Uvas de alta qualidade produzem vinhos de alta qualidade. A alocação de carboidratos entre os órgãos vegetativos e reprodutivos em culturas de frutificação perene é crucial para alcançar e manter alta produtividade e qualidade.

A fotossíntese produz carboidratos que são transportados e distribuídos por toda a planta, afetando sua sobrevivência, crescimento vegetativo e desenvolvimento reprodutivo. As folhas são, portanto, consideradas o carboidrato fonte, enquanto os outros órgãos pias.

Na viticultura, a modelagem pode informar as entradas de gerenciamento que afetam a qualidade e a quantidade. Insumos de manejo, incluindo remoção de folhas, desbaste de frutos e poda de inverno, são comumente conduzidos com o objetivo de manipular a alocação de carboidratos entre os diferentes órgãos da planta, tentando otimizar a relação entre os órgãos fonte e dreno durante a estação de crescimento.

Junqi Zhu, pesquisador do The New Zealand Institute for Plant and Food Research Limited Marlborough Research Centre, e seus colegas compararam dois tipos de modelos de alocação e transporte de carboidratos para determinar qual simula melhor a variabilidade da biomassa de órgãos e a distribuição de carboidratos em fruteiras perenes. Este trabalho foi publicado recentemente por in silico Plantas.

Modelos de pool de assimilação comum (CP) suponha que a capacidade de desenvolver órgãos vegetais para atrair carboidratos é baseada apenas na força do dreno. Transporte mecanístico de carboidratos no floema (CT) os modelos assumem que a capacidade de desenvolver órgãos vegetais para atrair carboidratos é baseada na força do sumidouro E na posição topológica dos órgãos E no gradiente de concentração de carboidratos.

“O modelo CP mais simples tem sido amplamente utilizado com sucesso em várias plataformas de modelagem ao simular a produção de biomassa e o rendimento final de muitas culturas anuais. No entanto, muitos estudos envolvendo espécies de plantas arbóreas ou videiras mostram que o crescimento de órgãos em um determinado ramo depende do status de carboidratos desse ramo, em conjunto com o status de carboidratos de toda a planta. Isso não é capturado pelo modelo CP, mas pode ser capturado pelo modelo CT”, diz Zhu.

Os autores primeiro melhoraram o modelo CP, GrapevineXL, que eles desenvolveram anteriormente. Algumas das melhorias que eles fizeram foram:

• Adicionando um modelo de transporte floema/xilema existente que inclui as propriedades hidráulicas dos segmentos do caule (entrenó, cordão e tronco) e as mudanças na concentração de carboidratos ao longo da via de transporte de carboidratos,
• Incorporando a resposta de temperatura de todas as cargas e descargas de carboidratos, e

• Aprimorando a representação da arquitetura do dossel para otimizar a orientação da folha para representar o heliotropismo da folha.

Eles calibraram o modelo aprimorado garantindo que a reserva de carboidratos não estruturais e a massa seca total em cada órgão fossem capturadas quando a alocação de carbono fosse alterada. Este experimento foi calibrado usando dados de um estudo anterior onde as folhas foram removidas durante o período de amadurecimento da baga para alterar a força da fonte. Os três tratamentos foram 100 folhas retidas por videira, 25 folhas retidas por videira e nenhuma folha (ou seja, todas as folhas removidas no início do experimento). A dinâmica da reserva de carboidratos não estruturais e massa seca total em cada órgão simulado pelo modelo melhorado se aproxima dos valores observados.

Os autores então compararam as habilidades dos modelos CT e CP para capturar a massa final da baga e a concentração de carboidratos quando a arquitetura do dossel era homogênea. Para esta simulação, todas as frutas estavam igualmente próximas das fontes de carboidratos ou distribuídas uniformemente dentro do dossel. Eles descobriram que o gradiente de concentração de carboidratos ao longo da via de transporte de carbono era relativamente pequeno. Por esse motivo, os desempenhos dos dois modelos foram muito semelhantes.

Em seguida, compararam os modelos quando a arquitetura da copa era heterogênea para elucidar os efeitos da proximidade dos cachos às fontes de carboidratos. A distância entre os frutos e as fontes de carboidratos aumentou com a carga de frutos. A matéria seca uniforme dos cachos obtida pelo modelo CP foi estatisticamente igual ao valor médio da matéria seca dos cachos obtido pelo modelo CT para cada tratamento de carga de frutos. No entanto, o modelo CP, mais simples, não foi capaz de capturar o aumento do coeficiente de variação da matéria seca dos cachos com o aumento da carga de frutos, conforme revelado pelo modelo CT.

Zhu conclui, “nosso modelo de planta inteira mostrou que o fator mais limitante para o crescimento da fruta varia de acordo com diferentes status de fonte/sumidouro da planta, e o modelo pode, portanto, ajudar a desvendar os efeitos de diferentes processos no crescimento da fruta e oferecer sugestões práticas para a gestão da vinha e do pomar.”

ARTIGO DE PESQUISA:

Junqi Zhu, Fang Gou, Gerhard Rossouw, Fareeda Begum, Michael Henke, Ella Johnson, Bruno Holzapfel, Stewart Field, Alla Seleznyova, Simulando a variabilidade da biomassa de órgãos e a distribuição de carboidratos em culturas de frutas perenes: uma comparação entre o pool de assimilados comuns e o transporte de carboidratos no floema modelos, in silico Plants, 2021;, diab024, https://doi.org/10.1093/insilicoplants/diab024

Este manuscrito faz parte do in silico Plant's Edição especial do Functional Structural Plant Model.

O modelo e os dados estão disponíveis publicamente no repositório git: https://github.com/junqi108/Grapevine-carbon-transport.git