквенных культур не эндоспермичны, и прорастание происходит эпигеально. Если семена слишком долго остаются в плодах, они прорастают на месте. Собранные семена можно высаживать на следующий день, так как в семенах арбуза отсутствует период покоя. Прорастание семян занимает от 2 дней до 2 недель и зависит от температуры, активности воды в среде и возраста семян. Оптимальная температура прорастания семян триплоидного арбуза составляет 29-32 °C. Максимальная всхожесть семян арбуза отмечена при температуре от 18 до 22 °C.

Семена не прорастают при температуре ниже 15 °C, а при длительных условиях низкой температуры, несмотря на доступную влажность почвы, всхожесть снижается из-за воздействия патогенных микроорганизмов на прорастающие семена.

Всхожесть положительно коррелировала с активностью воды при определенной температуре. Обработка семян фунгицидами и бактерицидами полезна и улучшает всхожесть и появление всходов. Появление всходов было высоким у семян, выращенных в стерилизованных почвах.

Тетраплоидный арбуз имеет плохую всхожесть и низкую жизнеспособность проростков в основном из-за толстой семенной оболочки и прилипания семенной оболочки к появившимся котиледонам. Обработка семян, такая как прорезывание и предварительное замачивание в дистиллированной воде или H₂O₂, повысила всхожесть тетраплоидных семян, но показала генотипические различия.

Фотосинтез

Обработка 5-аминолевулиновой кислотой (ALA) (50-200 мг/л) увеличила чистую скорость фотосинтеза, устьичную проводимость и скорость транспирации листьев проростков арбуза и значительно увеличила максимальную флуоресценцию (Fm), переменную флуоресценцию (Fv), максимальную фотохимическую эффективность PS II (Fv/Fm), потенциальную фотохимическую эффективность PS II (Fv/F0) и способность реакционного центра PS II улавливать энергию антенного пигмента (1/F0-1/Fm) в адаптированных к темноте листьях проростков арбуза. Измерения кривых светового отклика показали, что фотохимическая эффективность PS II (Fv»/Fm»), фактическая фотохимическая эффективность PS II (OPS II), фотохимическое тушение (qP) и фотохимия (P) адаптированных к свету листьев уменьшались при увеличении интенсивности актиничного света. Нефотохимическое тушение (NPQ), скорость электронного переноса (ETR), скорость фотохимии (PCR), теплоотдача антенны (D) и нефотохимия в реакционном центре PS II (E) увеличивались по мере увеличения интенсивности актиничного света.

При интенсивности актиничного света около 40 гмоль/м²/с на кривых светового отклика параметров флуоресценции хлорофилла, включая Fv»/Fm», OPS II, qP, NPQ, P, D и E, был обнаружен перегиб, который, возможно, связан с точкой световой компенсации фотосинтеза. Кроме того, обработка экзогенным ALA значительно повышала Fv»/Fm», OPS II, P, PCR и ETR. Когда интенсивность актиничного света превышала около 1500 мкмоль/м²/с, NPQ была выше в листьях, обработанных ALA, чем в контроле, что говорит, что фотоингибирование, вызванное обработкой ALA, было полезно для рассеивания энергии для защиты фотосинтеза листьев. Анализ распределения энергии в реакционном центре PS II показал, что обработка ALA привела к снижению уровня D и повышению уровней E и P, что говорит, что ALA усиливает сбор энергии антенными пигментами в реакционном центре PS II, где часть энергии рассеивается нефотохимически, что важно для поддержания более высокого уровня фотохимии PS II.

Защитный механизм против фотоповреждения во время фотосинтеза у арбуза был индуцирован обработкой ALA путём снижения минимальной флуоресценции (Fo) и увеличения Fm, что привело к повышению уровня Fv/Fm в адаптированных к темноте листьях и увеличению фактической фотохимической эффективности фотосистемы (phiPS II), ETR, qP и NPQ в адаптированных к свету листьях. Таким образом, фотонная энергия, облучённая на листьях арбуза, легче собиралась PS II, преобразовывалась в биоэлектрическую энергию в реакционном центре и передавалась по электронным цепям фотосинтеза в растениях, обработанных ALA.

Обработка ALA повысила активность таких антиокислительных ферментов, как SOD и POD, но практически не повлияла на активность CAT и APX в листьях арбузной рассады, что свидетельствует: обработка ALA усилила метаболизм активных форм кислорода за счёт повышения активности SOD и POD в арбузных растениях, тем самым поддерживая клеточную фотосинтетическую способность. Через 30 дней после обработки ALA сухой вес, содержание крахмала и растворимого сахара в обработанных растениях арбуза увеличились на 42-54%, 62,2-207,0% и 32,0-87,1% соответственно. Таким образом, обработка ALA может повысить активность антиокислительных ферментов в рассаде арбуза при низкой температуре и слабом освещении, а также стимулировать фотосинтез и накопление фотосинтата, а также рост растений.

Вегетативный рост

Арбуз — это стелющаяся лиана с крупными, волосатыми, перисто-лопастными листьями и белыми или жёлтыми цветами. Арбуз выращивают ради его плодов — ягод, известных под ботаническим названием PEPO. Плод имеет гладкую, твёрдую кожуру, обычно зелёную с тёмно-зелёными полосами или жёлтыми пятнами, и сочную, сладкую внутреннюю мякоть, обычно тёмно-красную или розовую, но иногда оранжевую, жёлтую или белую, с большим количеством семян. Стебли тонкие, волосистые, угловатые, бороздчатые, с разветвлёнными усиками в каждом узле. Стебли сильно разветвлённые и достигают 30 футов в длину у обычных сортов и короче и менее разветвлённые у карликовых сортов. Корни обширные, но неглубокие, с корневищем и множеством боковых корней.

Инокуляция арбускулярного микоризного гриба Glomus versiforme может активизировать деятельность защитных ферментов (корневой фенилаланин-аммониалиазы [PAL], каталазы [CAT], пероксидазы [POD], 0-1,3-глюканазы и хитиназы) непривитых и привитых саженцев арбуза, позволить корням саженцев быстро реагировать на неблагоприятные условия и улучшить способность саженцев арбуза противостоять препятствиям непрерывного выращивания.

Генеративная фаза

Арбуз — это культура тёплого сезона. Он требует длительного вегетационного периода. Цветению и развитию плодов способствуют высокая интенсивность света и высокая температура.

Арбуз однолетний. Цветение начинается примерно через 8 недель после посева. Цветы рождаются в порядке тычиночных (мужских), идеальных (гермафродитных), или пестичных (женских). Существуют андро-моноэциевые (тычиночные и совершенные) типы, наблюдаемые в основном у старых сортов или сортов, собранных из дикой природы. Пестичные цветки имеют неполноценную завязь, и размер и форма завязи коррелируют с конечным размером и формой плода. У многих сортов пестичные или совершенные цветки появляются на каждом седьмом узле, а тычиночные цветки — на промежуточных узлах. Соотношение цветков у типичных сортов арбуза составляет 7:1 тычиночные/пестичные, но оно варьируется от 4:1 до 15:1.

Плод арбуза имеет круглую или цилиндрическую форму, длину до 60 см и кожуру толщиной 1-4 см. Съедобной частью плода является эндокарп (плацента). Плоды обычно весят 3-16 кг, исключение составляют плоды весом до 120 кг и менее крупные, в диапазоне 0,9-3,6 кг. Кожура плодов варьируется от тонкой до толстой и от хрупкой до жёсткой. Семена продолжают созревать по мере созревания плода, а кожура светлеет.

Сбор урожая начинается с июля по август. Индексы сбора урожая представляют собой комбинацию следующих показателей, которые могут варьироваться в зависимости от местоположения, сорта и роста растений:

• Ветви или косички на лозах, ближайших к плодам, вянут и меняют цвет с зелёного на коричневый.
• Пятно земли на брюшке плода меняется с белого на светло-желтый цвет. Типичная реакция арбуза на биотические и абиотические стрессы.
• Звук стука меняется от металлического звона в незрелом состоянии до мягкого пологого звука в зрелом.
• Зелёные полосы (полосатые сорта) постепенно распадаются, когда они пересекаются на цветоносе арбуза.

Семена будет легче извлечь из плода, если плод подержать на складе (в тени или в помещении для обработки семян) в течение нескольких дней после сбора урожая. Оптимальная температура для хранения — 16 °C.

Стресс от недостатка питательных веществ

Продуктивность оптимальна на хорошо дренированных, орошаемых почвах со сбалансированным питанием (кг/га 135-200 N, 170 P₂O₅, 135-170 K₂O). Дефицит азота у арбуза обычно наблюдается на почвах Аризоны. Если дефицит азота обнаруживается после завязывания плодов, его невозможно устранить. Анализ почвы перед посадкой более ценен, поскольку дефицит азота влияет на рост, энергичность и урожайность арбуза. Уровень нитратов в черешках обычно высок на ранней стадии роста и постепенно снижается к началу плодоношения. Концентрация нитратов в черешке должна поддерживаться на уровне выше 4000 ppm NO₃-N в течение всего сезона. Если происходит снижение уровня до 2000 ppm NO₃-N, появляются визуальные симптомы, такие как бледно-зелёная листва или снижение роста лозы.

Ранняя урожайность положительно коррелировала с внесением фосфорных (P) удобрений, а максимальная урожайность достигалась при небольшом количестве P удобрений.

Генотип арбуза «YS» был более устойчив к дефициту K⁺ и демонстрировал менее подавленный рост корней, чем генотип «8424», а результаты анализа транскриптома показали, что подавление защитных и стрессовых реакций может сэкономить энергию для лучшего роста корней у YS, что может облегчить поглощение K⁺ и повысить эффективность использования K и устойчивость к дефициту K⁺.

Медь жизненно важна для метаболизма высших растений и физиологических и биохимических процессов, особенно транспорта электронов во время фотосинтеза (компонент пластоцианина) и накопления углеводов и белков. На очень кислой мелкопесчаной почве Leon в Гейнсвилле, штат Флорида, дефицит меди (Cu) привёл к снижению роста, при этом листья правильной формы были загнуты вверх, а краевой ожог молодых, распускающихся листьев и гибель происходили в точках роста. Плодоношение отсутствовало на растениях с сильным дефицитом Cu. Увеличение урожая за счёт удобрения Cu повысило уровень Cu в тканях листьев.

Дефицит марганца (Mn) начинается до начала цветения арбуза, характеризуется пожелтением листьев с межжилковым хлорозом с белыми пятнами после завязывания плодов и со временем распространяется от нижних листьев к верхним. Почвы с высоким pH и уровнем легко восстанавливаемого марганца менее 100 мг Mn/кг (экстрагируется 2% гидрохиноном + 1 М ацетатом аммония) обычно имеют дефицит Mn. Низкомолекулярные органические соединения, зелёный навоз и биоотходы, добавленные в почву с высоким содержанием Mn, увеличивают фитотоксичность Mn.

Арбуз чувствителен к дефициту молибдена (Mo). Дефицит Mo характеризуется низкорослыми растениями с беловато-багровым межжилковым хлорозом и краевым ожогом листьев в тяжёлых случаях. В первую очередь поражаются более старые листья.

Стресс от засоления

Арбузы лучше всего растут на супесчаных почвах, устойчивых к небольшой кислотности (pH 6-7). Ингибирование развития побегов и корней является основной реакцией на стресс засоления. Рост корней в длину сильно подавляется высокими концентрациями NaCl в среде роста по сравнению с образованием боковых корней.

Скорость укоренения пересаженных саженцев значительно снижалась при увеличении солёности питательного раствора, а значительно более высокие значения относительной скорости роста (RGR), чистой скорости ассимиляции (NAR) и соотношения площади листьев (LAR) были зарегистрированы у саженцев с корневой обрезкой и привитых на черенки.

Стресс от засухи

Сельское хозяйство в основном зависит от ирригации. Засуха является наиболее разрушительным абиотическим стрессом, приводящим к экономическим потерям урожая. При нормальных условиях роста корни поглощают воду и питательные вещества из почвы для поддержания жизнедеятельности растения и сбалансированной системы. В условиях водного стресса вся система растения изменяется, что приводит к различным структурным, молекулярным, клеточным, метаболическим, функциональным и фенотипическим изменениям, таким как упрочнение клеточной стенки и уменьшение или удлинение корней для адаптации к изменяющимся условиям окружающей среды.

На ранних стадиях засухи развитие корней дикого арбуза (Citrullus lanatus sp.) усиливалось, что указывает на активацию механизма предотвращения засухи для поглощения воды из глубоких слоёв почвы, в то время как на более поздних стадиях засухи усиливалась устойчивость к физическому иссушению путём регулирования протеома корней.

В условиях засухи в присутствии сильного света дикий арбуз накапливает в своих листьях высокие концентрации цитруллина, и эти признаки могут быть использованы для выведения новых сортов культурного арбуза с устойчивостью к засухе.

Температурный стресс

Оптимальная температура для роста арбуза колеблется от 20 до 32 °C. Низкотемпературные стрессы (<5 °C) наиболее распространены в регионах с умеренным климатом, таких как Северная Америка и Европа, а высокотемпературные стрессы (>45 °C) являются экстремальными в тропических и субтропических регионах мира, таких как Китай, Индия, Африка, а также в южных и центральных регионах стран с умеренным климатом, таких как Европа и Америка, что приводит к голоду из-за полного отсутствия урожая.

Высота растений, относительное содержание хлорофилла, сухой вес листьев и стеблей арбуза линейно уменьшались с понижением дневной температуры с 25 до 15 °C.

Излучение ультрафиолета В

Поток фотохимически активных ультрафиолетовых фотонов B (UV-B) (длина волны, λ < 315 нм) в тропосферу ограничен количеством стратосферного O₃.

Стресс от тяжёлых металлов

Токсичность тяжёлых металлов (ТМ) является одним из основных абиотических стрессов, приводящих к опасным последствиям для растений. Общим следствием токсичности тяжёлых металлов является чрезмерное накопление ROS и метилглиоксаля (MG), которые могут вызывать перекисное окисление липидов, окисление белка, инактивацию ферментов, повреждение ДНК и/или взаимодействие с другими жизненно важными компонентами растительных клеток. Высшие растения выработали сложную систему антиоксидантной защиты и систему глиоксалазы для удаления ROS и MG. Кроме того, MG, попадающие в клетку, могут быть поглощены аминокислотами, органическими кислотами и GSH или специфическими металл-связывающими лигандами.

Являясь центральной молекулой как антиоксидантной защитной системы, так и глиоксалазной системы, GSH участвует как в прямом, так и в косвенном контроле ROS и MG и продуктов их реакции в растительных клетках, тем самым защищая растение от индуцированного ТМ окислительного повреждения. Последние молекулярные исследования растений показали, что GSH сам по себе и его метаболизирующие ферменты — в частности, глутатион S-трансфераза, глутатион пероксидаза, дегидроаскорбат редуктаза, глутатион редуктаза и глиоксалазы I и II — действуют аддитивно и координационно для эффективной защиты от ROS- и MG-индуцированного повреждения, в дополнение к детоксикации, комплексообразованию, хелатированию и компартментации ТМ.

Уровень меди в почве 50 мг/кг был благоприятен для роста арбузных растений, в то время как уровень выше 100 мг/кг оказался токсичным. Фиторемедиаторная роль арбуза на загрязнённой медью почве низка.

Стресс от загрязнения

Озон образуется в воздухе в светлое время суток из химических веществ, выделяемых автомобильными выхлопами и при сжигании ископаемого топлива (нефти и угля). Озон или озоновый слой в стратосфере (в основном 90% O₃) служит защитой от биологически вредного солнечного ультрафиолетового излучения, инициирует ключевые химические реакции в стратосфере и преобразует солнечное излучение в тепло и механическую энергию атмосферных ветров. Остальные 10% O₃, находящиеся в тропосфере, вредны для человека, животных и растительности.

Вред от загрязнения наблюдался в первую очередь на растениях-опылителях. Озон является наиболее фитотоксичным загрязнителем воздуха, который повреждает листья дынь и арбузов, выращиваемых в полевых условиях в нескольких среднезападных и восточных штатах США и Европы. Повреждение листьев арбузов заключается в преждевременном хлорозе (пожелтении) старых листьев. Впоследствии на листьях появляются коричневые или черные пятна с белым налётом. Арбузы в целом более восприимчивы к повреждению озоном, чем другие тыквенные культуры. Повреждения более распространены во время созревания плодов или когда растения находятся в состоянии стресса. Повреждения сначала проявляются на листьях кроны, а затем распространяются наружу.

Осенний урожай арбуза (сорт Sugar Baby) в открытых камерах в Индиане, обработанный фильтрованным древесным углём или нефильтрованным воздухом, показал значительное снижение товарного урожая по весу и количеству (21%) по сравнению с урожаем, выращенным в чистом воздухе.

Симптомы, вызванные загрязнением воздуха, очень похожи на симптомы, вызванные биотическим или питательным стрессом. Поэтому при проверке повреждений, вызванных загрязнением воздуха озоном, следует проверить ткани листьев на токсичность Mn; дефицит N, P, Mg, B и Fe; стресс от влаги; повреждение насекомыми клещами и трипсами; токсичность пестицидов и вирусную инфекцию. Если загрязнение вызвано диоксидом серы, ткани листьев следует проверить на дефицит N, K, Mn, Mg и Ca, стресс от влаги, высокую температуру, токсичность пестицидов и другие организмы, вызывающие болезни листьев.

Ключом к предотвращению повреждения от загрязнения воздуха является посадка толерантных сортов для ограничения стресса растений. Бессемянные сорта арбузов, как правило, более устойчивы к загрязнению воздуха, чем семенные сорта, а сорта типа «ледяная коробка» наиболее восприимчивы. Фунгициды, тиофанат-метил (Топсин), обеспечивают некоторую защиту от повреждения озоном. Сорта арбузов классифицированы как устойчивые (Чарльстон Грей, Юбилейный, Пикник и Суперсладкий), промежуточные (Чилийский чёрный, Мираж, Нежный сладкий и Оранжевая мякоть) и восприимчивые (Кримсон Свит, Мадера, Сахарный малыш, Моран, Петит Свит и Блю Белль) к загрязнению окружающей среды на основе оценок, проведенных в юго-западном сельскохозяйственном исследовательском центре Пердью, Винсенс, штат Индонезия, в 1984-1985 годах.

Фузариозное увядание

Почвенная болезнь, вызываемая Fusarium oxysporum f. sp. niveum (FON), является основной проблемой производства во всём мире и в США. Существует три расы (0, 1 и 2); раса 1 является наиболее распространённой по всей территории США и во всём мире, а раса 2 является агрессивной и присутствовала в Делавэре, Флориде, Индиане, Оклахоме, Мэриленде и Техасе в США. Болезнь протекает тяжело при температуре 25-27 °C.

Увядание может произойти у молодых саженцев и загнивание в почве, где гипокотиль окружён водянистой и мягкой гнилью, вызывающей отставание растений в росте. Позже увядание происходит у более зрелых растений, что приводит к их гибели. Зараженные растения были заметно увядшими с одной стороны, остальные побеги были здоровыми, наблюдались вялыми, засохшими и имели коричневые листья с обесцвеченными коричневыми сосудистыми тканями.

Сорта арбузов Afternoon Delight, Crimson Sweet, Indiana, Calhoun Gray, Smokylee и Summit были высокоустойчивыми, а Sweet Princess, Jubilee, Charleston 76, Klondike R7 и Summerfield — слабоустойчивыми к FON.

Способность к саморегуляции и возвращению к нормальному состоянию у устойчивого сорта арбуза «Kelunsheng» была выше, чем у восприимчивого «Zaohua», по содержанию малонового диальдегида (МДА), относительной электропроводности, активности супероксиддисмутазы (СОД) и КАТ при заражении FON на стадии рассады. Способность устойчивого сорта ингибировать разрушение хлорофилла и поддерживать более высокое содержание каротиноидов была значительно сильнее, чем у восприимчивого сорта. Устойчивый сорт сохранял более высокую активность дегидрогеназы, относительно более высокое содержание витамина С и относительно более низкое содержание растворимого сахара при высоком содержании растворимого белка, чем восприимчивый сорт.

Процедура, сочетающая инокуляцию с погружением корней в воду и метод культивирования спор на стадии рассады и дальнейшее тестирование устойчивого материала в открытом грунте, была рекомендована для получения точных и последовательных результатов за сравнительно короткий период и ускорила процесс селекции арбузов, устойчивых к FON.

В настоящее время ведется разработка генетических популяций, сегрегирующих по расе 2 FON. Были выявлены три однонуклеотидных полиморфизма (SNPs) и основной локус количественных признаков (QTL), связанные с устойчивостью к расе 1.

Антракноз

Две расы грибка антракноза (Colletotrichum orbiculare) распространены на посевах огурцов. Тёплая, влажная погода благоприятствует заражению и распространению болезни. Большинство сортов арбуза устойчивы к расе 1, и ни один из них не обладает устойчивостью к расе 2. Грибок расы 2 поражает надземные части арбуза. Тяжесть инфекции приводит к многочисленным поражениям на листьях, а дефолиация лозы приводит к потере урожая и снижению качества плодов.

Лучшее время для исследования устойчивости к антракнозу — 7-10 дней после инокуляции с затравкой 1 x 10⁶ КОЕ/мл на стадии 2-го листа.

Активность POD и полифенолоксидазы (PPO) и содержание хлорофилла были выше у устойчивых к антракнозу сортов (cv. Xinongbahao и Hongxiaoyu) по сравнению с восприимчивыми сортами (Linglongwang), а пиковое значение содержания растворимого белка наблюдалось раньше у устойчивых сортов по сравнению с восприимчивыми при инокуляции проростков раствором спор Citrullus orbiculare 1 x 10⁶ КОЕ/мл.

Ложная мучнистая роса

Pseudoperonospora cubensis — гриб, который вызывает появление мелких, круглых, неправильных, хлоротичных пятен на верхней поверхности листьев, позже становящихся коричневыми, некротическими и поражёнными с пурпурным или серым опушением на нижней стороне поражений. Поражения не ограничиваются жилками. Заражение происходит зимой, и инфицированные листья скручиваются вверх с краёв. Более высокие температуры и относительная влажность воздуха, преобладающие зимой под закрытыми укрытиями, обычно благоприятствуют развитию пуховой росы на арбузах. Болезнь распространена в тёплом влажном климате умеренных районов, таких как Америка, Европа, Япония, Австралия и Южная Африка, тропических и полузасушливых регионов, таких как Ближний Восток.

Снижение фотосинтетической активности на ранних стадиях развития растений, чахлые растения, солнечный ожог, снижение качества плодов и урожайности из-за преждевременной дефолиации — вот некоторые из симптомов, связанных с ростом и развитием из-за этой болезни.

Гуммированное поражение стеблей (чёрная гниль)

Didymella bryoniae (Phoma cucurbitacearum) вызывает поражение кроны, обширную дефолиацию и плодовую гниль арбуза на юго-востоке США. Грибок передается воздушно-капельным, семенным и почвенным путём. Инфекция усиливается из-за влажной поверхности растений и высокой относительной влажности. Севооборот, различные методы орошения и соляризация оказались эффективными в борьбе с распространением болезни. Стояние растений, длина лозы и количество плодов увеличились на участках с добавлением капусты и соляризацией, при этом площадь поражения болезнью уменьшилась по сравнению с однолетними посевами только арбуза.

Среди коллекций USDA наиболее устойчивые PI были идентифицированы на 279461, 254744, 482379, 244019, 526233, 482276, 164248, 482284, 296332, 490383, 271771 и 379243, а наиболее восприимчивые — на 226445, 534597, 525084, 223764, 169286 и 183398.

Мучнистая роса

Симптомы заражения арбуза мучнистой росой Podosphaera xanthii включают круглые, от загорелых до тёмно-коричневых пятен, которые начинаются по краям листа и распространяются на весь лист, образование пятен, стеблевых раковин, обширную дефолиацию и поражение семядолей, гипокотилей и плодов.

Фитофторная гниль

Фитофтороз и гниль вызываются Phytophthora capsici Leon и Phytophthora drechsleri Tuck и впервые были зарегистрированы в Колорадо и Калифорнии, затем в северных и юго-восточных штатах США и Китае. Phytophthora capsici вызывает засыхание саженцев, пятнистость листьев, увядание листьев, корневую и корончатую гнили, поражение стебля и плодовую гниль.

Корончатая гниль — начальный симптом на корне в полевых условиях — вызывает полное разрушение и гибель всего растения за короткий промежуток времени. Поражённая ткань лозы приобретает коричневый цвет, кажется пропитанной водой и часто разрушается. На инфицированных плодах образуются тёмные, пропитанные водой повреждения, которые обычно покрываются белой плесенью. Два устойчивых к Phytophthora capsici сорта (IT185446 и IT187904), выявленные в ходе характеристики зародышевой плазмы, могут быть использованы в качестве корневища и источника устойчивости при выведении устойчивых к Phytophthora сортов арбузов.

Бактериальная плодовая пятнистость

Это заболевание вызывается Acidovorax avenae subsp. citrulli и может уничтожить 100 % товарных арбузов, если инфекция развивается рано. Симптомы включают тёмные угловатые пятна на рассаде, зрелых листьях и плодах. При сильном заражении на верхней поверхности плодов появляются небольшие тёмно-зелёные пятна, которые приводят к разрыву плода и плодовой гнили; хотя болезнь ограничивается кожурой, она наносит серьезный экономический ущерб. Устойчивость к болезни пока не выявлена.

Вирусные заболевания

Среди различных вирусов огурцов на юге США наиболее распространены вирусы WMV-1 и WMV-2, увядания арбузной лозы (WVD), вирус кольцевой пятнистости картофеля (PRSV-W), вирус жёлтой мозаики кабачков (ZYMV), вирус кольцевой пятнистости табака (TRSV), вирус скручивания листьев сквоша (SLCV) и вирус мозаики сквоша (SqMV).

PRSV-W вызывает мозаику, волдыри, морщинистость и хлороз инфицированных листьев арбуза. PRSV-W и WMV вызывают пестролистность, деформацию листьев и ботву на арбузах. Пожелтение и мозаику вызывает ZYMV. WMV-2 поражает различные бахчевые (мускмелон, тыква), приводя к физиологическим и метаболическим изменениям в синтезе хлорофилла и каротиноидов, доступности клеточных питательных веществ (фосфор, азот) в листьях и снижению фотосинтетической активности.

WMV-1 вызывал изменения в хлорофилле листьев (14,4-54,9%) и каротиноидах (30,7-70,4%), снижая урожайность и плоды низкого качества.

Вирусы передаются тлями и белокрылками. Меры борьбы с насекомыми-переносчиками, использование серебристой пластиковой мульчи и устойчивых к насекомым/вирусам сортов будут полезны. Высокая устойчивость к вирусу мозаики наблюдалась в коллекциях арбузов PI 595203 (ZYMV-CH и WMV) и PI 482261 (ZYMV-FL) и контролировалась одним рецессивным геном.

Устойчивость к PRSV-W была зарегистрирована у сортов PI 244017, PI 244019, PI 485583.

Материалы и методы

Эксперимент проводился в штаб-квартире Национального института садоводческих исследований (NIHORT), Ибадан, Нигерия (3°54»E, 7°30»N, 213 м над уровнем моря) с октября 2009 года по июнь 2010 года с использованием дополнительного орошения в периоды низких осадков. Процедуры включали три плотности посева арбуза: 1,5 x 0,45 м; 1,5 x 0,90 м; 1,5 x 1,50 м. Зерновой амарант в качестве промежуточной культуры был пересажен с интервалом 0,75 x 0,75 м. Контрольный участок оставался пустым без посевов, а контрольный участок — только с зерновым амарантом, образуя пять обработок в каждой из пяти реплик в рандомизированной схеме с полным блоком (RCB). Прополка проводилась вручную с интервалом в 3 недели, начиная с 3 недели после посадки (WAP) арбуза. Использовалась естественная популяция сорняков, то есть не применялась дополнительная прополка. Размер чистого участка составлял шесть рядов данных, длиной 15 м, на расстоянии 0,75 м друг от друга (то есть 15 м х 4,5 м), плюс пограничный ряд с каждой стороны, чтобы минимизировать вмешательство средств борьбы с сорняками. Обработки, дизайн и используемые агрономические методы были основаны на экспериментальных результатах Национального научно-исследовательского института садоводства (NIHORT) с 1985 по 1999 год (NIHORT 1985-1999) и на результатах, полученных Дэвидом (1997). Данные о максимальной и минимальной температуре почвы собирались путём установки двух максимально-минимальных циферблатных термометров на каждую делянку на глубине 0,10 м в течение 12 недель, начиная с 3 недели после пересадки (WAT) амаранта. Показания снимались при 3 неделях после посадки амаранта, 50%-ной антаззе амаранта и уборке урожая амаранта. Показания приборов на каждом участке усреднялись для использования в анализе данных. Содержание влаги в почве на поверхности 0,15 м было определено гравиметрически при 50%-ной завязи амаранта. Четыре образца почвы были взяты случайным образом с каждой делянки и объединены в герметичный пластиковый пакет для высушивания в кратчайшие сроки. Почву сушили при 120 °C в течение 3 дней, а содержание влаги в почве выражали как процентное содержание влаги, потерянной при сушке, по отношению к сухому весу почвы. Плотность потока фотосинтетических фотонов (PPFD) измерялась с помощью модели AccuPAR PAR 80 в течение 1 ч после солнечного полудня в ясную погоду при 50%-ном амарантовом антезисе между центром рядов амаранта и арбуза. Процентное пропускание определялось на основе показаний под и над растительностью после корректировки различий между датчиками в показаниях беспрепятственного солнечного света. Пробы сорняков в четырёх квадратах площадью 0,50 м² на участок отбирались при 3 ватах амаранта, 50%-ном амарантовом антезисе и уборке амаранта. Сорняки в квадратах срезались на уровне земли и высушивались в печи при 80 °C до постоянного веса для определения общей биомассы сорняков. Все данные были подвергнуты дисперсионному анализу с использованием процедур программного обеспечения SAS. Эффекты взаимодействия указаны только в том случае, если они значимы при P = 0,05.

Результаты

В среднем за два последовательных посева урожайность зерна амаранта и плодов арбуза была самой высокой при расстоянии между растениями арбуза 1,5 x 0,90 м. Эти значения находятся в пределах диапазона, указанного Давидом (1997).

Применение арбуза в качестве покровной культуры последовательно снижала плотность и биомассу сорняков по сравнению с контролем в посевах.

Наименьшая средняя светопроницаемость живой мульчи составила 0,29% и 0,22% в первом и втором посевах, соответственно. Все плотности мульчи пропускали меньше PPFD по сравнению с контролем. Для активации прорастания, опосредованного фитохромом, требуется уровень пропускания света менее 0,1%, а для реакции на очень низкую интенсивность флуенса требуется ещё более низкий уровень.

Максимальная температура почвы была снижена амарантом и дыней в каждом посеве, и наблюдалась тенденция к значительному повышению минимальной температуры почвы под живой мульчей. Britow (1988) впервые заметил это под мульчей для изменения температуры почвенной среды, но последствия для адаптации к изменению климата нуждались в уточнении, но неизвестно, есть ли у видов (преимущественно слоновой травы) в этом эксперименте требование к амплитуде температуры.

Содержание влаги в почве было значительно выше при использовании покровной культуры по сравнению с голой почвой.

Типы сортов

Арбузы достигают размеров 159 кг, но большинство сортов дают плоды весом 1-15 кг. Плоды могут быть микро (< 1,4 кг), мини (1,4-3,7 кг), айсбокс (3,8-6,1 кг), маленькие, иногда называемые пи-пи (6,2-8,3 кг), средние (8,4-11,1 кг), большие (11,2-14,5 кг) и гигантские (> 14,5 кг). Сорт «Sugar Baby», выведенный М. Хардином в 1956 году, даёт небольшие тёмно-зелёные шаровидные плоды. Он популярен среди домашних садоводов и широко выращивается в Азии. Кроме того, существуют сорта, которые созревают в производственных зонах с коротким сезоном.