Las uvas de alta calidad hacen vino de alta calidad. La asignación de carbohidratos entre los órganos vegetativos y reproductivos en cultivos frutales perennes es crucial para alcanzar y mantener una alta productividad y calidad.

La fotosíntesis produce carbohidratos que son transportados y distribuidos por toda la planta, afectando su supervivencia, crecimiento vegetativo y desarrollo reproductivo. Por lo tanto, las hojas se consideran el carbohidrato fuente, mientras que los otros órganos son sumideros.

En viticultura, el modelado puede informar los insumos de gestión que afectan la calidad y la cantidad. Los insumos de manejo, que incluyen la eliminación de hojas, el adelgazamiento de frutos y la poda de invierno, se llevan a cabo comúnmente con el objetivo de manipular la asignación de carbohidratos entre los diferentes órganos de la planta, intentando optimizar la proporción entre los órganos fuente y sumidero durante la temporada de crecimiento.

Junqi Zhu, investigador del Centro de Investigación de Marlborough del Instituto de Investigación de Plantas y Alimentos de Nueva Zelanda, y sus colegas comparó dos tipos de modelos de asignación y transporte de carbohidratos para determinar cuál simula mejor la variabilidad de la biomasa de órganos y la distribución de carbohidratos en cultivos de frutas perennes. Este trabajo fue publicado recientemente por in silico Las plantas

Modelos comunes de grupos de asimilados (CP) suponga que la capacidad de los órganos vegetales en desarrollo para atraer carbohidratos se basa únicamente en la fuerza de absorción. Transporte mecanicista de carbohidratos en el floema (CT) Los modelos asumen que la capacidad de los órganos de las plantas en desarrollo para atraer carbohidratos se basa en la fuerza del sumidero Y la posición topológica de los órganos Y el gradiente de concentración de carbohidratos.

“El modelo CP más simple se ha utilizado ampliamente y con éxito en varias plataformas de modelado al simular la producción de biomasa y el rendimiento final de muchos cultivos anuales. Sin embargo, muchos estudios que involucran especies de plantas de árboles o vides muestran que el crecimiento de órganos en una rama en particular depende del estado de carbohidratos de esa rama, junto con el estado de carbohidratos de toda la planta. Esto no lo captura el modelo CP, pero puede capturarlo el modelo CT”, dice Zhu.

Los autores primero mejoraron el modelo CP, GrapevineXL, que desarrollaron previamente. Algunas de las mejoras que hicieron fueron:

• Añadiendo un modelo existente de transporte de floema/xilema que incluye las propiedades hidráulicas de los segmentos del tallo (entrenudo, cordón y tronco) y los cambios de concentración de carbohidratos a lo largo de la vía de transporte de carbohidratos,
• Incorporar la respuesta de temperatura de todas las cargas y descargas de carbohidratos, y

• Mejora de la representación de la arquitectura del dosel para optimizar la orientación de la hoja para representar el heliotropismo de la hoja.

Calibraron el modelo mejorado asegurándose de que la reserva de carbohidratos no estructurales y la masa seca total en cada órgano se capturaran cuando se modificara la asignación de carbono. Este experimento se calibró utilizando datos de un estudio anterior en el que las hojas se quitaron durante el período de maduración de la baya para alterar la fuerza de la fuente. Los tres tratamientos fueron 100 hojas retenidas por vid, 25 hojas retenidas por vid y sin hojas (es decir, todas las hojas eliminadas al comienzo del experimento). La dinámica de la reserva de carbohidratos no estructurales y la masa seca total en cada órgano simulada por el modelo mejorado coincidió estrechamente con los valores observados.

Luego, los autores compararon las capacidades de los modelos CT y CP para capturar la masa final de la baya y la concentración de carbohidratos cuando la arquitectura del dosel era homogénea. Para esta simulación, todas las frutas estaban igualmente cerca de las fuentes de carbohidratos o distribuidas uniformemente dentro del dosel. Descubrieron que el gradiente de concentración de carbohidratos a lo largo de la ruta de transporte de carbono era relativamente pequeño. Por este motivo, las prestaciones de los dos modelos fueron muy similares.

A continuación, compararon los modelos cuando la arquitectura del dosel era heterogénea para dilucidar los efectos de la proximidad de los racimos a las fuentes de carbohidratos. La distancia entre el fruto y las fuentes de carbohidratos aumentó con la carga de cultivo. La materia seca uniforme del racimo obtenida por el modelo CP fue estadísticamente igual al valor medio de la materia seca del racimo obtenido por el modelo CT para cada tratamiento de carga de cultivo. Sin embargo, el modelo CP, más simple, no logró capturar el coeficiente de variación creciente de la materia seca del racimo a medida que aumentaba la carga de cultivo, como reveló el modelo CT.

Zhu concluye, "nuestro modelo de toda la planta mostró que el factor más limitante para el crecimiento de la fruta varía según el estado de fuente/sumidero de la planta y, por lo tanto, el modelo puede ayudar a desentrañar los efectos de los diferentes procesos en el crecimiento de la fruta y ofrecer sugerencias prácticas. para el manejo de viñedos y huertas.”

ARTÍCULO DE INVESTIGACIÓN:

Junqi Zhu, Fang Gou, Gerhard Rossouw, Fareeda Begum, Michael Henke, Ella Johnson, Bruno Holzapfel, Stewart Field, Alla Seleznyova, Simulación de la variabilidad de la biomasa de órganos y la distribución de carbohidratos en cultivos de frutas perennes: una comparación entre la reserva común de asimilados y el transporte de carbohidratos en el floema modelos, in silico Plants, 2021;, diab024, https://doi.org/10.1093/insilicoplants/diab024

Este manuscrito es parte de in silico Plant's Edición especial del Modelo Estructural Funcional de la Planta.

El modelo y los datos están disponibles públicamente en el repositorio de git: https://github.com/junqi108/Grapevine-carbon-transport.git