INLIGTINGSENTRUM

Barley [photo] 

Kundigheid

Die grondbeginsels van sukrose-opberging in suikerriet

Deur Stephanie Roberts (Streeksbestuurder: Landboukundige Navorsing en Ontwikkeling)

Daar word dikwels met bemestingspraktyke in gewasproduksie beoog om maksimum opbrengs te verkry, met min oorweging ten opsigte van die invloed van plantvoeding (positief of negatief) op gewasgehalte.

In suikerriet is die sukrose-inhoud van die riet die grootste aandrywer van winsgewendheid op die plaas. Dit is gedeeltelik as gevolg van die logistieke kostes verbonde aan die oes en vervoer van groot hoeveelhede riet met 'n lae sukrose-inhoud wat beperkend is, en ook omdat sukrose die hoofkomponent van herwinbare waarde ("recoverable value" – RV)-betaalstelsel is. Die RV-betaalstelsel werk soos volg:

RV % riet = S - dN - cF
waar  S = sukrose % riet
N = nie-sukrose % riet
F = vesel % riet
en d = die relatiewe waarde van sukrose wat elke eenheid nie-sukrose vanaf suikerproduksie na molasses toe afwend 
c = die verlies van sukrose vanaf suikerproduksie per eenheid vesel 

(Suid-Afrikaanse Suikerriet Assosiasie – Riet Toets Diens)

Sukrose- en veselinhoud het gewoonlik 'n omgekeerde verhouding. Dus sal 'n verhoogde sukrose-inhoud gewoonlik tot 'n hoër RV-persentasie lei.

Die sukrosesiklus in suikerriet

Suikerrietblare produseer sukrose deur fotosintese. Die sukrose word dan na die stammetjie deur die floëem vervoer. Die sukrose kan óf in die stammetjie gestoor word, óf na glukose en fruktose omgeskakel word wat dan gebruik word om die energie te verskaf wat vir nuwe groei benodig word (Fig. 1) Alhoewel nuwe groei die sukrose-inhoud in die stammetjie verminder, stel dit ook die plant se ''fabriek'' in staat om beide die sukroseproduksielokaliteite (die blare) en die sukrose- opbergingslokaliteite (die internodes op die stammetjie) te vermeerder. Daarom is die primêre groeistadium die mees kritiese stadium vir sukrose-opberging aangesien dit die stadium is waar die balans tussen sukrose wat vir groei gebruik word, sukroseproduksie en die stoor van sukrose gevind word (Bull, 2000). Gedurende die rypwordingsfase word enige oorblywende glukose, fruktose en ander oplosbare koolhidrate weer na sukrose vir opberging omgeskakel (Whittaker en Botha, 1997). Hoewel die rypwordingsfase 'n belangrike rol in die finale sukrose-inhoud van suikerriet speel, kan optimale rypwordingstoestande en/of die gebruik van chemiese verrypers nie 'n lae RV-opbrengs oorkom wat deur swak groei (lae rietopbrengs) of uitermatige groei (hoë vesel/lae sukrose) gedurende die primêre groeistadium veroorsaak is nie.

Wetenskaplikes werk hard daaraan om die ensiemproses in sukrose-opberging van suikerriet te verstaan om van hulp te wees met die teël van hoë-sukrosekultivars, maar die genetiese kompleksiteit van suikerriet en die ingewikkelde aard van die proses beteken dat daar nog min suksesse was (Wang et al., 2013). Totdat nuwe hoë-sukrosekultivars beskikbaar word, moet ons op die rol fokus wat gewasproduksiefaktore speel om sukrose-opbrengs te verhoog. Baie van die faktore wat 'n hoë herwinbare waarde beïnvloed, is buite die boer se beheer, maar gewasvoeding is iets wat boere wel kan bestuur om RV-opbrengs te verbeter.

Figuur 1: Die sukrosesiklus in suikerriet (Wang et al., 2013)

Die sukrosesiklus in suikerriet [chart]

Die rol van gewasvoeding in sukroseproduksie

Enige voedingstof wat vir fotosintese benodig word en waarvan daar 'n tekort is, sal natuurlik tot 'n verlaging lei in die gewas se vermoë om sukrose te produseer. Byvoorbeeld, in hoë-pH-gronde word positiewe sukrosereaksies dikwels gesien wanneer yster (Fe) en sink (Zn) op suikerriet toegedien word, aangesien tekorte aan hierdie elemente meer waarskynlik onder hierdie toestande is en tot 'n verlaging in fotosintese sal lei.

Slegs voedingstowwe wat na verwagting 'n direkte impak op sukrose sal hê, sal verder in hierdie artikel behandel word.

Oormatige stikstof (N)-bemesting is een van die grootste oorsake van lae RV-vlakke in suikerriet. Gedurende die primêre groeiperiode, indien 'n beduidende hoeveelheid N beskikbaar is en temperature en grondvog dit toelaat, word groei ten koste van sukrose-opberging gestimuleer (Bull, 2000). Die teenwoordigheid van nitrate binne-in die plant het ook 'n direkte negatiewe invloed op sukrose-sintese deur die aksie van sukrosefosfaatsintase te onderdruk (Champigny en Foyer, 1992). Riet wat gedurende 'n herfs/winter-siklus verbou word, sal makliker 'n lae RV-persentasie in reaksie tot hoër N-toedieningspeile toon (Meyer en Wood, 2001).

Fosfor (P) is een van die belangrikste elemente vir die produksie van sukrose. Die ensiem wat verantwoordelik is vir die finale stap in sukrose-sintese is sukrosefosfaatsintase. Die naam is selfverduidelikend – sonder genoegsame P kan sukrose nie gesintetiseer word nie. Die sintese van sukrose is ook baie afhanklik van ander P-bevattende ensieme, sowel as van ATP (adenosientrifosfaat).

Kalium (K) is lank met die vervoer van suikers in gewasse vereenselwig, aangesien dit 'n kritiese rol in die handhawing van osmotiese potensiaal speel sodat sukrose teen 'n konsentrasiegradiënt geberg kan word (Marschner, 1995). Hartt (1969) het duidelik die invloed gedemonstreer wat 'n K-tekort op die vermindering van sukrosevervoer vanaf die blaar tot die stam in suikerriet het. Dit is belangrik om daarop te let dat hierdie verlaging in sukrosevervoer dikwels in die afwesigheid van sigbare tekortsimptome in die blare gebeur.

'n Magnesium (Mg)-tekort lei ook tipies tot die ophoping van suikers in die blare van gewasse met tekorte. Die rede hiervoor is dat Mg noodsaaklik is vir die aktiwiteit van die emsieme verantwoordelik vir die laai van sukrose in die floëem (Marschner, 1995). Alhoewel proewe om die rol van Mg in suikerriet te demonstreer nie uitgevoer is soos vir K deur Hartt (1969) nie, het Mg reeds duidelik getoon dat dit sukrose-opberging in suikerbeet beïnvloed (Hermans et al., 2005).

Boor (B) word ook al lank met suikervervoer in gewasse vereenselwig, maar sy presiese rol moet nog vasgestel word en mag dalk van 'n sekondêre aard wees (Marschner, 1995). Die vele proewe wat voordele in suikerrietgehalte na B-toedienings bewys is egter duidelik (Ferraz di Siqueira et al., 2013).

Yster (Fe) is noodsaaklik vir die omskakeling van ACC ('n etilieen-voorloper) na etileen (Marschner, 1995). Waar verrypers soos ethephon nie toegedien word nie, speel natuurlike etileen binne-in die plant 'n rol in suikerrietrypwording en stuur dit vir die plant 'n sein om beskikbare vloeibare koolhidrate na sukrose toe om te skakel. Indien daar 'n tekort aan Fe is, sal natuurlike etileen laer wees en die finale fase van sukrose-opberging sal negatief beïnvloed word.

Sink (Zn) speel 'n kritiese rol in sukrose-inhoud aangesien dit vir die funksionering van die ensiem fruktose-1,6-pifosfatase benodig word. Sonder die funksie van hierdie ensiem kan sukrose-sintese nie voortgaan nie. Wat belangrik is, is dat hierdie tekort nie met sigbare Zn-tekortsimptome vereenselwig kan word nie, en kan maklik misgekyk word.

Dit is reeds bewys dat silikon (Si) die sukrose-inhoud van suikerriet direk kan verhoog (Meyer en Keeping, 2000), benewens die voordele wat met bekalking en Eldana-besmetting vereenselwig word. Die oorsaak van hierdie voordeel is onbekend, maar kan moontlik verduidelik word deur Si se vermoë om Zn se biobeskikbaarheid te verbeter (Marschner, 1995).

Om op te som: dit is krities om die balans tussen groei en opberging gedurende die primêre groeifase te handhaaf en seker te maak dat die voorraad voedingstowwe genoegsaam is. Dit is belangrik as in ag geneem word dat die meeste bemestingsprogramme eindig net wanneer sukrose-opberging in alle erns begin. Sukrose-inhoud van suikerriet is nie net van toestande en bestuurspraktyke gedurende afdroog afhanklik nie, maar sorgvuldige bestuur gedurende die primêre groeistadium is ewe belangrik.

Verwysings
  • Bull T. 2000. The sugarcane plant. Manual of cane growing. Bureau of Sugar Experiment Stations, Indooroopilly, Australia.
  • Champigny M.L., Foyer C. 1992. Nitrate Activation of Cytosolic Protein Kinases Diverts Photosynthetic Carbon from Sucrose to Amino Acid Biosynthesis Basis for a New Concept. Plant Physiology. 100:7-12.
  • Ferraz de Siqueira G., Foltran R., Paula da Silva D., Crusciol C. 2013. Chemical ripener and boron increase the sucrose accumulation of sugarcane in early season. Proceedings of the ASA, CSSA, & SSSA International Annual Meetings. Nov 3-6 2013, Tampa, Florida. Poster Presentation.
  • Hermans C., Bourgis F., Faucher M., Strasser R.J., Delrot S., Verbruggen N. 2005. Magnesium deficiency in sugar beets alters sugar partitioning and phloem loading in young mature leaves. Planta 220:541-49.
  • Marschner H. 1995. Mineral nutrition of higher plants. 2nd Edition. London: Academic Press.
  • Meyer J.H., Keeping. 2000. Review of research into the role of silicon for sugarcane production. Proceedings of the South African Sugar Technologists' Association. 74:29-40.
  • Meyer J.H., Wood R.A. 2001. The effects of soil fertility and nutrition on sugarcane quality: a review. Proceedings of the South African Sugar Technologists' Association. 75:242-247.
  • Wang J., Nayak S., Koch K., Ming R. 2013. Carbon partitioning in sugarcane (Saccharum species). Frontiers in Plant Science 4:201. doi:10.3389/fpls.2013.00201.