The Associated With Carbon Conversion Rate and Source–Sink Enzyme Activity in Tomato Fruit Subjected to Water Stress and Potassium Application

Abstract

Carbon metabolism in higher plants is a basic physiological metabolism, and carbon allocation and conversion require the activity of various enzymes in metabolic processes that alter the content and overall composition of sugars in the sink organ. However, it is not known how various enzymes affect carbon metabolism when tomato plants are subjected to water stress or treated with potassium. Although the process of carbon metabolism is very complex, we used the carbon conversion rate to compare and analyze the enzyme activities related to sugar metabolism and find out which carbon conversion rate are the most important. Results showed that water stress and potassium increased carbon import flux in the fruit, which was beneficial to carbon accumulation. Water deficit increased the activity of sucrose synthase (SuSy) and starch phosphorylase (SP) and decreased the activity of sucrose phosphate synthase (SPS) and adenosine diphosphate glucose pyrophosphorylase (AGPase) in the source. Water stress increased the activity of acid invertase (AI), SuSy and SP but decreased the activity of AGPase in the sink. Potassium modified the balance of enzymes active in sugar and starch metabolism by increasing the activity of AI, SuSy, SPS and SP and significantly decreasing the activity of AGPase, resulting in increase of hexose. Canonical correlational analysis revealed that the carbon conversion rate was mainly affected by the relative rate of conversion of sucrose to fructose and glucose [p1(t)] and glucose to starch [p5m(t)]. SuSy and AGPase had the greatest effect on enzyme activity in the fruit; respectively regulated p1(t) and p5m(t).

Distribución de fotoasimilados en los órganos vertederos de plantas Solanaceas, caso tomate y papa. Una revisión

“…Después de movilizarse al citosol, el 3-PGA dependiendo de la necesidad de la planta es sintetizado en otros azúcares como hexosas y son asignados para el mantenimiento de procesos esenciales en la planta como síntesis de pared celular, respiración, crecimiento y desarrollo o ser translocado hacia los órganos vertederos en forma de sacarosa por medio de la actividad de enzimas vinculadas en el metabolismo de azucares (invertasa-Inv, sacarosa sintasa-SuSy, sacarosa fosfato sintasa-SPS, UDP glucosa, entre otras.) encargadas de la translocación hacia los órganos vertederos (Aluko et al, 2021;Luo et al, 2021;López-Delacalle et al, 2021). Para el cultivo de tomate en condiciones adecuadas, se ha estimado que dentro del 60% hasta el 80% de los fotoasimilados producidos en las hojas fuentes son distribuidos hacia los frutos (Yoshioka, 1986).…”

“…Por otro lado, también se ha reportado el rol del K + sobre la tasa de transporte de fotoasimilados en los frutos de tomate (Mengel & Viro, 1974;Kanai et al, 2007;Luo et al, 2021). Mengel y Viro (1974) reportan que el K + favoreció entre un 80% hasta 90% el transporte de azúcares en mayor medida en la forma de sacarosa.…”

“…Mengel y Viro (1974) reportan que el K + favoreció entre un 80% hasta 90% el transporte de azúcares en mayor medida en la forma de sacarosa. Los roles del K + sobre la tasa de transporte de fotoasimilados han sido asociados al aumento de ATP, dado que este compuesto puede influenciar varios procesos de la translocación hacia los órganos vertederos como la carga de los fotoasimilados dentro del floema (Mengel & Viro, 1974) y recientemente se ha registrado su función en la actividad de enzimas encargadas del metabolismo de azúcares como SuSy, SPS, SP y adenosin difosfato glucosa pirofosforilasa-AGPasa (Luo et al, 2021). Esta actividad de enzimas es importante debido a que están relacionadas con la fuerza del vertedero, de hecho, se ha relacionado sus funciones en la acumulación de azucares y almidón y en el tamaño del fruto durante la etapa de maduración (Osorio et al, 2014;Luo et al, 2021).…”

“…Otro factor externo que influye en la relación y la fuerza de los órganos fuente/vertedero, y en la distribución de los fotoasimilados, es el déficit hídrico del suelo, el cual, promueve un estrés de tipo abiótico en las plantas (Rodrigues et al, 2019). El estrés hídrico en las plantas ha sido asociado como uno de los factores ambientales que afecta los rendimientos y el desempeño fisiológico de los cultivos de tomate (Chen et al, 2013;Medyouni et al, 2021;Luo et al, 2021). Una de las respuestas fisiológicas que afecta el estrés hídrico en las plantas es el cierre de las estomas, lo cual, limita la asimilación de CO 2 , disminuye la tasa de carboxilación, la producción de fotoasimilados y en general afecta la relación de órganos fuente/vertedero (Sun et al, 2020).…”

“…Se ha corroborado que factores como características físicas del suelo, la calidad e intensidad de la luz, condiciones de estrés hídrico, temperatura, salinidad y deficiencias nutricionales, pueden tener efectos perjudiciales en el balance de las relaciones entre órganos fuentes/vertederos en los cultivos de tomate y papa (Balaguera-López et al, 2009;Li et al, 2016;Aliche et al, 2020;Ji et al, 2020;López-Delacalle et al, 2021). De hecho, se ha reportado que los factores mencionados anteriormente afectan los procesos fotosintéticos, la partición de carbono, las concentraciones de azúcares, la expresión génica y en general el crecimiento y desarrollo de las plantas de tomate y papa (Bihmidine et al, 2013;Rodríguez et al, 2016;Glanz-Idan & Wolf, 2020;Luo et al, 2021). Por lo anterior, el objetivo de este artículo fue realizar una revisión de información sobre los factores que pueden afectar la distribución de fotoasimilados en órganos vertederos, de tal manera que se puedan buscar estrategias para mejorar la cantidad y calidad de los rendimientos en los cultivos de tomate (S. lycopersicum) y papa (S. tuberosum).…”