Ακροδρυα: Ο ρολος των Υδατάνθρακων στον λήθαργο και την απόδοση

Τα τελευταία χρόνια έρευνας από το εργαστήριο Zwieniecki (το Z Lab) στο UC Davis, , παρέχουν συναρπαστικές νέες γνώσεις για να εξηγήσουν καλύτερα πώς τα φιστίκια μπορούν να μετρούν το χειμερινο ψύχος, πότε εμφανίζεται το ξεφλούδισμα και πόσα φιστίκια θα αποδώσουν ένα δεδομένο έτος. Ενώ πολλοί τομείς απομένουν να διερευνηθούν, αυτή η έρευνα αρχίζει να παρέχει πληροφορίες σχετικά με το πώς η διαχείριση μπορεί να επηρεάσει τους υδατάνθρακες, οι οποίοι με τη σειρά τους επηρεάζουν τον λήθαργο, τη θραύση και την απόδοση.

Τι είναι οι υδατάνθρακες;

Μερικοί ορισμοί είναι χρήσιμοι πριν μπούμε στη συζήτηση. Οι μη δομικοί υδατάνθρακες (NSC) είναι υδατάνθρακες που δεν αποτελούν μέρος δομών όπως τα κυτταρικά τοιχώματα. Τα NSC χρησιμοποιούνται από το δέντρο για ενέργεια, ως δομικά στοιχεία για την ανάπτυξη των κυττάρων, ως οσμολύτη που επηρεάζει τη δυναμική του νερού και ως σήματα για πολλαπλές φυσιολογικές δραστηριότητες. Τα NSC έχουν τη μορφή σακχάρων ή αμύλου. Τα σάκχαρα είναι το προϊόν της φωτοσύνθεσης και τα δομικά στοιχεία του αμύλου. Τα σάκχαρα αποτελούν επίσης ενεργό μέρος της βιολογικής κυτταρικής δραστηριότητας και το επίπεδό τους στα κύτταρα είναι υπό αυστηρό έλεγχο. Το άμυλο είναι η μορφή αποθήκευσης των υδατανθράκων και μπορεί αργότερα να διασπαστεί για να παράσχει σάκχαρα.

Πώς ποικίλλουν οι υδατάνθρακες κατά τη διάρκεια του έτους;

Πραγματοποιήθηκε εντατική δειγματοληψία υδατανθράκων από αμύγδαλα, φιστίκια και καρύδια στο κλαδί, τα κλαδιά και τον κορμό κατά τη διάρκεια ενός έτους. Όπως έχει φανεί σε άλλα εύκρατης ζωνης δέντρα, διαπιστώθηκε ότι το NSC ποικίλλει ανάλογα με τα μεταβαλλόμενα στάδια ανάπτυξης ή φαινολογίας και τις ταυτόχρονες κλιματικές συνθήκες. Το NSC μειώνεται μετά την εκπτυξη των οφθαλμών, φτάνει στα χαμηλότερα επίπεδα κατά τη διάρκεια της καλλιεργητικής περιόδου και στη συνέχεια αυξάνεται από τα μέσα έως τα τέλη του καλοκαιριού για να φτάσει τα μέγιστα επίπεδα το φθινόπωρο ή τις αρχές του χειμώνα Ακολουθώντας τις ποσότητες NSC σε ένα φυτό με την πάροδο του χρόνου, μπορούμε να κατανοήσουμε καλύτερα πώς τα δέντρα χρησιμοποιούν υδατάνθρακες για τρέχουσες ευκαιρίες (βλαστική ανάπτυξη και ανάπτυξη καρπών) ή μελλοντικές προκλήσεις (λήθαργος, άμυνα έναντι παθογόνων και άλλων στρεσογόνων παραγόντων).

Η δυναμική των υδατανθράκων προβλέπει την άνθιση

Το πώς ακριβώς τα δέντρα παρακολουθούν τη συσσωρευμένη εμπειρία του χειμερινού κρύου και της ανοιξιάτικης ζέστης για να «μάθουν» ότι ήρθε η ώρα να σπάσει ο λήθαργος την άνοιξη, παρέμεινε κάπως μυστήριο. Το Πανεπιστημιο λοιπον διαπίστωσε ότι στα αμύγδαλα, τα φιστίκια Αιγίνης και τα καρύδια, λίγο πριν το σπάσιμο των μπουμπουκιών, παρατηρείται αύξηση του αμύλου και μείωση της συγκέντρωσης ζάχαρης. Το Z Lab χρησιμοποίησε αυτή τη γνώση για να δημιουργήσει ένα μοντέλο για το χρόνο άνθισης, με βάση τη δυναμική των υδατανθράκων και της θερμοκρασίας του φθινοπώρου και του χειμώνα. Αυτό το μοντέλο πρόβλεψης ανθοφορίας ενσωματώνει ορισμένες σημαντικές πτυχές σχετικά με τον τρόπο με τον οποίο τα φυτά εξισορροπούν τις συγκεντρώσεις σακχάρου και αμύλου. Όταν είναι ζεστό, τα δέντρα μετατρέπουν τα σάκχαρα σε άμυλο και όταν κάνει κρύο, τα δέντρα μετατρέπουν το άμυλο σε ζάχαρη. Για να διατηρούν τα δέντρα τα επίπεδα σακχάρου στο βέλτιστο εύρος, προσαρμόζουν τη συγκέντρωση των ενζύμων που είναι υπεύθυνα για αυτή τη σύνθεση και την αποικοδόμηση του αμύλου. Επειδή η σύνθεση αμύλου είναι πολύ ευαίσθητη στη θερμοκρασία, αλλά η αποικοδόμηση του αμύλου δεν είναι, τα δέντρα μπορούν να ανταποκριθούν γρήγορα στην υπερβολική ποσότητα ζάχαρης σε ζεστές θερμοκρασίες, αλλά δεν μπορούν να ανταποκριθούν τόσο γρήγορα σε πολύ λίγη ζάχαρη. Όταν οι συνθήκες ζεσταίνονται την άνοιξη, η σύνθεση αμύλου απογειώνεται γρήγορα, βγάζοντας τα σάκχαρα από την κυκλοφορία, με αποτέλεσμα μια βουτιά στη ζάχαρη. Αυτή η βουτιά στη ζάχαρη και η αύξηση του αμύλου είναι προγνωστική (και μπορεί ακόμη και να προκαλέσει) το σπάσιμο των μπουμπουκιών.

Λόγω των διαφορετικών θερμοκρασιών, οι ευαισθησίες των διαφορετικών ενζύμων, οι κρύοι χειμώνες, κάπως αντιδιαισθητικά, θα ενίσχυαν τη συσσώρευση των ενζύμων σύνθεσης αμύλου, με αποτέλεσμα λιγότερο ζεστό χρόνο που απαιτείται την άνοιξη για να προκαλέσει μια απότομη πτώση ζάχαρης και άνθιση. Οι θερμότεροι χειμώνες θα μείωναν τη σύνθεση του αμύλου, απαιτώντας περισσότερη ζεστασιά από την κανονική την άνοιξη για να επιτευχθούν χαμηλά επίπεδα σακχάρου. Με την ενσωμάτωση αυτής της γνώσης των αρχών της δυναμικής των υδατανθράκων και των ειδικών ορίων και των περιοχών που μάθαμε , η θραύση του φιστικιού προβλέφθηκε μέσα σε 7 ημέρες κατά μέσο όρο (Sperling et al 2021). Αν και αυτό μπορεί να μην είναι αρκετά ακριβές για αποφάσεις διαχείρισης, είναι αρκετά κοντά για να υποστηρίξει την ενσωμάτωση αυτής της δυναμικής των υδατανθράκων στην κατανόησή μας για το πώς τα δέντρα υπολογίζουν το πέρασμα του χειμώνα και της άνοιξης.

Χρησιμοποιώντας αυτό το μοντέλο, θα μπορούσαν στη συνέχεια να προεκτείνουν τις επιπτώσεις των συγκεντρώσεων σακχάρου που πηγαίνουν το χειμώνα. Πηγαίνοντας στο χειμώνα με υψηλότερα σάκχαρα, μια μέτρηση της δημιουργίας υψηλότερων αποθεμάτων NSC κατά τη διάρκεια της καλλιεργητικής περιόδου, έχει ως αποτέλεσμα την πρώιμη άνθιση, λειτουργώντας σχεδόν σαν να είχατε περισσότερη ψύχρα. Τα χαμηλότερα σάκχαρα έχουν ως αποτέλεσμα τη μεταγενέστερη άνθιση. Αυτό υποστηρίζεται από άλλη πρόσφατη έρευνα (Amico Roxas et al, 2021), η οποία διαπίστωσε ότι η πρώιμη αποφύλλωση το φθινόπωρο μείωσε το NSC κατά τη διάρκεια του χειμώνα και καθυστέρησε το άνοιγμα των οφθαλμών την άνοιξη, ενώ το περίζωμα κλαδιών τον Οκτώβριο (που κρατά περισσότερους υδατάνθρακες στους βλαστούς) μετακόμισε νωρίτερα.

Υδατάνθρακες και Απόδοση

Επειδή οι υδατάνθρακες είναι και το ενεργειακό νόμισμα των φυτών και χρησιμοποιούνται για την κατασκευή δομών όπως τα κυτταρικά τοιχώματα, είναι κρίσιμοι για την καλλιέργεια του καρπού φιστικιού κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού. Οι συγκεντρώσεις NSC παραμένουν χαμηλές κατά τη διάρκεια της καλλιεργητικής περιόδου, καθώς οι υδατάνθρακες που παράγονται από τη φωτοσύνθεση διοχετεύονται στην ανάπτυξη της καλλιέργειας και μερικές φορές στην αναπτυσσόμενη βλάστηση. Νέα έρευνα δείχνει ότι αυτή η αλληλεπίδραση των καταβόθρων υδατανθράκων, της φωτοσύνθεσης και των απαιτήσεων αζώτου μπορεί να βοηθήσει να εξηγηθούν οι παρενιαυτοφορίεσ του φιστικιού. Η ειδικευόμενη στο UCCE Orchard Giulia Marino εξέτασε πρόσφατα αυτή τη δυναμική είτε μερικώς αποφύλλωντας τα κλαδιά για να μειώσει τις πηγές υδατανθράκων είτε μερικώς αφαίρεσε την καλλιέργεια φρούτων για να μειώσει τους υδατάνθρακες. Βρήκε ότι τα κλαδιά με πολλά φύλλα σε σχέση με τον αριθμό των καρπών στην πραγματικότητα αύξησαν τη φωτοσύνθεση κατά τη διάρκεια της πλήρωσης του πυρήνα, πιθανώς ως απάντηση στην ισχυρή ζήτηση υδατανθράκων από τα κοντινά φρούτα. Ωστόσο, τα κλαδιά με πολλή καρπόδεση μείωσαν τη φωτοσύνθεση μετά το γέμισμα του πυρήνα. Αυτό μπορεί να φαίνεται αδιανόητο (δεν θα έπρεπε να επιταχύνουν ακόμη περισσότερο τη φωτοσύνθεση;), μέχρι που ανακάλυψαν ότι το άζωτο στα φύλλα αυτών των κλαδιών μειώνονταν την ίδια στιγμή που η φωτοσύνθεση έπεφτε. Αυτό είναι πιθανό επειδή το άζωτο επανακινητοποιήθηκε από τα φύλλα στους πυρήνες, εμποδίζοντας τα συστατικά της φωτοσυνθετικής διαδικασίας που σχετίζονται με το άζωτο. Γιατί αυτό μας απασχολεί από παραγωγική άποψη; Επειδή αυτή η αλλαγή θα είχε ως αποτέλεσμα τη δημιουργία χαμηλότερης διαθεσιμότητας υδατανθράκων για τη δημιουργία οφθαλμών για την καλλιέργεια του επόμενου έτους, οδηγώντας σε εναλλακτική παραγωγή.

Σχετικά, ο Δρ Zwieniecki, εξετάζοντας δεδομένα από αμύγδαλα, φιστίκια και καρύδια από το Παρατηρητήριο Υδατάνθρακες και τις αποδόσεις που παρείχαν οι καλλιεργητές, προσπάθησε να δει εάν υπήρχε σχέση μεταξύ του NSC σε διαφορετικούς μήνες του έτους και της απόδοσης (Zwieniecki et al 2023). Διαπίστωσε ότι στα φιστίκια υπάρχει μια ισχυρή, σταθερή συσχέτιση μεταξύ του NSC στο ξύλο και του φλοιού το φθινόπωρο και το χειμώνα (Οκτώβριος έως Μάρτιος) με την απόδοση του επόμενου έτους, ιδιαίτερα το συστατικό αμύλου του συνολικού NSC. Αυτή η σχέση ήταν πιο έντονη τον Δεκέμβριο, λίγο μετά την πτώση των φύλλων. Όσο υψηλότερο ήταν το άμυλο στο ξύλο των κλαδιών φιστικιάς, τόσο μεγαλύτερη ήταν η απόδοση το επόμενο έτος. Δεδομένων των ευρημάτων του Marino σχετικά με τον τρόπο με τον οποίο οι υδατάνθρακες σχετίζονται με την εναλλακτική ωοτοκία, αυτή η σχέση υψηλής απόδοσης αμύλου είναι πιθανώς εν μέρει θέμα συσχέτισης – μετά από ένα χαμηλό έτος «off», η έρευνα του Marino δείχνει ότι θα πηγαίνατε τον χειμώνα με περισσότερα θηλυκά μπουμπούκια λουλουδιών και περισσότερους υδατάνθρακες. Ωστόσο, το υψηλότερο χειμερινό NSC βρέθηκε επίσης να σχετίζεται με υψηλότερες αποδόσεις σε αμύγδαλο και καρύδι, τα οποία δεν έχουν αυτήν την εναλλακτική επιπλοκή. Αυτό δείχνει ότι οι αποδόσεις είναι πιθανώς υψηλότερες μετά από έναν χειμώνα με υψηλή περιεκτικότητα σε υδατάνθρακες, επειδή υπάρχει περισσότερο αέριο στη δεξαμενή υδατανθράκων για να τροφοδοτήσει τις ανάγκες ανάπτυξης των καλλιεργειών την επόμενη σεζόν.

Τι σημαίνει όλο αυτό για την παραγωγή;

Η σχέση μεταξύ ψύχους, ζέστης και υδατανθράκων μας βοηθά να καταλάβουμε γιατί οι ζεστές χειμερινές θερμοκρασίες και το θερμαινόμενο ξύλο και μπουμπούκια σε χειμώνες με χαμηλή ομίχλη οδηγούν σε καθυστερημένη και παρατεταμένη έκρηξη. Αυτό εξηγεί επίσης γιατί τα χημικά σπρέι που παρεμβαίνουν στην αναπνοή (τα κύτταρα μετατρέπουν τη ζάχαρη σε ενέργεια) και τα ανακλαστικά (π.χ. ζεολιθος, μπετονιτης, πυριτκο ασβεστιο κ.α.) που διατηρούν τη θερμοκρασία του ξύλου χαμηλότερη θα μπορούσαν να βοηθήσουν στην αντιστάθμιση της χαμηλότερης απαιτησης ψύχους. Απαιτείται περισσότερη δουλειά για να βελτιστοποιηθεί η χρήση αυτής της γνώσης, ας πούμε για να ξέρουμε πόσο ζεστές ωρες πρέπει να συμπληρωθουν για να αξίζουν τα έξοδα ή πότε ο βέλτιστος χρόνος είναι για ψεκασμό θεραπειών διακοπής του λήθαργου.

Η ισχυρή σχέση μεταξύ του υψηλού NSC του χειμώνα, των ισχυρών αποδόσεων και του κανονικού χρόνου ανθοφορίας υποδηλώνει ότι η διαχείριση όψιμης περιόδου που βοηθά τους οπωρώνες σε λήθαργο με υψηλότερες ποσότητες NSC, οδηγεί σε θετικά αποτελέσματα του χρονισμού και της απόδοσης του βλαστού. Η άρδευση και η διαχείριση ασθενειών των φυλλωμάτων που μπορεί να διατηρήσει τα φύλλα υγιή και να παράγει νέα σάκχαρα μέχρι τον Οκτώβριο θα πρέπει να ωφελήσει αυτή τη συσσώρευση NSC. Το στρες που οδηγει σε πρώιμη αποφύλλωση θα είχαν το αντίθετο αποτέλεσμα. Το επόμενο βήμα στην έρευνα είναι να εξεταστούν άλλοι παράγοντες που μπορούν να επηρεάσουν αυτή τη σχέση (ποικιλία ή επιλογή υποκείμενου; Διαχείριση θρεπτικών συστατικών για διατήρηση της υγείας των φύλλων και φωτοσύνθεση;) και εάν έχουν αρκετή επιρροή για να αξίζουν το κόστος. —

Από την Katherine Jarvis-Shean (UCCE Orchard Advisor, Sacramento, Solano & Yolo Counties) και Maciej Zwieniecki (Dept. Plant Sciences, UC Davis)

Πηγη: PNP