Faculteit Bio-ingenieurswetenschappen. Academiejaar Jesse Seynhaeve

Transcriptie

1 Faculteit Bio-ingenieurswetenschappen Academiejaar Invloed van zoutstress op de bijdrage van xyleem en floëem in de sapstroom naar de tomatentros (Solanum lycopersicum L. cv 'Dirk') tijdens de vruchtontwikkeling Jesse Seynhaeve Promotor: Prof. dr. ir. Kathy Steppe Tutor: ir. Bart Van de Wal Masterproef voorgedragen tot het behalen van de graad van Master in de bio-ingenieurswetenschappen: Landbouwkunde

2

3 Auteursrechten De auteur en de promotoren geven de toelating deze masterproef voor consultatie beschikbaar te stellen en delen ervan te kopiëren voor persoonlijk gebruik. Elk ander gebruik valt onder de beperkingen van het auteursrecht, in het bijzonder met betrekking tot de verplichting uitdrukkelijk de bron te vermelden bij het aanhalen van resultaten uit deze masterproef. The author and the promoters give the permission to use this thesis for consultation and to copy parts of it for personal use. Every other use is subject to the copyright laws, more specifically the source must be specified extensively when using results from this thesis. De promotor De auteur Prof. dr. ir. Kathy Steppe Jesse Seynhaeve Gent, juni 2015

4

5 Voorwoord Het schrijven van een thesis is weinig vanzelfsprekend en vergt de hulp en steun van verschillende personen. In dit voorwoord wil ik dan ook die mensen bedanken die hebben geholpen bij de totstandkoming van dit werk. Allereerst wil ik mijn tutor ir. Bart Van de Wal bedanken voor zijn continue bereikbaarheid en begeleiding in de serre en ernaast. De verschillende momenten van overleg, feedback en zijn nieuwe ideeën en suggesties waren onontbeerlijk om alsnog tot een kwantificatie van de sapstroom doorheen de trossteel te komen. Ook dr. ir. Veerle De Schepper en dr. ir. Jochen Hanssens wil ik nog bedanken voor de hulp bij de opzet van het experiment en de uitleg over de verschillende plantsensoren. Verder wil ik ook Prof. dr. ir. Kathy Steppe bedanken voor de opvolging en eindevaluatie van dit werk, maar vooral voor de boeiende vakken ecologie en ecofysiologie die mijn interesse in plantsensoren hebben aangewakkerd en me ertoe hebben aangezet een thesisonderwerp binnen het labo van plantecologie te verkiezen. Hierbij was de hulp van de technici, Geert Favyts en Philip Deman, ook essentieel bij de installatie van het irrigatiesysteem en alle plantsensoren in de serre. Bedankt hiervoor en voor de bereikbaarheid wanneer ik vragen had over 1 of andere sensor. Ook wil ik mijn ouders, broer en vrienden van de Chiro bedanken voor hun steun en luchtigere kijk op mijn thesis over tomaten, maar in het bijzonder wil ik mijn vriendin Virginie bedanken. Zij is mijn motivatie geweest een thesisonderwerp over tomatenplanten te kiezen en mijn drijfveer om dit werk tot een goed einde proberen te brengen. Gent, juni 2015 Jesse Seynhaeve

6

7 Samenvatting Het relatief aandeel xyleem en floëem in de sapstroom naar de tomatentros wordt ondermeer bepaald door het heersende microklimaat en de waterbeschikbaarheid voor de plantenwortels. Inzicht in deze verschillende invloedsfactoren maakt het mogelijk de onderlinge verhouding te sturen. In deze studie wordt nagegaan wat de invloed is van zoutstress op het relatieve aandeel xyleem en floëem gedurende de vruchtontwikkeling. Hiervoor werd via een hittebehandeling ( girdling, ringen) het floëem in de trossteel van tomatentrossen van controleplanten en planten onder zoutstress vernietigd. Voor en na deze behandeling werden hierbij de sapstroom doorheen de trossteel, de vruchtgroei en transpiratie opgevolgd, evenals het microklimaat en parameters op plantniveau. De sapstroom doorheen de trossteel werd opgevolgd met een recent ontwikkelde sapstroomsensor gebaseerd op het HFD ( heat field deformation ) principe. Op basis van de vruchtgroei en - transpiratie voor en na girdling werd voor de controlebehandeling een xyleemaandeel van 79 ± 10 % en bij de zoutstressbehandeling een aandeel van 38 ± 8 % bekomen. Deze hoge xyleemaandelen kunnen vermoedelijk deels worden toegeschreven aan het lage dampdruktekort (Guichard et al., 2005) en lage lichtintensiteit (Hanssens et al., 2015) in de serre gedurende het experiment. Bij deze methode werd geen duidelijke trend waargenomen in het xyleemaandeel gedurende de vruchtontwikkeling. Om met de sapstroommetingen van de miniatuur HFD sensor het relatieve xyleemaandeel in de sapstroom naar de tomatentros te kunnen bepalen dienden de berekende HFD-ratio s eerst te worden omgerekend in werkelijke sapstromen. Hiervoor werd voor het eerst een kalibratieprocedure getest waarbij stapsgewijs een toenemend debiet doorheen de trossteel werd gestuurd. De K-waarde, voor het bepalen van de HFD-ratio s, bij intacte trosstelen in de serre was echter te verschillend van deze bij kalibratie. Dit kan vermoedelijk worden toegeschreven aan het hoger vochtgehalte in de trossteel bij kalibratie dan bij intacte trosstelen. Hiervoor werd overgeschakeld op een temperatuurratio zonder K-waarde. Na omzetten van deze ratio s in werkelijke sapstroom met een tros specifieke of gemiddelde kalibratievergelijking werd een onder- of overschatting van de sapstroom bekomen. Hieruit werd besloten dat de kalibratieprocedure nog verder dient te worden geoptimaliseerd.

8 Er werd wel reeds een correctie voorgesteld waarbij verondersteld werd dat de instroom naar één tomatenvrucht, bepaald via toename van het watergewicht en vruchttranspiratie, indicatief is voor de sapstroom naar de gehele tomatentros. Na vermenigvuldigen met het aantal tomatenvruchten aan de tros werd deze instroom vergeleken met de sapstroom bepaald met de sapstroomsensor. Vooral voor de jongste trossen leidde dit tot goede resultaten. Op basis van deze gecorrigeerde sapstroom werd het xyleemaandeel in de sapstroom naar de tomatentros bepaald. Hierbij konden geen significante verschillen worden waargenomen tussen beide behandelingen. Dit werd toegeschreven aan de grote verschillen tussen de verschillende trossen waardoor de standaardafwijking op het gemiddelde vrij groot was. Bij bepalen van het xyleemaandeel op basis van de cumulatieve instroom naar de tomatentros voor en na girdling werd afhankelijk van de benadering bij de controlebehandeling een xyleemaandeel bekomen van respectievelijk 61 ± 22 % en 63 ± 25 % en bij de zoutstressbehandeling 43 ± 15 en 44 ± 25 %. Bij beide benaderingen werd een afnemende trend in het xyleemaandeel waargenomen gedurende de vruchtontwikkeling.

9 Abstract The relative contribution of the xylem and phloem tissue in the sap flow through the tomato peduncle depends, among others, on the microclimate and water availability for the plant roots. Insight in these different influencing factors makes it possible to adjust this interrelated ratio. In this study the influence of salt stress on that ratio is examined during fruit development. Therefore tomato peduncles of control plants and salt-stressed plants were heatgirdled, which disables the phloem tissue. Before and after this treatment the sap flow through the peduncle, the fruit growth and the fruit transpiration were monitored, as well as the microclimate and parameters at plant level. The sap flow through the peduncle was monitored with a recently developed sap flow sensor based on the HFD (heat field deformation) principle. According to the fruit growth and transpiration before and after the treatment, the relative xylem contribution in the sap flow to the trusses of the control plants was 79 ± 10 % and 38 ± 8 % for the salt-stressed plants. These high xylem contributions can probably be assigned to the low vapor pressure deficit (Guichard et al., 2005) and low light intensity (Hanssens et al., 2015) during the experiment. No trend was observed in the relative xylem contribution during fruit development. To be able to determine the relative xylem contribution with a mini HFD sensor the measured HFD-ratio s (-) first had to be converted in sap flow (g h -1 ). In this way, a calibration procedure was tested for the first time in which a stepwise increasing flow rate was forced through the peduncle. Unfortunately the K value, which is necessary to calculate the HFDratio, differed to much between the intact tomato peduncles and those in the calibration procedure. Because of that an other temperature ratio was used without the K value. After converting these ratio s in sap flow with a truss specific or average calibration equation the actual sap flow was under- or overestimated. That s why there was concluded that the calibration procedure still needs optimalisation in the future. A correction was proposed in which there is assumed that the inflow to one tomato fruit, determined by the increase in fruit water weight and transpiration, is indicative for the inflow to the whole tomato truss. After multiplication with the number of tomato fruits, that value was compared to the sap flow measured with the mini HFD sensor. Good results were found with the youngest trusses.

10 With that corrected sap flow the relative contribution of the xylem in the sap flow through the tomato peduncle was calculated. No significant differences were observed between the control and salt-stressed plants due to the large differences between the trusses which resulted in a large standard deviation on the average contribution during fruit development. Nevertheless, depending on the approach in which the xylem contribution was calculated, contributions of respectively 61 ± 22 % and 63 ± 25 % were found for the control plants. For the salt-stressed plants lower contributions of 43 ± 15 and 44 ± 25 % were found. A diminishing contribution of the xylem during fruit development was also found for both treatments.

11 Lijst met afkortingen en symbolen Afkorting Verklaring Eenheid A fl Oppervlakteaandeel floëem mm 2 A fr Vruchtoppervlakte cm 2 A x Oppervlakteaandeel xyleem mm 2 fr Ca d Ca ex Ca pd Dagelijkse calciumaccumulatie in de mmol vrucht Calciumconcentratie in mmol L -1 wortelstompexudaten Calciumconcentratie in het sap van de mmol L -1 vruchtsteel na extractie met de drukbom CHP Compensation heat pulse - DAA Dagen na anthese, days after anthesis - DOY Dag in het jaar, day of the year - D st Thermische diffusiviteit van het cm 2 s -1 spinthout dt a Asymmetrisch temperatuurverschil C dt s Symmetrisch temperatuurverschil C dt s-a Verschil tussen dt s en dt a C E Vruchttranspiratie g cm -2 h -1 EC Elektrische conductiviteit ds m -1 fr F x fr F p Waterinflux via het xyleem naar de g h -1 vrucht Waterinflux via het floëem naar de g h -1 vrucht F x st Sapstroomsnelheid in stengelxyleem g h -1 Φ PSII Fotochemische efficiëntie van % fotosysteem II G sc Stomatale geleidbaarheid voor CO 2 µmol CO 2 m -2 s -1 H Warmtebron, heater - HFD Heat field deformation - HR Heat ratio -

12 K Permeatiecoëfficiënt g cm -2 h -1 MPa -1 K- waarde Absoluut verschil tussen dt s en dt a bij C afwezigheid van een sapstroom K Thermische conductiviteit W m -1 K -1 L sw Dikte van het spinthout cm LVDT Linear variable displacement transducer - MRI Nuclear magnetic resonance imaging - PAR Fotosynthetisch actieve straling µmol m -2 s -1 P n Netto fotosynthesesnelheid µmol CO 2 m -2 s -1 PSII Fotosysteem II - q Sapstroomdichtheid cm 3 cm -2 h -1 Q Warmte input J m 2 Q in Inputdebiet g h -1 Q out Outputdebiet g h -1 RF Radiofrequentie Hz RV Relatieve luchtvochtigheid % ρc Volumetrische warmtecapaciteit J m -3 K -1 SDV Stengeldiametervariatie mm SPAC Substraat-plant-atmosfeer-continuüm - T a Luchttemperatuur C T s Temperatuur in de substraatmat C T Temperatuurverschil K VPD Dampdruktekort, vapour pressure kpa deficit VWC Volumetrisch vochtgehalte in de m 3 m -3 substraatmat X Axiale afstand tot de warmtebron m Y Tangentiële afstand tot de warmtebron m Z ax Z tg Axiale afstand tussen thermokoppel en mm de warmtebron Tangentiële afstand tussen mm thermokoppel en de warmtebron Waterpotentiaal MPa

13 g Gravitatiepotentiaal MPa m Matrixpotentiaal MPa P Hydrostatische potentiaal MPa Osmotische potentiaal MPa

14

15 Inhoudstafel Auteursrechten... Voorwoord... Samenvatting... Abstract... Lijst met afkortingen en symbolen... 1 Inleiding Literatuurstudie Watertransport in de plant Waterpotentiaalgradiënt als drijvende kracht Vasculair watertransport Xyleemtransport Floëemtransport Koppeling xyleem en floëem Vruchtontwikkeling Vruchtgroei Belang xyleem en floëem Bepalen van xyleem- en floëemaandeel in vruchtgroei Calciumaccumulatie Abscissiezone Girdling MRI Invloedsfactoren xyleem- en floëemaandeel in vruchtgroei Het dagverloop De vruchtontwikkeling De lichtintensiteit VPD Droogte - en zoutstress Sapstroommetingen doorheen smalle plantendelen Niet-invasieve sapstroomsensoren Onderzoeksvragen Materiaal en methoden Plantmateriaal en experimentele opzet Opvolgen microklimaat Opvolgen plantenfysiologie... 30

16 4.4 Girdling experiment Girdling Vruchtgroeimetingen Vruchttranspiratie Sapstroommetingen K-waarden Kalibratie Statistische analyse Resultaten Plantenfysiologie Sapstroom Stengeldiametervariatie Vruchtgroei Licor-metingen Girdling experiment Vruchtgroei- en transpiratie Vruchttranspiratie Aandeel xyleem en floëem in de vruchtgroei Sapstroom doorheen de trossteel K-waarden Temperatuurratio Kalibratiecurves Correctie sapstroom Aandeel xyleem en floëem in de sapstroom Discussie Microklimaat Aandeel xyleem via vruchtgroei Aandeel xyleem via sapstroom mhfd sensor Kalibratie Dagelijkse dynamiek Conclusie Referenties... 79

17 1 Inleiding In de literatuur bestaat enige onenigheid omtrent het relatief aandeel xyleem en floëem in de sapstroom naar de tomatentros tijdens de vruchtontwikkeling. Het floëem is voornamelijk belangrijk voor het suikertransport naar de tomatenvruchten die de kwaliteit van de tomatenvruchten bepaalt. Het xyleem is onder andere verantwoordelijk voor het calciumtransport dat belangrijk is bij het voorkomen van neusrot. Tot voor kort werd slechts een beperkte bijdrage van de sapstroom naar de vrucht aan het xyleem toegeschreven (Ho et al., 1987; Lee, 1989; Van Ieperen et al., 2003; Plaut et al., 2004; Guichard et al., 2005) die mogelijks zelfs nog afnam gedurende de vruchtontwikkeling (Ho et al., 1987). In één recente studie van Windt et al. (2009) werd echter gevonden dat minstens 75 % van de sapstroom naar de tomatentros via het xyleem gebeurt. Enkel in deze studie van Windt et al. (2009) werden via MRI ( nuclear magnetic resonance imaging ) directe metingen van de sapstroom bekomen. Directe metingen van de sapstroom doorheen de trossteel van tomatenplanten zijn beperkt aangezien de meeste sapstroomsensoren gebruik maken van een warmtenaald en thermokoppels die dienen te worden ingebracht in het plantendeel waardoor de sapstroom wordt opgemeten. Voor smalle plantendelen leidt dit mogelijks tot te grote interne schade waardoor niet-invasieve alternatieven dienen te worden gezocht. In deze studie wordt hiervoor een recent ontwikkelde miniatuurversie van de HFD ( heat field deformation ) sapstroomsensor gebruikt (Hanssens et al., 2013). Om vervolgens een idee te krijgen over het aandeel xyleem en floëem gedurende de vruchtontwikkeling werden verschillende trossen met hitte behandeld ( girdling, ringen) om het floëem te vernietigen. De sapstroom werd hierbij voor en na de behandeling opgevolgd. Naast deze directe metingen van de sapstroom werd het relatief xyleemaandeel in de sapstroom naar de tomatentros ook bepaald via de methode toegepast door Guichard et al. (2005) op basis van de vruchtgroei en transpiratie. 1

18 2

19 2 Literatuurstudie 2.1 Watertransport in de plant Waterpotentiaalgradiënt als drijvende kracht De beschikbaarheid van water in het substraat-plant-atmosfeer-continuüm (SPAC) wordt uitgedrukt a.d.h.v. de waterpotentiaal ( ; MPa). Het eigenlijke watertransport doorheen het SPAC wordt gedreven door een waterpotentiaalgradiënt, waarbij waterstroming spontaan gebeurt van plaatsen met een minder negatieve naar plaatsen met een meer negatieve waterpotentiaal. De totale waterpotentiaal is het resultaat van een reeks fysische en chemische processen die elk op zich de beschikbaarheid van het water beïnvloeden. De kan bijgevolg onderverdeeld worden in verschillende componenten, die elk bepaalde van die processen omvatten (Jones, 2007): P m g (vgl. 2.1) met P de hydrostatische potentiaal de osmotische potentiaal, m de matrixpotentiaal en g de gravitatiepotentiaal. De hydrostatische potentiaal kan zowel positief (positieve turgordruk in levende plantencellen) als negatief (negatieve zuigspanning in het xyleem) zijn. De osmotische potentiaal resulteert uit de osmotische activiteit van opgeloste stoffen en kan t.o.v. zuiver water steeds bepaald worden uit de vergelijking van Van t Hoff. Deze waarde is steeds negatief aangezien er t.o.v. zuiver water steeds zuigkrachten zullen optreden t.g.v. osmose. De matrixpotentiaal is het resultaat van capillaire krachten en versterkt de negatieve waarde van de osmotische potentiaal in de celwand. De gravitatiepotentiaal bedraagt slechts 0.01 MPa m -1 en dient bijgevolg enkel in rekening gebracht te worden bij grote bomen Vasculair watertransport Xyleemtransport Het xyleemweefsel is opgebouwd uit houtvaten, tracheïden, xyleemparenchym en xyleemvezels. De houtvaten, tracheïden en xyleemvezels behoren tot de apoplast. Dit is het niet-levende continuüm in de plant waartoe ook de poriën en holten in de celwanden en intercellulaire ruimten behoren. Het watertransport via het xyleem gebeurt bij de gymnospermen uitsluitend via de tracheïden, terwijl dit bij de angiospermen zoals tomatenplanten voornamelijk via de houtvaten gebeurt. 3

20 Het eigenlijke watertransport vanuit de wortels naar bovengrondse plantendelen wordt volledig gedreven door een hydrostatische potentiaalgradiënt aangezien beide xyleemceltypes voor watertransport dood zijn. Deze hydrostatische potentiaalgradiënt of zuigspanning wordt gecreëerd door de transpiratie van water ter hoogte van de stomata van de bladeren en wordt via het vatensysteem doorgegeven tot aan de wortels (Meinzer et al., 2001). De stomatale transpiratie wordt gedreven door het verschil in relatieve luchtvochtigheid in de substomatale holten en intercellulaire ruimten van de bladeren en deze in de atmosfeer. In substomatale holten en intercellulaire ruimten bedraagt deze ongeveer 100%, terwijl deze in de atmosfeer meestal lager is waardoor water naar de atmosfeer diffundeert. Deze diffusie is de voornaamste oorzaak van waterverlies naar de atmosfeer. Water kan ook aan het blad onttrokken worden via cuticulaire transpiratie, maar dit is eerder beperkt (Jones, 1992). De mate waarin de atmosfeer vraagt naar water wordt uitgedrukt als het dampdruktekort (of vapour pressure deficit, VPD; kpa) van de lucht. Het mechanisme van watertransport gedreven door transpiratie met vorming van een zuigspanning doorheen de xyleemvaten werd reeds voorgesteld door Dixon & Joly (1894). Hierbij wordt vooropgesteld dat de waterkolom weerstand kan bieden aan deze hoge zuigspanningen dankzij cohesiekrachten, veroorzaakt door waterstofbruggen, tussen de watermoleculen enerzijds en adhesiekrachten tussen celwanden en watermoleculen anderzijds. Deze vormen zo een lange ketting van watermoleculen die deze spanning verspreiden over het gehele xyleem van blad tot wortel, waardoor de nodige hydrostatische potentiaalgradiënt voor watertransport vanuit de wortels naar de bladeren wordt opgebouwd. Dit mechanisme is algemeen gekend als de cohesie-tensie theorie. Tot op vandaag wordt deze theorie nog steeds aanvaard als het mechanisme voor opwaarts watertransport via het xyleem Floëemtransport Naast het xyleem, verantwoordelijk voor het transport van water en mineralen vanuit de wortels naar bovengrondse plantendelen, is het floëem verantwoordelijk voor het transport van o.a. fotosyntheseproducten van source (vb. bladeren) naar sink. Mogelijke sinks zijn plantendelen in groei- of opslagfase (vb. apices, wortels, vruchten ) (Taiz & Heiger, 2006). Floëemweefsel bij angiospermen is typisch opgebouwd uit zeefvaten, zustercellen, parenchymcellen en bastvezels. De zeefvaten, zustercellen en parenchymcellen behoren tot de symplast. Dit omvat de levende materie van de plant die een continuüm vormt door de plasmodesmata die de verschillende plantencellen met elkaar verbindt. 4

21 De zeefvaten zijn levende transportcellen die instaan voor het transport van de fotosyntheseproducten. Wegens gebrek aan een celkern en tonoplast zijn ze wel afhankelijk van hun zustercellen voor het onderhouden van enkele metabolische activiteiten. Dit nauw samenwerkingsverband is mogelijk door de vele plasmodesmata die hen met elkaar verbindt. De zeefvaten zelf zijn onderling verbonden met zeefplaten die grote poriën bezitten die de protoplasten van de opeenvolgende zeefvaten verbindt (Fig. 2.1; Oparka & Cruz, 2000). De combinatie zeefcel-zustercel is o.a. verantwoordelijk voor het laden van suikers bij de source en ontladen ter hoogte van de sink. Tot op vandaag is de Münch-hypothese (Münch, 1930) het meest algemeen aanvaarde mechanisme voor floëemtransport. Deze hypothese stelt voorop dat het massatransport van water in het floëem gedreven wordt door een osmotische potentiaalgradiënt gecreëerd tussen source en sink. Het eigenlijke transport in de zeefvaten zelf wordt gedreven door een hydrostatische potentiaalgradiënt. Laden van suikers ter hoogte van de source verlaagt de osmotische potentiaal, waardoor via osmose water wordt aangetrokken vanuit de omringende weefsels (vb. xyleem) en de hydrostatische potentiaal toeneemt. Ontladen van suikers nabij de sink daarentegen verhoogt de osmotische potentiaal waardoor water naar omringende weefsels migreert en de hydrostatische potentiaal verlaagt. Op die manier wordt een hydrostatische potentiaalgradiënt opgebouwd en onderhouden om het massatransport van water in het floëem te bewerkstelligen. Laden en ontladen van suikers ter hoogte van respectievelijk de source en sink kan volgens verschillende mechanismen verlopen die zowel passief, actief, apoplastisch en symplastisch kunnen zijn (Patrick, 1997; Turgeon, 2010; De Schepper et al., 2013). Bij tomaat is sucrose de belangrijkste transportsuiker (Damon et al., 1988; De Schepper et al., 2013) die actief via de apoplast wordt geladen ( Patrick et al., 2001; Lalonde et al., 2003; Turgeon, 2010). De manier van ontladen wijzigt gedurende de vruchtontwikkeling van passief via de symplast naar actief via de apoplast (Damon et al., 1988; Brown et al., 1997). Verder toonden studies bij tomaat aan dat volwassen tomatenbladeren een koolstofbalans in evenwicht trachten te bekomen door de mate van laden van suikers aan te passen aan zowel de huidige CO 2 -fixatie als de hoeveelheid aanwezige zetmeelreserves (Ho, 1978; De Swaef et al., 2013). 5

22 Fig. 2.1: Conceptuele weergave van xyleemtransport ( cohesie-tensie theorie ) en floëemtransport (Münch hypothese) met indicatieve potentiaalwaarden (aangepaste figuur van Nobel (1999)) Koppeling xyleem en floëem Aangezien het vasculair transportweefsel dicht bij elkaar gelegen is, is onderling radiaal watertransport mogelijk (Hölttä et al., 2005). Deze hydraulische koppeling tussen het xyleem en floëem wordt weergegeven in Fig Transpiratie creëert een zuigspanning in het xyleem, terwijl laden en ontladen van assimilaten in het floëem ter hoogte van respectievelijk de sources en sinks een osmotisch gereguleerde hydrostatische potentiaalgradiënt onderhoudt. Een verschil in totale waterpotentiaal tussen xyleem en floëem geeft aanleiding tot radiaal watertransport zoals weergegeven in Fig Op source niveau is de totale waterpotentiaal in het xyleem minder negatief dan in het floëem, wat aanleiding geeft tot watertransport vanuit het xyleem naar het floëem. Op sink niveau is de situatie omgekeerd aangezien ontladen in de sink aanleiding geeft tot een minder negatieve waterpotentiaal in het floëem. Zelfs bij afwezigheid van transpiratie resulteert de hydraulische koppeling tot een opwaartse sapstroom in het xyleem die de floëem sapstroom onderhoudt. Dit wordt aangeduid met de term Münch counterflow (Pate et al., 1985; Tanner & Beevers, 1990). 6

23 2.2 Vruchtontwikkeling Vruchtgroei Tomatenvruchten vertonen een sigmoïdaal groeipatroon, onafhankelijk van de periode in het groeiseizoen. De vruchtontwikkeling kan opgedeeld worden in 3 perioden (Ho & Hewitt, 1986; Guichard et al., 2001). De eerste 2 weken gebeurt celdeling en initiële celstrekking en deze weken worden gekarakteriseerd door een lage absolute groeisnelheid. Hierna volgt een periode van 3-5 weken met een snelle groei van de vrucht t.g.v. celstrekking. Ten slotte volgt een periode van een tweetal weken met trage groei, maar een sterke metabolische activiteit (vruchtrijping) (Fig. 2.2). Fig. 2.2: Verschillende stadia in de vruchtontwikkeling bij tomatenplanten (aangepaste figuur van Guichard et al. (2001)). Rijpe tomatenvruchten bevatten % water, afhankelijk van de omgevingsomstandigheden en het genotype (Davies & Hobson, 1981), en bijgevolg slechts 5-8 % droge stof. De helft van de droge stof bestaat uit de reducerende suikers glucose en fructose. Het sucrosegehalte is beperkt tot 1 % van de droge stof (Ho & Hewitt, 1986). Tijdens de vruchtontwikkeling neemt het gehalte zetmeel toe tot dagen na anthese, waarna het wordt afgebroken en resulteert in een toename aan reducerende suikers (Ho & Hewitt, 1986). De belangrijkste organische zuren zijn appel- en citroenzuur. Deze vertegenwoordigen % van het droge stofgehalte (Ho & Hewitt, 1986) en bepalen samen met de suikers de smaak van tomaat. Verder zijn tomatenvruchten ook een bron van mineralen (Ca, P, Fe, Na, K), vitaminen (B 1, B 2, B 6, C en E) en antioxidanten. Tot de antioxidanten in tomatenvruchten behoren vitamine C, E en de carotenoïden β-caroteen en lycopeen (Frusciante et al., 2007). Deze carotenoïden zorgen ook voor respectievelijk de geeloranje en rode kleur tijdens de vruchtontwikkeling. Verschillende studies tonen aan dat lycopeen een gunstig effect heeft op de preventie van verschillende kankers en cardiovasculaire ziekten (Gerster, 1997; Clinton, 1998). 7

24 Aangezien 92 tot 95 % van de tomatenvruchten bestaat uit water kan aangenomen worden dat de vruchtgroei van tomatenplanten voornamelijk resulteert uit de waterinflux vanuit het xyleem en floëem en een waterefflux via vruchttranspiratie: dw fr dt = F x fr + F p fr T fr (vgl. 2.2) met W fr fr fr het gewicht aan water in de tomaat (g), F x en F p zijn respectievelijk de waterinflux vanuit het xyleem en het floëem (g h -1 ) en T fr is de vruchttranspiratie (g h -1 ). De grootte van de waterinfluxen is afhankelijk van de totale waterpotentiaalgradiënt en de hydraulische geleidbaarheid tussen de plant en de vruchten (Ho et al., 1987; Lee, 1989; Johnson et al., 1992; Guichard et al., 2005; Liu et al., 2007). Water getransporteerd via het xyleem dient ter hoogte van de vrucht over te gaan van de fr apoplast (xyleem) naar de symplast (vruchtcel) via het plasmamembraan, waardoor F x gedreven wordt door de totale waterpotentiaalgradiënt en dit voor de gehele groeiperiode van fr de vrucht. In tegenstelling tot het xyleem wijzigt de drijvende kracht voor F p tijdens de vruchtontwikkeling (Damon et al., 1988; Patrick & Offler, 1996; Brown et al., 1997). In jonge vruchten wordt het floëemtransport voornamelijk gedreven door een hydrostatische drukgradiënt tussen het floëem en de vrucht, aangezien de plasmodesmata die het floëem met de vruchtcellen verbindt een bulksapstroom toelaat die het effect van de osmotische potentiaal beperkt. Aldus gebeurt het ontladen bij jonge vruchten voornamelijk via het symplastisch mechanisme. Verder in de vruchtontwikkeling verminderen deze plasmodesmatische verbindingen en neemt het belang van de osmotische potentiaalgradiënt toe waardoor floëemtransport eerder wordt gedreven door de totale waterpotentiaalgradiënt en ontladen meer apoplastisch gebeurt. Een terugstroom vanuit de tomatenvrucht naar de plant is mogelijk indien de vruchtwaterpotentiaal groter is dan de stamwaterpotentiaal (Johnson et al., 1992; Guichard et al., 2005). Dit kan voorkomen als het VPD van de lucht vrij hoog is of de waterbeschikbaarheid voor de wortels laag. Deze terugstroom zou voornamelijk vanuit het xyleem gebeuren (Tromp, 1984, Lang & Thorpe, 1989), aangezien volgens Johnson et al. (1992) het weinig waarschijnlijk is dat deze symplastisch via het floëem gebeurt, want dit vereist laden van sucrose in de zeefvaten ter hoogte van de vruchten gepaard gaande met een verlies aan assimilaten uit de vrucht. 8

25 De Swaef (2011) stelt echter dat een lage waterbeschikbaarheid en/of hoge VPD de stamwaterpotentiaal doen dalen en aangezien deze sterk gelinkt is met de floëemturgor (Genard et al., 2001; Steppe et al., 2006), daalt de floëemturgor bijgevolg ook. Indien deze daling voldoende groot is, kan de floëemturgor dalen tot onder de turgordruk in de vrucht en een terugstroom uit de vrucht via het floëem teweeg brengen (Damon et al., 1988; Liu et al., 2007) Belang xyleem en floëem De droge stof in tomatenvruchten is grotendeels afkomstig van fotoassimilaten gesynthetiseerd in de bladeren die worden getransporteerd als sucrose naar de vruchten via het floëem. In de vruchten worden sucrose en andere suikers omgezet in organische zuren en andere aromacomponenten zoals aminozuren en polyfenolen die mee de smaak van tomaat bepalen (Guichard et al., 2001). Naast sucrose worden o.a. ook aminozuren, ionen (vb. K + ), eiwitten, auxine, secundaire metabolieten en RNA via het floëem getransporteerd (Patrick et al., 2001; Turgeon & Wolf, 2009). Algemeen is de combinatie van een hoog gehalte oplosbare suikers en titreerbare zuren in overeenstemming met een goede smaak (Kader et al., 1978). Het oplosbare suikergehalte is positief gecorreleerd met het droge stofgehalte, waaruit volgt dat een toename van het droge stofgehalte leidt tot een verhoging van de vruchtkwaliteit (Dorais et al., 2001). De xyleeminflux naar de tomatenvruchten is vooral belangrijk voor het calciumtransport naar de vruchten (Ho et al., 1987), wat van cruciaal belang is ter preventie van neusrot (Ho & White, 2005). Neusrot ontstaat ten gevolge van calciumdeficiëntie in het distale gedeelte van de vruchtwand (Adams & Ho, 1993; Ho et al., 1993) en is zichtbaar als bruinzwarte vlekken geassocieerd met weefselnecrose. Tomatenvruchten met neusrot zijn niet geschikt voor verkoop, maar ook te vermijden bij opslag wegens het risico op infecties. Manipulatie van de omgevingscondities in de serre zou het relatief xyleem of floëemaandeel in de sapstroom kunnen wijzigen om op die manier de vruchtopbrengst en kwaliteit te reguleren (Windt et al., 2009). Een groter floëemaandeel resulteert in een hoger droge stofgehalte in de vrucht, terwijl bevorderen van de instroom via het xyleem zou kunnen zorgen voor een hoger versgewicht en een grotere toevoer van calcium om het risico op neusrot te verkleinen (Ho & White, 2005). 9

26 2.2.3 Bepalen van xyleem- en floëemaandeel in vruchtgroei In de literatuur is er enige controverse omtrent de relatieve bijdrage van het xyleem en floëem bij het watertransport naar de tomatenvruchten. De beperkte bijdrage van het xyleem in het watertransport naar de tomatenvruchten werd tot nu toe meestal indirect bepaald op basis van onder andere het calciumgehalte in de vrucht (Ho et al., 1987; Plaut et al., 2004), de anatomie van de abscissiezone in de vruchtsteel (Lee, 1989; Van Ieperen et al., 2003) en girdling experimenten (Guichard et al., 2005). Directe metingen van de sapstroom doorheen de trossteel zijn beperkt, aangezien deze sapstroom en drijvende krachten achter het watertransport naar de tomatenvruchten klein en moeilijk te bepalen zijn (Windt et al., 2009). Recent werd echter de waterinflux in tomatentrossen bestudeerd via nuclear magnetic resonance imaging (MRI) en hieruit bleek dat een groot deel van de waterinflux via het xyleem plaatsgrijpt, dit in tegenstelling tot de eerdere studies (Windt et al., 2009) Calciumaccumulatie Om het relatieve aandeel van F x fr en F p fr in de sapstroom naar de tomatentros te bepalen via de calciumaccumulatie methode wordt er vanuit gegaan dat het calciumtransport naar de tomatentros grotendeels via het xyleem gebeurt en het eventueel calciumtransport via het floëem verwaarloosbaar is (Ho et al., 1987; Plaut et al., 2004). De dagelijkse waterimport naar de tomaten via het xyleem F fr d,x (L) wordt bij de methode van Ho et al. (1987) berekend volgens vgl. 2.3, waarbij wordt verondersteld dat het calciumgehalte in wortelstompexudaten evenredig is met het gehalte in het xyleemsap. Bij de fr methode van Plaut et al. (2004) wordt F d,x berekend volgens vgl Zij bepalen het calciumgehalte in het xyleemsap van de vruchtsteel van een geoogste tomatenvrucht. De relatieve dagelijkse waterimport via het xyleem wordt verder berekend als de verhouding van F fr d,x tot de totale dagelijkse waterimport in de vrucht. De totale dagelijkse waterimport naar de vrucht wordt berekend als de som van de toename van het watergewicht van de vrucht en de dagelijkse vruchttranspiratie. F fr d,x F fr d,x = Ca d fr Ca ex = Ca d fr Ca pd (vgl. 2.3) (vgl. 2.4) 10

27 met Ca fr d de dagelijkse calciumaccumulatie in de vrucht (mmol), Ca ex de calciumconcentratie in wortelstompexudaten (mmol L -1 ) en Ca pd de calciumconcentratie in het sap van de vruchtsteel na extractie met de drukbom (mmol L -1 ). fr Volgens de resultaten van Ho et al. (1987) is het aandeel F x in het begin van de vruchtontwikkeling beperkt tot 8-15 % en neemt dit verder af gedurende de vruchtontwikkeling tot slechts 1-2 % bij rijpheid. De resultaten van Plaut et al. (2004) bevestigen het beperkte aandeel van het xyleem naar de tomatentros. Wel bevindt het aandeel fr F x zich steeds tussen de % en dit voor de gehele vruchtontwikkeling. Het belangrijkste punt van kritiek bij deze methode is dat wordt verondersteld dat het calciumtransport via het floëem verwaarloosbaar is. In floëemsap van de wonderboom en eucalyptus bijvoorbeeld werden calciumconcentraties bekomen van respectievelijk 25 en 66 % van de concentraties in wortelstompexudaten (Pate et al., 1998; Peuke et al., 2006). Bovendien gebeurt de sapstroom naar de tomatentrossen grotendeels via het floëem (Ho et al., 1987; Lee, 1989; Guichard et al., 2001; Guichard et al., 2005), waardoor de calciumimport via het floëem niet verwaarloosd kan worden (Windt et al., 2009). Ook wordt bij deze methode verondersteld dat er geen terugstroom is via het xyleem vanuit de tomatenvruchten, terwijl dit wel kan voorkomen onder droogte- of zoutstress of bij hoge VPD (Johnson et al., 1992; Guichard et al., 2005) Abscissiezone fr fr In de studie van Lee (1989) wordt het aandeel F x en F p in de sapstroom naar de vrucht bepaald op basis van enerzijds de hydraulische geleidbaarheid in het xyleem en het floëem en anderzijds het aandeel xyleem en floëem bij dwarsdoorsnede ter hoogte van de abscissiezone in de knik van de vruchtsteel. Voor de abscissiezone bedraagt het gemiddelde aandeel xyleem en floëem respectievelijk 26 en 31 % en erna 30 en 24 %, maar ter hoogte van deze abscissiezone zelf neemt het aandeel xyleem af met een factor , terwijl het aandeel floëem bijna verdubbelt (Lee, 1989). Deze abscissiezone wordt in de studie van Lee (1989) dan ook gezien als een weerstand voor waterinflux via het xyleem. 11

28 abs Het watertransport doorheen de abscissiezone in de vruchtsteel (F x, F abs fl ; m 3 s -1 ) wordt berekend als de totale waterpotentiaalgradiënt tussen het stengelxyleem- of floëem en de vrucht ( ; MPa) vermeerderd met de hydraulische geleidbaarheid (L p,x, L p,fl ; m 2 MPa -1 s -1 ) en de oppervlakte bij dwarsdoorsnede (A x, A fl ; mm²). De hydraulische geleidbaarheid in het xyleem bedraagt gemiddeld m 2 MPa -1 s -1 (Nobel, 1983) en deze in het floëem m 2 MPa -1 s -1 (Milburn, 1975; Nobel, 1983). Het oppervlakteaandeel floëem is 10 keer groter dan het aandeel xyleem in de abscissiezone (Lee, 1989): F x abs = L p,x A x = (vgl. 2.5) F abs fl = L p,fl A fl = (vgl. 2.6) Uit vgl. 2.5 en 2.6 volgt dat de sapstroom doorheen de abscissiezone voor gemiddeld 77 % afkomstig is van het floëem en slechts voor 23 % van het xyleem. In deze studie wordt het beperkte aandeel van het xyleem in de sapstroom naar de tomatenvruchten volledig toegeschreven aan de hoge hydraulische weerstand in de abscissiezone. Malone & Andrews (2001) tonen echter aan dat de hydraulische weerstand in het vruchtpericarp de belangrijkste weerstand is voor sapstroom naar de tomatenvruchten en dat deze in de abscissiezone vrij beperkt is. Verder wordt ook geen rekening gehouden met het verschil in de drijvende kracht achter het xyleem- en floëemtransport naar de vrucht, aangezien uit de verhouding van vgl. 2.5 en 2.6 de fr relatieve aandelen van F x en F fr fl bepaald worden. Deze van het xyleem is steeds de totale waterpotentiaalgradiënt tussen het stengelxyleem en de tomatenvrucht, terwijl deze van het floëem wijzigt gedurende de vruchtontwikkeling van enkel een hydrostatische drukgradiënt naar een totale waterpotentiaalgradiënt (Damon et al., 1988; Brown et al., 1997) Girdling Om het relatieve aandeel van het xyleem en het floëem in de vruchtgroei te bestuderen wordt vaak de methode van Lang & Thorpe (1989) gebruikt (Lang & Thorpe, 1989; Guichard et al., 2005; Morandi et al., 2011). Hierbij wordt door heat girdling (ringen) van de trossteel het floëem vernietigd, waarbij het xyleem verondersteld wordt intact en functioneel te blijven. 12

29 De vruchtgroei van intacte vruchten komt dan overeen met F fr x + F fr p T fr, deze van geringde vruchten met F fr x T fr en deze van geoogste vruchten met T fr (vgl. 2.2). In de studie van Guichard et al. (2005) wordt deze methode toegepast en resultaten van de studie tonen aan dat % van de dagelijkse sapstroom naar de tomatenvruchten afkomstig is van het floëem. Deze bevindingen zijn in overeenstemming met de calciumaccumulatie methode. De girdling methode is wel onderhevig aan enkele punten van kritiek. Allereerst wordt bij deze methode verondersteld dat het vernietigen van het floëem geen effect heeft op F fr x. Clearwater et al. (2012) en Clearwater et al. (2013) stellen echter dat het xyleem en floëem op een additieve manier functioneren waarbij het xyleem gedeeltelijk de floëeminflux kan overnemen indien deze verstoord is (vb. na girdling ). Een tweede opmerking, hierbij aansluitend, is dat door het blokkeren van F fr p, de osmotische potentiaal in de tomatenvrucht zal wijzigen aangezien niet langer sucrose wordt geïmporteerd. Op die manier wordt de totale waterpotentiaalgradiënt tussen de stengel en vruchten fr gewijzigd, waardoor ook F x verandert. Dit resulteert in systematische fouten bij het schatten fr fr van het relatief aandeel van F p en F x in de vruchtgroei (Fishman et al., 2001). Analyse van deze methode door Guichard et al. (2005) gaf als resultaat dat gedurende 12 uren na girdling fr de vruchtwaterpotentiaal onverstoord blijft, waarbij verondersteld kan worden dat F x gedurende die tijd ook niet verstoord wordt. Een derde punt van kritiek is dat mogelijks ook het xyleem of omringend weefsel geschaad wordt. Het weefsel dat de houtvaten en tracheïden omringt zou het xyleem o.a. beschermen tegen cavitatie (Hacke & Sperry, 2001). Guichard et al. (2005) konden schade aan het xyleem niet waarnemen. Analyse van de hydraulische weerstand in het xyleem van de trossteel na heat girdling toont ook aan dat de conductiviteit in het xyleem geen effect ondervindt van de fr behandeling (Hanssens, 2015). Het gebruik van MRI voor analyse van F x toont aan dat er geen waarneembaar effect is van heat girdling op het watertransport via het xyleem gedurende minstens 2 dagen na behandeling MRI In één recente studie van Windt et al. (2009) werd de sapstroom doorheen de trossteel van tomatenplanten bestudeerd gebaseerd op het principe van magnetische resonantie. Hierbij wordt de trossteel in het centrum van een elektromagneet geplaatst om het magnetisch veld te creëren en omwonden met radiofrequentie (RF) spoelen om de radiofrequente golven te induceren en op te vangen. 13

30 Op die manier kunnen opeenvolgende dwarsdoorsneden van 3 mm dikte van de trossteel in beeld worden gebracht (Windt et al., 2006; Windt et al., 2009), waarbij aan elke pixel (78 x 156 µm, 86 x 171 µm) afzonderlijk verschillende sapstroomkarakteristieken kunnen worden toegeschreven waaronder de sapstroomsnelheid (mm s -1 ), het sapstroomvolume (mm 3 s -1 ) en het sapstroom geleidend oppervlak (mm 2 ) (Scheenen et al., 2000). Op het einde van het experiment wordt de trossteel doorgesneden op de plaats waar MRI werd uitgevoerd om de anatomie van de trossteel te vergelijken met de bekomen sapstroomeigenschappen van de pixels. Resultaten van de studie tonen aan dat minstens 75 % van de sapstroom naar de tomatentros afkomstig is van het xyleem (Windt et al., 2009), dit in tegenstelling tot de bevindingen van vele andere auteurs (Ho et al., 1987; Lee, 1989; Guichard et al., 2001; Guichard et al., 2005). Verder wordt vanaf halverwege de vruchtontwikkeling een terugstroom vanuit het xyleem vastgesteld waarvan de grootte toeneemt naarmate de vruchtontwikkeling vordert (Windt et al., 2009). Om de trossteel juist in het centrum tussen de 2 polen van de elektromagneet te kunnen plaatsen dienden enkele plantendelen te worden verwijderd, wat mogelijks een invloed had op de resultaten (Windt et al., 2009). De 2 bladeren onder de tros werden verwijderd en om de source - sink verhouding te behouden werden vervolgens ook de tros boven en onder de geobserveerde tros verwijderd. Verder dient ook opgemerkt te worden dat de proef werd uitgevoerd bij een lage lichtintensiteit (350 µmol m -2 s -1 fr ), waardoor het relatief aandeel F x toeneemt (Hanssens et al., 2015) Invloedsfactoren xyleem- en floëemaandeel in vruchtgroei Het dagverloop De totale waterinflux in de vrucht is hoger in de namiddag en avond dan s nachts en s ochtends, waarbij de relatieve groeisnelheid van de vrucht s avonds maximaal is om dan af te nemen tot aan de volgende middag. Na de middag neemt deze weer toe om s avonds weer een maximum te bereiken (Ehret & Ho, 1986; Pearce et al., 1993; Guichard et al., 2005; Hanssens et al., 2013). 14

31 Hierbij is de dagelijkse dynamiek van F fr fr fr x en F p verschillend. F x vertoont s avonds een maximum en daalt geleidelijk tijdens de nacht om vervolgens sterker te dalen overdag. In de fr fr late namiddag neemt F x weer toe. F p en T fr daarentegen vertonen een maximum in de namiddag en minima s nachts en s ochtends (Ehret & Ho, 1986; Guichard et al., 2005; fr Hanssens, 2015). Samenvattend is F x hoger s nachts dan overdag en is de omgekeerde fr situatie waar voor F p en T fr De vruchtontwikkeling Bij tomatenplanten wordt al het water, de mineralen en merendeel van de assimilaten nodig voor vruchtgroei aangevoerd vanuit de stengel via de tros- en vruchtsteel naar de vrucht (Ho et al., 1987). Halverwege de vruchtsteel bevindt zich een knik die de toekomstige abscissiezone bevat (Lee, 1989; Andre et al., 1999). Verschillende studies tonen aan dat het xyleemaandeel in het watertransport naar de vrucht beperkt is (Ho et al., 1987; Lee, 1989; Guichard et al., 2001). Een van de mogelijke redenen is de lage vruchttranspiratie (Ho et al., 1987), alhoewel deze zeker niet te verwaarlozen is onder zomerse omstandigheden (Leonardi et al., 1999). Een andere reden is de hoge hydraulische weerstand in de xyleem pathway naar de vrucht (Lee, 1989; Malone & Andrews, 2001, Van Ieperen et al., 2003). Een argument hiervoor is de beperkte dagelijkse krimp of zelfs afwezigheid ervan bij tomatenvruchten (Ehret & Ho, 1986; Johnson et al., 1992), terwijl dit bij verschillende andere zachte vruchten wel geobserveerd wordt. Deze krimp wordt toegeschreven aan een terugstroom uit de vrucht via het xyleem (Tromp, 1984; Lang & Thorpe, 1989). Deze blijkt beperkt te zijn bij tomaten en dit wordt toegeschreven aan de hoge hydraulische weerstand in de xyleem pathway naar de vrucht en wordt gezien als een bescherming van de plant tegen stressomstandigheden. Verschillende auteurs (Lee, 1989; Van Ieperen et al., 2003) verklaren dat de hoge hydraulische weerstand in het xyleem zich ter hoogte van de abscissiezone in de knik van de vruchtsteel bevindt. Gedurende de vruchtontwikkeling neemt deze weerstand verder toe, terwijl deze boven en onder de knik afneemt (Van Ieperen et al., 2003). In de studie van Van Ieperen et al. (2003) werd de hydraulische weerstand in het vruchtweefsel zelf niet onderzocht, maar wordt er vermeld dat deze mogelijks de weerstand in de abscissiezone sterk overtreft. 15

32 Dit wordt bevestigd door Malone & Andrews (2001). Zij tonen aan dat er geen significante hydraulische beperkingen zijn in het watertransport vanuit het xyleem tot aan de calyx en stellen dat meer dan 90 % van de hydraulische weerstand voor sapstroom zich ter hoogte van het vruchtpericarp bevindt in plaats van in de abscissiezone. Tracer experimenten met de fluorescente kleurstof lucifer yellow (LYCH) toonden namelijk functionele xyleemverbindingen aan tussen de trossteel, vruchtsteel en het vruchtpericarp. fr fr Volgens Plaut et al. (2004) blijft de relatieve verhouding van F x en F p ongeveer constant tijdens de gehele vruchtontwikkeling, in tegenstelling tot Ho et al. (1987) die verklaren dat fr het aandeel F x verder afneemt gedurende de vruchtontwikkeling startende van 8-15 % naar slechts 1-2 % bij rijpheid. Verder stelt Hanssens (2015) dat het xyleem in de tros- en vruchtsteel nog steeds functioneel is 5 weken na anthese. Volgens Windt et al. (2009) en Clearwater et al. (2012) blijft respectievelijk bij tomaat en kiwi de xyleeminflux functioneel gedurende de gehele vruchtontwikkeling. Studies bij appel tonen een toename van xyleem en floëem aan gedurende de vruchtontwikkeling bij doorsnede in de trossteel (Lang & Ryan, 1994). De toename in fr floëemweefsel is evenredig met de toename in F p gedurende de vruchtontwikkeling, terwijl de toename in xyleemweefsel voornamelijk xyleemparenchym en vezels zijn en geen houtvaten of tracheïden waardoor F fr x eerder afneemt gedurende de ontwikkeling van de appels (Lang & Ryan, 1994). Tijdens de vruchtontwikkeling wijzigt ook het ontladen vanuit het floëem naar de vruchtcellen van het symplastisch naar het apoplastisch mechanisme, waardoor de drijvende kracht achter het floëemtransport wijzigt van enkel een hydrostatische drukgradiënt naar een totale waterpotentiaalgradiënt (Damon et al., 1988; Brown et al., 1997). Bijgevolg wordt het floëem- en xyleemtransport naar de vrucht allebei gedreven door dezelfde gradiënt. Echter, Hanssens (2015) stelde verschillende patronen vast in de dynamica van F fr x en F fr p, zelfs 5 weken na anthese wat duidt op het feit dat de plasmodesmatische verbindingen tussen het floëem en de vruchtcellen nog voldoende aanwezig zijn om floëemtransport naar de vrucht nog voornamelijk via een hydrostatische potentiaalgradiënt te laten verlopen i.p.v. de totale waterpotentiaalgradiënt zoals bij het xyleem. 16

33 De lichtintensiteit Het xyleemaandeel in de sapstroom naar de tros neemt toe bij lagere lichtintensiteiten ten gevolge van een hogere xyleeminflux en een lagere floëeminflux (Hanssens, 2015). Planten kunnen bij lagere lichtintensiteit overdag een grotere totale waterpotentiaalgradiënt behouden tussen de stengel en de vruchten waardoor de xyleeminflux bevoordeeld wordt. De xyleeminflux is uiterst gevoelig voor veranderingen in de totale plant waterstatus en dus veranderingen in het microklimaat. Bij voldoende waterbeschikbaarheid leidt een grotere instraling tot een grotere transpiratie waardoor de waterpotentiaal in het stengelxyleem negatiever wordt (Johnson et al., 1992; De Swaef & Steppe, 2010). De waterpotentiaal in de tomatenvrucht blijft ongeveer constant overdag (Johnson et al., 1992; fr Guichard et al., 2005). Bijgevolg kan worden verwacht dat F x lager is overdag dan s nachts of bij lage lichtintensiteit omwille van de kleinere totale waterpotentiaalgradiënt tussen de stengel en de vruchten (Ehret & Ho, 1986; Johnson et al., 1992). Hossain & Nonami (2010) stelden in het donker een xyleemaandeel tot 90 % vast in de sapstroom naar de tros. Tijdens fr de zomer is ten gevolge van de grotere instraling F x kleiner, waardoor het risico op neusrot door verminderde calciuminflux toeneemt (Ho et al., 1993). Toepassen van schaduw gedurende heel zonnige dagen zou dit risico kunnen verminderen. F fr p is lager voor planten die groeien bij lagere lichtintensiteit aangezien bij volwassen tomatenbladeren de mate van het laden van suikers afhankelijk is van zowel de huidige CO 2 - fixatie als de hoeveelheid aanwezige reserves (Ho, 1978; De Schepper et al., 2013; De Swaef et al., 2013). Een lagere lichtintensiteit leidt tot minder fotosynthese en bijgevolg minder laden van sucrose. Het laden van sucrose vanuit de bladeren in de zeefvaten is de belangrijkste drijvende kracht achter het floëemtransport (Komor, 2000; De Schepper et al., 2013) VPD fr Een hoge VPD reduceert F x en verhoogt T fr fr, maar heeft weinig effect op F p (Guichard et al., 2005). De vruchtgroei wordt ook beperkt en een xyleemefflux uit de vrucht is mogelijk bij een vrij hoge VPD, waarbij de xyleem waterpotentiaal in de stengel negatiever wordt dan de vruchtwaterpotentiaal (Johnson et al., 1992; Hanssens et al., 2012). 17

34 De dagelijkse dynamiek van de verschillende fluxen wordt wel behouden onafhankelijk van fr de VPD condities (Guichard et al., 2005). F p blijft steeds het belangrijkst met hoogste fr waarden overdag en laagste s nachts. F x daarentegen neemt s nachts en overdag af en s fr avonds toe. Overdag is F x bij een hoge VPD ook steeds lager dan T fr en kan enkel s nachts T fr overtreffen. De xyleem waterpotentiaal in de stengel is sterk gelinkt met de floëemturgor (Genard et al., fr 2001; Steppe et al., 2006), waardoor verwacht wordt dat bij hoge VPD ook F p beperkt wordt. Guichard et al. (2005) konden dit echter niet vaststellen. Een mogelijke verklaring is dat een hoge VPD geen effect heeft op het mobiliseren van zetmeel voor het laden van sucrose in de zeefvaten (Pearce et al., 1993; Grange & Andrews, 1994; Gary et al., 2003). Modelsimulaties van Hanssens et al. (2012) tonen echter aan dat de gereduceerde vruchtgroei bij hoge VPD en luchttemperatuur resulteert uit enerzijds een verhoogde T fr fr en verlaagde F x of zelfs een xyleemefflux, maar ook een verlaagde F fr p Droogte - en zoutstress Droogte- en zoutstress gedurende het groeiseizoen verlagen de vruchtgroei, het watertransport naar de tomatenvruchten en zorgen voor een hogere suikerconcentratie in de vruchten (Plaut et al., 2004). Het lagere watertransport naar de vruchten via het xyleem volgt uit het feit dat de xyleem waterpotentiaal in de stengel uiterst gevoelig is voor waterbeschikbaarheid terwijl de vruchtwaterpotentiaal slechts beperkt beïnvloed wordt (Johnson et al., 1992; Guichard et al., 1999; Hanssens et al., 2012). Bijgevolg is de totale waterpotentiaalgradiënt tussen de stengel en vruchten kleiner, alsook F fr x. De hogere suikerconcentratie bij droogtestress is grotendeels te wijten aan het verlaagde watertransport, terwijl bij zoutstress de suikeraccumulatie bevorderd wordt. Een mogelijke fr reden is het verhoogde aandeel F p onder zoutstress (90%) t.o.v. de controle of planten onder droogtestress (80-85%) (Plaut et al., 2004). Verder heeft matige zoutstress slechts weinig invloed op de fotosynthese (Gao et al., 1998) of kan deze zelfs bevorderen (Xu et al., 1995). Ook het sucrose transport via het floëem naar de vruchten en opslag als zetmeel wordt bevorderd (Gao et al., 1998). 18

35 De totale vruchtwaterpotentiaal is lager onder zout- en droogtestress (Mitchell et al., 1991; Hossain & Nonami, 2012) omwille van een verlaagde osmotische potentiaal. De hydrostatische potentiaal wijzigt slechts in beperkte mate. Dit duidt op osmoregulatie van de vruchten onder droogte- en zoutstress om zo de turgor voldoende hoog te houden (Hossain & Nonami, 2012). De vruchttranspiratie neemt toe gedurende de vruchtontwikkeling door toenemend verdampingsoppervlak, maar wordt verlaagd onder zoutstress (Plaut et al., 2004) o.a. door afname van de permeabiliteit van de vruchtcuticula, naast de reductie in vruchtgrootte (Hossain & Nonami, 2012). Droogtestress heeft minder invloed op de vruchttranspiratie (Plaut et al., 2004). fr Het relatieve aandeel F p is groter onder zoutstress, waaruit volgt dat zoutstress het xyleemtransport naar de vruchten reduceert (Plaut et al., 2004). Belda et al. (1996) tonen aan dat zoutstress de ontwikkeling van xyleemweefsel inhibeert. Droogtestress heeft een beperkte invloed op het relatieve xyleem- of floëemtransport naar de vruchten (Plaut et al., 2004). 2.3 Sapstroommetingen doorheen smalle plantendelen Directe sapstroommetingen in plantendelen met een kleine diameter zoals petiolen, tros- en vruchtstelen zijn moeilijk aangezien de meeste sapstroomsensoren gebruik maken van een warmtenaald en thermokoppelprobes die worden ingebracht in deze plantendelen. In meerdere studies van Cohen et al. (1988, 1990, 1993) werden sapstroommetingen in verschillende kruidachtige stengels uitgevoerd met zo n invasieve sapstroomsensor, maar hierbij was de diameter nooit kleiner dan 5 mm. Insertie van probes in nog smallere plantendelen kan het vasculair weefsel dermate schaden dat de sapstroom verstoord wordt (Clearwater et al., 2009). Daarom wordt op zoek gegaan naar niet-invasieve sapstroomsensoren waarbij warmte extern wordt toegediend en opgevolgd Niet-invasieve sapstroomsensoren Een van de mogelijke niet-invasieve sapstroomsensoren is een recent ontwikkelde mini heat field deformation (mhfd) sensor (Hanssens et al., 2013), gebaseerd op het HFD-principe waarbij continu warmte wordt toegediend. Deze wordt verder besproken in sectie Verder werden reeds niet-invasieve sapstroomsensoren voor smalle plantendelen ontworpen gebaseerd op de warmtepulsmethode (Bauerle et al., 2002; Helfter et al., 2007; Clearwater et al., 2009). 19

36 Deze methodes zijn gebaseerd op de fundamentele warmteconductie-convectie vergelijking zoals voorgesteld door Marshall (1958): T = Q 4 π Kt exp ( ρc 4Kt ((x V h) 2 + y 2 ) (vgl. 2.7) met T het temperatuurverschil (K) tussen de temperatuur op tijdstip t (s) na toepassen van een warmtepuls met warmte input Q (J m -1 ) en de temperatuur voor toepassen van de warmtepuls, gemeten in een punt op een afstand (x,y) van de warmtebron (0,0). V h is de warmtepulssnelheid (m s -1 ), K de thermische conductiviteit (W m -1 K -1 ) en ρc de volumetrische warmtecapaciteit van het spinthout (J m -3 K -1 ). Vgl. 2.7 is enkel geldig voor isotrope media, waardoor voor anisotrope media zoals het spinthout deze vergelijking dient aangepast te worden (Vandegehuchte & Steppe, 2012a): T = T = Q t 1 4 π K ax K tg t 0 t ρc exp ( 4K ((x V h )2 + y2 )) K ax K tg Q t 1 ρc exp ( 4 π K ax K tg t t 4K ((x V h )2 + y2 )) dt t t 0 K ax K tg dt voor 0 < t < t 0 (vgl. 2.8) voor t 0 < t (vgl. 2.9) met T het temperatuurverschil (K) tussen de temperatuur op tijdstip t (s) na toepassen van een warmtepuls op tijdstip t 0 (s) met warmte input Q (J m -1 ) en de temperatuur voor toepassen van de warmtepuls, gemeten in een punt op een afstand (x,y) van de warmtebron (0,0). K ax is de axiale en K tg de tangentiële thermische conductiviteit (W m -1 K -1 ). Zoals weergegeven in vgl. 2.7, 2.8 en 2.9 wordt de warmtepulssnelheid V h bepaald door temperatuurverschillen te meten op specifieke locaties rondom de warmtebron na toepassen van een warmtepuls, waarbij de verschillende warmtepulsmethodes verschillen in de manier waarop V h wordt afgeleid uit deze vergelijkingen (Vandegehuchte & Steppe, 2013). De meeste sapstroomsensoren gebaseerd op de warmtepulsmethode maken gebruik van een weerstand om de warmtepulsen toe te dienen en thermokoppel- of thermistorprobes om het warmteprofiel na toepassen van de warmtepuls op te volgen (Smith & Allen, 1996). Thermokoppels hebben het voordeel dat ze goedkoop zijn, maar onnauwkeurige positionering en oneven contact met het plantendeel beperken de reproduceerbaarheid van de metingen (Helfter et al., 2007). 20

37 Een manier om hieraan tegemoet te komen is het gebruik van een verwarmingselement en probes die de temperatuur opvolgen zonder rechtstreeks contact te maken met het plantendeel, maar wel vast te positioneren in het omhulsel van de sensor. Zo worden bij sapstroommetingen in de stengel van bonenplanten (Bauerle et al., 2002) en ruwe berk en eik zaailingen (Helfter et al., 2007) de warmtepulsen toegediend met een laser en de verspreiding van de warmtepuls opgevolgd met respectievelijk infraroodthermometers en infraroodcamera s. De laser heeft als belangrijk voordeel t.o.v. een weerstand dat een preciezere hoeveelheid warmte kan worden toegediend en dit over een discrete periode zonder na-ijlen (Bauerle et al., 2002). Aangezien de sapstroomsensor van Bauerle et al. (2002) en deze van Helfter et al. (2007) gebaseerd is op respectievelijk de compensation heat pulse (CHP) methode (Swanson, 1972) en de Tmax methode (Cohen et al., 1981) zijn beide sensoren niet geschikt voor lage sapstromen (< 2 g h -1 ) zoals in trosstelen van tomaat en voor bidirectionele sapstromen (Clearwater et al., 2009). Ook maakt het gebruik van lasers en IR-camera s de sensors vrij lijvig en duur. Een andere methode om de sapstroom doorheen trosstelen van tomatenplanten te meten is deze ontwikkeld door Clearwater et al. (2009). In die studie werd deze toegepast om de sapstroom doorheen de vruchtsteel van kiwi s te meten. Deze sensor is gebaseerd op de warmte ratio of heat ratio (HR) methode van Burgess et al. (2001) en is wel geschikt voor het meten van bidirectionele en lage sapstromen. De sensor is opgebouwd uit een kurk blokje waarin de thermokoppels voor het opvolgen van de temperatuur en de weerstand als warmtebron worden gedrukt en vastgelijmd. De sensor wordt bevestigd aan de vruchtsteel door deze ertegen te drukken en parafilm rondom de vruchtsteel en sensor te wikkelen, waarna nog isolatiemateriaal rondom de sensor en vruchtsteel wordt gebracht (Fig.2.3). Een nadeel hierbij is dat het kurk in rechtstreeks contact is met de stengel en hierdoor bijdraagt tot de geleiding van de warmtepuls (Clearwater et al., 2009), ondanks de lage warmtegeleidingscoëfficiënt van gemiddeld W m -1 K

38 Fig. 2.3: Configuratie sapstroomsensor van Clearwater et al. (2009) met links de eigenlijke opbouw van de sensor waarbij beide thermokoppels op gelijke afstand van de weerstand worden geplaatst en rechts de installatie op de vruchtsteel van kiwi om de sapstroom doorheen de vruchtsteel op te volgen (aangepaste figuur van Clearwater et al. (2009)). Bij de HR methode wordt de warmtepulssnelheid V h berekend zoals voorgesteld door Marshall (1958) voor lage sapstromen. Deze stelde dat een gevoelige meting van de sapstroom kan worden bekomen door de verhouding van de temperatuurwijzigingen op gelijke afstand boven en onder de warmtebron op te volgen na toedienen van een warmtepuls. In de studie van Clearwater et al. (2009) wordt hiervoor de temperatuur van de thermokoppels voor toedienen van de warmtepuls gemeten tot 200 s erna. Binnen die 200 s wordt een periode geselecteerd waar de verhouding tussen de temperatuurwijzigingen in het bovenste thermokoppel T 1 en het onderste T 2 stabiel is, waarna hiervan het gemiddelde wordt genomen om V h te berekenen: V h = D ax x ln ( T 1 T 2 ) (vgl. 2.10) met D ax de thermische diffusiviteit (cm 2 s -1 ) en T 1 en T 2 het temperatuurverschil gemeten op een afstand x (cm) van de warmtebron door respectievelijk thermokoppel 1 en 2 (Fig. 2.3) voor toedienen van de warmtepuls en erna. D ax wordt berekend als x 2 4t m, waarbij t m de tijd (s) is tussen het toedienen van de warmtepuls en het maximaal temperatuurverschil op x cm boven of onder de warmtebron, bij afwezigheid van sapstroom. Echter het bepalen van momenten waarbij er geen sapstroom is, is moeilijk te bekomen onder veldomstandigheden (Steppe et al., 2010). 22

39 Om de bekomen V h -waarden om te rekenen in eigenlijke sapstromen wordt een kalibratie uitgevoerd. Hierbij wordt de vruchtsteel van de kiwi afgesneden van de plant en wordt deze in een buizencircuit geplaatst waar doorheen water onder stapsgewijs afnemende druk wordt gestuurd zoals weergegeven in Fig De vruchtsteel wordt vastgeklemd met behulp van kleine plastic klemmen. Kleine driewegkranen worden in het buizensysteem geplaatst om de waterstroom naar de vruchtsteel of naar een elektronische balans die het waterdebiet registreert te geleiden. De watertoevoer wordt gereguleerd door een hoge druk water-lucht accumulatortank met perslucht afkomstig van een gasfles en drukregelaar. Een magneetklep wordt gebruikt om de luchtzijde van de accumulatortank te ventileren en de druk gecontroleerd te laten dalen. De datalogger is verbonden met de sapstroomsensor, de elektronische balans en de magneetklep om respectievelijk de temperatuurverschillen, het waterdebiet en de toegepaste druk op te volgen. Een typisch experiment startte bij 300 kpa, waarbij de druk om de 30 minuten stapsgewijs werd verlaagd tot de toegepaste druk en gemeten debiet het nulpunt bereikten. De resultaten van de kalibratie tonen aan dat er een lineair verband is tussen V h en de grootte van de sapstroom, althans tot een debiet van 1.5 g h -1. Fig. 2.4: Schematische weergave opstelling voor kalibratie van het outputsignaal van een sapstroomsensor doorheen plantendelen met een kleine diameter; CF = klemmen, P = vruchtsteel, S = sapstroomsensor (aangepaste figuur van Clearwater et al. (2009)). 23

40 24

41 3 Onderzoeksvragen Volgens Ho et al. (1987) neemt het reeds beperkte aandeel xyleem in de waterinflux naar de tomatenvruchten (Ho et al., 1987; Lee, 1989; Guichard et al., 2001) verder af gedurende de vruchtontwikkeling. Anderzijds stellen Plaut et al. (2004), Windt et al. (2009) en Hanssens (2015) dat het xyleem in de tros- en vruchtsteel nog steeds functioneel is in de latere stadia van de vruchtontwikkeling. Deze controverse vergt verdere studie over deze kwestie. Verder tonen verschillende studies ook een invloed aan van zoutstress op het aandeel xyleem en floëem in de vruchtgroei tijdens de vruchtontwikkeling (Belda et al., 1996; Plaut et al., 2004; Hossain & Nonami, 2012). Hiervoor worden in dit experiment trosstelen van tomatentrossen in verschillende ontwikkelingsstadia geringd om op die manier een idee te krijgen over het relatief aandeel van fr fr F x en F p in de vruchtgroei tijdens de vruchtontwikkeling. Dit voor zowel een controle- als zoutstressbehandeling. Voor en na het ringen wordt de vruchtgroei via een LVDT opgevolgd en de sapstroom doorheen de trossteel via een recent ontwikkelde mhfd sensor (Hanssens et al., 2013). De HFD-ratio van de mhfd sensor is sterk gecorreleerd met de sapstroomdichtheid (Nadezhdina, 1999; Steppe et al., 2009; Hanssens et al., 2013), maar om deze om te zetten in werkelijke sapstroom (g h -1 ) doorheen de trossteel is een kalibratie nodig (Vandegehuchte & Steppe, 2012b). In deze studie wordt dan ook voor het eerst een mogelijke kalibratiemethode uitgetest en gevalideerd. 25

42 26

43 4 Materiaal en methoden 4.1 Plantmateriaal en experimentele opzet De tomatenplanten (Solanum lycopersicum L. cv Dirk ) werden gezaaid op 3 juli 2014 en geplaatst in een serre aan het ILVO-Plant 21 te Melle op 15 juli De teelt werd uitgevoerd op steenwolmatten (Cultilene OptimaXX, Cultilene B.V., Tilburg, Nederland) en opgevolgd zoals bij commerciële teelt, dieven werden verwijderd en de trossen werden gesnoeid tot op 5 vruchten per tros. Bestuiving werd handmatig uitgevoerd door het tikken tegen de bloeiwijze. Telkens 9 planten, in totaal 45, werden onderworpen aan een verschillende behandeling: een controle, 2 droogtestressbehandelingen en 2 zoutstressbehandelingen (Fig. 4.1). De nutriëntenoplossing bestond uit 2 twee stock-oplossingen (A en B; Tabel 4.1), die samen in de juiste verhouding (80 ml van A en 80 ml van B per 10 L water) een EC-waarde gaven van 2.7 ds m -1. Een kleine theelepel sporenelementen per 10 L water werd ook toegediend. Om de hogere EC-waarden te bekomen werd een 2/1-molverhouding NaCl/CaCl 2 toegevoegd aan de standaardvoedingsoplossing. De verschillende EC-waarden werden gedurende het experiment opgevolgd met een EC-meter (type: HI 9033, Hanna Instruments, VSA). Fig. 4.1: Illustratie opbouw experiment in serre: Planten met een warmtebalans sapstroomsensor en een stengel- en vrucht-lvdt zijn aangeduid in het donkergrijs, planten met mhfd sensors en vrucht-lvdts voor het girdling experiment in het lichtgrijs. R staat voor randplant, C voor controlebehandeling met EC 2.7 ds m -1, D1 voor droogtestressbehandeling met 80% van de watergift t.o.v. controle, D2 voor droogtestressbehandeling met 60% van de watergift t.o.v. controle, Z1 voor zoutstressbehandeling met EC (elektrische conductiviteit) 4 ds m -1 en Z2 voor zoutstressbehandeling met EC 6 ds m -1. OST staat voor organische substraatteelt tomaat van een ander experiment. De NW-ZO oriëntatie van de serre wordt ook weergegeven in de figuur. 27

44 Tabel 4.1: Samenstelling stockoplossingen A en B voor het bereiden van de voedingsoplossing. Macronutriënten Concentratie (g L -1 ) Stockoplossing A Calciumnitraat Ca(NO 3 ) 2 4H 2 O 140 Ammoniumnitraat NH 4 NO Kaliumnitraat KNO Ijzerchelaat Fe (DTPA, 6%) 4.3 Stockoplossing B Kaliumdiwaterstoffosfaat KH 2 PO Magnesiumsulfaat MgSO 4 7H 2 O 71.5 Kaliumsulfaat K 2 SO 4 26 De nutriëntenoplossing werd toegediend op vaste tijdstippen om het uur en een half via een druppelirrigatiesysteem. De controle kreeg telkens 30 s nutriëntenoplossing toegediend, de behandelingen onder droogtestress 24 en 18 s en de behandelingen met hogere EC 30 s. De verschillende behandelingen werden opgestart op 2 september 2014 en eindigde 10 à 11 trossen later op 10 december Het eigenlijke girdling experiment werd uitgevoerd vanaf 14 november 2014 tot en met 8 december Hiervoor werden 7 trossen van telkens 2 planten geselecteerd uit enerzijds de droogtestressbehandeling met 80 % van de watergift (eigenlijke controlebehandeling bij het girdling experiment; zie sectie 5.1) en anderzijds de behandeling met de EC van 6 ds m -1. De 7 trossen verspreid over 2 planten bevonden zich allen in een verschillend ontwikkelingsstadium met telkens ongeveer een week verschil tussen het moment van anthese van de eerste bloem op de tros. Ook werd een referentietros, die niet werd geringd, opgenomen in het experiment om mogelijks correcties door te voeren in de meetresultaten. De experimentele opzet van het gehele experiment wordt weergegeven in Fig. 4.1 en specifiek voor het girdling experiment in Fig In de notatie weergegeven bij de trossen in Fig. 4.2 komt de C overeen met een tros van de controlebehandeling en de EC met een tros van de zoutstressbehandeling met EC 6 ds m -1. Het getal daaropvolgend is het moment waarop girdling werd toegepast uitgedrukt in dagen na anthese (DAA). De refentietros is een tros van de controlebehandeling waarvan de vruchtgroei en sapstroom doorheen de trossteel werd opgevolgd vanaf 15 DAA en wordt weergegeven als C ref. 28

45 Fig. 4.2: Experimentele opzet girdling experiment en plaatsing mhfd sensors en vrucht-lvdts (aangepaste figuur van De Swaef (2011)). 4.2 Opvolgen microklimaat Gedurende het experiment werd het microklimaat permanent opgevolgd. De fotosynthetisch actieve straling (PAR; µmol m -2 s -1 ) werd opgevolgd met een kwantumsensor (JYP1000, SDEC, Frankrijk), de relatieve luchtvochtigheid (RV; %) met een capacitieve sensor (EE08, E+E Elektronik, Engerwitzdorf, Oostenrijk) en de luchttemperatuur (T a ; C) met een koperconstantaan thermokoppel (Type T, Omega Engineering, Amstelveen, Nederland). Alle microklimaatsensoren bevonden zich net naast en op gelijke hoogte met de top van het gewas. De sensorsignalen werden elke 30 s gelogd met een datalogger (CR1000, Campbell Scientific Inc., Logan, UT, VSA) en elke 5 min werd het gemiddelde opgeslagen. 29

46 Het VPD van de lucht werd berekend volgens Jones (1992) op basis van T a en RV: VPD = e verz (T a ) e a (T a ) (vgl. 4.1) = e verz (T a ) (1 RV 100 ) = exp ( T a RV ) (1 T a ) Het volumetrisch vochtgehalte (VWC; m 3 m -3 ), de temperatuur (T s ; C) en de EC in de substraatmatten werd opgemeten met wet-sensoren (GS 3, Decagon Devices Inc., Pullman, WA, VSA) en elke 5 minuten opgeslagen in een datalogger (Em50, Decagon Devices Inc., Pullman, WA, VSA). 4.3 Opvolgen plantenfysiologie Bij elke behandeling werden de sapstroom (F st x ; g h -1 ), de stengeldiametervariatie (SDV; mm) en de vruchtgroei (mm) van telkens 3 tomatenplanten, de meetplanten (plant 2, plant 5 en st plant 8 in de rij) opgevolgd (Fig. 4.1). F x werd bepaald met warmtebalans sapstroomsensoren (Model SGA13-WS, Dynamax Inc., Houston, Texas, VSA) die werden geïnstalleerd onder het eerste blad zoals beschreven in de handleiding (van Bavel & van Bavel, 1990). De SDV en vruchtgroei werden opgevolgd met lineair variable displacement transducers ( LVDT; model DF5.0, Solartron Metrology, Bognor Regis, Verenigd Koninkrijk; zie sectie 4.4.2) die bevestigd werden net onder de warmtebalans sapstroomsensoren voor de SDV en op de derde vrucht van tros 3 of 4 voor de vruchtgroei met op maat gemaakte roestvrije stalen houders. Naast de continue metingen van de vruchtdiameter met de LVDTs werden ook om de 2-3 dagen handmatige metingen uitgevoerd op de derde vrucht van iedere tros volgend op de tros waarop een LVDT werd bevestigd. De installatie van een warmtebalans sapstroomsensor en LVDT onderaan de stengel wordt weergegeven in Fig Fig. 4.3: Illustratie installatie van warmtebalans sapstroomsensor met reflecterend isolatiemateriaal en een LVDT onderaan de stengel. 30

47 Verder werd gedurende het groeiseizoen wekelijks met een LI-6400XT (LiCor Biosciences, Lincoln, NE, VSA; Fig. 4.4) bij de 3 meetplanten van de verschillende behandelingen de netto fotosynthesesnelheid (P n ; µmol CO 2 m -2 s -1 ) en de stomatale geleidbaarheid voor CO 2 (G sc ; µmol CO 2 m -2 s -1 ) bepaald bij een PAR-intensiteit van 1000 µmol m -2 s -1 om mogelijks verschillen tussen de behandelingen te detecteren. Naast deze metingen werden ook enkele chlorofylfluorescentieparameters bepaald bij een PAR-intensiteit van respectievelijk 1000 en 100 µmol m -2 s -1, waaronder de fotochemische efficiëntie van fotosysteem II (Φ PSII ; %). Φ PSII is een maat voor de fractie van de geabsorbeerde fotonen in fotosysteem II die werkelijk worden gebruikt in de verdere fotochemische reacties. Deze is lager indien de plant stress ondervindt. De verschillende metingen werden steeds op gelijke hoogte uitgevoerd zodat steeds op ongeveer even oude bladeren werd gemeten. In Tabel 4.2 worden enkele algemene instellingen weergegeven van bij de uitgevoerde Licor- metingen. Tabel 4.2: Enkele algemene instellingen bij het bepalen van enkele parameters met de LI- 6400XT. Algemene instellingen Waarde Eenheid Oppervlakte bladcuvette 2 cm 2 Stomatale ratio CO 2 -omgeving 500 ppm RV Fluctuerend met omgeving % Luchtdebiet 300 µmol s -1 Bloktemperatuur 25 C PAR 100, 1000 µmol m -2 s -1 Fig. 4.4: Illustratie meting met LI-6400XT. 31

48 4.4 Girdling experiment fr fr In dit experiment werd getracht een idee te krijgen over het relatief aandeel van F x en F p in de vruchtgroei tijdens de vruchtontwikkeling onder normale teeltomstandigheden en onder zoutstress. Hiervoor werd gedurende minstens 5 dagen de vruchtgroei van intacte vruchten en minstens 4 dagen deze van geringde vruchten opgevolgd. Dit zowel voor de controle- als de zoutstressbehandeling (Fig. 4.2). Achteraf werd de vruchttranspiratie bepaald door de gewichtsafname van een geoogste tomatenvrucht op te volgen. Uit de vrucht waterbalans (vgl. 2.2) volgt dat deze gewichtsafname overeenkomt met T fr. Verder volgt uit vgl. 2.2 dat bij intacte tomatenvruchten de toename (of afname) van W fr samen met T fr overeenkomt met F fr fr x + F p en deze van geringde vruchten met F fr x. Door de verhouding te bepalen van de toename (of afname) van W fr samen met T fr van geringde vruchten t.o.v. intacte kan het xyleemaandeel in de vruchtgroei bepaald worden. Naast het opvolgen van de vruchtgroei werd ook de sapstroom doorheen de trossteel opgevolgd. Voor het ringen is de sapstroom doorheen de trossteel afkomstig van zowel het xyleem als floëem en na het ringen enkel nog van het xyleem Girdling Girdling werd uitgevoerd volgens het principe van Guichard et al. (2005), nl. door het winden van een constantaandraad rondom de trossteel en deze aan te sluiten op een spanningsbron waardoor deze draad opwarmt en het intern en extern floëem vernietigd wordt, waardoor de diameter van de trossteel afneemt (Fig. 4.5; rechts onderaan). Er werd gedurende 3 min een spanning aangelegd van ongeveer 3.95 V om een elektrische stroom van 0.75 A te bekomen (Fig. 4.5; links). Hierbij liep de temperatuur ter hoogte van de constantaanwinding op tot 70 C binnen een aantal seconden. Girdling werd toegepast over een lengte van ongeveer 1 cm en dit net onder de mhfd sensor. 32

49 Fig. 4.5: Illustratie van het toepassen van girdling op de trossteel van tomatenplanten met behulp van een constantaandraad aangesloten op een spanningsbron. Links wordt de spanningsbron weergegeven met toegepaste voltage en opgewekte elektrische stroom, rechts boven de constantaanwinding rondom de trossteel over een lengte van 1 cm en rechts onder de afname van de trossteeldiameter na girdling in de omcirkelde zone Vruchtgroeimetingen De vruchtgroei werd gedurende het experiment continu opgevolgd met een linear variable displacement transducer (LVDT). Deze sensor is een elektrische transducer die wordt gebruikt voor het opvolgen van lineaire verplaatsingen zoals vruchtgroei- en krimp of SDV. De LVDT is opgebouwd uit een primaire solenoïde winding (spoel) waardoor een wisselstroom wordt gestuurd, 2 secundaire solenoïde windingen gewonden in tegengestelde richting en een ferromagnetische kern die de primaire en secundaire spoelen magnetisch met elkaar verbindt (Fig. 4.6). De werking is gebaseerd op het principe van wederzijdse inductie, waarbij de wisselstroom in de primaire spoel een wisselend magnetisch veld in de ferromagnetische kern genereert die zelf op zijn beurt een potentiaalverschil teweegbrengt over de secundaire spoelen. Dit potentiaalverschil is het outputsignaal (v 0 in Fig. 4.6) van de LVDT. Bij installatie van de LVDT wordt de kern via een uitwendige pin tegen de vrucht geplaatst (Fig. 4.7). Bij groei of krimp wordt hierdoor de kern in- of uitwaarts verschoven waardoor over spoel 1 of 2 een groter potentiaalverschil wordt opgewekt t.o.v. de andere en het outputsignaal bijgevolg wijzigt. 33

50 De spoelen zijn zo gepositioneerd dat er een lineair verband is tussen het outputsignaal en de eigenlijke verplaatsing van de kern, die op zijn beurt evenredig is met de vruchtgroei en - krimp (Steppe, 2004). Fig. 4.6: Opbouw van een LVDT met het outputsignaal v 0 die evenredig is met de vruchtgroei. (aangepaste figuur van geraadpleegd op 3 maart 2015). Fig. 4.7: Illustratie opvolging vruchtgroei met een vrucht-lvdt en de sapstroom in de trossteel met een mhfd sensor. De mhfd sensor is omgeven met isolatiemateriaal en aluminiumfolie. 34

51 4.4.3 Vruchttranspiratie Vruchttranspiratie werd berekend op basis van de permeatiecoëfficiënt van het oppervlak van de tomatenvrucht en het VPD van de lucht (Leonardi et al., 1999). De permeatiecoëfficiënt werd bepaald door de gewichtsafname te volgen van een van de tomatenvruchten van een geoogste tros voor kalibratie. Van deze geoogste tomatenvrucht werd de diameter bepaald, de calyx verwijderd en de ontstane wonde afgedekt met een siliconengel, waarna deze op een weegschaal werd geplaatst en de gewichtsafname iedere 5 min werd geregistreerd met een eigen datalogger van het labo van plantecologie (Fig. 4.8). Deze gewichtsafname werd vervolgens gedeeld door de oppervlakte van de tomatenvrucht om tot de vruchttranspiratie E (g cm -2 h -1 ) te komen. De vruchtoppervlakte ( A fr ; cm 2 ) is via een empirisch verband gerelateerd aan W fr (vgl. 4.2; Liu et al., 2007), die op zijn beurt afhankelijk is van de vruchtdiameter (D fr ; mm) (vgl. 4.3; De Swaef, 2011): A fr = W fr (vgl. 4.2) W fr = D fr (vgl. 4.3) Vervolgens werd E geplot in functie van het VPD en een lineaire regressie uitgevoerd. De richtingscoëfficiënt van de lineaire regressiecurve komt dan overeen met de permeatiecoëfficiënt (vgl. 4.4; Leonardi et al., 1999): E = E 0 + k VPD (vgl. 4.4) met E 0 de residuele vruchttranspiratie bij een VPD van 0 MPa en k de permeatiecoëfficiënt (g cm -2 h -1 MPa -1 ). Eenmaal k werd bekomen uit vgl. 4.4 kon de vruchttranspiratie gedurende de vruchtgroei berekend worden op basis van het VPD tijdens diezelfde periode: T fr = k A fr VPD (vgl. 4.5) 35

52 Fig. 4.8: Opvolging gewichtsafname van een geoogste tomatenvrucht door plaatsing op een weegschaal en registratie gewichtsafname om de 5 min met een datalogger Sapstroommetingen In deze studie werd voor het opvolgen van de sapstroom doorheen de trossteel van tomatenplanten een niet-invasieve mini heat field deformation (mhfd) sensor gebruikt (Hanssens et al., 2013). Deze sensor is gebaseerd op het HFD principe (Nadezhdina et al., 1998; Nadezhdina et al., 2012) en is opgebouwd uit een weerstand als warmtebron (elektrische weerstand van 100 Ω) en 3 koper-constantaan thermokoppels (elektrische weerstand van Ω) die zijn vastgenaaid op isolerende tape. Fig. 4.9 toont een conceptuele weergave van de sensor configuratie. De positionering van de thermokoppels t.o.v. de weerstand (H) laat toe 3 temperatuurverschillen te meten. Het symmetrisch temperatuurverschil (dt s ) wordt gemeten door de axiale thermokoppels T 1 en T 2 en het asymmetrisch temperatuurverschil (dt a ) door het onderste axiale thermokoppel T 2 en het tangentiële thermokoppel T 3. Een derde temperatuurverschil (dt s-a ) wordt berekend als dt s min dt a en is het temperatuurverschil tussen het bovenste axiale thermokoppel T 1 en het tangentiële thermokoppel T 3. De weerstand is rechthoekig (3.1 ± 0.2 mm x 1.55 ± 0.1 mm) en werd vastgenaaid met de langste zijde in de axiaal richting (Fig. 4.9). De axiale thermokoppels bevonden zich op 10 mm van de rand van de weerstand (Z ax ) en de tangentiële op 3 mm (Z tg ). Een continue spanning van 3 V werd geleverd aan de weerstand (Hanssens et al., 2013). Bij installatie van de mhfd sensor rondom de trossteel werd isolatiemateriaal en aluminiumfolie aangebracht om enerzijds de continue warmteafgifte van de sensor zo veel mogelijk naar de stengel te geleiden en anderzijds de invallende straling te reflecteren (Fig. 4.7). 36

53 Fig. 4.9: Schema van een niet-invasieve mhfd sensor opgebouwd uit een weerstand (H) en 3 thermokoppels (T 1, T 2, T 3 ) vastgenaaid op een isolerende tape; dt s is het symmetrisch temperatuurverschil, dt a het asymmetrisch temperatuurverschil en dt s-a het verschil tussen dt s en dt a (aangepaste figuur van Hanssens et al. (2013)). Voor commerciële HFD sensoren wordt de sapstroomdichtheid typisch berekend als (Nadezhdina et al., 2012): q = 3600 D st (K + dt s-a ) dt a -1 Z ax Z tg -1 L sw -1 (vgl. 4.6) met q de sapstroomdichtheid (cm 3 cm -2 h -1 ), D st de thermische diffusiviteit van het spinthout (cm 2 s -1 ), Z ax Z -1 tg een correctiefactor voor de positionering van de thermokoppels (-), L sw de dikte van het spinthout (cm) en K de absolute waarde van dt s-a bij afwezigheid van een sapstroom ( C). Deze K-waarde kan bepaald worden bij afwezigheid van zero flow condities door dt s-a te plotten in functie van dt s / dt a en een lineaire regressie uit te voeren. Het snijpunt met de y-as komt dan overeen met de respectievelijke K-waarde (Nadezhdina et al., 2012; Hanssens et al., 2013). Dit is een belangrijk voordeel t.o.v. andere methodes die ook continue warmteafgifte toepassen zoals de thermische dissipatie methode (Granier, 1985). Deze methode vergt wel momenten waarbij geen sapstroom aanwezig is, maar deze zijn moeilijk te bekomen onder veldomstandigheden (Steppe et al., 2010). Bovendien blijven tomatenplanten s nachts vaak transpireren, zodat de assumptie van geen sapstroom s nachts niet geldig is (Vermeulen et al., 2007). De verhouding (K + dt s-a ) dt -1 a, de HFD-ratio, is het dynamische gedeelte in vgl. 4.6 en is sterk gecorreleerd met de sapstroomdichtheid (Nadezhdina, 1999; Steppe et al., 2009; Hanssens et al., 2013), maar Vandegehuchte & Steppe (2012b) toonden aan dat het gebruik van vgl. 4.6 om de HFD-ratio om te rekenen naar werkelijke sapstroomdichtheden niet correct is o.a. omwille van de misinterpretatie van de thermische diffusiviteit D st. 37

54 Verder blijkt de HFD-ratio afhankelijk te zijn van de afstand tussen de warmtebron en de thermokoppels (Nadezhdina et al., 2012; Vandegehuchte & Steppe, 2012b), eigenschappen van het spinthout zoals vochtgehalte die de thermische geleidbaarheid beïnvloeden en is het verband tussen de HFD-ratio en de sapstroomdichtheid niet langer lineair bij grotere sapstroomdichtheden (Vandegehuchte & Steppe, 2012b). De afhankelijkheid van de HFD-ratio van deze verschillende factoren noodzaakt een kalibratie van de HFD methode voor elke trossteel zoals reeds geconcludeerd bij labo- en veldexperimenten met de HFD methode op beukenbomen door Steppe et al. (2010) K-waarden Om de HFD-ratio te kunnen berekenen dient de K-waarde eerst bepaald te worden. Zoals hiervoor aangegeven kan deze K-waarde bepaald worden zelfs bij afwezigheid van zero flow condities. Hiervoor wordt dt s-a in functie van dt s / dt a geplot en een lineaire regressie uitgevoerd waarbij het snijpunt met de y-as overeenkomt met de K-waarde (Fig. 4.10). Deze methode is enkel toepasbaar indien beide axiale thermokoppels zich op gelijke afstand van de warmtebron bevinden. Aangezien de sensoropbouw en manier van installeren op de trossteel deze voorwaarde niet kunnen garanderen werd op zoek gegaan naar andere methodes. R 2 = K = C Fig. 4.10: Bepaling K-waarde aan de hand van een plot van dt s-a in functie van dt s / dt a en een lineaire regressie, snijpunt met de y-as is de K-waarde. 38

55 De K-waarde kon namelijk ook in vivo tijdens het experiment bepaald worden aangezien de relatieve luchtvochtigheid in de serre gedurende het girdling experiment vaak de 100 % benaderde (Fig. 4.11). Hierbij werd verondersteld dat bij een RV groter dan 99.5 % en afwezigheid van vruchtgroei of -krimp de sapstroom doorheen de trossteel 0 g h -1 bedroeg (Fig. 4.12). Fig. 4.11: Relatieve luchtvochtigheid in de serre gedurende het girdling experiment, nl. van DOY=318 (14 november) tot DOY=342 (8 december). K = C K = C K = C Fig. 4.12: Bepaling K-waarden via de assumptie dat bij een RV > 99.5% en afwezigheid van vruchtgroei of krimp de sapstroom doorheen de trossteel 0 g h -1 bedraagt. In de figuur wordt enkel de vruchtgroei (zwart) weergegeven op momenten waarbij de RV > 99.5 % (grijs). 39

56 Bij het oogsten van een tros voor kalibratie van de HFD-ratio s werd het snijvlak afgesloten met parafilm om waterverlies ter hoogte van het snijvlak via verdamping te verhinderen. Verder werd deze ook in een plastic zak met vochtig keukenpapier gebracht en goed afgesloten om op die manier een RV van ongeveer 100 % te bereiken en verdere vruchttranspiratie te vermijden. Na oogsten bleef de mhfd sensor nog gekoppeld aan de datalogger voor minstens 30 min en maximum 1 u (Fig. 4.13). Zo kon de K-waarde op een derde manier bepaald worden, aangezien door het oogsten de sapstroom doorheen de trossteel is stilgelegd en waterverlies via vruchttranspiratie of verdamping aan het snijvlak werd vermeden. Fig. 4.13: Bepaling K-waarde na oogst van de tros. Het snijvlak is bedekt met parafilm om waterverlies via verdamping te vermijden en de tros is verpakt in een plastic zak met prop vochtig keukenpapier om vruchttranspiratie te vermijden. De mhfd sensor blijft gekoppeld met de logger om de K-waarde te bepalen. Bij de kalibratie werden stapsgewijs verschillende debieten doorheen de trossteel van de geoogste trossen gestuurd. Bij aanvang en op het einde van iedere kalibratie werd een debiet van 0 g h -1 toegepast, wat toeliet om de K-waarde nog op een vierde en vijfde manier te bepalen Kalibratie De HFD-ratio, berekend uit de verschillende temperatuurverschillen gemeten met de mhfd sensor, is sterk gecorreleerd met de sapstroomdichtheid (Nadezhdina, 1999; Steppe et al., 2009; Hanssens et al., 2013), maar om deze HFD-ratio om te zetten in werkelijke sapstroom (g h -1 ) doorheen de trossteel is een kalibratie nodig over een reeks opgelegde debieten die door de trossteel worden gestuurd. 40

57 De kalibratie werd maximaal 1 u en 45 min na oogsten van de tros opgestart. Voor deze kalibratie werd enkel de trossteel met de mhfd sensor op behouden, waarbij beide uiteinden werden voorzien van een recht snijvlak. Rondom de uiteinden werd parafilm gewikkeld over een lengte van ongeveer 1 cm tot een diameter van 9 mm werd bekomen. Op die manier konden beide uiteinden goed waterdicht worden aangesloten op het buizencircuit met de voorziene klemmetjes. Bij aanvang van de kalibratie werd eerst de geringde kant van de trossteel vastgeklemd, gevolgd door de andere kant. Hierna werd opnieuw isolatiemateriaal en aluminiumfolie rond de mhfd sensor geplaatst (Fig. 4.14). Fig. 4.14: Plaatsing trossteel van tomatenplant in buizencircuit voor kalibratie van de HFD-ratio, bepaald met een mhfd sensor, waarbij het nodige isolatiemateriaal en aluminiumfolie opnieuw rond de mhfd sensor wordt geplaatst om de invloed van de omgeving te beperken. De blauwe T rechts in de figuur is een driewegkraan in positie voor kalibratie. Voor de eigenlijke kalibratie van de HFD-ratio werd een gelijkaardige methode toegepast zoals in de studie van Clearwater et al. (2009) beschreven in sectie 2.3.1, alleen werd hier na een initiële fase van 10 min bij 0.5 g h -1 een stapsgewijs toenemend massadebiet doorheen de trossteel gestuurd in plaats van een afnemend. Deze initiële fase dient om de lucht uit de gecaviteerde xyleemvaten te duwen door er een gedwongen debiet door te sturen. Na deze initiële fase werd eerst gedurende 1 u een debiet van 0 g h -1 opgelegd, waarna om de 30 min het debiet met 0.25 g h -1 stapsgewijs werd verhoogd tot dat 5 g h -1 werd bereikt. Na het bereiken van 5 g h -1 werd een debiet van 0 g h -1 aangehouden tot aanvang van de volgende kalibratie. Om het massadebiet die door de trossteel moet worden gestuurd te regelen en te meten werd gebruik gemaakt van respectievelijk een massadebietcontroller- en meter ( mini CORI-FLOW Mass Flow Controller/Meter ) gebaseerd op het coriolis meetprincipe. 41

58 Het gebruikte water in het circuit was gedemineraliseerd en de watertoevoer werd gereguleerd door een hoge druk (2 bar) water-lucht accumulatortank met perslucht afkomstig van een gasfles en drukregelaar. De te volgen stapsgewijze toename van deze watertoevoer werd via een script opgelegd aan de mini CORI-FLOW Mass Flow Controller (M12, Bronkhorst Cori-Tech B.V., Veenendaal, Nederland), waarbij na passage door de trossteel het debiet opnieuw werd gemeten met de mini CORI-FLOW Mass Flow Meter (M12, Bronkhorst Cori-Tech B.V., Veenendaal, Nederland). Kort nabij de plaats waar de trossteel dient te worden geplaatst bevonden zich driewegkranen (Fig. 4.14), dit om o.a. bij loskoppelen van de trossteel opname van luchtbellen in het buizencircuit te vermijden. De massadebietcontroller- en meter en de thermokoppels van de mhfd sensor werden gekoppeld aan een datalogger (CR1000, Campbell Scientific Inc., Logan, UT, VSA) om het inputdebiet (Q in ; g h -1 ), het outputdebiet (Q out ; g h -1 ) en de temperatuurverschillen te registreren. Door het vergelijken van Q in en Q out kon reeds een eerste controle uitgevoerd worden of de kalibratie over de ganse reeks opgelegde debieten goed verlopen was. De gehele opstelling van de kalibratie wordt schematisch weergegeven in Fig Na het sturen van de verschillende debieten door de trossteel werden de HFD-ratio s van tijdens de kalibratie berekend. De kalibratiecurve werd uiteindelijk bekomen door Q out te plotten in functie van deze HFD-ratio s en een lineaire regressie uit te voeren. Uit de gemodelleerde kalibratiecurve voorgesteld door Vandegehuchte & Steppe (2012b) valt af te leiden dat het verband tussen Q out en de HFD-ratio lineair is bij lage sapstromen en een beperkt sapstroomgebied van 0 tot 5 g h

59 Fig. 4.15: Schematische weergave opstelling voor kalibratie van HFD-ratio van een mhfd sensor; S= mhfd sensor rondom trossteel tomatenplant, K= klemmen. 4.5 Statistische analyse Statistische analyse van de data werd uitgevoerd met sigmaplot 13 (Systat Software Inc., Chicago, VSA). Alle data werden geanalyseerd op het 5 % nominale significantieniveau. Om de gemiddelde permeatiecoëfficiënt, de Licor-metingen over de verschillende dagen en het fr aandeel F x in de sapstroom doorheen de trossteel (benadering 1) en in de vruchtgroei tussen de controle- en zoutstressbehandeling te vergelijken werd een t-test uitgevoerd (voorwaarden van normaal verdeling en gelijke variantie waren voldaan). Om de sapstroom, de fr stengeldiametervariatie, aandeel F x in de sapstroom doorheen de trossteel (benadering 2) en de Licor-metingen over de gehele meetperiode te vergelijken diende een rank sum test te worden uitgevoerd aangezien niet aan de voorwaarden voor een t-test werd voldaan. 43

60 44

61 5 Resultaten 5.1 Plantenfysiologie In Fig. 4.1 wordt de experimentele opzet van het experiment met de verschillende behandelingen weergegeven. Echter, de tomatenplanten in de respectievelijke randrij vertoonden een groeiachterstand t.o.v. de tomatenplanten in de andere rijen. Op die manier ontving de voorziene controlebehandeling o.a. meer PAR straling dan de planten onder droogte- en zoutstress. Hiervoor werd besloten om de oorspronkelijke controle als randrij te gebruiken en de droogtestressbehandeling met 80 % van de watergift t.o.v. de respectievelijke controle als effectieve controlebehandeling te benaderen. Analyse van de plantfysiologie (data hier niet weergegeven) wees er verder op dat de behandeling met 80 % watergift geen merkbare invloed van droogte ondervond, wat deze aanname rechtvaardigt (Vandenbroucke, 2015). Om vervolgens na te gaan of de zoutstressbehandeling met EC 6 ds m -1 wel degelijk een invloed had op de tomatenplanten werden verschillende fysiologische parameters vergeleken met deze van de controlebehandeling Sapstroom In Fig. 5.1 wordt de sapstroom doorheen de stengel van plant 8 van respectievelijk de controle- en zoutstressbehandeling weergegeven. Bij vergelijken van de gemiddelde dagelijkse sapstroom (g dag -1 ) bij de controle- (630 ± 138 g dag -1 ) en de zoutstressbehandeling (505 ± 116 g dag -1 ) van DOY 308 (4 november) tot DOY 343 st (9 december) werd geconcludeerd dat de F x van de controle significant groter is dan deze van de zoutstressbehandeling (p < 0.001; rank sum test). 45

62 Fig. 5.1: De sapstroom doorheen de stengel van plant 8 van de controle- (lichtgrijs) en de zoutstressbehandeling (donkergrijs) van DOY 308 (4 november) tot DOY 343 (9 december) Stengeldiametervariatie Verschillende auteurs toonden reeds aan dat de SDV sterk wordt beïnvloed door het microklimaat en sneller reageert op droogtestress dan de sapstroom ( Jones, 2004; De Swaef et al., 2009; Vermeulen et al., 2008). Daarom worden verschillende indicatoren zoals de maximale dagelijkse krimp (verschil maximale en minimale stengeldiameter) en de relatieve groeisnelheid van de stengel (verschil maximale stengeldiameter tussen 2 opeenvolgende dagen) afgeleid uit deze SDV als maat voor de plant waterstatus (Fernandez & Cuevas, 2010). Bij vergelijken van de SDV van plant 8 van respectievelijk de controle- en zoutstressbehandeling (Fig. 5.2) werd aangetoond dat de gemiddelde relatieve groeisnelheid van de stengel van de controle (0.05 ± 0.05 mm dag -1 ) significant groter is dan bij de zoutstressbehandeling (0.015 ± mm dag -1 ) (p = 0.013; rank sum test). Uit Fig. 5.2 volgt ook dat de stengels van de tomatenplanten onder zoutstress meer onderhevig zijn aan een dagelijkse krimp dan deze van de controleplanten. 46

63 Fig. 5.2: Dynamiek en toename in stengeldiameter van plant 8 van de controle- (lichtgrijs) en zoutstressbehandeling (donkergrijs) van DOY 253 (10 september) tot DOY 273 (30 september) Vruchtgroei Wanneer de handmatige metingen van de vruchtdiameter van de tomatenvruchten werden uitgezet in functie van het aantal dagen na anthese werd duidelijk dat de tomatenvruchten onder zoutstress sneller hun groeiplafond bereikten dan de controletomaten (Fig. 5.3). Verder is de vruchtdiameter van de controletomaten over de gehele vruchtontwikkeling ook steeds groter dan bij diegene onder zoutstress. Fig. 5.3: Toename van de vruchtdiameter gedurende de vruchtontwikkeling bij de controle- (lichtgrijs) en zoutstressbehandeling (donkergrijs) waaraan een sigmoïdale curve, gelijkaardig het groeipatroon gedurende de vruchtontwikkeling, is gefit. De grijze foutenvlaggen geven de standaardfout op de metingen weer. 47

64 5.1.4 Licor-metingen In Fig. 5.4 en 5.5 worden verschillende parameters weergegeven die werden bepaald met de Licor. Bij meting 1 van Fig. 5.4 A en B werd aangetoond dat de gemiddelde netto fotosynthesesnelheid (P n ) en stomatale geleidbaarheid voor CO 2 (G sc ) van de controlebehandeling significant groter is dan bij de zoutstressbehandeling (p = , p = ; t-test). Echter, uit Fig. 5.4 A en B lijkt te volgen dat de P n en G sc van de zoutstressbehandeling groter is dan bij de controle. Dit kon wel enkel worden aangetoond voor meting 3 van de G sc (p = ; t-test). Voor de andere metingen waren de verschillen tussen de 3 meetplanten van elk van de 2 behandelingen te groot om dit statisch te bevestigen. Wanneer echter de P n en G sc over alle 10 metingen samen werden vergeleken, werd wel bekomen dat deze gemiddeld groter waren onder zoutstress (P n = 8 ± 3 µmol CO 2 m -2 s -1 ; G sc = 0.08 ± 0.05 µmol CO 2 m -2 s -1 ) dan bij de controlebehandeling (P n = 5 ± 3 µmol CO 2 m -2 s -1 ; G sc = 0.06 ± 0.05 µmol CO 2 m -2 s -1 ) (p = ; t-test; p = 0.022; rank sum test). Fig. 5.4: Netto fotosynthesesnelheid (A) en stomatale geleidbaarheid voor CO 2 (B) bij PAR-intensiteit van 1000 µmol m -2 s -1 bepaald met de LI-6400XT verspreid over 10 metingen voor de controle- (lichtgrijs) en de zoutstressbehandeling (donkergrijs). De foutenvlaggen geven de standaardfout op de meting weer en een * onder een meting duidt op een significant verschil tussen de controle- en zoutstressbehandeling (p < 0.05; t- test). In Fig. 5.5 wordt de fotochemische efficiëntie van fotosysteem II (Φ PSII ) weergegeven bij een PAR-intensiteit van 1000 µmol m -2 s -1 (Fig. 5.5; A) en 100 µmol m -2 s -1 (Fig. 5.5; B). Bij 1000 µmol m -2 s -1 lijkt Φ PSII groter voor de zoutstressbehandeling dan bij de controle, wat enkel bevestigd kon worden voor de 2 de meting (p = ; t-test). Echter wanneer vergeleken werd over alle metingen heen was de gemiddelde Φ PSII wel groter onder zoutstress (0.15 ± 0.05) dan bij de controle (0.11 ± 0.04) (p = ; t-test). Bij 100 µmol m -2 s -1 werden geen duidelijke verschillen waargenomen en werd dit ook voor iedere meting afzonderlijk (p > 0.05; t-test) en alle metingen samen (p = 0.392; rank sum test) statistisch bevestigd. 48

65 Fig. 5.5: Fotochemische efficiëntie van PSII bij PAR-intensiteit van 1000 µmol m -2 s -1 (A) en 100 µmol m -2 s -1 (B) bepaald met de LI-6400XT verspreid over 10 wekelijkse metingen voor de controle- (lichtgrijs) en de zoutstressbehandeling (donkergrijs). De foutenvlaggen geven de standaardfout op de meting weer en een * onder een meting duidt op een significant verschil tussen de controle- en zoutstressbehandeling (p < 0.05; t- test). 5.2 Girdling experiment Vruchtgroei- en transpiratie Door het opvolgen van de vruchtgroei voor en na girdling en bepalen van de fr fr vruchttranspiratie kon uit vgl. 2.2 het relatief aandeel F x en F p bepaald worden. Hiervoor werd de tijdsfactor uit vgl. 2.2 geëlimineerd door zowel het watergewicht als de vruchttranspiratie cumulatief uit te drukken. Wanneer beide worden opgeteld komt dit overeen met de cumulatieve instroom naar de tomatenvruchten via het xyleem en floëem voor girdling en enkel het xyleem na girdling. De cumulatieve toename van het watergewicht van de tomatenvruchten werd bepaald uit vgl. 4.3 via de toename van de vruchtdiameter en de vruchttranspiratie werd berekend uit vgl. 4.2 en Vruchttranspiratie Het bepalen van de vruchttranspiratie in functie van het VPD gedurende het girdling experiment zoals voorgesteld in sectie bleek weinig voor de hand liggend te zijn vanwege de grote ruis op de metingen van de gewichtsafname. In Fig. 5.6 wordt deze gewichtsafname met het bijhorende microklimaat voor zowel een controletomaat als een tomaat onder zoutstress weergegeven. Hieruit volgt dat er periodiek terugkerende pieken en dalen van 3-4 u zijn in de gewichtsafname van de tomatenvrucht die steeds gepaard gaan met respectievelijk een dal en een piek in het VPD. Het dal in het VPD komt steeds overeen met het moment waarop de verlichting in de serre uitging, een daling en minimum in de luchttemperatuur en een piek in de RV. De omgekeerde situatie gold voor de piek in het VPD. 49