Des raisins de haute qualité donnent un vin de haute qualité. La répartition des glucides entre les organes végétatifs et reproducteurs dans les cultures fruitières pérennes est cruciale pour atteindre et maintenir une productivité et une qualité élevées.

La photosynthèse produit des glucides qui sont transportés et distribués dans toute la plante, affectant sa survie, sa croissance végétative et son développement reproducteur. Les feuilles sont donc considérées comme le glucide source, tandis que les autres organes sont .

En viticulture, la modélisation peut informer les intrants de gestion qui affectent la qualité et la quantité. Les intrants de gestion, y compris l'enlèvement des feuilles, l'éclaircissage des fruits et la taille d'hiver, sont généralement effectués dans le but de manipuler l'allocation des glucides entre les différents organes de la plante, en essayant d'optimiser le rapport entre les organes source et puits pendant la saison de croissance.

Junqi Zhu, chercheur au New Zealand Institute for Plant and Food Research Limited Marlborough Research Centre, et ses collègues ont comparé deux types de modèles d'allocation et de transport des glucides pour déterminer lequel simule le mieux la variabilité de la biomasse des organes et la distribution des glucides dans les cultures fruitières pérennes. Cet ouvrage vient d'être publié par in silico Les plantes.

Modèles communs de pool d'assimilation (CP) supposons que la capacité des organes végétaux en développement à attirer les glucides est basée uniquement sur la force du puits. Transport mécanique des glucides dans le phloème (CT) les modèles supposent que la capacité des organes végétaux en développement à attirer les glucides est basée sur la force du puits ET la position topologique des organes ET le gradient de concentration en glucides.

«Le modèle CP plus simple a été largement et avec succès utilisé dans diverses plates-formes de modélisation lors de la simulation de la production de biomasse et du rendement final de nombreuses cultures annuelles. Cependant, de nombreuses études portant sur des espèces d'arbres ou de vignes montrent que la croissance des organes sur une branche particulière dépend du statut glucidique de cette branche, en conjonction avec le statut glucidique de la plante entière. Cela n'est pas capturé par le modèle CP, mais peut être capturé par le modèle CT », explique Zhu.

Les auteurs ont d'abord amélioré le modèle CP, GrapevineXL, qu'ils ont développé précédemment. Certaines des améliorations qu'ils ont apportées étaient:

• Ajout d'un modèle de transport phloème/xylème existant qui inclut les propriétés hydrauliques des segments de la tige (entre-nœud, cordon et tronc) et les changements de concentration en glucides le long de la voie de transport des glucides,
• Incorporer la réponse de température de tous les chargements et déchargements de glucides, et

• Améliorer la représentation de l'architecture de la canopée pour optimiser l'orientation des feuilles afin de représenter l'héliotropisme des feuilles.

Ils ont calibré le modèle amélioré en s'assurant que la réserve de glucides non structurelle et la masse sèche totale dans chaque organe étaient capturées lorsque l'allocation du carbone était modifiée. Cette expérience a été calibrée à l'aide des données d'une étude précédente où les feuilles ont été enlevées pendant la période de maturation des baies pour modifier la force de la source. Les trois traitements étaient 100 feuilles retenues par cep, 25 feuilles retenues par cep et aucune feuille (c'est-à-dire toutes les feuilles enlevées au début de l'expérience). La dynamique de la réserve glucidique non structurelle et de la masse sèche totale dans chaque organe simulé par le modèle amélioré correspondait étroitement aux valeurs observées.

Les auteurs ont ensuite comparé les capacités des modèles CT et CP à capturer la masse finale des baies et la concentration en glucides lorsque l'architecture de la canopée était homogène. Pour cette simulation, tous les fruits étaient également proches des sources de glucides ou uniformément répartis dans la canopée. Ils ont découvert que le gradient de concentration en glucides le long de la voie de transport du carbone était relativement faible. Pour cette raison, les performances des deux modèles étaient très similaires.

Ensuite, ils ont comparé les modèles en présence d'une architecture de canopée hétérogène afin d'élucider les effets de la proximité des régimes aux sources de glucides. La distance entre les fruits et les sources de glucides augmentait avec la charge de la culture. La matière sèche uniforme des régimes obtenue par le modèle CP était statistiquement égale à la valeur moyenne de matière sèche des régimes obtenue par le modèle CT pour chaque traitement de charge de culture. Cependant, le modèle CP, plus simple, n'a pas permis de reproduire l'augmentation du coefficient de variation de la matière sèche des régimes avec l'augmentation de la charge de la culture, comme l'a révélé le modèle CT.

Zhu conclut : « Notre modèle de plante entière a montré que le facteur le plus limitant pour la croissance des fruits varie selon le statut de source/puits de la plante, et le modèle peut donc aider à démêler les effets de différents processus sur la croissance des fruits et offrir des suggestions pratiques. pour la gestion des vignobles et des vergers.

ARTICLE DE RECHERCHE:

Junqi Zhu, Fang Gou, Gerhard Rossouw, Fareeda Begum, Michael Henke, Ella Johnson, Bruno Holzapfel, Stewart Field, Alla Seleznyova, Simulation de la variabilité de la biomasse des organes et de la distribution des glucides dans les cultures fruitières pérennes : une comparaison entre le pool d'assimilat commun et le transport des glucides dans le phloème des modèles, in silico Plants, 2021;, diab024, https://doi.org/10.1093/insilicoplants/diab024

Ce manuscrit fait partie de in silico Plant's Numéro spécial sur le modèle structurel fonctionnel de l'usine.

Le modèle et les données sont accessibles au public dans le référentiel git : https://github.com/junqi108/Grapevine-carbon-transport.git