Frost resistance of the columnar apple tree the method of direct freezing

Authors

  • O. S. Havryliuk National University of Life and Environmental Sciences of Ukraine image/svg+xml
  • T. Ye Kondratenko Institute of Horticulture of the National Academy of Agrarian Sciences of Ukraine , Інститут садівництва національної академії аграрних наук України
  • B. M. Mazur National University of Life and Environmental Sciences of Ukraine image/svg+xml

DOI:

https://doi.org/10.31548/dopovidi2022.06.004

Keywords:

«Сo» gene, cultivars and hybrids of apple trees, fruit formations, influence of climate, shoot

Abstract

Frost stress strongly affects the spatial distribution of plants. Among various weather hazards, frost causes the greatest economic losses in agriculture. Among various environmental hazards, it is frost that causes the greatest economic losses in agriculture. Although frost severely limits life forms and creates enormous economic losses, it has not been studied as thoroughly as other biotic or abiotic stresses. Frost resistance can be affected by many factors, including microclimate, soil condition, plant height, but they must be studied in a complex. The purpose of the research was to select frost-resistant cultivars and hybrids of the columnar apple tree under the conditions of the Forest Steppe of Ukraine. The research was carried out during 2021–2022 at the V.L. Symyrenko Department of Horticulture of the National University of Life and Environmental Sciences of Ukraine. The experimental basis for conducting research was the columnar apple tree plantations of the Training Laboratory «Fruit and Vegetable Garden». Frost resistance was determined during the period of deep rest by the method of direct freezing of one-year increments. Freezing was performed in the laboratory of plant physiology and microbiology of the National Academy of Sciences of Ukraine. In the researched plantations, when the test samples were frozen at temperatures of -25 and -30 °C during deep rest, different resistance of varieties and shoot parts to low temperatures was found. In all cultivars and hybrids of columnar type apple trees, the apical bud and generative buds were the most vulnerable, and the tissues of the middle and upper part of the shoot were the most resistant to frost. The damage index during general freezing was the lowest in the cultivars И?Valuta’, И?Sparta’, И?Favoryt’, И?Bilosnizhka’, as well as in the hybrids И?9/110 Mykhailivske’, И?11/15(2)’ and И?9/78 Viktoriia’; it was the largest in the И?Bolero’ cultivars. Freezing of experimental samples at temperatures of -25 and -30 °C did not result in frostbite, critical for plants. All studied cultivars and hybrids of columnar apple trees are recommended for further research and production. The obtained results will be interesting for both experienced gardeners and amateur gardeners who plan to grow columnar apple trees in their garden.

Author Biographies

  • O. S. Havryliuk, National University of Life and Environmental Sciences of Ukraine
    Доктор філософії з садівництва та виноградарства (PhD), асистент кафедри садівництва ім. проф. В.Л. Симиренка, Агробіологічний факультет, Національний університет біоресурсів і природокористування України
  • T. Ye Kondratenko, Institute of Horticulture of the National Academy of Agrarian Sciences of Ukraine, Інститут садівництва національної академії аграрних наук України
    Головний науковий співробітник ІС НААН України
  • B. M. Mazur, National University of Life and Environmental Sciences of Ukraine
    Завідувач кафедри садівництва ім. В.Л. Симиренка, НУБіП, Агробіологічний факультет

References

Charrier G., Cochard H., Améglio T. Evaluation of the impact of frost resistances on potential altitudinal limit of trees. Tree Physiology. 2013a. Vol. 33, No. 9. Р. 891–902. doi: 10.1093/treephys/tpt062

Gansert D. Treelines of the Japanese Alps—altitudinal distribution and species composition under contrasting winter climates. Flora - Morphology, Distribution, Functional Ecology of Plants. 2004. Vol. 199, No. 2. P. 143–156. doi: 10.1078/0367-2530-00143

Larcher W. Climatic constraints drive the evolution of low temperature resistance in woody plants. Journal of Agricultural Meteorology. 2005. Vol. 61, No. 4. P. 189–202. doi: 10.2480/agrmet.61.189

Havryliuk О., Kondratenko Т., Mazur B., Tonkha О., Andrusyk Y., Kutovenko V., Yakovlev R., Kryvoshapka V., Trokhymchuk A., Dmytrenko Y. Efficiency of productivity potential realization of different-age sites of a trunk of grades of columnar type apple-trees. Agronomy research. 2022b. Vol. 20, No. 2. P . 241–260. doi: 10.15159/AR.22.031

Snyder R.L., Melo-Abreu J.P. Frost Protection: Fundamentals, Practice and Economics. Environment and Natural Resources Series. Rome: Food and Agriculture Organization of the United Nations, 2005. 223 p. URL: https://www.fao.org/3/y7231e/y7231e.pdf

Vasylenko O., Kondratenko T., Havryliuk O., Andrusyk Y., Kutovenko V., Dmytrenko Y., Grevtseva N., Marchyshyna Y. The study of the productivity potential of grape varieties according to the indicators of functional activity of leaves. Potravinarstvo Slovak Journal of Food Sciences. 2021. No. 15. P. 639–647. doi: 10.5219/1638

Havryliuk О., Kondratenko Т., Mazur B., Kutovenko V., Mazurenko B., Voitsekhivska O., Dmytrenko Y. Morphophysiological peculiarities of productivity formation in columnar apple cultivars. Agronomy research. 2022a. Vol. 20, No. 1. P. 148–160. doi: 10.15159/AR.22.007

Fornari B., Malvolti M. E., Taurchini D., Fineschi S., Beritognolo I., Maccaglia E., Cannata F. Isozyme and organellar DNA analysis of genetic diversity in natural/naturalised European and Asiatic walnut (Juglans regia L.) populations. Acta Horticulturae. 2001. No. 544. P. 167–178. doi: 10.17660/ActaHortic.2001.544.23

Manchester S.R. Early history of the Juglandaceae. Plant Systematics and Evolution. 1989. No. 162, P. 231–250. doi: 10.1007/BF00936919

Fady B., Ducci F., Aleta N., Becquey J., Vazquez R. D., Lopez F., Jay-Allemand C., Lefèvre F., Ninot A., Panetsos K., Paris P., Pisanelli A., Rumpf H. Walnut demonstrates strong genetic variability for adaptive and wood quality traits in a network of juvenile field tests across Europe. New Forests. 2003. No. 25. P. 211–225. doi: 10.1023/A:1022939609548

Гаврилюк О.С., Кондратенко Т.Є., Гончарук Ю.Д. Особливості формування продуктивності колоноподібної яблуні. Вісник аграрної науки. 2019. Т. 97, № 6. С. 27–34. doi: 10.31073/agrovisnyk201906-04

Kollas C., Koerner C., Randin C. F. Spring frost and growing season length co-control the cold range limits of broad-leaved trees. Journal of Biogeography. 2014. Vol. 41, No. 4. P. 773–783. doi: 10.1111/jbi.12238

Lang G.A., Early J.D., Martin G.C., Darnell R.L. Endo-, para- and ecodormancy: physiological terminology and classification for dormancy research. HortScience. 1987. Vol. 22, No. 3. P. 371–377.

Charrier G., Bonhomme M., Lacointe A., Améglio T. Are budburst dates, dormancy and cold acclimation in walnut trees (Juglans regia L.) under mainly genotypic or environmental control?. International Journal of Biometeorology, 2011. No. 55. P. 763–774. doi: 10.1007/s00484-011-0470-1

Bonhomme M., Lacointe A., Rageau R. Evidence for non-occurrence of node-to-node or stem-to-bud transfer of chilling temperature signal for dormancy release. Advances in Horticultural Science. 2013. No. 27. P. 33–43.

Basler D., Koerner C. Photoperiod sensitivity of bud burst in 14 temperate forest tree species. Agricultural and Forest Meteorology. 2012. No. 165. P. 73–81. doi: 10.1016/j.agrformet.2012.06.001

Laube J., Sparks T. H., Estrella N., Hofler J., Ankerst D. P., Menzel A. Chilling outweighs photoperiod in preventing precocious spring development. Global Change Biology. 2014. Vol. 20, No. 1. P. 170–182. doi: 10.1111/gcb.12360

Lenz A., Hoch G., Vitasse Y., Koerner C. European deciduous trees exhibit similar safety margins against damage by spring freeze events along elevational gradients. New Phytologist. 2013. Vol. 200, No. 4. P. 1166–1175. doi: 10.1111/nph.12452

Cittadini E.D., de Ridder N., Peri P.L., van Keulen, H. A method for assessing frost damage risk in sweet cherry orchards of South Patagonia. Agricultural and Forest Meteorology. 2006. Vol. 141, №2-4. P. 235–243. doi: 10.1016/j.agrformet.2006.10.011

Poirier M., Lacointe A., Améglio T. A semi-physiological model of cold hardening and dehardening in walnut stem. Tree Physiology. 2010. Vol. 30, No. 12. P. 1555–1569. doi: 10.1093/treephys/tpq087

Kawamura K.A conceptual Framework for the study of modular responses to local environmental heterogeneity within the plant crown and a review of related concepts. Ecological Research. 2010. Vol. 25, No. 4. P. 733–744. doi: 10.1007/s11284-009-0688-0

Charrier G., Poirier M., Bonhomme M., Lacointe A., Améglio T. Frost acclimation in different organs of walnut trees Juglans regia L.: how to link physiology and modelling?. Tree Physiolog. 2013b. Vol. 33, No. 11, P. 1229–1241. doi: 10.1093/treephys/tpt090

Havryliuk O., Kondratenko T. Specific of the Assimilation Surface of Columnar Apple-Tree. Agrobiodiversity for Improving Nutrition, Health and Life Quality. 2019. No. 3. P. 57–65. doi: 10.15414/agrobiodiversity.2019.2585-8246.057-065

Havryliuk O.S., Kondratenko T.E., Kytaiev O.I. Діагностика функціонального стану рослин колоноподібних сортів яблуні. Науковий журнал «Рослинництво та ґрунтознавство», 2019. Т. 10, №2. С. 70–80. doi: 10.31548/agr2019.02.070

Winkel T., Lhomme J.P., Nina Laura J.P., Alcon C.M., del Castillo C., Rocheteau A. Assessing the protective effect of vertically heterogeneous canopies against radiative frost: the case of quinoa on the Andean Altiplano. Agricultural and Forest Meteorology. 2009. Vol. 149, No. 10. P. 1759–1768. doi: 10.1016/j.agrformet.2009.06.005

Havryliuk O.S., Kondratenko T.E. Структурно-функціональний стан листків колоноподібних сортів яблуні в умовах Київщини. Наукові доповіді НУБіП України. 2020. №2(84). doi: 10.31548/dopovidi2020.02.013

Nobel P.S. Morphology, nurse plants, and minimum apical temperatures for young Carnegiea gigantea. Botanical Gazette. 1980. Vol. 141, No. 2. P. 188–191. doi: 10.1086/337142

Rodrigo J. Spring frosts in deciduous fruit trees—morphological damage and flower hardiness. Scientia Horticulturae. 2000. Vol. 85, No. 3. P. 155–173. doi: 10.1016/S0304-4238(99)00150-8

Sakai A., Larcher W. “Frost survival of plants. Responses and adaptation to freezing stress”. Ecological Studies (Berlin: Springer Verlag), 1987. Vol. 62. 321 p. doi: 10.1007/978-3-642-71745-1

Man R., Colombo S., Kayahara G.J., Duckett S., Velasquez R., Dang Q.L. A case of extensive conifer needle browning in northwestern Ontario in 2012: winter drying or freezing damage?. The Forestry Chronicle. 2013. No. 89. P. 675–680. doi: 10.5558/tfc2013-120

Tranquillini W. Physiological Ecology of the Alpine Timberline. Berlin: Springer-Verlag, 1979. 31 р. doi: 10.1007/978-3-642-67107-4

Kalberer S.R., Wisniewski M., Arora R. Deacclimation and reacclimation of cold-hardy plants: current understanding and emerging concepts. Plant Science. 2006. Vol. 171, No. 1. P. 3–16. doi: 10.1016/j.plantsci.2006.02.013

Pagter M., Hausman J. F., Arora R. Deacclimation kinetics and carbohydrate changes in stem tissues of Hydrangea in response to an experimental warm spell. Plant Science. 2011. Vol. 180, No. 1. P. 140–148. doi: 10.1016/j.plantsci.2010.07.009

Saarinen T., Lundell R., Hanninen H. Recovery of photosynthetic capacity in Vaccinium vitis-idaea during mild spells in winter. Plant Ecology. 2011. No. 212. P. 1429–1440. doi: 10.1007/s11258-011-9918-y

Lim C.C., Krebs S.L., Arora R. Cold hardiness increases with age in juvenile Rhododendron populations. Front. Plant Sci.. 2014. 5:542. doi: 10.3389/fpls.2014.00542

Pramsohler M., Hacker J., Neuner G. Freezing pattern and frost killing temperature of apple (Malus domestica) wood under controlled conditions and in nature. Tree Physiology. 2012. Vol. 32, No. 7. P. 819–828. doi: 10.1093/treephys/tps046

Charrier, G., Pramsohler, M., Charra-Vaskou, K., Saudreau, M., Améglio, T., Neuner, G., et al. Ultrasonic emissions during ice nucleation and propagation in plant xylem. New New Phytologist. 2015. Vol. 207, №3. P. 570–578. doi: 10.1111/nph.13361

Hacker J., Ladinig U., Wagner J., Neuner G. Inflorescences of alpine cushion plants freeze autonomously and may survive subzero temperatures by supercooling. Plant Science. 2011. Vol. 180, No. 1. P. 149–156. doi: 10.1016/j.plantsci.2010.07.013

Kuprian, E., Briceño, V. F., Wagner, J., Neuner, G. Ice barriers promote supercooling and prevent frost injury in reproductive buds, flowers and fruits of alpine dwarf shrubs throughout the summer. Environmental and Experimental Botan. 2014. No. 106. P. 4–12. doi: 10.1016/j.envexpbot.2014.01.011

Pramsohler M., Neuner G. Dehydration and osmotic adjustment in apple stem tissue during winter as it relates to the frost resistance of buds. Tree Physiology. 2013. Vol. 33, No. 8. P. 807–816. doi: 10.1093/treephys/tpt057

Rowland L.J., Ogden E.L., Takeda F., Glenn D.M., Ehlenfeldt M.K., Vinyard B.T. Variation among highbush blueberry cultivars for frost tolerance of open flowers. HortScience. 2013. Vol. 48, No. 6. P. 692–695. doi: 10.21273/HORTSCI.48.6.692

Andergassen S., Bauer H. Frost hardiness in the juvenile and adult life phase of ivy (Hedera helix L.). Plant Ecology. 2002. 161. P. 207–213. doi: 10.1023/A:1020365422879

Lardon A., Triboi-Blondel A.M. Freezing injury to ovules, pollen and seeds in winter rape. Journal of Experimental Botany. 1994. Vol. 45, No. 8. P. 1177–1181. doi: 10.1093/jxb/45.8.1177

Michaletz S.T., Johnson E.A. Foliage influences forced convection heat transfer in conifer branches and buds. New Phytologist. 2006. Vol. 170, No. 1. P. 87–98. doi: 10.1111/j.1469-8137.2006.01661.x

Трохимчук А.І., Макарова Д. Г., Китаєв О. І. Потенціал морозостійкості інтродукованих сортів яблуні (Malus domestica Borkh.) в умовах Західного лісостепу України. Науковий вісник Національного університету біоресурсів і природокористування України. 2012, №180. С. 187–192.

Тороп В.В., Грохольський В.В.,Скрипченко Н.В., Мороз П.А. Дослідження морозостійкості актинідії. Садівництво, 2005. Вип. 56, С. 213–221.

Васюта В.М., Середа І.І. Особливості морозостійкості дерев яблуні в інтенсивних садах. Садівництво. 2005. № 56. С. 189–195.

Гончарук Ю.Д. Зимостійкість імунних до парші сортів яблуні (Malus domestica Borkh.). Науковий вісник Національного університету біоресурсів і природокористування України. 2012. № 180. С. 192–199.

Соловьева М.А. Атлас повреждений плодовых ягодных культур морозами, 1988. 48 с.

Грохольський В.В. Методи визначення пошкодження плодових культур умовами зимівлі, весняними та осінніми приморозками. Моніторинг плодових культур. 2003. С. 127–135.

Палагеча Р.М., Грохольський В.В., Китаєв О.І., Фомічова С.В. Морозостійкість тканин пагонів листопадних магнолій. Інтродукція та збереження рослинного різноманіття. Вісник Київського національного ун-ту ім. Тараса Шевченка, 2005. № 8, С. 52–55.

Агрокліматичний довідник по території України / за редакцією: Адаменко Т.І., Кульбіда М.І., Прокопенко А.Л.. Кам’янець-Подільський : ПП Галагодза Р.С., 2011. 108 с.

Адаменко Т.І. Агрокліматичне зонування території України з врахованням зміни клімату. Київ : ТОВ «РІА»БЛІЦ, 2014. 18 с.

Адаменко Т.І. Особливості розвитку весняних процесів в Україні в період глобального потепління. Агроном. 2008. № 1. С. 10–11.

ДСТУ 7863:2015 Якість ґрунту. Визначення легкогідролізного азоту методом Корнфілда

ДСТУ 4115-2002 Ґрунти. Визначання рухомих сполук фосфору і калію за модифікованим методом Чирикова

Меженський В. М. Основи наукових досліджень у садівництві. Розрахунки в Microsoft Excel: Навчальний посібник, 2017. 212 с.

Published

2022-12-29

Issue

Section

Agronomy