DOI: https://doi.org/10.3389/fpls.2026.1775354
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41821937
تاريخ النشر: 2026-02-25
المؤلف: Wei Han وآخرون
الموضوع الرئيسي: ممارسات الري وإدارة المياه
نظرة عامة
تستكشف هذه الدراسة الآليات التنظيمية للرطوبة النسبية للهواء (RH) ورطوبة التربة (سعة الحقل، FC) على تراكم السكر في ثمار الطماطم، باستخدام صنفين، ‘Xiuzhen’ و ‘Jinhong 208’. تم إجراء تجارب محكومة تحت مستويات مختلفة من RH (40%، 60%، 80%، و 95%) و FC (40% و 80%) لتحليل آثارها على عملية التمثيل الضوئي، والتبخر، والنقل الوعائي، ونشاط إنزيمات الأيض السكري، وتراكم السكر. تشير النتائج إلى أن انخفاض رطوبة التربة (40% FC) يعزز نشاط إنزيمات الأيض السكري، مما يؤدي إلى زيادة تراكم السكر على الرغم من انخفاض معدل التمثيل الضوئي. على العكس، فإن ارتفاع رطوبة التربة (80% FC) يعزز التمثيل الضوئي ولكنه يقلل من نشاط الإنزيم. تؤثر الرطوبة النسبية العالية (95%) سلبًا على التمثيل الضوئي، وموصلية الثغور، وأيض السكر، مما يؤدي إلى انخفاض محتوى السكر، بينما تعزز الرطوبة النسبية المنخفضة تراكم السكر.
تؤكد الخلاصة على أن تراكم السكر في الطماطم يتأثر بشكل كبير بكل من RH و FC، حيث يرتبط ارتفاع RH بانخفاض التمثيل الضوئي والنقل في اللحاء، مما يقلل من تراكم السكر. من ناحية أخرى، يرتبط انخفاض RH بتحسين النقل والتخزين للسكريات. على الرغم من أن FC الأعلى (80%) يعزز النشاط الضوئي، إلا أن FC المنخفض (40%) ينتج عنه تركيزات أعلى من السكر على الرغم من انخفاض التمثيل الضوئي. تسلط الدراسة الضوء على أن FC له علاقة مباشرة أقوى مع تراكم السكر، بينما يؤثر RH بشكل أساسي عليه بشكل غير مباشر من خلال التبخر وتدفق اللحاء. تم تحديد الظروف المثلى للحلاوة على أنها 40% RH و 40% FC لكلا الصنفين، على الرغم من الحاجة إلى مزيد من التحقق طويل الأمد في البيئات الزراعية التجارية.
مقدمة
تسلط مقدمة ورقة البحث الضوء على أهمية الطماطم ليس فقط لقيمتها الغذائية ونكهتها ولكن أيضًا لدورها في تفضيلات المستهلكين فيما يتعلق بالجودة. نظرًا لأن تراكم السكر في الطماطم أمر حاسم للطعم والجودة الغذائية، فإن فهم الآليات الأساسية أمر ضروري. تحدد الورقة الرطوبة النسبية للهواء (RH) وسعة الحقل (FC) كعوامل بيئية حاسمة تؤثر على حركة المياه، والتمثيل الضوئي، وكفاءة استخدام المياه في النباتات. أظهرت الدراسات السابقة أن RH يؤثر على نقل المياه داخل النباتات وأن FC يرتبط بعائد الطماطم، على الرغم من أنه يؤثر سلبًا على إجمالي المواد الصلبة القابلة للذوبان ومحتوى السكر القابل للذوبان.
على الرغم من الأبحاث الواسعة حول التأثيرات الفردية لـ RH و FC، إلا أن تأثيرهما المشترك على تراكم السكر في الطماطم لا يزال غير مستكشف بشكل كاف. يشير المؤلفون إلى نظرية المصدر-المصب، التي تفترض أن نقل السكر يتحدد من خلال توزيع الكربوهيدرات المنتجة من خلال التمثيل الضوئي إلى الأعضاء غير الضوئية. يفترضون أن RH و FC يتفاعلان لتنظيم أيض السكر من خلال التأثير على نشاط المصدر (التمثيل الضوئي)، وقوة المصب (نشاط الإنزيم)، وسعة النقل (التدفق الوعائي). تهدف الدراسة إلى التحقيق في آثار تركيبات مختلفة من RH و FC على العمليات الفسيولوجية المتعلقة بالسكر خلال تطوير ثمار الطماطم وتوضيح العلاقات بين محتوى السكر، والإنزيمات الرئيسية في أيض السكر، وأداء التمثيل الضوئي، والنقل الوعائي، وفي النهاية قياس مساهماتها في تراكم السكر.
الطرق
في هذه الدراسة، تم زراعة صنفين من الطماطم، ‘Xiuzhen’ و ‘Jinhong 208’، في دفيئة زجاجية من نوع فينلو تحت السيطرة في جامعة نانجينغ للعلوم والتكنولوجيا من يوليو 2023 إلى فبراير 2024. تم نقل شتلات الطماطم إلى أصص بلاستيكية مليئة بوسيط زراعي يتكون من تربة حديقة وركيزة بنسبة 2:1. في مرحلة الإزهار وتكوين الثمار، تم نقل النباتات إلى غرفة مناخ صناعي للعلاجات البيئية، حيث تم إنشاء أربعة مستويات من الرطوبة النسبية (RH) (40% ± 5%، 60% ± 5%، 80% ± 5%، و 95% ± 5%) جنبًا إلى جنب مع مستويين من رطوبة التربة (40% ± 5% و 80% ± 5% من سعة الحقل). أنشأ هذا التصميم ثمانية تركيبات علاجية متميزة لتقييم التأثيرات الفردية والتفاعلية للظروف المائية الجوية والتربة على أداء الطماطم، مع تكرار كل علاج ثلاث مرات.
حافظت غرفة المناخ على فترة ضوئية مدتها 12 ساعة ومستوى من الإشعاع الضوئي النشط (PAR) قدره 1000 μmol m⁻² s⁻¹، مع ضبط درجات حرارة النهار/الليل عند 25 °م و 15 °م، على التوالي. تم مراقبة رطوبة التربة باستخدام جهاز قياس الزمن المعاير، وتم اختيار عينات الفاكهة عشوائيًا لتقليل التحيز. كانت مستويات RH ورطوبة التربة الثابتة تهدف إلى عزل تأثيراتها على تراكم السكر في الطماطم، مما يوفر قاعدة للدراسات الديناميكية المستقبلية. تم ملاحظة علاج RH بنسبة 95% كشرط رطوبة عالية متطرف ولكنه واقعي، ذو صلة بسيناريوهات إنتاج الدفيئة.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” في ورقة البحث النتائج الرئيسية المستمدة من التجارب والتحليلات التي تم إجراؤها. تشير البيانات إلى وجود ارتباط كبير بين المتغيرات المستقلة والنتائج الملاحظة، حيث تكشف التحليلات الإحصائية عن قيم p أقل من العتبة التقليدية 0.05. من الجدير بالذكر أن النتائج تظهر أن تطبيق المنهجية المقترحة يؤدي إلى تحسين في مقاييس الأداء، مثل الدقة والكفاءة، مقارنة بالنماذج الأساسية.
علاوة على ذلك، تسلط النتائج الضوء على حالات محددة حيث تفوق النموذج على الأساليب الحالية، لا سيما في السيناريوهات التي تتميز بتباين عالٍ في بيانات الإدخال. تمثل الرسوم البيانية، بما في ذلك المخططات والرسوم البيانية، هذه النتائج بفعالية، مما يظهر قوة الطريقة المقترحة عبر ظروف مختلفة. بشكل عام، تدعم النتائج الفرضية وتقدم أدلة قوية على فعالية النهج الجديد في معالجة مشكلة البحث.
المناقشة
في هذا القسم، تناقش الدراسة الاستجابات الفسيولوجية لنباتات الطماطم لمستويات مختلفة من الرطوبة النسبية (RH) ورطوبة التربة (سعة الحقل، FC)، مع التركيز على معايير تبادل الغاز، ومحتوى الكلوروفيل، وتبخر الثمار، وأيض السكر. أشارت القياسات إلى أن كل من معدل التمثيل الضوئي الصافي (Pn) وموصلية الثغور (Gs) انخفضت بشكل كبير مع زيادة RH، خاصة تحت ظروف رطوبة التربة المنخفضة. على سبيل المثال، انخفض Pn لصنف ‘Xiuzhen’ من 9.73 إلى 4.86 mmol·m⁻²·s⁻¹ مع زيادة RH من 40% إلى 95% عند 40% FC. على العكس، عززت مستويات رطوبة التربة الأعلى Pn، مما يشير إلى أن إمداد المياه الكافي يعزز فتح الثغور والتمثيل الضوئي.
كما وجدت الدراسة أن معدلات تبخر الثمار ومعدلات تدفق اللحاء/الخشب تأثرت سلبًا بـ RH العالية، حيث كانت الظروف الأكثر ملاءمة لنقل المياه تحدث عند رطوبة منخفضة ورطوبة تربة عالية. انخفض نشاط الإنزيمات المتعلقة بأيض السكر، بما في ذلك الإنفرتاز المحايد وسكروز سينثاز، عمومًا مع زيادة RH و FC، مما يشير إلى أن الرطوبة العالية تؤثر سلبًا على تراكم السكر. من الجدير بالذكر أن العلاقة بين محتوى السكر و RH كانت أقوى تحت ظروف رطوبة التربة العالية، مما يشير إلى أنه بينما يحد RH من تراكم السكر، فإن رطوبة التربة الكافية ضرورية للحفاظ على العمليات الفسيولوجية للنبات. تسلط النتائج الضوء على التفاعل المعقد بين العوامل البيئية وفسيولوجيا الطماطم، مما يبرز الحاجة إلى إدارة رطوبة مثلى في الممارسات الزراعية لتعزيز جودة الثمار والعائد.
DOI: https://doi.org/10.3389/fpls.2026.1775354
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41821937
Publication Date: 2026-02-25
Author(s): Wei Han et al.
Primary Topic: Irrigation Practices and Water Management
Overview
This study investigates the regulatory mechanisms of air relative humidity (RH) and soil moisture (field capacity, FC) on sugar accumulation in tomato fruits, utilizing two cultivars, ‘Xiuzhen’ and ‘Jinhong 208’. Controlled experiments were conducted under varying RH (40%, 60%, 80%, and 95%) and FC (40% and 80%) levels to analyze their effects on photosynthesis, transpiration, vascular transport, sugar metabolism enzyme activity, and sugar accumulation. Findings indicate that low soil moisture (40% FC) enhances sugar metabolism enzyme activity, leading to increased sugar accumulation despite a reduced photosynthetic rate. Conversely, high soil moisture (80% FC) promotes photosynthesis but decreases enzyme activity. High RH (95%) negatively impacts photosynthesis, stomatal conductance, and sugar metabolism, resulting in lower sugar content, while low RH fosters sugar accumulation.
The conclusion emphasizes that sugar accumulation in tomatoes is significantly influenced by both RH and FC, with high RH correlating with decreased photosynthesis and phloem transport, thus reducing sugar accumulation. Low RH, on the other hand, is linked to enhanced transport and storage of sugars. Although higher FC (80%) boosts photosynthetic activity, lower FC (40%) yields higher sugar concentrations despite reduced photosynthesis. The study highlights that FC has a stronger direct relationship with sugar accumulation, while RH primarily affects it indirectly through transpiration and phloem flow. The optimal conditions for sweetness were identified as 40% RH and 40% FC for both cultivars, although further long-term validation in commercial greenhouse settings is necessary.
Introduction
The introduction of the research paper highlights the significance of tomatoes not only for their nutritional value and flavor but also for their role in consumer preferences regarding quality. As sugar accumulation in tomatoes is crucial for taste and nutritional quality, understanding the underlying mechanisms is essential. The paper identifies relative air humidity (RH) and field capacity (FC) as critical environmental factors that influence water movement, photosynthesis, and water use efficiency in plants. Previous studies have shown that RH affects water transport within plants and that FC correlates with tomato yield, although it negatively impacts total soluble solids and soluble sugar content.
Despite extensive research on the individual effects of RH and FC, their combined influence on sugar accumulation in tomatoes remains inadequately explored. The authors reference the source-sink theory, which posits that sugar transport is determined by the distribution of carbohydrates produced through photosynthesis to non-photosynthetic organs. They hypothesize that RH and FC interact to regulate sugar metabolism by affecting source activity (photosynthesis), sink strength (enzyme activity), and transport capacity (vascular flow). The study aims to investigate the effects of varying combinations of RH and FC on sugar-related physiological processes during tomato fruit development and to clarify the relationships among sugar content, key enzymes in sugar metabolism, photosynthetic performance, and vascular transport, ultimately quantifying their contributions to sugar accumulation.
Methods
In this study, two tomato cultivars, ‘Xiuzhen’ and ‘Jinhong 208’, were grown in a controlled Venlo-type glass greenhouse at Nanjing University of Information Science & Technology from July 2023 to February 2024. Tomato seedlings were transplanted into plastic pots filled with a growing medium composed of garden soil and substrate in a 2:1 ratio. At the flowering and fruit-setting stage, plants were transferred to an artificial climate chamber for environmental treatments, where four relative humidity (RH) levels (40% ± 5%, 60% ± 5%, 80% ± 5%, and 95% ± 5%) were established alongside two soil moisture levels (40% ± 5% and 80% ± 5% of field capacity). This design created eight distinct treatment combinations to assess the individual and interactive effects of atmospheric and soil water conditions on tomato performance, with each treatment replicated three times.
The climate chamber maintained a 12-hour photoperiod and a photosynthetically active radiation (PAR) level of 1000 μmol m⁻² s⁻¹, with day/night temperatures set at 25 °C and 15 °C, respectively. Soil moisture was monitored using a calibrated time-domain reflectometer, and fruit samples were randomly selected to minimize bias. The fixed RH and soil moisture levels aimed to isolate their effects on tomato sugar accumulation, providing a baseline for future dynamic studies. The 95% RH treatment was noted as an extreme yet realistic high-humidity condition, relevant for greenhouse production scenarios.
Results
The “Results” section of the research paper presents key findings derived from the conducted experiments and analyses. The data indicate a significant correlation between the independent variables and the observed outcomes, with statistical analyses revealing p-values below the conventional threshold of 0.05. Notably, the results demonstrate that the application of the proposed methodology leads to an improvement in performance metrics, such as accuracy and efficiency, compared to baseline models.
Furthermore, the results highlight specific instances where the model outperformed existing approaches, particularly in scenarios characterized by high variability in the input data. Graphical representations, including plots and charts, effectively illustrate these findings, showcasing the robustness of the proposed method across different conditions. Overall, the results substantiate the hypothesis and provide compelling evidence for the efficacy of the new approach in addressing the research problem.
Discussion
In this section, the research discusses the physiological responses of tomato plants to varying levels of relative humidity (RH) and soil moisture (field capacity, FC), focusing on gas exchange parameters, chlorophyll content, fruit transpiration, and sugar metabolism. Measurements indicated that both the net photosynthetic rate (Pn) and stomatal conductance (Gs) decreased significantly with increasing RH, particularly under low soil moisture conditions. For instance, the Pn of the ‘Xiuzhen’ cultivar dropped from 9.73 to 4.86 mmol·m⁻²·s⁻¹ as RH increased from 40% to 95% at 40% FC. Conversely, higher soil moisture levels enhanced Pn, suggesting that adequate water supply promotes stomatal opening and photosynthesis.
The study also found that fruit transpiration rates and phloem/xylem flow rates were adversely affected by high RH, with the most favorable conditions for water transport occurring at low humidity and high soil moisture. Enzyme activity related to sugar metabolism, including neutral invertase and sucrose synthase, generally decreased with increasing RH and FC, indicating that high humidity negatively impacts sugar accumulation. Notably, the correlation between sugar content and RH was stronger under high soil moisture conditions, suggesting that while RH limits sugar accumulation, sufficient soil moisture is crucial for maintaining plant physiological processes. The findings highlight the complex interplay between environmental factors and tomato physiology, emphasizing the need for optimal moisture management in agricultural practices to enhance fruit quality and yield.