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XI Simposio Hispano-Portugués de Relaciones Hídricas en las Plantas
Sevilla, 17-20 de septiembre de 2012
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XI Simposio Hispano-Portugués de Relaciones Hídricas en las Plantas
Por un mejor uso y distribución del agua
Sevilla, 17 - 20 de Septiembre de 2012
Libro de Resúmenes
XI Simposio Hispano-Portugués de Relaciones Hídricas en las Plantas
Sevilla, 17-20 de septiembre de 2012
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COMITÉ ORGANIZADOR
Presidente: José Enrique Fernández Luque
Instituto de Recursos Naturales y Agrobiología (CSIC)
Secretario: Antonio Díaz Espejo
Instituto de Recursos Naturales y Agrobiología (CSIC)
Vocales: Alfonso de Cires Segura
Facultad de Biología (Universidad de Sevilla)
Mari Cruz Díaz Barradas
Facultad de Biología (Universidad de Sevilla)
José Luis Muriel Fernández
Centro Las Torres-Tomejil (IFAPA)
Luis Villagarcía Saiz
Universidad Pablo de Olavide
COMITÉ CIENTÍFICO
Maria João Carreira Universidade do Algarve
Alfonso de Cires Segura Universidad de Sevilla
Mª Victoria Cuevas Sánchez IRNAS, CSIC
Mari Cruz Díaz Barradas Universidad de Sevilla
Antonio Díaz Espejo IRNAS, CSIC
José Enrique Fernández Luque IRNAS, CSIC
José Luis Muriel Fernández IFAPA
Alfonso Pérez Martín IRNAS, CSIC
Mari Carmen Ruiz Sánchez CEBAS, CSIC
Arturo Torrecillas Melendreras CEBAS, CSIC
José Manuel Torres Ruiz IRNAS, CSIC
Luis Villagarcía Saiz UPO
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PATROCINADORES
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LOCALIZACIÓN
El simposio tendrá lugar en el Paraninfo de la Universidad de Sevilla (17 de
septiembre) y en el Pabellón de México (18 - 20 de septiembre).
Paraninfo de la Universidad de Sevilla Calle San Fernando 4, 41004 Sevilla
Pabellón de México Paseo de las Delicias s/n 41013 Sevilla
Programa
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Día Hora Actividad
17 20.00-22:30 Acto inaugural. Paraninfo de la Universidad de Sevilla (antigua Fábrica de Tabacos, C/ San Fernando, 4). Autoridades universitarias y del CSIC. Miembros del Grupo de RR.HH. en las Plantas y organizadores del Simposio.
Copa de bienvenida. Patio del Rectorado de la Universidad de
Sevilla (antigua Fábrica de Tabacos).
Inscripción de participantes
El resto de las sesiones tendrán lugar en el Pabellón de México (Paseo de las Delicias, s/n)
18 Desde 8.30 Inscripción de participantes
9.00-9.15 Apertura del simposio
9.15-10.00 Moderador: Luis Villagarcía Saiz
Conferencia inaugural. Aquaporins: how water channel proteins favour plant life in an ever changing environment.
Christophe Maurel. INRA-Montpellier, Francia
Sesión 1. Aspectos fisiológicos y moleculares de las relaciones hídricas en plantas
10.00 a 11.00 Impact of irrigation regime on berry development and flavonoids composition in Aragonez (Syn. Tempranillo) grapevine.
Zarrouk O., R. F., Pintó-Marijuan M., Brossa R., Santos R.R., Pinheiro C., Costa J.M., Lopes C., Chaves M.M.
Water use efficiency (WUE) and carbon-isotope composition (δ13C) in grapevine.
Bchir A., Gallé A., Escalona J.M., Medrano H.
Genotypic variation in soluble carbohydrate contents of the last stem internode among recombinant chromosome substitution lines (RCSLs) of barley under long-term drought stress.
Méndez A.M., Pérez P., Martínez-Carrasco R., Morcuende R.
11.00 a 11.30 Café
11.30 a 13.10 Moderador: Alfonso de Cires Segura
Evaluación de la respuesta fotosintética e hídrica durante el día y concentración iónica de plantas de evónimo regadas con agua regenerada con altos niveles de salinidad.
Gómez-Bellot M.J., Nortes P.A., Gonçalves K.S., Acosta J.R., Ortuño M.F., Sánchez-Blanco M.J.
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Día Hora Actividad
18 Portuguese wild beet ecotypes (Beta vulgaris ssp. maritima): physiological performance under drought and salinity and genetic affinities.
Ribeiro I.C., Pinheiro C., Ribeiro C., Veloso M., Paulo O., Ricardo C.P.
Photosynthetic response of Arabidopsis plants overexpressing (OE) or antisense (AS) for the patatin-like gene AtpPLAIIα to water deficit.
Vieira da Silva I., Bernardes da Silva A., Alcântara A., Marques da Silva J., Arrabaça J. D., Matos A. R.
Fagus sylvatica L. y cambio climático: contenido y actividad de la Rubisco ante el déficit hídrico y el incremento de la temperatura.
Potentini Couput M.F., Erice Soreasu G., Irigoyen Iparrea J.J.
Ecophysiology of wild and domesticated tomatoes.
Galmés J., Muir C.D., Molins A., Peguero-Pina J., Roldán E., Ponce J., Moyle L.C., Conesa M.À.
13.10-13.30 Pósteres (P01 a P12)
13.30-15.00 Almuerzo
15.00-15.45 Moderador: Jeroni Galmés Galmés
Charla invitada. Measuring & Modelling the Water Footprint of Fruit Production: Eco-verification & Adapting to Climate Change.
Brent Clothier. Food Research, Nueva Zelanda.
Sesión 2. Relaciones hídricas en especies de interés agrícola
15.45-17.05 Efecto del estrés hídrico en la acumulación de ceras
epicuticulares en Brachypodium distachyon.
de Andrés E.F., Casanova C., Soler C.
Using a process-based stomatal model in olive and its potential application to deficit irrigation studies.
Rodriguez-Dominguez C.M., Buckley T.N., Fernández J.E., de Cires A., Rubio-Casal A.E., Cuevas M.V., Elsayed-Farag S., Martin-Palomo M.J., Muriel J.L., Perez-Martin A., Torres-Ruiz J.M., Diaz-Espejo A.
Using a virtual fruit tree model (QualiTree) for evaluating the effects of water stress on fruit sugar content. Validation with real data from a mid-late maturing peach cultivar.
Mirás-Avalos J.M., Alcobendas R., Alarcón J.J., Valsesia P., Génard M., Nicolás E.
Physiological responses of drought-sensitive and drought-resistant Phaseolus vulgaris L. cultivars to water deficit stress.
Silvestre S., Alcântara A., Carrasco A., Araújo S.S., Bernardes da Silva A., Marques da Silva J.
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Día Hora Actividad
18 17.05-17.30 Café
17.30-18.50 Moderador: Emilio Nicolás Nicolás
Variabilidad radial y acimutal del flujo de savia en olivos plantados en seto.
Elsayed-Farag S., Palomo M.J., Fernández J.E., Pérez-Martin A., Díaz-
Espejo A.
Análisis de la eficiencia del uso del agua y del nitrógeno mediante la utilización de técnicas de discriminación isotópica en pomelo. Resultados preliminares.
Romero-Trigueros C., Nortes P.A., Alarcón J.J., Querejeta J.I., Nicolás E.
Distribución radicular de tres portainjertos de vid en el suelo y relación con la disponibilidad hídrica.
de Herralde F., Aranda X., Biel C., Savé R.
Average daily light interception determines leaf water use efficiency among different canopy locations in grapevine.
Medrano H., Pou A., Tomás M., Martorell S., Gulías J., Flexas J., Escalona J.
19 9.00-9.45 Moderador: Mari Carmen Ruiz Sánchez
Charla invitada. Water deficit and plant performance: time scales of metabolic and physiological responses.
Carla Pinhero. Universidade Nova de Lisboa, Portugal.
Sesión 2 (cont.). Relaciones hídricas en especies de interés agrícola
9.45-11.05 Indicadores alternativos al potencial hídrico para la determinación
de estrés hídrico en cítricos.
Ballester C., Castel J., Jiménez-Bello M.A., Intrigliolo D.S., Castel J.R.
A non-invasive, plant-based probe for online monitoring of water stress in real-time under field conditions. Bitter R., Rüger S.,
Ehrenberger W., Fitzke R., Zimmermann U.
Research on automatic irrigation control. State of the art and recent results.
Romero R.; Muriel J.L., Garcia I., Muñoz de la Peña D.
Low water stress conditions in table olive trees (Olea europaea L.) during pit hardening produced a different response of fruit and leaf water relations.
Dell'Amico J.; Moriana A.; Corell M.; Girón I.; Morales D.; Torrecillas A., Moreno F.
11.05 a 11.30 Café
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Día Hora Actividad
19 11.30 a 13.10 Moderador: José Luis Muriel Fernández
Pomegranate (Punica granatum L.) fruit response to different deficit irrigation conditions.
Mellisho C.D., Egea I., Galindo A., Rodríguez P., Rodríguez J., Conejero W., Romojaro F., Torrecillas A.
Efectos a largo plazo del riego deficitario sostenido en la producción de cítricos en Andalucía occidental.
García-Tejero I.F., Arriaga J., Durán-Zuazo V.H., Muriel-Fernández J.L.
Huella y eficiencia hídricas del melocotonero extratemprano con riego localizado.
Vera J., López-Martínez L., Abrisqueta I., Conejero W., Abrisqueta J.M., Ruiz-Sánchez M.C.
Sustainable water management in a late season table grape in California.
Abrisqueta I., Ayars J.E.
Relevancia del índice de cosecha de las plantas de trigo en su capacidad de respuesta al CO2 elevado.
Erice G., Sanz-Sáez A., Araus J.L., Irigoyen J.J., Sánchez-Díaz M., Aranjuelo I.
13.10-13.30 Pósteres (P13 a P22)
13.30-15.00 Almuerzo
15.00-16.00 Moderadora: Carmen Biel Loscos
Entrega del VII Premio Ibérico de Investigación en Relaciones Hídricas por D. Carlos Martínez Bertrand, de Vías y Construcciones, S.A.
Conferencias del VII Premio Nacional de Investigación en Relaciones Hídricas en las Plantas.
Respuestas fisiológicas de la cebada a la interacción de la salinidad y el elevado CO2 -Prospección ante el cambio climático. Usue Pérez López
Conferencia del VII Premio Nacional de Investigación en Relaciones Hídricas en las Plantas.
Respuestas fisiológicas de la Vid al déficit hídrico y durante la recuperación: implicaciones en la eficiencia en el uso del agua. Alicia Pou
Sesión 2 (cont.). Relaciones hídricas en especies de interés agrícola
16.00-17.00 Evaporative cooling effects on tree transpiration.
Green S.R., Goodwin I., Cornwall D.
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Día Hora Actividad
19 Potential changes in irrigation requirements and phenology of maize, apple trees and alfalfa under global change conditions in Fluvià watershed during XXIst century: results from a modeling approximation to watershed-level water balance.
Savé R., de Herralde F., Aranda X., Pla E., Pascual D., Funes I., Biel C.
What are olive trees doing during a summer night at Alentejo - water potential, water redistribution and water reserves.
Ferreira I., Conceição N., Fernández J.E., Nadezhdina N. Green S.
17.00-17.30 Café
17.30-18.30 Reunión de los Grupos de RR.HH. en las Plantas de la SEFV y
SPFV
20.00 Visita a centro histórico y copa
20 9.00-9.45 Moderador: Ismael Aranda García
Charla invitada. In honour of Professor Manuel Sánchez-Díaz, a pioneer in the study of plant-water relations.
Manuel Becana. Aula Dei-CSIC, Zaragoza.
Sesión 3. Relaciones hídricas en especies no cultivadas y forestales
9.45-11.05 Dynamics of embolism formation in Eucalyptus pauciflora seedlings.
Martorell S., Díaz-Espejo A., Medrano H., Ball M.C., Choat B.
Xylem hydraulic traits and anatomy of two Mediterranean shrubs: Rhamnus ludovici-salvatoris and Rhamnus alaternus.
El Aou-ouad H., López Rodríguez R.A., Venturas M.D., Martorell S., Medrano H., Lamarti A., Gulías J.
Some secrets of Argania spinosa water economy in a semiarid climate.
Díaz Barradas M.C., Zunzunegui M., Esquivias M.P., Boutaleb S., Valera-Burgos J., Tagma T., Ain-Lhout F.
Calibracion de sondas ECH2O de humedad del suelo.
Usubelli A., Domene M., Rodrigo G., Cabot O., Ferrer F.
11.05 a 11.30 Café
11.30 a 12.50 Moderador: Mari Cruz Díaz Barradas
Efecto de la aplicación de aire caliente en el estado hídrico de acículas y tallos de cuatro especies del género Pinus. Pita P., López R.A., Gil L.
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Día Hora Actividad
20 Functional and biochemical response to drought of 6 clones of Pinus pinaster Ait.
de Miguel M., Sánchez-Gómez D., Guevara M.A., de María N., Mancha J.A., Barbero M.C., Díaz-Díez L., Cervera M.T., Aranda I.
Evaluación de diversos indicadores de tolerancia al estrés hídrico en Pinus radiata D. Don.
De Diego N., Muñoz-Rueda A., Mena-Petite A., Moncaleán P., Lacuesta M.
Interactions between water stress and high temperatures on the pine wilt disease development in Pinus spp.
Fernandes P., Mendes A., Fonseca L., Abrantes I., Máguas C., Correia O.
12.50-13.30 Pósteres (P23 a P35)
13.30-15.00 Almuerzo
Sesión 3 (cont.). Relaciones hídricas en especies no cultivadas y forestales
15.00-15.40 Moderadora: Carla Pinheiro
Influencia del manejo del suelo en las relaciones ecohidrológicas de una plantación agroforestal.
Biel C., Molina A.J., Aranda X., Llorens P., Savé R.
Efecto del déficit hídrico en la eficiencia en el uso del agua en especies mediterráneas útiles en el ajardinamiento de cubiertas verdes extensivas.
Azeñas V.A., Conesa M.A., Medrano H., Gulías J.
15.40-16.40 Conferencia de Clausura. Respuestas fisiológicas de las plantas a componentes del cambio climático: CO2, temperatura, UV-B y sequía. Mecanismos e interacciones.
Manuel Sánchez Díaz. Universidad de Navarra.
16.40-17.00 Clausura
21.00 Cena de despedida
Charlas invitadas
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Conferencia Inaugural Martes 18
Aquaporins: how water channel proteins favour plant life in an ever
changing environment
Christophe Maurel, Véronique Santoni, Doan-Trung Luu, Karine Prado, Guowei Li,
Colette Tournaire-Roux, Moira Sutka, Yann Boursiac, Lionel Verdoucq, Michael
Wudick
Biochemistry and Plant Molecular Physiology, Integrative Biology Institute for Plants, CNRS/INRA
UMR5004, 2 place Viala, F-34060 Montpellier, France
Abstract.
Plants have to constantly adjust their water status during development and in response
to sometimes very challenging environmental conditions. Uptake of soil water by roots
and its delivery from xylem vessels to inner leaf tissues are crucial for maintaining the
plant water status. The present talk will discuss how the integrated function and
regulation of plant aquaporins can be addressed by a combination of genetic,
molecular and physiological approaches. We will show how aquaporins contribute to
water transport throughout the whole plant body and will dissect the signalling events
and molecular mechanisms that govern aquaporin regulation. These phenomena allow
a continuous adjustment of cell and tissue hydraulics, during development or in
response to environmental stimuli.
Introduction
Although they are exposed to ever changing and sometimes challenging environmental
conditions, higher plants can achieve remarkable metabolic and growth performance.
For this, they have to precisely maintain their water status and failure to do so can
dramatically impact their growth and ultimately their survival (Tardieu, 2005). The
control of water flow in the soil-plant-atmosphere continuum and the fine-tuning of
water transport within the plant body represent important mechanisms in these
respects.
In most plant species, the transcellular transport of water can be facilitated by
water channel proteins named aquaporins. These proteins belong to the ubiquitous
superfamily of Major Intrinsic Proteins (Maurel et al., 2008). They insert as tetramers in
cell membranes to form four individual pores, which allow the passage of water, small
neutral molecules or gases (Maurel et al., 2008). In plants, aquaporins fall in 4 to 5
homology subfamilies, among which the Plasma membrane Intrinsic Proteins (PIPs)
represent the most abundant aquaporins at the plasma membrane. PIPs are divided
into two subgroups (PIP1 and PIP2) with five and eight isoforms, respectively, in
Arabidopsis thaliana.
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Genetics of plant aquaporins
Knock-out mutants of Arabidopsis thaliana for PIPs were used to dissect water
transport functions of this class of aquaporins in roots and leaves (Javot et al, 2003;
Postaire et al, 2010). In the latter case, we recently showed that three isoforms
(AtPIP1;2, AtPIP2;1, AtPIP2;6), that are expressed in leaf veins mostly, contribute to
hydraulic conductivity of the rosette. Water permeability measurements in protoplasts
isolated from various leaf tissues and specific expression of aquaporins in these
tissues was also used to establish the limiting role of veins in leaf hydraulics. In roots,
mutant analysis revealed distinct contribution of specific PIP isoforms to osmotic and/or
hydrostatic modes of water uptake. In addition, the variation of root hydraulic
architecture and of aquaporin expression in natural accessions of Arabidopsis provided
complementary insights into the role of specific cell layers and aquaporin isoforms in
root water uptake (Sutka et al, 2011).
Plant aquaporin regulation
Aquaporins are also crucial for adjusting cell and tissue hydraulics in response to
various environmental stimuli. A variety of mechanisms involving transcriptional control
(Alexandersson et al, 2005; Maathuis et al, 2003), stimulus-induced internalisation of
PIPs (Boursiac et al, 2008a), or regulated channel opening and closing (gating) by
cytosolic calcium, cytosolic protons, or aquaporin phosphorylation has been revealed
(Boursiac et al, 2008a; Törnroth-Horsefield et al, 2006; Tournaire-Roux et al, 2003;
Verdoucq et al, 2008). Several studies have highlighted the role of Reactive Oxygen
Species (ROS)-dependent signalling paths in the response of roots and leaves to water
stress, anoxia or changes in irradiance. The effects of ROS on phosphorylation, gating
and sub-cellular trafficking of aquaporins have also been described (Boursiac et al,
2008b; Prak et al, 2008). The precise mechanisms and routes of ROS- and salt stress-
dependent trafficking of PIPs were recently dissected in root cortical cells. Both salt
stress and ROS were shown to enhance the cycling of PIPs between the plasma
membrane and endosomes (Luu et al, 2012)(Wudick et al., unpublished). The
compartmentalization of these proteins in microdomains, their dynamic properties in
these domains, and the molecular components involved in their constitutive cycling will
be discussed. These studies provide insights into cell-specific responses and
mechanisms involved in the early response of plants to salt stress.
In Arabidopsis thaliana, the hydraulic conductivity of the rosette is controlled by
the light regime and is the highest during the night (Postaire et al, 2010). The
mechanisms of PIP regulation during this process were investigated at the cell, tissue
and organ levels by water permeability measurements on isolated protoplasts or
rosettes, subcellular localization studies by multiphotonic microscopy and proteomics.
Quantitative phosphoproteomics revealed light-dependent changes in AtPIP2;1
phosphorylation at two C-terminal sites. In planta complementation using AtPIP2;1
mutants deregulated at these sites was used to demonstrate a phosphorylation-
dependent activity of AtPIP2;1. This approach provides the first genetic evidence for a
direct role of aquaporin phosphorylation in plant tissue hydraulics.
Besides environmental stimuli, auxin was found to regulate aquaporin
expression and hydraulic conductivity in roots. An integrated model will be presented,
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showing how this hormonal regulation can be connected to a novel role for a PIP
isoform in lateral root emergence. Whilst water transport and its regulation are known
to dramatically affect the growth of leaves and primary roots (Ehlert et al, 2009), these
findings identify a new context in which plant growth is hydraulically limited.
Conclusion and perspectives
Plants have to find a compromise between water loss by transpiration and
photosynthetic assimilation of atmospheric CO2. Therefore, the finding that some plant
aquaporins are permeable to gases such as CO2 is of prime importance to address
their function in plant leaves. The alteration of mesophyll conductance to CO2 in some
PIP knock-out mutants (Heckwolf et al, 2011) will be discussed with regard to a model
whereby PIPs facilitate CO2 diffusion across the membranes of mesophyll cells. In
conclusion, a wide range of selectivity profiles and regulation properties allows
aquaporins to be integrated in numerous functions, throughout plant development, and
during adaptations to variable living conditions. In particular, the possible coupling of
tissue hydraulics with growth and carbon assimilation provides unique research
perspectives in plant integrative biology.
References
Alexandersson E, Fraysse L, Sjovall-Larsen S, Gustavsson S, Fellert M, Karlsson M, Johanson
U, Kjellbom P (2005) Whole gene family expression and drought stress regulation of
aquaporins. Plant Mol Biol 59: 469-484
Boursiac Y, Boudet J, Postaire O, Luu DT, Tournaire-Roux C, Maurel C (2008a) Stimulus-
induced downregulation of root water transport involves reactive oxygen species-activated cell
signalling and plasma membrane intrinsic protein internalization. Plant J 56: 207-218
Boursiac Y, Prak S, Boudet J, Postaire O, Luu D-T, Tournaire-Roux C, Santoni V, Maurel C
(2008b) The response of Arabidopsis root water transport to a challenging environment
implicates reactive oxygen species- and phosphorylation-dependent internalization of
aquaporins. Plant Signal Behav 3: 1096-1098
Ehlert C, Maurel C, Tardieu F, Simonneau T (2009) Aquaporin-mediated reduction in maize root
hydraulic conductivity impacts cell turgor and leaf elongation even without changing
transpiration. Plant Physiol 150: 1093-1104
Heckwolf M, Pater D, Hanson DT, Kaldenhoff R (2011) The Arabidopsis thaliana aquaporin
AtPIP1;2 is a physiologically relevant CO2 transport facilitator. Plant J 67:795-804
Javot H, Lauvergeat V, Santoni V, Martin-Laurent F, Guclu J, Vinh J, Heyes J, Franck KI,
Schäffner AR, Bouchez D, Maurel C (2003) Role of a single aquaporin isoform in root water
uptake. Plant Cell 15: 509-522
Luu DT, Martinière A, Sorieul M, Runions J, Maurel C (2012) Fluorescence recovery after
photobleaching reveals high cycling dynamics of plasma membrane aquaporins in Arabidopsis
roots under salt stress. Plant J 69: 894-905
Maathuis FJ, Filatov V, Herzyk P, Krijger GC, Axelsen KB, Chen S, Green BJ, Li Y, Madagan
KL, Sanchez-Fernandez R, Forde BG, Palmgren MG, Rea PA, Williams LE, Sanders D,
Amtmann A (2003) Transcriptome analysis of root transporters reveals participation of multiple
gene families in the response to cation stress. Plant J 35: 675-692
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Postaire O, Tournaire-Roux C, Grondin A, Boursiac Y, Morillon R, Schäffner T, Maurel C (2010)
A PIP1 aquaporin contributes to hydrostatic pressure-induced water transport in both the root
and rosette of Arabidopsis. Plant Physiol 152: 1418-1430
Prak S, Hem S, Boudet J, Viennois G, Sommerer N, Rossignol M, Maurel C, Santoni V (2008)
Multiple phosphorylations in the C-terminal tail of plant plasma membrane aquaporins. Role in
sub-cellular trafficking of AtPIP2;1 in response to salt stress. Mol Cell Proteomics 7: 1019-1030
Sutka M, Li G, Boudet J, Boursiac Y, Doumas P, Maurel C (2011) Natural variation of root
hydraulics in Arabidopsis grown in normal and salt stress conditions. Plant Physiol 155: 1264-
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Tardieu F (2005) Plant tolerance to water deficit: physical limits and possibilities for progress. C
R Geoscience 337: 57-67
Törnroth-Horsefield S, Wang Y, Hedfalk K, Johanson U, Karlsson M, Tajkhorshid E, Neutze R,
Kjellbom P (2006) Structural mechanism of plant aquaporin gating. Nature 439: 688-694
Tournaire-Roux C, Sutka M, Javot H, Gout E, Gerbeau P, Luu DT, Bligny R, Maurel C (2003)
Cytosolic pH regulates root water transport during anoxic stress through gating of aquaporins.
Nature 425: 393-397
Verdoucq L, Grondin A, Maurel C (2008) Structure-function analysis of plant aquaporin
AtPIP2;1 gating by divalent cations and protons. Biochem J 415: 409-416
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Charla invitada Martes 18
Measuring & Modelling the Water Footprint of Fruit Production:
Eco-verification & Adapting to Climate Change
Brent Clothier1,2, Steve Green1, Indika Herath1,2, Carlo van den Dijssel1, Alistair Hall1,
Greg Dryden3 & Mike Butcher4
1 Plant & Food Research, Palmerston North, New Zealand brent.clothier@plantandfood.co.nz
2 Massey University, Palmerston North, New Zealand
3 Fruition Horticulture, Nelson, New Zealand
4 Pipfruit NZ, Hastings, New Zealand
ABSTRACT
Water will be the critical resource of the 21st century. The water footprint of a good or
service can be used as an indicator of the sustainability of water usage. A water
footprint assesses the impact of the life cycle of a product, or a service, on the scarcity
and quality of water resources. Supermarket chains are increasingly demanding ‘eco-
verification’ of their products in their quest to attract more consumers. We describe a
rational protocol for assessing the water footprint of an export apple produced in New
Zealand. The thrifty water imperative for agriculture will be ever more challenging and
will require nimble responses to climate changes that will affect the demand for, and
the supply, of available water. We outline the magnitude of the adaptations needed for
wine-grape production in Marlborough
INTRODUCTION
Water footprints are touted as indicators of the influence of primary products on water
scarcity and water quality. We have developed a hydrological approach to water
footprinting that extends the methods developed by the Water Footprint Network
(WFN), and the stress-weighted approach of Ridoutt and Pfister (2010). We link our
footprint to hydrological phenomena in the water cycle and discuss this for apple
production in New Zealand’s main growing regions of Hawke’s Bay, Tasman and
Central Otago. Our approach is underpinned by measurements and a survey of the
water used for irrigation by growers. We also considered direct and indirect water uses
in the orchard and in the packhouse and coolstore
Finally we discuss how climate change might affect the demand for irrigation, and the
supply of water to groundwater. The impacts of climate change on the water needs and
supply for grapes in Marlborough were modelled. Two climate-change scenarios were
considered; the IPCC A2 ‘high’ scenario, and the ‘low’ B1 scenario (Clothier et al.,
2012).
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MEASUREMENTS AND SURVEY
From our research in the Hawke’s Bay on a range of horticultural crops, including
apples, we present some key results to show the good understanding of the water and
nutrient dynamics we have obtained. We also have the ability to model these through
our SPASMO (Soil Plant Atmosphere System Model) framework. The orchard site was
flat and a well-drained Heretaunga silt loam. Heat-pulse sensor enabled direct
measurement of transpiration over the season (Figures 1), and our modelling was able
to predict the daily pattern of tree water use over the season.
So that we could better understand the amounts of water currently being used by
growers for irrigation, we carried out a survey of irrigation usage in Hawke’s Bay. The
results are presented in Figure 2 for the 4 years from 2008 to 2011. These results show
that irrigation water-use is temporally variable and depends on the seasonal weather.
But also there is large grower-to-grower variation in the application of irrigation, which
will depend on the local soil type, as well as the individual grower’s attitude to irrigation.
This means that water footprint calculations, even for a small and seemingly
homogeneous region, will possess a high degree of natural variation.
LIFE CYCLE ASSESSMENT AND METHODOLOGY
The functional unit we consider here is a kilogram of apples at the coolstore gate
awaiting export. Thus the system boundary, as shown in red (Figure 3), encompasses
the orchard phase, plus that of the packhouse and coolstore. There are three water
colours associated with the water footprint of a product: the green water of the water
stored in soil, the blue water stored in lakes, streams and groundwaters and used for
irrigation, plus the grey water of the changed water quality of the leachate from the
rootzone. Our focus here is only on water quantity, so we just discuss the green-water
(GFP), and blue water footprints (BFP).
Deurer et al. (2011) and Herath et al. (2011) proposed a hydrological method for
considering the water footprint of goods and services. This considers all hydrological
flows in the system. The precipitation (P) is a vital input, as is the drainage and runoff
return of both blue and green water to the blue water resource (B) in irrigated systems
(DI, RI ) (Figure 4). We account for all mass flows and storages of water, and consider
the net water balance of the soil water store as GFP and the net water balance of
groundwater as BFP.
RESULTS
The SPASMO modelling of these flows was carried out. Irrigation in SPASMO was
carried out whenever the soil water content dropped to the refill point, and a standard
aliquot of water was applied. The water balances of the irrigated apple orchards across
the various zones of the three regions are shown in Figure 5. As rainfall decreases
from Tasman, though Hawke’s Bay, to Central Otago, the need for irrigation rises from
195 mm in Tasman, through 222 mm in Hawke’s Bay, to 350 mm in Central Otago.
These values of predicted irrigation, using optimal scheduling in SPASMO are similar
those measured on average in the surveys by Fruition Horticulture (Figure 2.). The
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drainage and runoff returns to the blue-water resource (B) tracks the trend in rainfall
between regions. It is highest in Tasman.
In the orchard phase, we consider the green water footprint, GFP is essentially near
zero, as we found from our measurements that every year the rootzone soil-water
content returns to field capacity in winter. On national average, the blue-water footprint
BFP is -3.3 l/kg, thanks in large part to the contribution from apples in Tasman where
rainfall well exceeds evaporation and transpiration (Figure 5). Indeed because of the
greater need for irrigation in the low rainfall region of Central Otago, the blue water
footprint there is quite large averaging 48.0 l/kg. However, this contribution is diluted
nationally because of the dominance of Tasman, and Hawke’s Bay in the production of
export apples.
We also considered the water footprint of the energy used in the packhouse and
coolstore (Figure 3), as well as the water footprint of the packaging material. Electricity
and cardboard dominate the water footprint values of the inputs into the packhouse and
coolstore. The full hydrological analysis for New Zealand’s hydropower (Herath et al.
2011) provides a water footprint of just 0.58 l/kg of apples for the electricity used in the
packhouse and coolstore. For the cardboard packaging pulped from trees grown in the
Central North Island of New Zealand, there is 262.1 mm of groundwater recharge
under the trees, every year for 28 years of their growth prior to harvest. Following the
hydrological analysis of Deurer et al. (2011) and Herath et al. (2011), we would then
estimate that the water footprint of paper is -327 l/kg due to the forest production
phase. So when this is all added together, we estimate that the water footprint of paper
is -137 l/kg.
From the sum of GFP + BFP we consider that the water footprint of export apple
production in New Zealand is slightly negative, but for practical purposes it is
essentially zero (Table 1). That is, as much water is returned to the blue water
resource (B) by winter rains, as is withdrawn for irrigation in summer. We conclude
therefore that export apple production in New Zealand appears sustainable with regard
to water quantity. Nonetheless, there is burgeoning pressure on our water resources,
and apples growers, along with all others, must be encouraged to reduce further their
usage of, and impacts on our water resources.
CLIMATE CHANGE
To assess the impact of climate change on irrigation demand, and the potential supply
of groundwater, we considered the two climate change scenarios of B1 (low) and A2
(high). These scenarios have been scaled down to the local level in New Zealand using
finer resolution Regional Climate Models. The SPASMO modeling for these scenarios
was centred on 2050, but encompassed the results of daily simulations from 2030 to
2070. Account is taken of 5 local grape-growing soils in Marlborough. The need for
irrigation is strongly dependent on the soil’s ability to hold water, such that deep soils
with a high value of plant-available water require less irrigation.
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Depending upon soil type, under scenario A2 the irrigation allocations at PE80 (80%
probability of exceedance) will increase. On the deeper soils it increases from 12mm to
52mm (Figure 7). On soils of lower water-holding capacity it rises by about 10% from
177mm to 195mm, as a result of the balance between the new pattern of water
demands and the changed water supply of summer rainfall.
Drier conditions in Marlborough will increase the need for irrigation water. Whether
there will be enough water available for this increased demand will depend upon how
the aquifers will be recharged in the future. Our modelling of drainage recharge (DI)
indicates there is likely to be a small reduction in groundwater resupply under the two
future scenarios. Recharge to the blue-water resource (B) decreases from the current
187 (±91) mm, to 178 (±87) mm under scenario B1, and to 173 (±101) mm for scenario
A2. Although these changes might seem small, the increased demand which is of the
order of 40 mm/yr means that it is likely that there will be greater pressure on water
resources. Reducing the water footprint of production will be an imperative.
REFERENCES
Clothier, B.E., A. Hall, and S.R. Green. 2012. Horticulture. In A. Clark and R. Nottage
(eds.), Enhanced climate change impact and adaptation evaluation for New Zealand’s
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footprints indicate the hydrological impact of primary production? – A case study of
New Zealand kiwifruit. Journal of Hydrology doi:10.1016/j.jhydrol.2011.08.007.
Herath, I., M. Deurer, D. Horne, R. Singh and B. Clothier. 2011 The water footprint of
hydroelectricity: A methodological comparison from a case study in New Zealand.
Journal Cleaner Production doi: 10.1016/j.jclepro.2011.05.007.
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transparent the impacts of consumption and production on global freshwater scarcity.
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Figure 1. Daily sap flow (red symbols) and modelled transpiration losses (blue line) for apple trees at the Close orchard near Whakatu in the 2010 harvest year. Sap flow data were integrated over the day (midnight to midnight), and are expressed in units of mm (=L/m
2)
assuming 1900 trees per hectare. The ‘consumptive’ water use of these trees over the full year is calculated to be 650 mm/yr. Soil and inter-row evaporation was estimated to be 200 mm/yr.
Figure 2. The probability of exceedence of water-use of apple irrigation in orchards in the Hawke’s Bay region. The growing seasons of 2010 and 2011 were much wetter than normal, and so average water use was about half the amount of the other two years.
0.0
2.0
4.0
6.0
8.0
Nov Dec Jan Feb Mar Apr May
Tra
nsp
ira
tio
n [m
m/d
]
Apple - Pink Lady
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0 100 200 300 400 500 600
Pro
ba
bility o
f e
xce
ed
en
ce
Annual Irrigation [mm/yr]
2008 2009 2010 2011
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Figure 3. The life cycle of export apples from New Zealand showing in red the system boundary
that we consider here for the water footprint calculations.
Figure 4. The hydrological flows of water in the orchards of rain-fed apples (left) and irrigated apples with frost fighting (right). These flows were all modelled using the SPASMO model (Soil Plant Atmosphere System Model). Here Tc
R is the transpiration from a rainfed apple tree Es
R is
the soil-water evaporation from the inter-row of a rainfed orchard. The precipitation is P and interception losses directly from the canopy is PL, and RR and RI are the respective surface run-off losses from rainfed and irrigated orchards which that eventually find their way back to the blue water resources (B). The drainage and runoff are returned back to groundwater as DR and
DI respectively. Water is drawn from groundwater for irrigation (I).
Packhouse & coolstore1.Forced air cooling 2.Coolstored in field bins
until packing (1 to 124 days) 3.Separation
(floatation& drying)4.Grading for quality (colour & sizing) &
Phytosanitary Inspection
Shipping1. Napier to Zeebrugge(possibly via other NZ port)
2. Container unloadedto truck
UK distribution centre1.Possible repacking2.Coolstore
Retail unit
Orchard 1. Natural cooling2. Packing in
400kg field bins
Packhouse & coolstore1.Packing in 18kg cardboard
containers2.Packing in retail trade displays
3.Palleting up
4. coolstored packed until
shipping5.Loadout to refrigerated container
Domestic Apple Market Process (apples for juice)
NZ Port1.Refrigerated containerplugged in
Household Consumption
Sources: Hume et al., (2010)
Orchard1. Growing2. Picking
1. Fertilisers2. Irrigation3. Fungicides
4. Insecticides5. Frost protection
The Orchard, plus Packhouse & Coolstore Phases
EsR
TCR
Blue Water Resource (B)
P
PL
RR
DR
Rainfed Apples
EsR
TcR
Blue Water Resource (B)
I
DI
RI
PL
IrrigatedApples
P
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Figure 5. The key components of the water balance for irrigated orchards in the main apple growing districts in New Zealand averaged over the time period of 1973-2010. The components are the precipitaion (P), irrigation (I), the evapotranspiration of the soil-plant-atmosphere system as given by the sum of tree transpiration (T
Ic) plus soil and inter-row evaporation (E
IS), and the
net recharge from drainage below the root zone (DI) and run-off (R
I) from the soil surface. The
bars represent the standard error of the regional mean, as determined by the long-term average for 3-7 sub-regions within each district.
Figure 6. The water footprint of New Zealand export apples (orchard phase) as calculated using a hydrological method for irrigated orchards in the three regions. The error bars are measure of the variation within the various zones of each region, and the variability between soils within each zone.
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
Tasman Hawkes Bay Otago
Wat
er b
alan
ce c
om
po
nen
t [m
m/y
r]
P I TC + ES D + R
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Table 1. A summary of hydrological approach used to calculate the water footprint of New Zealand’s export apples. Orchard Phase Footprint
(l/kg)
Packhouse-Coolstore
Footprint (l/kg)
Total Footprint (l/kg)
Green/Blue Footprint
(GIFP + B
IFP)
-1.3 -4.0 -5.3
Figure 7. The effect of climate change on the annual irrigation requirements of grapes in Marlborough as a function of the soil’s storage of plant-available water (mm). The markers represent the annual average, and the ‘error bars’ represent the PE80 value which has an 80% chance of meeting the vines’ needs.
0
50
100
150
200
250
0 50 100 150 200
Irri
ga
tio
n re
qu
ire
me
nt [
mm
/yr]
Plant available water [mm/m]
current B1 scenario A2 scenario
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Charla invitada Miércoles 19
Water deficit and plant performance: time scales of metabolic and
physiological responses
Pinheiro C.1, Ribeiro I.C.1, Dodd I.C.2, António C.3,4, Mariott A.3, Pintó-Marijuan M1.,
Rodrigues M.A.A.1, Machado A.1, Bicho C.1, Ortuño M.F.1,5, Ricardo, C.P.1, Chaves
M.M.1, Wilson J.C.3, Thomas-Oates J.3
1
Instituto de Tecnologia Química e Biológica, Universidade Nova de Lisboa, Av. da República, 2780-157
Oeiras, Portugal. pinheiro@itqb.unl.pt
2 Lancaster Environment Centre, Lancaster University, Lancaster, LA1 4YQ, UK
3 Department of Chemistry, University of York, Heslington, York YO10 5DD, UK
4 current address: Max-Planck-Institute of Molecular Plant Physiology, Potsdam, Germany
5 current address: CEBAS-CSIC, Campus Universitario de Espinardo, Murcia, España
ABSTRACT
Plants perceive and respond to alterations in soil water content via a series of
physiological, cellular, and molecular events that develop in parallel. The modulation of
carbon sensing and signaling by progressive soil water deficit was investigated in
Arabidopsis thaliana (a model plant) and Thellungiella salsuginea (an extremophile).
Our working hypothesis is that the combined alterations in hormone and carbohydrate
levels play an important role in the stress response mechanism. After withholding
water, the rate of soil water depletion was similar for Arabidopsis and Thellungiella for 2
days, then (days 3-5) Arabidopsis plants took up more water from the soil (5-10%). At
similar soil water contents, Arabidopsis and Thellungiella performance were quite
distinct, and were accompanied by distinct effects on the rosette carbohydrate
metabolism and ABA levels (related to timing and magnitude of response). The direct
comparison of these two contrasting plant systems offers the possibility to improve
understanding of physiological and biochemical drought-related mechanisms.
INTRODUCTION
Understanding the mechanisms of drought tolerance in order to maintain plant
productivity poses a major scientific challenge (Bressan et al., 2009; Pinheiro and
Chaves, 2011). Significant advances have resulted by studying Arabidopsis, a well
characterized and widely used model plant in molecular research (Cramer et al., 2011;
Pinheiro and Chaves, 2011) but available information is mostly transcription-based.
Furthermore, Arabidopsis is not described as a drought tolerant plant. Thellungiella
salsuginea is a close relative of Arabidopsis (also a member of the agriculturally
important Brassicacea), which exhibits higher stress tolerance than its relative
(Amtmann, 2009; Bressan et al., 2009). The use of two closely related species with
contrasting responses to drought may allow differentiation of tolerance and injury,
thereby identifying tolerance pathways. Furthermore, linking physiology, biochemistry
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and molecular biology is essential in plant stress biology (Bressan et al., 2009; Cramer
et al., 2011).
Our work has highlighted carbon status and hormone balance as major players in the
response to progressive drought. The earliest alterations in carbohydrate metabolism
and hormonal balance were associated with lower leaf conductance and unchanged
plant water status, suggesting that water deficit is perceived before decreases in plant
water status (Pinheiro et al., 2011). We have proposed a mechanism to discriminate
between environmental fluctuation and steady, progressive soil water deficit (Pinheiro
et al., 2011). The mechanism implies plant responses to different degrees of drought
and the need to make daily adjustments (Sulpice et al., 2009; Boyer, 2010). Although
abscisic acid (ABA) accumulation is triggered in response to stress, other metabolic
alterations are also involved in the drought decision-making mechanism(s) (Chaves et
al., 2009; Sulpice et al., 2009; Cramer et al., 2011; Pinheiro et al., 2011). Critical events
leading to a given physiological response can result from progressive and cumulative
changes in carbon metabolism (Pinheiro et al., 2011). We aimed to verify the existence
of such pattern in Arabidopsis and Thellungiella.
MATERIAL AND METHODS
Plant growth and drought imposition: Seed priming (imbibition in petri dish with
hydrated 3MM paper) was performed in the dark at 4ºC for 3 days (Arabidopsis) and 14
days (Thellungiella). The experiments were conducted in a growth chamber (12h
photoperiod, temperature 20º/24ºC, 40-50% relative humidity, 240mol m-2 s-1 average
photosynthetically active radiation).
Soil water content, plant water status and photosynthetic performance: taken every
other day, gas exchange measurements (Li-6400, Li-Cor), the soil water content and
the relative water status were determined as previously described (Pinheiro et al.,
2011).
Carbohydrate analysis: Following chloroform/methanol extraction, water soluble sugars
and starch were determined as previously described (Pinheiro et al., 2011).
Abscisic acid determination: Immunological quantification of aqueous tissue extracts
determined (Quarrie et al. 1988) using the monoclonal antibody AFRC MAC 252.
Multivariate analysis: Principal component analysis (PCA) was carried out using the R
software (version 2.13.1) and the ade4 package (Chessel et al., 2004).
RESULTS
The progressive decline in soil water content was reflected in decreasing plant water
status, but in a species specific way. Based on the relative water content (leaf, root)
and plant biomass it was possible to distinguish Arabidopsis from Thellungiella on the
1st component axis of the PCA plot (Fig. 1). The rate of soil water depletion was similar
for both species during the initial days of treatment, having no effect on leaf relative
water content. However, biochemical analysis revealed that Arabidopsis and
Thellungiella had differences in starch, sugar and ABA concentrations when both
species experienced the same soil water content (Fig. 1B & Fig. 2).
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Sucrose, glucose and raffinose were detected in the water-soluble carbohydrate
fraction in all samples. Glucose was the most abundant sugar in both species, but its
concentration was higher in Thellungiella. Raffinose levels were much lower than those
of glucose and sucrose (nmol g-1 DW versus mol g-1 DW), and more abundant in
Arabidopsis. Carbohydrate metabolism was affected earlier than either leaf relative
water content or ABA levels. The pattern of ABA response was distinct in both plants,
with greater ABA accumulation (and persistence after rewatering) in Arabidopsis, while
rewatering Thellungiella returned ABA values to control values after 24h (Fig. 2).
Arabidopsis and Thellungiella were able to recover from drought, the plant water status
being restored 24h after rewatering (Fig. 2).
DISCUSSION AND CONCLUSION
The earliest responses to progressive soil water deficit in Arabidopsis and Thellungiella
were lower leaf conductance and altered carbon metabolism (starch and sugar levels),
which occurred prior to detecting changes in leaf relative water content. On the other
hand, (foliar) ABA concentrations were only observed once plant water status was
affected. These findings are similar to that observed for Lupinus albus (Pinheiro et al.,
2011). However, the timing and magnitude of these physiological responses differed
between L. albus and the two species considered here. These differences can be
related with the survival ability and with the mechanism used by each plant to cope with
lower water availability. Since soil water deficit is slowly imposed and both plants are
able to survive severe drought, distinct pathways of acclimation can be highlighted. The
physiological relevance and the implications for plant survival need to be explored in
order to extract critical information on drought tolerance.
ACKNOWLEDGEMENTS
This work was partially supported by the Treaty of Windsor (Anglo-Portuguese Joint
Research Programme, B-18/08).
REFERENCES
Amtmann (2009). Learning from ….abiotic stress tolerance in plants. Mol. Plant 2:3-12.
Boyer (2010). Drought decision-making. J.Exp.Bot. 61: 3493-3497
Bressan et al. (2009). Abiotic stress…organisms to crop improvement. Mol. Plant 2: 1-2.
Chaves et al. (2009). Photosynthesis …from whole plant to cell. Ann. Bot. 103: 551–560.
Chessel et al. (2004). The ade4 package-I - one-table methods. R News 4: 5–10.
Cramer et al. (2011). Effects of abiotic…systems biology perspective. BMC Plant Biol. 11
Quarrie et al. (1988). A monoclonal antibody….. lupin leaves. Planta 173: 330-339
Pinheiro and Chaves (2011). Photosynthesis available data?” J.Exp.Bot. 63: 869-882.
Pinheiro et al. (2011). Initial water deficit….stress responses. J.Exp.Bot., 62: 4965-4974.
Sulpice et al. (2009). Starch as….regulation of plant growth. PNAS 106: 10348-10353.
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Figure 1. Principal component analysis (PCA) using as variables: A) the leaf and root relative
water content (RWC) and the plant dry weight (DW) of Arabidopsis (At) and Thellungiella (Th)
submitted to progressive soil water deficit; B) leaf and root relative water content (RWC), the
leaf conductance, ABA, glucose, sucrose, raffinose and starch concentration. d0 – day zero
(onset of the assay); WD1 – 1day after withholding water; WD3 – 3days after withholding water;
WD5 – 5days after withholding water.
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Figure 2. Progressive soil water deficit effects (relative to control plants) on Arabidopsis and
Thellungiella water status, leaf conductance, carbohydrate levels (starch, sucrose, raffinose and
glucose) and abscisic acid (ABA) levels.
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Charla invitada Jueves 20
In honour of Professor Manuel Sánchez-Díaz, a pioneer in the study
of plant-water relations
Becana M.
Departamento de Nutrición Vegetal, Estación Experimental de Aula Dei, CSIC, Apartado 13034,
50080 Zaragoza, Spain
ABSTRACT
In this talk, I will give an overview of the human profile and scientific achievements of
Prof. Manuel Sánchez-Díaz, on the occasion of his retirement after more than 40 years
of service in several academic and research institutions, especially in the University of
Navarra (Pamplona, Spain). During his remarkable career, he has worked in different
aspects of water stress in cereals, legumes, and grapevine using ecophysiological and
biochemical approaches. In Spain, Manuel was a pioneer of studies in plant physiology
and, particularly, in plant-water relations. The subjects of his research included, to
name a few, the effects of rhizobial and mycorrhizal symbioses, antioxidant defenses,
and high carbon dioxide-temperature interactions on the water stress tolerance of
plants. All of us, who have had the immense pleasure and privilege to work with him,
will miss his honest support and timely advice but will be comforted by his enduring
friendship.
THE EARLY YEARS
Manuel was born in Cádiz (1941) and graduated in Biology at the University of
Barcelona (1965). He then moved to the Instituto de Edafología y Biología Vegetal
(CSIC) in Madrid to initiate his PhD studies under the supervision of Prof. González
Bernáldez, the first full professor of terrestrial ecology in Spain. In 1968 Manuel
defended his PhD on the responses of sorghum and maize leaves to drought, and
moved to Duke University (North Carolina, USA) to perform postdoctoral studies under
the supervision of Prof. Paul Kramer, a world leader on plant-water relations. He
worked at Duke for nearly two years on the higher drought tolerance of sorghum
compared to maize (Sánchez-Díaz and Kramer, 1971). Moving back to Spain in 1972,
Manuel obtained a permanent post as scientific collaborator in the same CSIC Institute
and was soon appointed as an associate professor at the University of Bilbao. In 1975,
he carried out a second visit to the US, this time as visiting professor at Stanford
University, under the supervision of Prof. Harold Mooney, to work on plants endemic to
the Death Valley (Sánchez-Díaz and Mooney, 1979). In 1977, Manuel was promoted to
full professor at the University of Santiago de Compostela and one year later he
decided to settle down at the University of Navarra, where he was appointed Head of
the Plant Physiology Department.
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A LONG TIME AT THE UNIVERSITY OF NAVARRA
An outstanding aspect of Manuel’s scientific and personal virtues was his capacity to
simultaneously implement laboratory infrastructures, coordinate research and teaching
duties, and develop new research activities revolving round plant-water relations. The
first of these activities at the University of Navarra was focused on the physiological
response of important forage legumes, such as alfalfa and clover, to water and salt
stress (Aparicio-Tejo et al. 1980; Sánchez-Díaz et al. 1982). These studies were
central to the two first PhDs supervised by Manuel and paved the way for further
research on nitrate assimilation in legume nodules and its interaction with nitrogen
fixation. Over the 1980-1995 period, Manuel’s lab produced a significant number of
papers on nitrogen and carbon metabolism in nodules experiencing water stress
(Becana et al. 1986; Aguirreolea and Sánchez-Díaz, 1989; Irigoyen et al. 1992), but
also on various other subjects, including the effects of herbicides on legume physiology
(Muñoz-Rueda et al. 1986) and some incursions into the field of bryology (Martínez-
Abaigar et al. 1994). In that period, the lab was also involved in a series of papers
about the alleviating effect of arbuscular mycorrhizal fungi on drought-stressed
legumes (Peña et al. 1988) and the role of antioxidant enzymes and metabolites in the
protection of symbiotic nitrogen fixation (Becana et al. 1988). The 1996-2005 decade
was also very productive, with studies revealing the beneficial effect of drought on
chilling tolerance in maize (Irigoyen et al. 1996; Ribas-Carbó et al. 2000; Aroca et al.
2003) and the influence of mycorrhizae in the hormonal status of drought-stressed
alfalfa (Goicoechea et al. 1996; 1998). This period was also characterized by studies
showing Manuel’s major concern about the adaptation of legumes to stress factors
typical of Mediterranean environments (Sánchez-Díaz, 2001) and by the initial reports
of his lab on grapevine physiology (Baigorri et al. 2001) and on the availability of heavy
metals for plants in arid soils (Pascual et al. 2004). In the last period of Manuel’s
intense research activity, 2006-2012, work continued into the interaction between water
deficits and soil amendments with sewage sludge and their effects on a number of
important agronomical, microbiological, physiological, and biochemical parameters
such as plant yield, microbial soil populations, photosynthesis, nitrogen assimilation,
and antioxidant protection (Antolín et al. 2010). However, if I had to define the
keywords for his research in this period, I would choose, with no doubt, ‘global climate
change’. Considering Manuel’s background knowledge on Mediterranean stressful
factors, mainly high temperature combined with episodic drought, the introduction of
high CO2 levels as an additional environmental concern, according to prediction models
of climatic change, was a logical complement for his studies on plant-water relations.
Manuel’s group engaged in a series of studies on the effects of simulated climate
change (high CO2 and temperature, and moderate drought) on photosynthesis, carbon
partitioning, N2 fixation, and antioxidants in alfalfa (Aranjuelo et al. 2007; Erice et al.
2007), showing, for example, that photosynthetic downregulation under high CO2 can
be prevented by supplying nitrogen to nodulated plants (Sanz-Sáez et al. 2010).
Similar studies on the effects of climate change on ripening (Salazar et al. 2010) and
antioxidant responses (Salazar et al. 2012) were conducted with grapevine. For these
studies of grapevine under water stress conditions, it is noteworthy that a very
innovative experimental setting was implemented in the lab (Antolín et al. 2010).
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SUMMING UP
By looking at the representative references cited above (and to the references therein
and the authors involved), it is easy to conclude that Manuel has been a prolific
professor, with more than 160 articles (over 100 SCI) and several chapters in textbooks
of plant physiology, considered to be basic to studies of plant-water relations. It is also
not surprising that Manuel has guided more than thirty students through their PhDs,
most of whom are now professors at universities or CSIC. He has participated in
several international committees, especially COST actions, and was one of the
founders of the Spanish Society of Plant Physiology (SEFV) and its president in 2005-
2009. He founded and was coordinator of the section of plant-water relations of the
SEFV in 1992-1997 and 2002-2004. He was also group leader of the Associated Unit
between the University of Navarra and two centers of CSIC (Estación Experimental de
Aula Dei and Instituto de Ciencias de la Vid y del Vino).
ACKNOWLEDGEMENTS
I thank Jone Aguirreolea, Juan José Irigoyen, and Jesús Val for kindly supplying
photos of the early, and not so early, days. Because of space limitations, this
contribution is not intended to provide an exhaustive account of Manuel’s scientific
activities, but to provide an overview of his research lines, illustrated with some
representative references, throughout his prolific career. Therefore, I apologize to those
colleagues and friends whose work I have been unable to cite.
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Conferencia del VII Premio Nacional de Investigación en RRHH Miércoles 19
Respuestas fisiológicas de la cebada a la interacción de la salinidad
y el elevado CO2 -Prospección ante el cambio climático-
Pérez-López Usue*.
Departamento de Biología Vegetal y Ecología, Facultad de Ciencia y Tecnología, Universidad del País
Vasco (UPV/EHU). *Contacto: usue.perez@ehu.es
INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS
El estrés salino constituye para la agricultura mundial uno de los más
importantes estreses abióticos. Las altas concentraciones salinas son, además, un
fenómeno que puede ser agravado por la sequía y/o por las prácticas agrícolas de
riego con agua de escasa calidad. El alto contenido en sales provoca tanto toxicidad
iónica como estrés osmótico dando lugar a un desequilibrio en la homeostasis celular
de la planta, lo que conduce a un descenso del rendimiento de los cultivos1, 2, 3. Por
otro lado, junto con el aumento de la superficie salina, se prevé que para finales del
siglo XXI la concentración de CO2 atmosférica alcance niveles que dupliquen los
actuales4. Si bien el elevado CO2 conduce a un mayor crecimiento de la planta por
mayores tasas fotosintéticas y mayor eficiencia en el uso del agua, estos efectos
positivos están sujetos a otras limitaciones ambientales como la salinidad5, 6.
La cebada es uno de los cultivos de mayor importancia a nivel mundial, siendo
el cuarto cereal más cultivado después del trigo, maíz y arroz. A pesar de ser una
especie tolerante a la salinidad, ha mostrado descensos en su rendimiento,
observándose diferencias entre cultivares.
Con esta perspectiva, resulta de extraordinaria importancia conocer la
respuesta fisiológica de la cebada a las condiciones climáticas futuras donde la planta
encontrará suelos salinos en atmósferas enriquecidas en CO2. Además, se quiere
conocer si existen cultivares que se adapten mejor a esas condiciones combinadas y
si se pueden identificar indicadores de tolerancia frente a la salinidad y el elevado CO2.
Para lograr estos objetivos se ha trabajado con dos cultivares de cebada (Hordeum
vulgare cv. Alpha y cv. Iranis) crecidos bajo distintas concentraciones salinas (0, 80,
160 y 240 mM NaCl) y a la concentración actual de CO2 o a la que se prevé para el
futuro. La respuesta fisiológica se ha analizado a diferentes escalas, partiendo de
planta entera hasta llegar a nivel bioquímico, determinando parámetros de relaciones
hídricas, metabolismo fotosintético, metabolismo antioxidante, nutrición mineral,
metabolismo del nitrógeno, crecimiento y calidad. Para el desarrollo de este estudio
han sido analizados más de 800 artículos científicos de relevancia internacional.
1Rivelli y cols. (2002) Funct Plant Biol 20: 1065-1074.
2Parida y Das (2005) Ecotox Environ Safe 60: 324-349.
3Rodríguez y cols. (2005) Env Exp Bot 53: 113-123.
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5Chaves y cols. (2011) Adv. Bot. Res. 57: 49-104.
6Sánchez-Díaz y cols. (2002) Photosynthetica 40: 415-421.
RESULTADOS Y CONCLUSIONES
En la figura 1 se describe un resumen gráfico con los resultados más
sobresalientes de la Tesis Doctoral.
Fig. 1. Efecto de la [CO2] y de la salinidad [240 mM NaCl] en los cultivares de cebada Alpha (A) e Iranis
(B) en los diversos parámetros fisiológicos analizados. Los % de cambio toman como referencia basal el
valor absoluto de cada parámetro bajo condiciones control y CO2 ambiental.
XI Simposio Hispano-Portugués de Relaciones Hídricas en las Plantas
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41
A continuación paso a describir los resultados más relevantes de la Tesis,
agrupados por procesos fisiológicos, haciendo hincapié en aquellas conclusiones más
novedosas.
1) El impacto del estrés salino en el estado hídrico de la cebada es mitigado
parcialmente por el elevado CO2, debido, en parte, a una mayor capacidad
de realizar ajuste osmótico y una menor pérdida de elasticidad
Se ha constatado una clara interacción entre el estrés salino y el aumento del
CO2 en lo que respecta al estado hídrico de la planta de cebada y, consecuentemente,
se pone de manifiesto que el elevado CO2 se asocia con la mejora del estado hídrico
de las plantas de cebada estresadas por salinidad. Estos hechos se deben a que
cuando la cebada crece bajo el efecto simultáneo de estrés salino y elevado CO2,
ambos cultivares 1) presentan un ajuste osmótico superior que a CO2 ambiental, como
consecuencia de una mayor tasa de fotosíntesis y una acumulación de iones (Na+ y Cl-
) tomados del suelo, azúcares y otros metabolitos, y 2) ven disminuida la
deshidratación pasiva debido al cierre estomático. De esa manera mantienen un
potencial de turgencia mayor, un contenido hídrico relativo más alto y una mayor
eficiencia en el uso del agua. El grado de esta respuesta depende del cultivar
analizado, marcando así grados de tolerancia a la salinidad entre los diferentes
cultivares. Además, se ha observado una alta correlación entre la eficiencia en el uso
del agua y la discriminación isotópica del 13C, pudiendo utilizar éste último como
indicador de la eficiencia en el uso del agua (Pérez-López y cols., 2009a; 2010a).
2) El elevado CO2 reduce las limitaciones, tanto estomáticas como
fotoquímicas, provocadas por la salinidad en la fotosíntesis de los
cultivares de cebada
En condiciones salinas, la tasa de fotosíntesis disminuye, sobre todo debido a
las limitaciones estomáticas. A medida que la concentración salina se incrementa las
limitaciones fotoquímicas y bioquímicas también aumentan, debido, en parte, al
aumento en la atenuación no-fotoquímica y al descenso en el rendimiento del PSII. El
elevado CO2 mejora el comportamiento fotosintético de las plantas sometidas a estrés
salino mediante el incremento de la difusión del CO2 hacia el interior de la hoja, a
pesar de la menor apertura de los estomas, contribuyendo también al incremento de
los sumideros de electrones, lo cual estimula el reciclaje de los nucleótidos de piridina
reducidos (NADPH). Por lo tanto, en esa circunstancia se reducen las limitaciones
tanto estomáticas como fotoquímicas y bioquímicas impuestas por la salinidad. Todo
ello conduce a un mejor mantenimiento de la fotoquímica y la bioquímica de la
fotosíntesis a elevado CO2 (Pérez-López y cols., 2012b).
XI Simposio Hispano-Portugués de Relaciones Hídricas en las Plantas
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3) El estrés oxidativo causado por la salinidad en los cultivares de cebada
es mitigado por el aumento de la concentración de CO2
La salinidad causa estrés oxidativo incrementando la producción de especies
de oxígeno reactivo, pudiendo inducir daños celulares. De nuestros resultados se
deduce que, bajo salinidad y a CO2 ambiental, se produce una regulación al alza de
los enzimas antioxidantes como la SOD, la APX, la CAT, la DHAR y la GR y de los
metabolitos antioxidantes como el ascorbato. Sin embargo, esta estimulación de
dichas actividades enzimáticas no era suficiente para contrarrestar por completo la
formación de especies reactivas de oxígeno (ROS), ya que se produce tanto pérdida
electrolítica como peroxidación lipídica. Cuando las plantas de cebada crecen
simultáneamente a elevado CO2 y bajo estrés salino el daño oxidativo observado es
menor, sobre todo en el cultivar Alpha, juntamente con una menor inducción del
sistema antioxidante. Así pues, nuestros estudios confirman que el elevado CO2 mitiga
el estrés oxidativo causado por la salinidad, implicando menores tasas de generación
de ROS y un mejor mantenimiento de la homeostasis redox como consecuencia de
una más alta tasa de asimilación y menor tasa de fotorrespiración, siendo además tal
respuesta dependiente del cultivar (Pérez-López y cols., 2009b; 2010b).
4) La salinidad y la concentración de CO2 interactúan afectando a la
nutrición mineral de la cebada
El elevado CO2 incrementa el crecimiento vegetal mientras que no aumenta en
la misma proporción la toma de iones. Como consecuencia de estos dos hechos, de
alguna manera contrapuestos, se registran menores niveles de iones en los tejidos por
un efecto de dilución. Sin embargo, no existe correlación entre las tasas de toma de
nutrientes y de agua por lo que demostramos que la tasa de transpiración no es el
único factor que regula la tasa de toma de nutrientes. Bajo condiciones de elevado
CO2 y salinidad, la tasa de toma de N, B y K+ es superior que a CO2 ambiental, como
consecuencia de una mayor fracción de raíces finas y de una mayor cantidad de
esqueletos carbonados, lo que podría permitir una mayor disponibilidad de ATP,
necesario para la toma de nutrientes (Pérez-López y cols., Interactive effects of CO2
enrichment and salt stress on nutrient uptake and translocation rates and on its
content, en redacción).
5) El efecto de la salinidad en el metabolismo del N en cebada es modulado
por el nivel de CO2 de la atmósfera
El elevado CO2 produce cambios notables en el metabolismo del N,
aumentando las tasas de toma y translocación de nitrógeno, así como incrementando
las actividades nitrato reductasa y glutamina sintetasa. Las actividades máxima y real
de la nitrato reductasa se ven muy afectadas por la salinidad. Cuando la salinidad se
da bajo una atmósfera con elevada concentración de CO2, los efectos en el
metabolismo del N se ven moderados. Bajo salinidad, el elevado CO2 mejora el
XI Simposio Hispano-Portugués de Relaciones Hídricas en las Plantas
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metabolismo del nitrógeno a través de mayores tasas de toma, reducción y asimilación
del nitrógeno, mostrando niveles superiores de composición isotópica de 15N y
proteínas. Así, las plantas crecidas a concentraciones elevadas de CO2 ven mitigados
muchos de los efectos que la salinidad tiene sobre el metabolismo del nitrógeno, lo
que les permite ser más eficientes en el uso del nitrógeno y obtener un mayor
desarrollo, y muestra a la cebada como una especie capaz de adaptarse a las
condiciones climáticas futuras (Pérez-López y cols., 2012c, en revisión Env. Exp. Bot.).
6) La reducción del crecimiento de la cebada provocado por la salinidad es,
en parte, contrarrestada por el elevado CO2
La disminución del crecimiento causada por la salinidad se debe, por un lado, a
la disminución del componente funcional, provocada por una menor tasa fotosintética y
mayores tasas de respiración y, por otro lado, debido a la reducción en el componente
morfológico, originada por el descenso del potencial de pared y desequilibrios
nutricionales. En condiciones de elevado CO2, el colapso de ambos componentes es
menor que el registrado a CO2 ambiental. El menor descenso del componente
funcional a elevado CO2 se debe a que la planta es capaz de sintetizar más biomasa
seca por área, consecuencia de una mayor tasa fotosintética. El menor descenso del
componente morfológico a elevado CO2 sugiere una menor reducción de la expansión
foliar, debido a un potencial de pared más elevado. Estos hechos abren la posibilidad
de que, en un futuro, esta especie tenga un desarrollo exitoso en zonas salinas en las
que hoy en día el crecimiento no es posible (Pérez-López y cols., Growth and its
underlying components as affected by elevated CO2 and increasing salt
concentrations, en redacción).
7) ¿Son exclusivas de la cebada estas respuestas?
Las tendencias descritas hasta ahora se han detectado en cebada pero
quisimos saber si estas tendencias se podían extrapolar también a otras especies y,
por tanto, se realizó una revisión bibliográfica de los resultados detectados en otras
especies también sometidas a salinidad y elevado CO2. Las conclusiones más
relevantes de esta revisión fueron que en condiciones de elevado CO2, cada especie
sigue una estrategia específica para tolerar el estrés salino. Sin embargo, la mayoría
de estas estrategias se basan en mecanismos relacionados con la regulación activa
(1) del potencial hídrico y la conductancia estomática, (2) del metabolismo
fotosintético, y (3) de otros mecanismos de tolerancia. El punto clave es que a elevado
CO2 todos estos mecanismos parecen estar favorecidos debido a un mayor gradiente
de CO2 entre el exterior e interior de la hoja, lo que se traduce en una mayor difusión
del CO2 al interior de la hoja, a pesar de menores conductancias tanto estomática
como del mesofilo, provocando un incremento de la Ci y la tasa fotosintética. La
mayores tasas fotosintéticas y la menor conductancia estomática implican (1) una
mayor disponibilidad de azúcares y ATP para un mayor ajuste osmótico, (2) una menor
tasa de transpiración, (3) un menor riesgo de estrés oxidativo, y (4) una mayor
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disponibilidad de proteínas y otros componentes para crear redes de antioxidantes
más eficaces. Sin embargo, el otro punto clave es que la mayoría de estos
mecanismos que se ven favorecidos a elevado CO2 son energéticamente costosos.
Por esta razón, en algunas especies, la mayor tasa fotosintética o el mejor estado
hídrico no siempre se correlacionan con una mayor producción de biomasa. Así, la
interacción entre el estrés salino y el elevado CO2 se basa en las características
intrínsecas de cada especie y parece ser el resultado de (1) un compromiso entre la
fotosíntesis y las tasas de respiración (costo de la tolerancia a la sal), y (2) la
capacidad de controlar la conductancia estomática (Pérez-López y cols. 2012a).
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Conferencia del VII Premio Nacional de Investigación en RRHH Miércoles 19
Respuestas fisiológicas de la Vid al déficit hídrico y durante la
recuperación: implicaciones en la eficiencia en el uso del agua
Alicia Pou
Grup de Recerca en Biologia de les Plantes en Condicions Mediterrànies. Departament de Biologia,
Universitat de les Illes Balears. Carretera de Valldemossa Km 7.5, 07122 Palma de Mallorca (Balears),
Spain.
Alicia.pou@uib.es
La disponibilidad de agua y la creciente falta de recursos hídricos, es un
problema permanente en la agricultura mediterránea y resulta en una clara limitación
para la producción de los cultivos y la distribución de comunidades naturales.
La viña es un cultivo extenso y económicamente importante en el mundo, pero
sobretodo en Europa y España. Nuestro país posee la mayor superficie de cultivo de
Vid en el mundo (1.100.000 ha), con una gran importancia económica (1000-1500 M€,
lo que supone mas del 10% de la producción agraria), social (con unos 400.000
productores, lo que constituye una herramienta de fijación de la población rural) y
ambiental – paisajística. Este cultivo está implantado en amplias regiones como cultivo
de secano, donde el riego se hace cada vez más necesario para regularizar y mejorar
los rendimientos. La escasez de recursos hídricos en estas zonas obliga a optimizar su
uso y en definitiva a conocer mejor las respuestas de la vid frente al déficit hídrico. La
extensión e importancia de este cultivo y el creciente uso del riego, generan una
preocupación en cuanto a la sostenibilidad ambiental de esta práctica e incrementa la
importancia de conseguir una mayor eficiencia en el uso del agua (EUA) en este
cultivo.
En esta Tesis se han estudiado en el ámbito de la Ecofisiología, las respuestas
de la Vid al déficit hídrico y concretamente se ha profundizado en un aspecto poco
conocido como es el de la recuperación tras riego. Con esta finalidad, se han llevado a
cabo en plantas mantenidas en exterior, en maceta, durante un período de estrés
hídrico (moderado y/o severo), una aclimatación y una recuperación tras riego,
medidas del estatus hídrico de la planta, conductividad hidráulica, transpiración y
conductancia estomática, fotosíntesis, y conductancia del mesófilo, y un análisis
exhaustivo de la expresión de acuaporinas. También se ha abordado un estudio
conjunto de los flujos de agua y carbono y de los mecanismos de control a fin de
disponer de un mejor entendimiento de diferentes aspectos de la regulación de estos
flujos y de sus efectos sobre la eficiencia del uso del agua a nivel foliar.
En el presente trabajo se observa una regulación diferenciada en cuanto a las
respuestas de la Vid durante la aclimatación al estrés hídrico y la recuperación tras
riego. Ambas regulaciones presentan importantes diferencias entre si y con respecto a
la dinámica obtenida durante un estrés hídrico progresivo. Así pues, existen una serie
XI Simposio Hispano-Portugués de Relaciones Hídricas en las Plantas
Sevilla, 17-20 de septiembre de 2012
46
de mecanismos fisiológicos y moleculares, que de manera conjunta, colaboran para
conseguir una fina regulación del cierre estomático, de la fotosíntesis y que conllevan
a una mejora de la eficiencia en el uso del agua. Concretamente se ha destacado el
importante papel de la conductividad hidráulica a nivel de hoja y de planta entera, así
como el de la conductancia del mesófilo al CO2, como mecanismos claves de esta
regulación. Además, ambos factores se encuentran relacionados con la actividad de
algunas acuaporinas (proteínas de membrana), que juegan también un papel
importante en la adaptación al estrés hídrico y sobretodo durante la recuperación.
Durante la fase de estrés hídrico, la fotosíntesis y la apertura estomática son
fuertemente reducidas como consecuencia de las elevadas concentraciones de ácido
abcísico (ABA) en el xilema y a la disminución de la conductividad hidráulica (Pou et
al., 2008). Además del cierre estomático, la reducción de la conductancia del mesófilo,
aun no siendo tan limitante, también es responsable de la disminución de la
fotosíntesis (Flexas et al., 2009), aunque el resultado global es un incremento de la
eficiencia en el uso del agua a nivel foliar. Además, se sugiere la implicación de
algunas de las acuaporinas analizadas en la regulación de la conductividad hidráulica
y la conductancia del mesófilo durante la imposición del estrés hídrico (Galmés et al.,
2007; Pou et al., enviado).
Durante el período de aclimatación, una persistente disminución de ambas
conductancias (estomática y del mesófilo) limita la fotosíntesis y la transpiración
aunque conduce a la obtención de una mayor EUA (Pou et al., 2008; Flexas et al.,
2009).
Finalmente, al volver a aplicar el riego, se observa que el grado y la velocidad
de recuperación varían en función de la intensidad y la duración del estrés hídrico
previamente impuesto (Pou et al., 2008; Flexas et al., 2009). La recuperación de la
conductancia del mesófilo, es más rápida que la recuperación de la conductancia
estomática por lo que esta segunda resulta la principal limitante de la recuperación de
la fotosíntesis. Además, durante la recuperación, cabe destacar el incremento en la
expresión de algunas de las acuaporinas estudiadas, que podrían influir en una más
rápida recuperación de la conductividad hidráulica (Galmés et al., 2007; Pou et al.,
enviado).
En resumen, los resultados de esta Tesis revelan que durante el estrés hídrico
y la recuperación, el cultivo de la Vid responde con una fina regulación estomática que,
juntamente con la regulación de la conductancia del mesófilo y un importante papel de
la conductividad hidráulica (y por lo tanto, de algunas acuaporinas) permite minimizar
la pérdida de agua por transpiración y maximizar la eficiencia en el uso del agua.
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Anisohydric behaviour in grapevines results in better performance under
moderate water stress and recovery than isohydric bahaviour. Plant & Soil DOI:
10.1007/s11104-012-1206-7).
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Conferencia de clausura Jueves 20
RESPUESTAS FISIOLÓGICAS DE LAS PLANTAS A COMPONENTES
DEL CAMBIO CLIMÁTICO: CO2, TEMPERATURA, UV-B Y SEQUÍA.
MECANISMOS E INTERACCIONES
Manuel Sánchez-Díaz
Dpto de Biología Vegetal. Sección Biología Vegetal (Unidad Asociada al CSIC, EEAD Zaragoza e ICVV
Logroño)
Facultades de Ciencias y Farmacia, Universidad de Navarra, Pamplona
ABSTRACT
The general scientific consensus is that a significant change in world climate will occur
during the present century, largely because of an increased concentration of
greenhouse gases in the atmosphere. The most important gas is CO2, which is
increasing by about 0.5 % per year. It is predicted that average temperature of the
earth surface will increase by 2ºC, and precipitation will also increase in high latitudes
but will decrease in low latitudes. Plant growth can be stimulated by elevated CO2.
Photosynthesis increases and economic yield is often enhanced with changes in active
tissue quality (wider C/N ratio) and effects on community dynamics. The application of
more CO2 can increase plant water use efficiency and result in less water use. Global
change is a multifactorial process, involving not only rising atmospheric CO2
concentration, but also other important components such as global warming and UV-B
radiation in association with variations in precipitations. How the CO2 effects on plants
and ecosystems are regulated by such stress factors has not been carefully examined.
In that respect, manipulative experiments which allow to test interactive, additive
impacts which commonly cannot be differentiated in field environment observations,
will be a grand challenge in environmental plant physiology.
1. INTRODUCCIÓN
El aumento en las concentraciones de CO2, el calentamiento, la disminución en la
disponibilidad de agua, así como el incremento en la radiación UV, son algunos de los
factores más importantes del cambio global que afectan actualmente a los
ecosistemas. A partir de las predicciones del IPCC, al final del presente siglo la
concentración de CO2 podrá alcanzar los 700 µmol mol-1 y el calentamiento resultante
conllevará un aumento de temperatura de hasta 4ºC (IPCC, 2007). Los modelos
predicen que el incremento global estará distribuido de una manera desigual y que
habrá cambios en los patrones de precipitación, lo cual provocará un aumento en el
déficit hídrico edáfico en muchas áreas. De esta forma, aunque las plantas puedan
beneficiarse del aumento del CO2, también podrán sufrir sequía, estrés térmico o
efectos debidos a un aumento en la radiación UV.
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Se ha progresado mucho en la comprensión de cómo los diferentes factores de estrés
implicados en el cambio climático afectan a las plantas cuando se aplican de forma
individual. Sin embargo, se conoce menos acerca de cómo sus interacciones podrán
afectar a las plantas, comunidades y al funcionamiento de los ecosistemas. Sin duda,
todo ello constituirá un aspecto esencial de la investigación en fisiología vegetal en el
futuro.
2. SISTEMAS EXPERIMENTALES PARA EL ESTUDIO DEL EFECTO EN LAS
PLANTAS DEL ENRIQUECIMIENTO EN CO2 Y DE OTROS COMPONENTES DEL
CAMBIO CLIMÁTICO
Los efectos del cambio climático son difíciles de estudiar experimentalmente. Ello es
debido a limitaciones tanto de tiempo como de espacio, así como a la dificultad de
incluir fenómenos atmosféricos de retroacción. Se han desarrollado numerosas
metodologías con el fin de simular los efectos del CO2 elevado sobre las plantas
(Rawson et al., 1995; Pepin y Körner, 2002; Tuba et al., 2003; Uprety et al., 2006;
Aranjuelo et al., 2005c; Mauri, 2010). Entre ellas, son de destacar:
1.- Experimentación en condiciones controladas
a) Cámaras de crecimiento
b) Invernaderos con simulación de condiciones naturales
2.- Experimentación en campo
a) Cámaras a cielo abierto (Open Top Chambers, OTC)
b) Invernaderos de Gradiente Térmico (IGT)
c) Sistemas de enriquecimiento en CO2 en campo abierto (Free Air Carbon
Dioxide Enrichment, FACE)
d) Ramas embolsadas
e) Emisiones naturales de gases
Los OTC y FACE son los que más se aproximan a situaciones naturales, aunque en
ellos sólo es posible el control de los niveles de CO2, siendo técnicamente difícil
controlar la temperatura. Por otra parte, la principal ventaja de los IGT es que al estar
divididos en compartimientos, posibilitan la existencia de un gradiente de temperatura
y, por tanto, incorporan el efecto indirecto del CO2.
3. EFECTOS DEL CO2 ELEVADO
3.1 Crecimiento
El CO2 estimula la fotosíntesis, conduciendo a un aumento en la absorción y
asimilación del carbono, aumentando por lo tanto el crecimiento de la planta. Sin
embargo, cuando las plantas crecen continuamente en CO2 elevado, tienen lugar
cambios bioquímicos, morfológicos y fisiológicos que disminuyen la capacidad
fotosintética, de manera que, en general, los grandes incrementos iniciales no se
mantienen a largo plazo. Este fenómeno se conoce como aclimatación a la baja o
“down regulation” de la fotosíntesis. Las causas principales son la acumulación de
hidratos de carbono y la disminución en actividad y concentración de la Rubisco. No
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obstante, en algunos casos como por ej., durante el rebrote de plantas noduladas de
alfalfa (Erice et al., 2006; 2007), o también en plantas fijadoras de N2, suplementadas
con nitrato amónico y crecidas en CO2 elevado (Sanz-Sáez et al., 2010), no se
produce dicho fenómeno.
Aunque el aumento de la fotosíntesis en condiciones de CO2 elevado estimula el
crecimiento en la mayoría de las plantas, se ha visto que este aumento varía según
posean la vía fotosintética C3 (33 - 40%) o C4 (10 -15%). El CO2 elevado aumenta el
rendimiento de plantas C3 mediante estimulación de la fotosíntesis, reducción de la
fotorrespiración y disminución de la conductancia estomática. Sin embargo, la
naturaleza de la respuesta de las plantas C4 al CO2 elevado es más controvertida.
Evidencias recientes a partir de experimentos con FACE y OTC, apoyan el argumento
de que el CO2 elevado no estimula directamente la fotosíntesis de las plantas C4 , sino
que lo hace a través de una mejora en el estado hídrico del suelo (Lecain et al., 2003;
Morgan, 2011). Las predicciones sobre rendimiento de los cultivos en un futuro son
excesivamente optimistas, ya que suponen que el CO2 estimulará directamente la
fotosíntesis en todas las situaciones (Leuzinger et al., 2011).
Para que las plantas utilicen un mayor nivel de CO2 atmosférico, han de tener la
capacidad de almacenar los hidratos de carbono adicionales producidos (Rogers et al.,
1994; Runion et al., 2011); de lo contrario, se acumularán en forma de compuestos
carbonados (por ejemplo, azúcar, o almidón), que terminarán originando inhibición de
la fotosíntesis (Sánchez-Díaz, 2004). Por lo tanto, la limitación en la capacidad de los
sumideros puede restringir aumentos de la fotosíntesis y del crecimiento en un mundo
con CO2 elevado.
Se ha demostrado que el CO2 elevado puede alterar el reparto del carbono (Prior et
al., 2011) e inducir una distribución preferencial de fotosintetizados hacia los órganos
subterráneos. Ello provoca un aumento en la relación raíz/parte aérea, con mayores
raíces principales y aumento en el número y tamaño de las raíces laterales (Del
Castillo et al., 1989; Rogers et al., 1994, 1996; Prior et al., 1995). Cuando los niveles
de CO2 son elevados, los recursos más limitantes son el agua y los nutrientes
(McMurtrie et al., 2008). El mayor desarrollo de sistemas radicales en alto CO2, no sólo
permite un mayor almacenamiento de hidratos de carbono, sino que confiere la
capacidad de explorar mejor los recursos del suelo, para satisfacer las necesidades de
crecimiento.
La disponibilidad de nutrientes (especialmente N y P) determina que el crecimiento de
la planta sea o no estimulado a largo plazo por el enriquecimiento en CO2. No sólo es
importante el grado de fertilización, sino también el tipo de suelo (Körner, 2003).
Frecuentemente, no es un nutriente aislado, sino la interacción entre los mismos, lo
que determina la respuesta del crecimiento al CO2. Además, se ha observado que en
condiciones de CO2 elevado se estimula la colonización de las raíces con micorrizas
(Norby et al., 1987; O´Neill et al., 1987; Cavagnaro et al., 2011). Hay que recordar que
las micorrizas aumentan la absorción de nutrientes, proporcionan agua adicional a las
plantas a través de la proliferación hífica en el suelo y protegen las raíces de
microorganismos patógenos (Sánchez-Díaz y Honrubia, 1994; Goicoechea et al.,
2010).
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Por otra parte, las leguminosas constituyen un caso particular, debido a su autonomía
nitrogenada. Excepto para aquellas situaciones en las cuales las plantas se
desarrollen sin limitación de nitrógeno, el crecimiento de las leguminosas en
condiciones de CO2 elevado se estimula más que el de las no leguminosas, siempre
que la disponibilidad de fosfato sea suficiente (Hebeisen et al., 1997; Rogers, 2009).
Por lo tanto, las plantas que se desarrollan en condiciones de CO2 elevado pueden
hacerse más dependientes de otros factores y, en general, de la simbiosis con
micorrizas (Cagnavaro et al., 2011).
3.2 Relaciones hídricas
Además de los efectos mencionados del CO2 en la fotosíntesis y el reparto del
carbono, el CO2 elevado puede influir en el crecimiento a través de una mejora en el
estado hídrico de las plantas, tanto de especies C3 como C4 (Rogers y Dahlman, 1993;
Morgan et al., 2004; Holtum y Winter, 2010; Prior et al., 2011). Ello es debido a que el
CO2 elevado disminuye la transpiración como consecuencia de inducir el cierre parcial
de las células estomáticas, lo cual también se ha demostrado utilizando sensores de
flujo de savia (Dugas et al.,1997). La menor conductancia estomática en condiciones
de CO2 elevado puede retrasar y aliviar el estrés hídrico, debido a un agotamiento más
lento del agua del suelo (Leuzinger y Körner, 2007; Leakey, 2009 a,b; Ghannoum,
2009); ello afecta positivamente al crecimiento de la planta y aumenta la disponibilidad
de nutrientes. En el caso de las plantas C4, y a diferencia de las C3, parece ser que el
efecto beneficioso del CO2 elevado vendría dado, fundamentalmente, a través de un
mayor contenido de agua en el suelo, especialmente en condiciones de estrés hídrico
y temperaturas elevadas (Morgan et al., 2011).
La reducción en la transpiración, acoplada a un aumento de la fotosíntesis, puede
contribuir a un aumento en la eficiencia fotosintética del uso del agua (WUEph) y de la
productividad (WUEp) (Sánchez Díaz y Aguirreolea, 2008). Desde un punto de vista
fisiológico, el aumento de WUE puede representar una de las respuestas más
significativas de la planta al CO2 elevado (Rogers et al., 1994; Wullschleger et al.,
2002). Como se ha señalado anteriormente, las plantas con vía fotosintética C4
muestran una menor respuesta al CO2 elevado que las plantas con vía C3. En el caso
de las plantas C4, la WUE estará controlada primordialmente por la transpiración,
mientras que en las C3, tanto la transpiración como la fotosíntesis son importantes
(Prior et al., 2010). Además de las respuestas de cierre estomático, en condiciones de
CO2 elevado también disminuye la densidad estomática (Woodward, 1987; Sánchez-
Díaz y Aguirreolea, 2008), una tendencia que aumentaría también la WUE.
Puesto que el CO2 elevado reduce la transpiración, se ha sugerido que ello podría
contribuir a mejorar parcialmente los efectos de la sequía (Bazzaz, 1990; Prior et al.,
1991; Chaves y Pereira, 1992; Vu y Allen, 2009; Manderscheid et al., 2012),
permitiendo así mantener la fotosíntesis. No obstante, hay que hacer notar que gran
parte de estos trabajos han sido realizados en cámaras de crecimiento e invernaderos,
utilizando plantas desarrolladas en macetas. Se ha sugerido que en ambientes más
naturales, aunque aumente la eficiencia en el uso del agua de la fotosíntesis o
eficiencia instantánea (WUEph), el uso total del agua por parte de la planta o eficiencia
en el uso del agua de la productividad (WUEp), podría verse contrarrestada como
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consecuencia de un aumento en el tamaño de la planta (mayor índice de superficie
foliar, LAI) (Allen, 1994). Por lo tanto, no está claro que el contenido hídrico del suelo
sea siempre superior en un futuro en condiciones de CO2 elevado, debido no sólo a un
mayor LAI desarrollado en condiciones naturales, sino también por la incertidumbre
en la frecuencia y severidad de periodos de sequía (Pallardy, 2008).
Se ha encontrado que la disponibilidad de N es también un factor importante que
afecta a la interacción entre WUE y estrés hídrico. Plantas de pino cultivadas con un
nivel adecuado de N crecieron más en condiciones de CO2 elevado, provocando un
aumento en el uso total del agua por parte de la planta y un aumento del déficit hídrico,
a pesar de presentar un aumento en la WUE. Por el contrario, plantas crecidas con N
limitado, no presentaron respuesta del crecimiento al CO2 elevado, de tal manera que
el aumento de WUE provocó una disminución del uso total del agua por parte de la
planta, reduciendo al mismo tiempo el déficit hídrico (Runion et al., 1999).
3.3 Composición química y calidad del tejido vegetal
Existen muchos ejemplos que demuestran que, Independientemente del grado de
estimulación del crecimiento, el CO2 elevado provoca cambios en la composición de
los tejidos, con un aumento en hidratos de carbono y disminución de proteínas, así
como una respuesta variada en los compuestos secundarios (Poorter et al., 1997;
Körner, 2003; Cavagnaro et al., 2011). Diferentes mecanismos podrían explicar la
menor concentración de N tisular en CO2 elevado. En el caso de que las bajas
concentraciones de N sólo se presenten en hojas, este efecto puede reflejar un
“fenómeno de dilución” provocado por la acumulación de almidón, o bien una
reducción de la capacidad fotosintética (concentración de Rubisco), debido a una
restricción en la salida de asimilados desde los cloroplastos, causada por la limitación
del sumidero. La reducción de la concentración de N en todos los órganos, sería
indicativa de una menor disponibilidad de N en el suelo, consecuencia del
enriquecimiento en CO2. En condiciones de CO2 elevado, el contenido en nitrógeno del
suelo está controlado por la actividad de las comunidades microbianas, que se
benefician del aumento de exudados de la raíz, ricos en hidratos de carbono. Esto
termina disminuyendo la disponibilidad de nitrógeno para las plantas (Díaz et al.,
1993). Así mismo, cualquier cambio en la composición del tejido vegetal afectará a una
serie de procesos importantes en el ecosistema, tales como el pastoreo por herbívoros
y la descomposición de la hojarasca. Está bien documentado el hecho de que el
ganado muestra una “alimentación compensada”, es decir, incorpora más biomasa
cuando se le alimenta con material vegetal crecido en alto CO2, que presenta un
fenómeno de dilución proteica (Fajer et al., 1989). Otros cambios previsibles en la
naturaleza del tejido vegetal en condiciones de CO2 elevado, tienen que ver con el
aumento en los contenidos de lignina y compuestos secundarios, asociados a menudo
con la defensa de la planta contra herbívoros y patógenos. Así mismo, se ha
encontrado que, en condiciones de alto CO2 y temperatura elevada, aumenta la fibra y
disminuye la proteína, así como la digestibilidad de la alfalfa (Sanz-Sáez et al., 2012).
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3.4 Respuestas a nivel de comunidad y ecosistema
El conocimiento actual a nivel de planta y ecosistema sobre la respuesta al CO2
elevado, puede condensarse en los siguientes aspectos (Körner, 2003):
a.- Las especies vegetales responden de manera diferente al enriquecimiento en CO2
y estos efectos sobre la biodiversidad se traducen en respuestas del ecosistema.
b.- Las respuestas dependen del tipo de suelo, nutrición, luz, agua y edad.
c.- La calidad del tejido vegetal y la cantidad de exudados a partir de la raíz, cambian
de manera que se ven afectados los consumidores de productos vegetales.
d.- Las respuestas al CO2 no son lineales, con el mayor efecto relativo justo en el
momento actual y pocos efectos adicionales por encima de las 500 ppm.
Diversos experimentos han demostrado que algunas especies vegetales que
responden positivamente al CO2 elevado cuando crecen aisladas, experimentan una
disminución del crecimiento cuando se cultivan en comunidades vegetales mixtas
(Poorter y Navas, 2003; Taub, 2010). Ello es probablemente consecuencia de que los
efectos positivos directos del CO2 elevado son contrarrestados por los efectos
negativos debidos a la estimulación del crecimiento de los competidores. Por lo tanto,
el aumento de las concentraciones atmosféricas de CO2 puede conducir a cambios en
la composición de las comunidades vegetales y, con ello, en el funcionamiento del
ecosistema, es decir, afectará a su biodiversidad (Morgan et al., 2007).
Desde el punto de vista del secuestro de carbono en forma de biomasa, los
ecosistemas forestales son los únicos que desempeñan un papel importante, ya que
constituyen más del 80% de la masa vegetal de toda la tierra. En el caso de plantas de
vida larga, un crecimiento acelerado en una etapa temprana del ciclo vital, puede
originar una aceleración del proceso de desarrollo, lo cual conduciría a bosques más
dinámicos, en lugar de a un aumento en el almacenamiento de carbono en la biomasa
del árbol (Norby et al., 1999; Körner, 2000; Bader et al., 2010). No obstante, este
efecto disminuye con el aumento de la edad de los árboles y se hace nulo en árboles
de 25-30 años, probablemente debido a una limitación en la disponibilidad de
nutrientes (Körner, 2006). En todos los casos, en CO2 elevado se presenta una
estimulación del metabolismo del suelo.
Además de mejorar el estado hídrico de las plantas, el CO2 elevado puede afectar
también al movimiento del agua a nivel de ecosistema. La infiltración de agua puede
aumentar y la pérdida de sedimentos con la escorrentía puede verse disminuida (Prior
et al., 2010). Estas mejoras pueden ser consecuencia de un aumento en el desarrollo
de la raíz, así como de cambios en las propiedades físicas del suelo. El CO2 elevado
puede aumentar el carbono del suelo, la estabilidad de los agregados y la
conductividad hidráulica (Prior et al., 2004).
La precipitación es otro aspecto que conviene destacar en relación con la
productividad en condiciones de alto CO2, y tiene especial relevancia en ambientes
mediterráneos. Se ha visto que se produce un aumento significativo de la biomasa en
años secos, pero no en húmedos. Como ya se indicó anteriormente, el aumento en la
concentración de CO2 conlleva un mayor nivel de conservación del agua en el suelo.
Está claro que al disminuir el agotamiento del agua en el suelo, se facilita una mayor
producción de biomasa en los años secos (Freeden et al., 1997; Körner, 2000). Uno de
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los objetivos de la investigación en condiciones de CO2 elevado debe ser,
precisamente, clarificar hasta qué punto la respuesta al CO2 de la biomasa está
determinada por tales efectos indirectos sobre la retención del agua en el suelo.
Habría que preguntarse hasta qué punto las conclusiones obtenidas a partir de
experimentos realizados con plantas cultivadas en macetas en condiciones
controladas son extrapolables al ambiente natural. Para contestar a esta cuestión es
preciso realizar experimentos a largo plazo, utilizando poblaciones y comunidades de
plantas desarrolladas con CO2 elevado, en condiciones naturales o seminaturales.
Sorprendentemente, los resultados obtenidos con los diferentes tipos de sistemas
(incluidos los ambientes controlados) difieren bastante poco, siempre que se tengan
en cuenta otros factores (tanto de la planta como del ambiente), que condicionan las
respuestas al CO2.
4. EFECTOS DE OTROS COMPONENTES DEL CAMBIO CLIMÁTICO Y SUS
INTERACCIONES CON EL CO2
La absorción fotosintética del carbono está controlada directamente por factores que,
afectados por el cambio climático, previsiblemente cambiarán en el futuro:
concentración de CO2 atmosférico, temperatura, disponibilidad de agua y radiación UV
entre otros. Es probable que la importancia relativa de dichos factores, pueda variar a
medida que el cambio climático afecte a diferentes reguladores de la fotosíntesis y los
ecosistemas se ajusten a las nuevas condiciones (Albert et al., 2011a,b). Por lo tanto,
hay que tener en cuenta que, aunque las concentraciones elevadas de CO2 aumenten
la tasa fotosintética y el crecimiento de las plantas en estudios experimentales, no hay
ninguna seguridad de que se presenten aumentos similares a escala global, donde
otros factores de estrés tales como deficiencias de agua y nitrógeno inhiben la
fotosíntesis (Pallardy, 2008).
El estado hídrico de la planta también afecta a la magnitud de absorción del carbono
en condiciones de CO2 elevado (Morgan et al., 2004; Körner 2006). Como se ha
comentado anteriormente, el CO2 elevado provoca frecuentemente una disminución en
el consumo de agua y, por tanto, una reducción en el agotamiento del agua del suelo
(Leuzinger y Körner, 2007; Robredo et al., 2007). Ello permite mantener la absorción
de carbono en periodos secos en condiciones de CO2 elevado. En condiciones de
sequía, la fotosíntesis está limitada debido a alteraciones metabólicas, así como a
limitaciones en la difusión (Chaves et al., 2002, 2003, 2009; Flexas et al., 2006),
siendo la respuesta altamente específica. No obstante, el balance de carbono de una
planta que soporta un periodo de estrés hídrico, no sólo depende del grado de
disminución fotosintética durante el agotamiento del agua, sino también de la tasa y
grado de recuperación fotosintética. Se ha encontrado que el CO2 mitiga los efectos
adversos producidos por la sequía y la temperatura elevada (Faria, 1996; Qadery et
al., 2006; Erice et al., 2007; Salazar-Parra et al., 2012).
De Luis et al. (1999) observaron que el efecto estimulador del CO2 sobre el
crecimiento de plantas de alfalfa sometidas a sequía, puede ser independiente de su
estado hídrico, y que además el efecto beneficioso sólo se produce en condiciones de
humedad relativa baja (De Luis et al., 2002). Posteriormente, estos estudios se han
confirmado utilizando invernaderos de gradiente térmico en condiciones de campo
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(Aranjuelo et al., 2005). Una de las conclusiones más importantes es que, solamente
se obtuvo un aumento significativo de biomasa cuando el CO2 elevado se acompañó
de un incremento de la temperatura.
Hay que resaltar, así mismo, que los efectos del CO2 elevado en la conductancia foliar
y, por tanto, en la evapotranspiración a nivel regional, tendrán consecuencias para el
balance energético (mayor temperatura) de la superficie terrestre, así como para el
clima. Estas consecuencias serán, al menos en algunos casos, comparables a los
efectos radiativos, debido al “efecto invernadero” (mayor capacidad de absorción del
infrarrojo en una atmósfera con cantidades crecientes de CO2). La elevación de la
temperatura, consecuencia del efecto antitranspiratorio del CO2, se verá estimulada en
muchos casos por la sequía, originando lo que se ha venido a denominar “segundo
efecto invernadero” (Murray, 1997).
La evaluación del impacto de la temperatura elevada es compleja; la distinción entre
efectos directos e indirectos hace difícil dilucidar los mecanismos que subyacen en las
respuestas de las plantas y los ecosistemas (Dermody et al., 2007). El calentamiento
puede estimular directamente la fotosíntesis, proporcionando temperaturas de
crecimiento más óptimas, y puede ser de importancia en los ecosistemas templados
durante periodos de temperaturas subóptimas. Pueden presentarse aumentos en la
respiración durante el día o cambios en la aclimatación térmica, que pueden reducir la
absorción fotosintética del carbono. Se ha observado una estimulación indirecta de la
fotosíntesis en respuesta a un calentamiento nocturno, como consecuencia de un
aumento en la respiración de la planta durante la noche, que incrementó la potencia
del sumidero de carbono, lo cual a su vez estimuló la fotosíntesis neta durante el día
siguiente (Albert, 2011b).
El calentamiento puede afectar también a la fotosíntesis y absorción del carbono
indirectamente, como consecuencia de aumento en la longitud de la estación de
crecimiento, cambios en la fenología de la planta y aumento en la disponibilidad de
nutrientes, como también se ha comentado anteriormente. De hecho, algunos autores
(Morgan et al., 2004, Körner, 2000; Lou et al., 2007; Albert et al., 2011b) han
propuesto que los efectos indirectos, vía cambios en la disponibilidad de nutrientes y
agua en el suelo, son más importantes que los efectos directos.
La radiación solar contiene radiación UV de alta energía que afecta a la fotosíntesis de
varias maneras. Diferentes estudios han demostrado que dosis elevadas de UV,
especialmente UV-B (280-315 nm), son lesionantes para las plantas. Componentes
celulares tales como proteínas y ácidos nucleicos absorben esta radiación,
provocando disminución de la biomasa, reducción de la fotosíntesis y otras funciones
cloroplásticas, disminución de la síntesis de proteínas, lesión del DNA etc. La radiación
UV-B origina estrés oxidativo, habiéndose demostrado que las especies reactivas de
oxígeno (ROS), participan directamente en la lesión inducida por dosis elevadas de
UV-B (Majer y Hideg, 2012). Por otra parte, muchos efectos de la radiación UV-B
implican cambios morfogénicos, más bien que lesivos, así como alteraciones en el
metabolismo secundario, especialmente con dosis bajas. Las plantas desarrollan
diferentes mecanismos de defensa contra la radiación UV (Schultz, 2000), tales como
hojas más gruesas y pequeñas, aumento en la producción de compuestos que
absorben UV, tales como flavonoides, antocianinas y grandes cantidades de ceras
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reflectantes (Berli et al., 2011). Se ha demostrado (Qaderi y Reid, 2005; Caldwell et al.,
2007; Balouchi et al., 2009; Koti et al., 2010), que varios factores de estrés modifican
los efectos de la radiación UV. De hecho, la acción combinada de radiación UV y
sequía podría funcionar de tal forma que uno de ellos podría aliviar los efectos
inhibidores del otro en condiciones de aridez (Nogués et al., 1998)
El cambio climático puede afectar también a los factores de estrés bióticos (Hubert,
2011), por ej., no están totalmente claras las razones por las que el CO2 atmosférico
tiende a reducir las defensas de las hojas contra los herbívoros. Todos los factores
climáticos pueden influir en la fisiología de la planta, bien positiva o negativamente,
porque cambiarán simultáneamente en el futuro y es necesario estudiar sus efectos en
interacción (Norby y Luo, 2004; Mikkelsen et al., 2008; Calfapietra et al., 2009; Albert
et al., 2011a,b). La manera en que los efectos del CO2 en las plantas y los
ecosistemas están regulados por factores de estrés, no ha sido investigada hasta
ahora suficientemente. Este es el objetivo de los estudios de manipulación
experimental multifactorial, en los que se puedan analizar y cuantificar las
interacciones entre los diferentes factores de estrés, con el fin de obtener una
comprensión en profundidad de los mecanismos causales. Ello constituye un desafío
en la investigación en fisiología vegetal ambiental.
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Presentaciones orales
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Conferencia Inaugural Martes 18
Aquaporins: how water channel proteins favour plant life in an ever
changing environment
Christophe Maurel, Véronique Santoni, Doan-Trung Luu, Karine Prado, Guowei Li,
Colette Tournaire-Roux, Moira Sutka, Yann Boursiac, Lionel Verdoucq, Michael
Wudick
Biochemistry and Plant Molecular Physiology, Integrative Biology Institute for Plants, CNRS/INRA
UMR5004, 2 place Viala, F-34060 Montpellier, France
ABSTRACT
Plants have to constantly adjust their water status during development and in response
to sometimes very challenging environmental conditions. Uptake of soil water by roots
and its delivery from xylem vessels to inner leaf tissues are crucial for maintaining the
plant water status. The present talk will discuss how the integrated function and
regulation of plant aquaporins can be addressed by a combination of genetic,
molecular and physiological approaches. We will show how aquaporins contribute to
water transport throughout the whole plant body and will dissect the signalling events
and molecular mechanisms that govern aquaporin regulation. These phenomena allow
a continuous adjustment of cell and tissue hydraulics, during development or in
response to environmental stimuli.
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Sesión 1. Aspectos fisiológicos y moleculares de las relaciones hídricas en plantas Martes 18
Impact of irrigation regime on berry development and flavonoids
composition in Aragonez (Syn. Tempranillo) grapevine
Olfa Zarrouk1*, Rita Francisco1, Marta Pintó-Marijuan1, Ricard Brossa3, Raquen Raissa
Santos1, Carla Pinheiro1, Joaquim Miguel Costa1,2, Carlos Lopes2 , Maria Manuela
Chaves1,2
1Instituto de Tecnologia Quimica e Biologica, Oeiras, Universidade Nova de Lisboa, Portugal
2CBAA, 1 Instituto Superior de Agronomia, Universidade Tecnica de Lisboa, Lisboa, Portugal
3Departament Biologia Vegetal, Facultat de Biologia, Universidad de Barcelona, Spain
*Corresponding author: zolfa@itqb.unl.pt; Phone: +351 213653415; Fax: +351 213653238.
ABSTRACT
In the present study, field grown Aragonez (Syn. Tempranillo) grapevines (Vitis vinifera
L.) were subjected to three irrigation regimes (conventional sustained Deficit Irrigation
(DI), Regulated Deficit Irrigation (RDI) and Non-Irrigated (NI)) during two successive
seasons (2007-2008). An integrative study was performed in grape berry skin tissues
at four phenological stages of grape berry (pea size, véraison, mid-ripening and full
maturation). The accumulation of flavonoid compounds, the profile of accumulation of
abscisic acid (ABA) and jasmonic acid (JA) hormones were analysed during grape
ripening. The non-enzymatic antioxidant capacity was also characterized. Principal
component analysis followed by a between group analysis (PCA-BGA) showed a clear
separation already at early stages of grape berry development between the three
treatments in both years. The main compounds affected by water availability were
proanthocyanidins and flavonols, which increased with irrigation at all phonological
stages. In both years, concentrations of anthocyanin at full maturation were observed
to be higher in the skin of berries belonging to DI and RDI vines than in NI ones. ABA
accumulation was also regulated by the intensity of water stress since early stages of
berry development. However, no differences in sugar accumulation were observed
between treatments. The present study also shows that climatic conditions, namely
temperature, play an important role in the ripening process of grape berries. This was
clearly observed in NI vines during both years, in which a decrease in the quality
parameters in grape skins is presumably related to high temperature and excessive
cluster sunlight exposition more marked in 2007, the hotter year. This supports the
crucial role of irrigation in maintaining the cluster microclimate in an optimum range,
thus enabling a balanced synthesis of the compounds relevant to wine quality.
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Sesión 1. Aspectos fisiológicos y moleculares de las relaciones hídricas en plantas Martes 18
Water use efficiency (WUE) and Carbon-isotope composition (δ13C)
in Grapevine
Bchir A. 1,2,3, Gallé A.3, Escalona J.M.3, Medrano H. 3
1 Institut Supérieu d’Agronomie, Chott-Mariem, Tunisie, ameni.bchir@gmail.com
2 Laboratoire d’Ecophysiologie; Institut de l’Olivier de Sousse, Tunisie,
3 Laboratori de Fisiologia Vegetal, Departament de Biologia, Universitat de les Iles Balears, España
ABSTRACT
The carbon isotope discrimination in differrent plant tissues and organs has appeared
in the last years as a useful alternative to estimate WUE, combining the possibility to
integrate physiological information in time with a relative simple technique, which
allows to validate results over a great number of sites.
Many authors showed that carbon isotope composition (δ13C) can be a representative
parameter of WUE in grapevine. This review summaries current knowledge and
relevant results that provide the basis to improve WUE in grapevines by using δ13C as
a WUE indicator in different part of plant. To achieve this goal we need to know (i) How
much can δ13C vary according water availability and kind of samples? (ii) Correlation
and relationship of δ13C with classic WUE parameters? (iii) What’s the best moment
and type sampling in different variety and species?
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Sesión 1. Aspectos fisiológicos y moleculares de las relaciones hídricas en plantas Martes 18
Genotypic variation in soluble carbohydrate contents of the last
stem internode among recombinant chromosome substitution lines
(RCSLs) of barley under long-term drought stress
Méndez A.M., Pérez P., Martínez-Carrasco R., Morcuende R.
Institute of Natural Resources and Agrobiology of Salamanca (IRNASA-CISC), Apartado 257, 37071
Salamanca-Spain, rosa.morcuende@irnasa.csic.es
ABSTRACT
This study investigates the effect of long-term drought stress on the water soluble
carbohydrate (WSC) contents of the last stem internode in several barley genotypes -
three recombinant chromosome substitution lines (RCSLs) and the recurrent parental
cv Harrington -. These carbohydrates can make a significant contribution to grain yield.
The WSCs in line 89 accumulated approximately from anthesis to a maximum at 15
days after anthesis, and then declined, while in the rest of genotypes the WSC
accumulation extended from anthesis to 30 daa. At anthesis, drought led to a higher
accumulation of total WSC, glucose, sucrose and fructans. Line 89 showed the highest
fructan and total WSC contents and line 76 the lowest. At later growth stages, drought
tended to increase the WSC content in the last stem internode and significantly
increased the sucrose content. Water stress increased the total WSC and fructan
content in line 8, while tended to increase it in line 76. Line 89 showed a drastic decline
on the WSC and fructan content. The results show large variation in the pattern of
WSC accumulation in the last stem internode among genotypes through developmental
stages.
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Sesión 1. Aspectos fisiológicos y moleculares de las relaciones hídricas en plantas Martes 18
Evaluación de la respuesta fotosintética e hídrica durante el día y
concentración iónica de plantas de evónimo regadas con agua
regenerada con altos niveles de salinidad
Gómez-Bellot M.J.1, Nortes P.A.1, Gonçalves K.S.2., Acosta J.R.1, Ortuño M.F.1,
Sánchez-Blanco M.J.1
1Centro de Edafología y Biología Aplicada del Segura (CEBAS-CSIC), Campus Universitario de
Espinardo. 30100 Murcia
2Universidade Estadual Paulista. Campus de Botucato. 18610-307 Botucato-SP/Brasil
ABSTRACT
Euonymus japonica plants were submitted during six months to two irrigation
treatments of different sources: Control with EC< 1.2 dS m-1, and reclaimed wastewater
(RW) with EC: 4 dS m-1. Throughout the day, salt water induced a decrease in stem
potential and in leaf hydraulic conductivity. Stomata conductance was reduced in both
treatments at around 8-12h, more marked in RW, but no significant variation in
photosynthesis and F’v/F’m was detected by effect of salinity, suggesting that the
efficiency of the quantum yield of PSII was not lowered. It should be noted a tendency
to increase the values of gs, A, F’v/F’m and PSII after midday only in plants treated
with RW. The fluorescence behaviour could be related to the chlorophyll content,
confirming the resistance of the photosynthetic machinery to salinity of this specie. The
toxic effects produced by high concentrations of B, Na and Cl might be offset by the
effect of other ions like magnesium, potassium and phosphorus in plants irrigated with
RW, improving the physiological status of the plants.
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Sesión 1. Aspectos fisiológicos y moleculares de las relaciones hídricas en plantas Martes 18
Portuguese wild beet ecotypes (Beta vulgaris ssp. maritima):
physiological performance under drought and salinity and genetic
affinities
Ribeiro, I.C.1, Pinheiro, C.1*, Ribeiro, C.2, Veloso, M.3, Paulo, O.2 and Ricardo, C.P.1
1Instituto de Tecnologia Química e Biológica, Universidade Nova de Lisboa (ITQB-UNL), Av. da República,
2780-501 Oeiras, Portugal. isaribeiro@itqb.unl.pt
2Computational Biology and Population Genomics Group/Centro de Biologia Ambiental , Edifício C2,
Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa, 1759-016 Lisboa, Portugal.
3INRB, I.P., L-INIA - Pólo de Oeiras, Unidade Recursos Genéticos, Ecofisiologia e Melhoramento de
Plantas, Quinta do Marquês, 2784-505 Oeiras, Portugal.
ABSTRACT
Sugar beet has a very narrow breeding gene pool, lacking sufficient genetic variation
for coping with environmental stress. Therefore, it is crucial to characterize and
preserve its wild relatives, as they constitute important genetic resources for the beet
group and could carry valuable stress resistance traits. Three populations of wild beet
from distinct ecogeographical localizations were selected for the characterization of
their abiotic stress response (drought and salinity) and to evaluate their genetic
diversity using simple sequence repeat molecular markers. The physiological
responses to drought and salinity (0.2M and 0.5M NaCl) were evaluated by measuring
plant water status, photosynthesis and leaf stomatal conductance and biomass.
Multivariate analysis (Principal components followed by between group analysis, PCA-
BGA) allowed to distinguish between sugar beet and the wild beets under severe but
not under mild stress. Furthermore, the wild populations separated from each other
when severe drought and high salinity were considered. Of the three populations
analyzed, ACC#5253 (OEI) appeared to be less affected by drought stress (based on
stomatal conductance, photosynthetic rate and leaf osmotic potential). The analysis of
3 simple sequence repeat (SSR) loci revealed that these populations were not
genetically distinct. Our results provided important information for the utilization of wild
beet genetic resources and revealed accessions of interest for future beet breeding
programs.
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Sesión 1. Aspectos fisiológicos y moleculares de las relaciones hídricas en plantas Martes 18
Photosynthetic response of Arabidopsis plants overexpressing (OE)
or antisense (AS) for the patatin-like gene AtpPLAIIα to water deficit
Vieira da Silva I., Bernardes da Silva A., Alcântara A., Marques da Silva J., Arrabaça
J.D., Matos A.R.*
Center for Biodiversity, Functional and Integrative Genomics (BioFIG), Plant Biology Department,
University of Lisbon, Campo Grande, 1749-016 Lisbon, Portugal (Corresponding author: armatos@fc.ul.pt)
ABSTRACT
AtpPLAIIα encodes a lipolytic enzyme acting on galactolipids and phospholipids. Its
expression has been previously shown to be up-regulated by progressive water deficit,
concomitantly with a decrease in membrane lipid contents, namely of chloroplasts
galactolipids and the accumulation of free polyunsaturated fatty acids. In the present
work we have used Arabidopsis lines overexpressing (OE) or expressing AtpPLAIIα in
antisense (AS) to investigate the contribution of this protein to water deficit tolerance.
Results show that under control conditions, the pool of free fatty acids is mainly
composed of saturated molecules (16:0 and 18:0), for all the lines studied, whereas
free polyunsaturated 16:3 and 18:3 were only detected in AS lines. When soil grown
plants were submitted to progressive drought, the decrease in relative water content
(RWC) and soil water content (SWC) proceeded faster for AS lines, whereas OE plants
seemed to lose water at slower rates than the WT. A similar trend was observed for
photosynthesis measured under saturating light. No differences between lines were
observed for plant size or stomatal conduction, under control conditions.
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Sesión 1. Aspectos fisiológicos y moleculares de las relaciones hídricas en plantas Martes 18
Fagus sylvatica L. y cambio climático: contenido y actividad de la
Rubisco ante el déficit hídrico y el incremento de la temperatura
Potentini Couput M.F., Erice Soreasu G. e Irigoyen Iparrea J.J.
Universidad de Navarra, Departamento de Biología Vegetal, Sección Biología Vegetal (Unidad Asociada
al CSIC, EEAD, Zaragoza e ICVV, Logroño). Irunlarrea, 1, Edificio de Ciencias, 31008, Pamplona,
Navarra, España.
RESUMEN
Es bien conocida la capacidad de los árboles de responder a las variaciones
estacionales típicas de su ambiente natural. Sin embargo, la velocidad a la que se
vienen presentando los cambios climáticos a escala global desde hace décadas hace
cuestionar si todas las especies serán capaces de moldear sus respuestas ante tales
fluctuaciones, y cómo lo harán. Se estudió el contenido y actividad de la Rubisco de
las hayas de dos bosques navarros, que tienen una diferencia en su temperatura
media anual de alrededor de 3 ºC, y además, que en los últimos años vienen
registrando una disminución de la disponibilidad del recurso agua (acentuada en la
época estival). El objetivo de este estudio ha sido evaluar si existe algún
comportamiento específico de estos parámetros y del almacenamiento de carbono en
las condiciones en las que crecen las hayas en los Bosques de Bertiz y de Oderitz, en
ejemplares adultos y jóvenes, y en hojas de sol y sombra durante la época de
crecimiento del árbol.
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Sesión 1. Aspectos fisiológicos y moleculares de las relaciones hídricas en plantas Martes 18
Ecophysiology of wild and domesticated tomatoes
Galmés J.1, Muir CD.2, Molins A.1, Peguero-Pina J.3, Roldán E.1, Ponce J.1, Moyle L.C.2
& Conesa M.À.1
1Grup de Recerca en Biologia de les Plantes en Condicions Mediterrànies. Departament de Biologia-UIB.
Carretera de Valldemossa km 7,5, E-07122. Palma. Illes Balears. Spain
2Department of Biology, Indiana University, 1001 East Third Street, Bloomington, IN 47401, USA
3Unit of Forests Resources, CITA of Aragón.Apdo. 727, E-50080. Zaragoza. Spain
jeroni.galmes@uib.cat
ABSTRACT
In semi-arid environments, but also under greenhouse conditions, there is high interest
in improving water use efficiency of horticultural crops. Wild relative species constitute
a valuable source of knowledge and genes for the improvement of domesticated crops.
We compared the ecophysiology of a number of cultivated tomato accessions and wild
species to detect main traits enabling improvement of cultivated tomato. High variability
was found among wild species at molecular, biochemical and physiological levels.
Interestingly, a double approach was observed among wild tomatoes to ensure enough
supply of CO2 in the leaf mesophyll: some species presenting high values of stomatal
conductance, while others tending to increase the mesophyll conductance to CO2. This
pattern presents important consequences on the efficiency of water use, and may
suggest potential targets for improvement of commercial tomatoes. Also, a grafting
experiment of a cultivated tomato on a wild species was performed, resulting in an
increased WUE.
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Charla invitada Martes 18
Measuring & Modelling the Water Footprint of Fruit Production:
Eco-verification & Adapting to Climate Change
Brent Clothier1,2, Steve Green1, Indika Herath1,2, Carlo van den Dijssel1, Alistair Hall1,
Greg Dryden3 & Mike Butcher4
1Plant & Food Research, Palmerston North, New Zealand brent.clothier@plantandfood.co.nz
2Massey University, Palmerston North, New Zealand
3Fruition Horticulture, Nelson, New Zealand
4Pipfruit NZ, Hastings, New Zealand
ABSTRACT
Water will be the critical resource of the 21st century. The water footprint of a good or
service can be used as an indicator of the sustainability of water usage. A water
footprint assesses the impact of the life cycle of a product, or a service, on the scarcity
and quality of water resources. Supermarket chains are increasingly demanding ‘eco-
verification’ of their products in their quest to attract more consumers. We describe a
rational protocol for assessing the water footprint of an export apple produced in New
Zealand. The thrifty water imperative for agriculture will be ever more challenging and
will require nimble responses to climate changes that will affect the demand for, and
the supply, of available water. We outline the magnitude of the adaptations needed for
wine-grape production in Marlborough
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Sesión 2. Relaciones hídricas en especies de interés agrícola Martes 18
Efecto del estrés hídrico en la acumulación de ceras epicuticulares
en Brachypodium distachyon
de Andrés, E.F., Casanova, C., Soler, C.
Instituto Nacional de Investigación y Tecnología Agraria y Alimentaria (INIA), Departamento de Medio
Ambiente, Crta. de La Coruña, Km. 7,5, 28040 - Madrid. parlorio@inia.es
RESUMEN
El objetivo de este trabajo ha sido evaluar el efecto del estrés hídrico sobre el
contenido foliar de ceras epicuticulares y de otros caracteres relacionados con la
respuesta a la sequía (transpiración residual y peso específico) en una colección de 12
poblaciones silvestres españolas de Brachypodium distachyon. Las hojas de B.
distachyon aumentaron su contenido en ceras epicuticulares y su peso específico fue
mayor en respuesta al estrés hídrico, siendo esta respuesta variable entre las distintas
poblaciones.
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Sevilla, 17-20 de septiembre de 2012
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Sesión 2. Relaciones hídricas en especies de interés agrícola Martes 18
Using a process-based stomatal model in olive and its potential
application to deficit irrigation studies
Rodriguez-Dominguez C.M.1,2, Buckley T.N.3, Fernández J.E.1, de Cires A.2, Rubio-
Casal A.E.2, Cuevas M.V.1, Elsayed-Farag S.1, Martin-Palomo M.J.4, Muriel J.L.5,
Perez-Martin A.1, Torres-Ruiz J.M.1, Diaz-Espejo A.1
1Instituto de Recursos Naturales y Agrobiología (IRNAS-CSIC), Aptdo. 1052, 41080-Sevilla, Spain
crdominguez@us.es
2Departamento de Biologia Vegetal y Ecologia, Universidad de Sevilla, Sevilla, Spain
3Department of Biology, Sonoma State University, 1801 E Cotati Ave, Rohnert Park, CA 11 94928, USA
4ETSIA, Departamento de Ciencias Agroforestales, Universidad de Sevilla, Sevilla, Spain
5IFAPA, Centro Las Torres-Tomejil, Junta de Andalucía, Alcalá del Río, Sevilla, Spain
ABSTRACT
Over the last years modeling plant transpiration has been pointed out as a powerful
tool to optimize the management of irrigation in fruit trees. In this study we tested the
hydromechanical model of stomata functioning proposed by Buckley et al. (2003), a
model with a strong physiological basis. The great contribution of this model is that its
parameters have direct physiological meaning. Firstly, the model was simplified to
make its parameters estimation friendly and easy. Secondly, the model was fitted to
data obtained in a hedgerow olive orchard under regulated deficit irrigation. The
hydromechanical model fitted our data satisfactorily and allowed us to analyze the
physiological parameters obtained.
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Sevilla, 17-20 de septiembre de 2012
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Sesión 2. Relaciones hídricas en especies de interés agrícola Martes 18
Using a virtual fruit tree model (QualiTree) for evaluating the effects
of water stress on fruit sugar content. Validation with real data from
a mid-late maturing peach cultivar
Mirás-Avalos J.M.1, Alcobendas R.2, Alarcón J.J.2, Valsesia P.3, Génard M.3, Nicolás
E.2
1Estación de Viticultura e Enoloxía de Galicia (EVEGA – INGACAL). Ponte San Clodio s/n. 32427 Leiro,
Ourense, Spain. Email: jose.manuel.miras.avalos@xunta.es
2Departamento de Riego, Centro de Edafología y Biología Aplicada del Segura, CSIC, P.O. Box 164,
30100, Espinardo (Murcia), Spain
3UR1115 Plantes et Systèmes de Culture Horticoles (PSH), INRA, Domaine Saint-Paul, Site Agroparc,
84914 Avignon Cedex 9, France
ABSTRACT
Irrigation water shortage in fruit tree orchards is a serious problem in Mediterranean
regions, thus, regulated deficit irrigation (RDI) is commonly used. However, water
restrictions may have consequences on fruit size and quality. Fruit quality response to
RDI is complex. Simulation models are useful tools to understand complex
physiological processes and how they are affected by environmental and agronomical
factors. In the current study, a fruit-tree model (QualiTree) was calibrated and validated
for a mid-late maturing peach cultivar (‘Catherine’) using real data on vegetative and
fruit growth, and contents of four sugars (glucose, fructose, sucrose and sorbitol) in fruit
flesh. Simulation outputs displayed fairly good agreement with the measured data
concerning vegetative and fruit growth. Sugar concentrations in fruit flesh were well
simulated, except for sucrose, which was overestimated. Furthermore, the model was
tested for different situations concerning water restrictions, based on leaf and stem
water potential values. As expected, water stress negatively affected both vegetative
and fruit growth. In contrast, sugar concentrations in fruit flesh increased when water
restrictions were imposed, mainly in the case of glucose and fructose. This study
allowed a validation of QualiTree with real data on sugar concentrations, thus
broadening its predictive skills. Consequently, QualiTree might be a useful tool in the
design of innovative horticultural practices.
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Sevilla, 17-20 de septiembre de 2012
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Sesión 2. Relaciones hídricas en especies de interés agrícola Martes 18
Physiological responses of drought-sensitive and drought-resistant
Phaseolus vulgaris L. cultivars to water deficit stress
Silvestre S.1,2, Alcântara A.1,2, Carrasco A.2,3, Araújo SS.4,5, Bernardes da Silva A.1,2,
Marques da Silva J.1,2
1Centre for Biodiversity, Functional and Integrative Genomics (BioFIG), Faculty of Science, University of
Lisbon, Campo Grande, 1749-016 Lisboa, Portugal. susanamdsilvestre@gmail.com
2Department of Plant Biology, Faculty of Science, University of Lisbon, Campo Grande, 1749-016 Lisboa,
Portugal.
3Facultad de Biología, Universidad de Sevilla, Av. Reina Mercedes, Edificio Rojo , 41012 Sevilla, España
4Centro de Veterinária e Zootecnia, Instituto de Investigação Científica e Tropical, Faculdade de Medicina
Veterinária, Avenida da Universidade Técnica, 1300-477 Lisboa, Portugal
5Plant Cell Biotechnology Lab, Instituto de Tecnologia Química e Biológica (ITQB), Universidade Nova de
Lisboa (UNL), Av. da República (E.A.N.), Apartado 127, 2781-901 Oeiras, Portugal.
ABSTRACT
The Phaseolus vulgaris genotypes SER 16 (drought resistant) and Tio Canela (drought
sensitive) were subjected to water deficit stress and their physiological responses
assessed by infra-red gas exchange analysis and rapid kinetics of chlorophyll a
fluorescence measurements. Water deficit decreased photosynthesis in both
genotypes, but in a lower extent in the drought-resistant SER 16, which even showed a
remarkable increase of photochemical performance under stress.
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Sevilla, 17-20 de septiembre de 2012
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Sesión 2. Relaciones hídricas en especies de interés agrícola Martes 18
Variabilidad radial y acimutal del flujo de savia en olivos plantados
en seto
Elsayed-Farag S.1, Palomo M.J.2, Fernández J.E.1, Pérez-Martin A.1, Díaz-Espejo A.1
1
Instituto de Recursos Naturales y Agrobiologia, CSIC, Apartado 1052,41080 Sevilla, Spain.
2 CE.T.U. de Ingenieros Técnicos Agrícolas, Carretera de Utrera, km 1 41013 Sevilla, Spain.
Corresponding author. Email: selsayed@irnase.csic.es
RESUMEN
La heterogeneidad de densidad de flujo de savia tanto alrededor del tronco como en
profundidad respecto al cambium es un hecho bien conocido que requiere ser
analizado para un correcto uso e interpretación de las estimas de transpiración a partir
de las medidas de flujo de savia. Por ello, se hizo un experimento en olivos ‘Arbequina’
de 5 años de edad en una plantación en seto (4 m x 1.5 m) donde se instalaron cuatro
sondas por árbol, en tres árboles representativos de la plantación. Los resultados han
mostrado que se puede reducir el número de sondas hasta una para estimar el flujo de
savia en olivos plantados en seto de esta edad. La correlación obtenida para la
densidad de flujo de savia relativa entre la sección más externa del xilema conductor y
las interiores frente a la conductancia estomática relativa medida en hojas jóvenes y
viejas aportó evidencias sobre la hipótesis de que los vasos exteriores están
preferentemente conectados a las hojas jóvenes del año.
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Sesión 2. Relaciones hídricas en especies de interés agrícola Martes 18
Análisis de la eficiencia del uso del agua y del nitrógeno mediante la
utilización de técnicas de discriminación isotópica en pomelo.
Resultados preliminares.
Romero-Trigueros C., Nortes P.A., Alarcón J.J., Querejeta J.I., Nicolás E.
Departamento de Riego. Centro de Edafología y Biología Aplicada del Segura (CEBAS-CSIC). Campus
Universitario de Espinardo, 30100. Murcia. Email: cromero@cebas.csic.es
RESUMEN
El objetivo del estudio fue evaluar el efecto del riego con diferentes calidades de agua
de riego combinado con estrategias de riego deficitario en pomelo y estudiar sus
efectos sobre la fisiología de la planta, principalmente en la eficiencia del uso del agua
y del nitrógeno, así como la sostenibilidad del cultivo con el uso de aguas
regeneradas. Los resultados preliminares indican que el uso de aguas regeneradas
produjo un incremento moderado en la eficiencia intrínseca del agua y del nitrógeno, y
también posibles riesgos en la sostenibilidad del cultivo a medio-largo plazo, asociado
a los niveles más elevados del isótopo δ15N.
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Sesión 2. Relaciones hídricas en especies de interés agrícola Martes 18
Distribución radicular de tres portainjertos de vid en el suelo y
relación con la disponibilidad hídrica
de Herralde F., Aranda X., Biel C., Savé R.
IRTA Torre Marimon. Caldes de Montbui. 08140. Barcelona. felicidad.deherralde@irta.cat
RESUMEN
En un ensayo con cepas jóvenes la distribución de la biomasa y longitud de raíces en
el suelo no presentó diferencias entre portainjertos, aunque sí entre profundidades y
disponibilidades hídricas. El efecto del portainjertos sobre la variedad no se explica
totalmente por la longitud de raíces o por la conductancia hidráulica del sistema
radicular, sino que tiene una componente dinámica.
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Sesión 2. Relaciones hídricas en especies de interés agrícola Martes 18
Average daily light interception determines leaf water use efficiency
among different canopy locations in grapevine
Hipólito Medrano, Alicia Pou, Magdalena Tomàs, Sebastià Martorell, Javier Gulias,
Jaume Flexas and José M. Escalona
Grup de Recerca en Biologia de les Plantes en Condicions Mediterrànies Departament de Biologia,
IMEDEA (CSIC-Universitat de les Illes Balears) Carretera de Valldemossa Km 7.5, 07122 Palma de
Mallorca (Balears), Spain. Hipolito.medrano@uib.es
ABSTRACT
In Mediterranean areas grapevine water use efficiency (WUE) is becoming an
important issue as grapevine production and quality are largely dependent on irrigation,
and given the large area of this crop in this region. Under semi-arid conditions,
grapevine water consumption rises up to 700 mm/year, (rainfall plus irrigation), thus
great water amounts are needed for areas typically characterised by water scarcity
during grapevine growing season. Therefore, improving WUE is a challenge to secure
agriculture sustainability of viticulture in these areas. In the present work we evaluate
the variation of leaf WUE over time (diurnal time) and space (at eight canopy positions)
under irrigation, moderate and severe water stress in field-grown Tempranillo
grapevines. Scaling up from the single leaf to the whole plant WUE values were tested
comparing daily integrals of leaf water use efficiency (WUEDi) with midday leaf WUE
ones showing a poor relationship, that become poured as water stress increased. To
evaluate spatial variations of WUE inside the canopy daily integrals of WUEDi, were
determined by leaf gas exchange measurements at eight canopy positions with marked
differences in light exposition. Great variations in WUEDi at different canopy locations
were mostly determined by the daily integral of light interception with a high regression
coefficient for irrigated (0.98) and moderately water stressed plants (0.92), and lower
for plants under severe water stress (0.68). This indicates that increased daily PAR
interception by the leaf increases WUEDi. Moreover, those data suggest that
improvements in whole-plant WUE up to 27% could be achieved by selective thinning
of basal (locations 1 and 7) and internal (location 8) leaves of the canopy and that
these theoretical benefits would be minor but still significant under water stress.
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Charla invitada Miércoles 19
Water deficit and plant performance: time scales of metabolic and
physiological responses
Pinheiro C.1, Ribeiro I.C.1, Dodd I.C.2, António C.3,4, Mariott A.3, Pintó-Marijuan M1.,
Rodrigues M.A.A.1, Machado A.1, Bicho C.1, Ortuño M.F.1,5, Ricardo, C.P.1, Chaves
M.M.1, Wilson J.C.3, Thomas-Oates J.3
1Instituto de Tecnologia Química e Biológica, Universidade Nova de Lisboa, Av. da República, 2780-157
Oeiras, Portugal. pinheiro@itqb.unl.pt
2Lancaster Environment Centre, Lancaster University, Lancaster, LA1 4YQ, UK
3Department of Chemistry, University of York, Heslington, York YO10 5DD, UK
4current address: Max-Planck-Institute of Molecular Plant Physiology, Potsdam, Germany
5current address: CEBAS-CSIC, Campus Universitario de Espinardo, Murcia, España
ABSTRACT
Plants perceive and respond to alterations in soil water content via a series of
physiological, cellular, and molecular events that develop in parallel. The modulation of
carbon sensing and signaling by progressive soil water deficit was investigated in
Arabidopsis thaliana (a model plant) and Thellungiella salsuginea (an extremophile).
Our working hypothesis is that the combined alterations in hormone and carbohydrate
levels play an important role in the stress response mechanism. After withholding
water, the rate of soil water depletion was similar for Arabidopsis and Thellungiella for 2
days, then (days 3-5) Arabidopsis plants took up more water from the soil (5-10%). At
similar soil water contents, Arabidopsis and Thellungiella performance were quite
distinct, and were accompanied by distinct effects on the rosette carbohydrate
metabolism and ABA levels (related to timing and magnitude of response). The direct
comparison of these two contrasting plant systems offers the possibility to improve
understanding of physiological and biochemical drought-related mechanisms.
XI Simposio Hispano-Portugués de Relaciones Hídricas en las Plantas
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Sesión 2. Relaciones hídricas en especies de interés agrícola Miércoles 19
Indicadores alternativos al potencial hídrico para la determinación de estrés hídrico en cítricos
Ballester C., Castel J., Jiménez-Bello M.A., Intrigliolo D.S., Castel J.R.
Instituto Valenciano de Investigaciones Agrarias (IVIA), 46113 Moncada,
ballester_carlur@gva.es
RESUMEN
El objetivo de este trabajo fue evaluar las medidas de flujo de savia (FS) y de
temperatura de la copa (Tc) como indicadores de estrés hídrico, comparados con
medidas de tallo y conductancia estomática (gs) en Clementina de Nules bajo RDC. El
FS se determinó mediante el método de compensación del pulso de calor. Los valores
de Tc se midieron de forma continua mediante sensores de infrarrojo fijos (SIF) y
semanalmente por medio de imágenes térmicas tomadas con cámara termográfica.
Los resultados muestran que Tc medida con SIF no se relacionó bien con tallo ni con
gs. Sin embargo, los valores de FS y de Tc obtenida mediante imágenes térmicas en
días con diferencias de tallo entre tratamientos de al menos 1 MPa, sí se relacionaron
bien con aquellos. Así pues, tanto FS como Tc pueden utilizarse como indicadores de
estrés hídrico en cítricos, aunque Tc obtenida mediante imágenes térmicas fue más
adecuada para este propósito que mediante SIF.
XI Simposio Hispano-Portugués de Relaciones Hídricas en las Plantas
Sevilla, 17-20 de septiembre de 2012
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Sesión 2. Relaciones hídricas en especies de interés agrícola Miércoles 19
A non-invasive, plant-based probe for online monitoring of water
stress in real-time under field conditions
Bitter R., Rüger S., Ehrenberger W., Fitzke R., Zimmermann U.
ZIM Plant Technology, Neuendorfstr. 19, 16761 Hennigsdorf, Germany
email: info@zim-plant-technology.de
ABSTRACT
Turgor pressure changes (together with leaf temperature changes) can be measured
with the non-invasive leaf patch clamp pressure probe (so-called: ZIM-probe) in real-
time over several months. The ZIM-probe can be applied to all leafy plant species and
is characterised by high precision, operating convenience, and robustness under field
conditions. Data are sent by wireless operating telemetric units to a control station
linked to an Internet server via mobile phone network. Investigations on crop and fruit
trees have shown that several indices can be derived from ZIM-probe readings that can
be used for irrigation control.
XI Simposio Hispano-Portugués de Relaciones Hídricas en las Plantas
Sevilla, 17-20 de septiembre de 2012
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Sesión 2. Relaciones hídricas en especies de interés agrícola Miércoles 19
Research on automatic irrigation control. State of the art and recent
results.
R. Romero1,*, J.L. Muriel2, I. García2 and D. Muñoz de la Peña3
1Instituto de Recursos Naturales y Agrobiología (IRNASE-CSIC), Avenida Reina Mercedes 10, 41012.
Sevilla, Spain.
2IFAPA Las Torres-Tomejil. Ctra. Sevilla-Cazalla, Km. 12.2; 41200 Alcalá del Río, Sevilla, Spain.
3Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática, Universidad de Sevilla, Camino de los
Descubrimientos SN, 41092, Sevilla, Spain.
* Corresponding author. rafaelromerovicente@gmail.com (R. Romero).
ABSTRACT
Availability of fresh water is one of the elementary conditions for life on Earth, however,
water is a limited resource, which is now under an unprecedented pressure by global
population growth, climate change and demand from several economic sectors such
as tourism, industry, and agriculture. In particular, irrigated agriculture is one of the
major water-consuming sectors. The aforementioned issues justify the need for a
sustainable and rational use of water in irrigated crops, which motivates the
implementation of new precise automatic irrigation technologies based on control
theory. In this paper, we introduce the main concepts of control theory, how can it be
applied to irrigation and a literature review of automatic irrigation control systems over
the last decade. In addition, we present our latest developments in this field. In
particular, we present some promising preliminary experimental results of four different
control strategies applied to fruit trees in southern Spain to show the potential of the
application of control techniques to irrigation.
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85
Sesión 2. Relaciones hídricas en especies de interés agrícola Miércoles 19
Low water stress conditions in table olive trees (Olea europaea L.)
during pit hardening produced a different response of fruit and leaf
water relations
J. Dell’Amico1, A. Moriana2*, M. Corell2, I.F. Girón3, D. Morales1, A. Torrecillas4,5, F.
Moreno3
1Instituto Nacional de Ciencias Agrícolas, Cuba
2Escuela Técnica Superior de Ingeniería Agronómica. University of Seville, Carretera de Utrera Km 1,
41013 Sevilla, Spain
3Instituto de Recursos Naturales y Agrobiología (CSIC), P.O. Box 1052, E-41080 Sevilla, Spain
4Dpto. Riego. Centro de Edafología y Biología Aplicada del Segura (CSIC). P.O. Box 164, E-30100
Espinardo (Murcia), Spain
5Unidad Asociada al CSIC de Horticultura Sostenible en Zonas Áridas (UPCT-CEBAS), Paseo Alfonso XIII
s/n. E-30203 Cartagena (Murcia), Spain
*Corresponding author: amoriana@us.es
ABSTRACT
The scarcity of water for agricultural use is producing a generalization of deficit
irrigations in most of the fruit trees. Regulated deficit irrigation in olive trees is
scheduled with a period of water stress during the pit hardening phase with low or,
even, no decrease in yield. During this phenological stage, fruit is a great sink of
assimilates and competes with vegetative growth, producing a significant change in the
water relation of the tree. The aim of this work is to study the water relations in leaves
and fruits in a period of drought during the phenological stage of pit hardening in a
mature (43 year-old) table olive orchard. Water relations of leaves and fruits were
compared between a Control of fully irrigated trees and Stressed trees (with a period of
drought from 1 week after the beginning of pit hardening until 1 week before harvest).
The water stress conditions were considered as low level, according with the stem
water potential data. Leaf water relations were quickly affected with a reduction of
midday stem water potential and turgor pressure at 14 days after the beginning of the
drought (DABD). Leaf osmotic adjustment was measured only at the end of the drought
cycle (63 DABD). On the other hand, fruit water relations were affected slowly and only
osmotic potential was reduced at 14 DABD. Such variations produced a change in the
source of water flow from xylem to phloem according to the variations in leaf-fruit water
potential. The pattern of adaptation of leaves and fruit during the drought cycle and the
relationship between them is discussed.
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Sesión 2. Relaciones hídricas en especies de interés agrícola Miércoles 19
Pomegranate (Punica granatum L.) fruit response to different deficit
irrigation conditions
C.D. Mellisho1, I. Egea1, A. Galindo1, P. Rodríguez2, J. Rodríguez2, W. Conejero1, F.
Romojaro1, A. Torrecillas1,3,*
1Centro de Edafología y Biología Aplicada del Segura (CSIC). P.O. Box 164, E-30100 Espinardo (Murcia),
Spain.
2Dpto. Fisiología y Bioquímica, Instituto Nacional de Ciencias Agrícolas (INCA). Ctra. de Tapaste, km 3.5.
San José de Las Lajas (La Habana), Cuba
3Unidad Asociada al CSIC de Horticultura Sostenible en Zonas Áridas (UPCT CEBAS). Paseo Alfonso XIII
s/n, E-30203 Cartagena (Murcia), Spain.
*Corresponding author: atorreci@cebas.csic.es (A. Torrecillas)
ABSTRACT
No information exits on the effects of water stress on pomegranate (Punica granatum
L.) fruits. In this paper, the influence of three irrigation treatments on the physical and
chemical characteristics of the fruits of adult pomegranate trees was studied. Control
(T0) plants were drip irrigated (60 % ETo from the beginning of the season to the end
of the first half of linear fruit growth phase, 117 % ETo during the second half of linear
fruit growth phase and 99 % ETo during the end of fruit growth and ripening phase) in
order to guarantee non-limiting soil water conditions, T1 plants were drip irrigate
according to the criteria frequently used by the growers in the area (32 % ETo from the
beginning of the season to the end of the first half of linear fruit growth phase, 74 %
ETo during the second half of linear fruit growth phase and 36 % ETo during the end of
fruit growth and ripening phase) and T2 plants were irrigated as T1, except during the
second half of linear fruit growth phase, in which irrigation was withheld. To ensure the
recovery of T2 plants re-irrigation was performed at the levels used in T0. T1 plants
achieved a moderate water stress level, whereas T2 plants achieved a more
pronounced water stress level, from which they completely recovered when plants
were rewatered. During ripening the peel of pomegranate fruits changes to show higher
luminosity and greater red saturation. Also, the colour of the arils changes to a more
perceptible red colour as a consequence of the increasing total anthocyanin content.
However, neither the intense red colour of the arils nor their total phenolic compounds
content was correlated with the juice antioxidant capacity. Considerable differences
were observed in the response of pomegranate fruits to both deficit irrigation
treatments. In this sense, fruits from T1 plants showed a decrease in fruit growth,
leading to a lower final fruit size and lower total yield, and some changes in colour and
chemical characteristics, which reflected earlier ripening. In contrast, a more
pronounced water stress during the second half of the fruit growth phase (T2) was
more critical for fruit size than for the chemical characteristics of the fruit, probably
XI Simposio Hispano-Portugués de Relaciones Hídricas en las Plantas
Sevilla, 17-20 de septiembre de 2012
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because under this situation carbon assimilation should be allocated to the synthesis of
primary metabolites, which did not exceeded the amount used for fruit growth to the
detriment of the synthesis of carbon-based secondary metabolites.
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Sesión 2. Relaciones hídricas en especies de interés agrícola Miércoles 19
Efectos a largo plazo del riego deficitario sostenido en la
producción de cítricos en Andalucía occidental
García-Tejero I.F., Arriaga J., Durán-Zuazo V.H., Muriel-Fernández J.L.
IFAPA Centro ‘Las Torres-Tomejil’ Ctra. Sevilla-Cazalla km. 12’2. 41.200. Alcalá del Río (Sevilla)
RESUMEN
El presente trabajo examina los efectos a largo plazo de diferentes estrategias de riego
deficitario sostenido (RDS) en una finca comercial de cítricos (Citrus sinensis L. Osb.
cv. Salustiana) de 14 años de edad. Entre los años 2005 – 2010 se estudió la
respuesta del cultivo a tres estrategias de riego deficitario, definidas en función de
diferentes índices de estrés hídrico, con recortes en las dosis de riego aplicadas del
25, 35 y 50% de la evapotranspiración del cultivo (ETc) respectivamente.
Paralelamente, se estableció un control regado a demanda, que recibió una cantidad
de agua correspondiente al 100% de la ETc. Durante la etapa de máxima demanda
evapotranspirativa se realizaron medidas periódicas del potencial hídrico del cultivo,
determinándose al final de cada campaña la producción de cada uno de los
tratamientos. A partir de los resultados obtenidos, se calcularon las funciones de
pérdida de producción capaces de establecer el comportamiento temporal del cultivo
cuando éste se encuentra sometido de forma continuada a diferentes niveles de estrés
hídrico. Se concluye que, la respuesta del cultivo al estrés hídrico siguió una oscilación
creciente con una atenuación progresiva a lo largo de los años, evidenciándose la
existencia de relaciones altamente significativas entre el nivel de estrés hídrico
soportado por el cultivo y las pérdidas de producción del mismo para cada uno de los
tratamientos ensayados.
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Sesión 2. Relaciones hídricas en especies de interés agrícola Miércoles 19
Huella y eficiencia hídricas del melocotonero extratemprano con
riego localizado
Vera J.1,2, López-Martínez L.1, Abrisqueta I.1, Conejero W.1, Abrisqueta J.M.1,2, Ruiz-
Sánchez M.C.1,2
1Dpto. Riego, Centro de Edafología y Biología Aplicada del Segura (CEBAS-CSIC), P.O. Box 164, 30100
Murcia, Spain
2Unidad Asociada al CSIC de ‘Horticultura Sostenible en Zonas Áridas’ (UPCT-CEBAS)
RESUMEN
Se evalúan diferentes técnicas de cultivo (riego y poda verde) en melocotoneros
adultos extratempranos en condiciones de riego localizado en ambiente mediterráneo.
Se estudian las relaciones agua-planta y se analiza la respuesta productiva del cultivo
en términos de eficiencia del uso del agua de riego (EUA) y huella hídrica. En
condiciones semiáridas la componente de la huella azul predominó sobre la
componente de huella verde. La menor huella azul se relacionó con los máximos
valores de EUA, que se mostraron en el tratamiento de riego deficitario controlado en
el que se realiza poda en verde, quedando de manifiesto el efecto positivo de esta
técnica de cultivo, que permite aliviar el déficit hídrico impuesto en la postcosecha y
mejorar la producción.
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90
Sesión 2. Relaciones hídricas en especies de interés agrícola Miércoles 19
Sustainable water management in a late season table grape in
California.
Abrisqueta I., Ayars J.E.
San Joaquin Valley Agricultural Science Center (SJVASC, USDA-ARS), 9611 S Riverbend Ave,
Parlier, CA. 93648, US. isabel.abrisqueta@ars.usda.gov
ABSTRACT
This report covers the first year's data for deficit irrigation of table grape production in
the San Joaquin Valley. The objective was to determine the effects and limits of deficit
irrigation strategies on vine development, yield and grape quality for table grape
production. A 0.9 ha plot was selected in Delano (California) in a ‘Crimson Seedless’
late maturing table grape. The vines were drip irrigated with one lateral in each row of
vines with three emitters per vine and a discharge of 3.8 L h-1. Three irrigation
treatments were used: T1 as the normal grower practice (GP) and two deficit irrigated
treatments, T2 and T3, as a percentage reduction of GP of 30% and 60% at veraison,
respectively. As a result, positive effects of deficit strategies on berry quality were
found with no decrease in total yield.
XI Simposio Hispano-Portugués de Relaciones Hídricas en las Plantas
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Sesión 2. Relaciones hídricas en especies de interés agrícola Miércoles 19
Relevancia del índice de cosecha de las plantas de trigo en su
capacidad de respuesta al CO2 elevado
Erice G.1, Sanz-Sáez A.2, Araus J.L.2, Irigoyen J.J.1, Sánchez-Díaz M.1, Aranjuelo I.3
1Departamento de Biología Vegetal, Sección Biología Vegetal, (Unidad Asociada al CSIC, EEAD,
Zaragoza e ICVV, Logroño) Facultades de Ciencias y Farmacia, Universidad de Navarra, c/Irunlarrea 1,
31008 Pamplona, Navarra.
2Unitat de Fisiologia Vegetal, Facultat de Biología, Universitat de Barcelona, Diagonal 645, 08028,
Barcelona
3Instituto de Agrobiotecnología-CSIC-UPNA-Gobierno de Navarra, Ctra Mutilva s/n, Mutilva Baja, Navarra
RESUMEN
Con el aumento de la concentración atmosférica de CO2 se espera un incremento en
la fotosíntesis y en la producción, así como el cierre estomático y una mayor eficiencia
en el uso del agua. Sin embargo, estudios previos sugieren que a largo plazo la
estimulación fotosintética puede desaparecer. Un factor clave en esta aclimatación
fotosintética es la relación entre fuentes y sumideros de carbono de la planta. El
presente trabajo analiza la respuesta de dos variedades de trigo con diferentes índices
de cosecha (HI) (genotipo actual, Sula, frente a genotipo del siglo pasado, Blanqueta)
al crecimiento en condiciones de CO2 elevado y diferente disponibilidad hídrica. El
aumento de CO2 incrementó la biomasa total en la variedad actual,
independientemente del régimen hídrico. En esta variedad se obtuvo un mayor
rendimiento, reflejado en un mayor HI y producción de grano, debido al mayor peso de
grano por espiga, a pesar del menor número de ahijados y espigas. En condiciones de
sequía, se obseva un descenso del HI en ambas variedades. La variedad Sula no
mostró aclimatación fotosintética. La sequía redujo la fotosíntesis de todas las plantas
pero de manera más acusada en Blanqueta. El descenso en la actividad fotosintética
de los dos genotipos sometidos a sequía, se debió al descenso en la conductancia del
mesófilo y por tanto al CO2 a nivel del cloroplasto. En condiciones control, ambas
variedades vieron reducida la concentración de las dos subunidades de la rubisco. La
sequía limitó la capacidad máxima de regeneración de la RuBP.
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Conferencia del VII Premio Nacional de Investigación en RRHH Miércoles 19
Respuestas fisiológicas de la cebada a la interacción de la salinidad
y el elevado CO2 -Prospección ante el cambio climático-
Pérez-López Usue*, Mena-Petite Amaia, Muñoz-Rueda Alberto
Departamento de Biología Vegetal y Ecología, Facultad de Ciencia y Tecnología, Universidad
del País Vasco (UPV/EHU).
*Contacto: usue.perez@ehu.es
RESUMEN
El estrés salino constituye para la agricultura mundial uno de los más importantes
estreses abióticos estimándose que anualmente se incrementa en un 1,5 Mha las
áreas salinas. Por otro lado, se prevé que para finales del siglo XXI la concentración
de CO2 atmosférica alcance niveles que dupliquen los actuales. Si bien el elevado CO2
conduce a un mayor crecimiento de la planta por mayores tasas fotosintéticas y mayor
eficiencia en el uso del agua, estos efectos positivos están sujetos a otras limitaciones
ambientales como la salinidad. Nuestros resultados muestran que ante la salinidad la
cebada realiza ajuste osmótico, reduce la transpiración e induce el sistema
antioxidante. Sin embargo, estos mecanismos no son suficientes para contrarrestar
sus consecuencias negativas y ocurre un descenso del crecimiento. Bajo elevado CO2,
la reducción del crecimiento provocada por la salinidad es inferior, resultado de mayor
turgencia celular, tasas fotosintéticas más elevadas, mayor ajuste osmótico, eficiencia
en el uso del agua superior, menor producción de especies reactivas de oxígeno y el
mantenimiento de los niveles de proteínas. Todo ello pone de manifiesto que bajo
nuestras condiciones de estudio el elevado CO2 tiene efectos beneficiosos sobre la
fisiología de la cebada e incrementa su tolerancia a la salinidad.
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Conferencia del VII Premio Nacional de Investigación en RRHH Miércoles 19
Respuestas fisiológicas de la Vid al déficit hídrico y durante la
recuperación: implicaciones en la eficiencia en el uso del agua
Alicia Pou, Jaume Flexas, Hipólito Medrano
Grup de Recerca en Biologia de les Plantes en Condicions Mediterrànies. Departament de Biologia,
Universitat de les Illes Balears. Carretera de Valldemossa Km 7.5, 07122 Palma de Mallorca (Balears),
Spain.
Alicia.pou@uib.es
RESUMEN
En esta Tesis se han estudiado en el ámbito de la Ecofisiología, las respuestas de la
Vid al déficit hídrico y se ha profundizado en la recuperación tras riego. Con esta se ha
pretendido disponer de un mejor entendimiento de diferentes aspectos de la regulación
de los flujos de agua y carbono y de sus efectos sobre la eficiencia del uso del agua a
nivel foliar.
En resumen, los resultados revelan que durante el estrés hídrico y la recuperación, el
cultivo de la Vid responde con una fina regulación estomática que, juntamente con la
regulación de la conductancia del mesófilo y un importante papel de la conductividad
hidráulica (y por lo tanto, de algunas aquaporinas) permite minimizar la pérdida de
agua por transpiración y maximizar la eficiencia en el uso del agua.
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Sesión 2. Relaciones hídricas en especies de interés agrícola Miércoles 19
Evaporative Cooling Effects on Tree Transpiration
Steven Green2, Ian Goodwin1, David Cornwall1
1Department of Primary Industries, Tatura, Australia, ian.goodwin@dpi.vic.gov.au
2Plant and Food Research, Palmerston North, New Zealand
ABSTRACT
Overhead sprinklers or micro-sprays are used in apple orchards in Australia to reduce
the incidence of sunburn. The threshold for sunburn damage is when the fruit surface
temperature exceeds about 46° C for a period of 1 h or more. Evaporative cooling
occurs while the fruit surface remains wet and this is an effective way to lower fruit
temperatures on hot days. The aim of the evaporative cooling is to apply the water at
the right time, and at the right amount to achieve effective cooling of fruit and at the
same time avoid excess runoff to the understory. The impact of evaporative cooling on
irrigation requirements is unknown. The objective of this study was to undertake some
preliminary observations of the effects on fruit temperature and tree transpiration (T).
The sap flow technique was used to determine T in a commercial “Royal Gala” apple
(Malus domestica) orchard where overhead microjets were already being used for
evaporative cooling. The application rate of the microjets was fixed at 2.4 mm/h.
Evaporative cooling commenced when air temperature exceeded approximately 32° C
and water was applied in cycles of 20 min on and 20 min off. Six trees were
instrumented with sap flow sensors. Three trees (treatment) received evaporative
cooling while the other three trees (control) did not. Sap flow was measured at 10-
minute intervals using the compensation heat-pulse method. Two probe sets were
placed into each tree trunk, with the sensors measuring heat pulse velocity at four
radial depths. A reference value for the potential evapotranspiration (ETo) was
calculated from local weather data measured at the orchard site. A leaf wetness sensor
was placed under the sprinklers to deduce the surface wetness of the apples.
T declined by approximately 50 % when the overhead microjets were applying water
for evaporative cooling. In the control trees, T decreased by approximately 5 % in
response to changes in air temperature and relative humidity. T recovered rapidly soon
after the water was cut off. The implication of these results for irrigation requirements
will be discussed.
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Sesión 2. Relaciones hídricas en especies de interés agrícola Miércoles 19
Potential changes in irrigation requirements and phenology of
maize, apple trees and alfalfa under global change conditions in
Fluvià watershed during XXIst century: results from a modeling
approximation to watershed-level water balance
R. Savé1,*, F. de Herralde1, X. Aranda1, E. Pla2, D. Pascual2, I. Funes1, C. Biel1
1IRTA. Torre Marimon. E-08140 Caldes de Montbui. (Barcelona). Spain
2CREAF – UAB; Catalonia. Spain
* Corresponding author: robert.save@irta.cat
ABSTRACT
To evaluate the vulnerability of agriculture under Mediterranean conditions, the real
water needs of agriculture in the Fluvià watershed (Catalonia, NE Spain) were
estimated for the XXIst century using a combination of downscaled climate projections
(ECHAM5 plus MM5) in two IPCC scenarios (B1 and A2), watershed hydrological
model (SWAT) and FAO procedure to calculate crop potential evapotranspiration. In
comparison with baseline conditions (1984-2008), climate projections predicted a 12%
(B1) to 28% (A2) reduction in precipitation, and a 2.2 ºC (B1) to 3.6 ºC (A2) increment
of mean annual temperature at the end of the XXI Century (2076-2100). The changes
of the environmental conditions would affect the real water availability in different crops:
water required for irrigation would increase significantly along the century, ranging from
40 to 250% depending on the crop, because of a direct decrease in the amount of
water available along the growing season and because of the effects of the projected
climatic conditions on potential evapotranspiration (ET0) and on the phenology of these
crops. Results are showing the high sensitivity of agriculture, despite its expanding
technology, to changes in climate, and even more to site, plot, orchard or terroir
conditions.
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Sesión 2. Relaciones hídricas en especies de interés agrícola Miércoles 19
What are olive trees doing during a summer night at Alentejo - water
potential, water redistribution and water reserves
Isabel Ferreira1, Nuno Conceição1 José Enrique Fernández2, Nadezhda Nadezhdina3
and Steve Green4
1Dept de Ciências e Engenharia dos Biossistemas DCEB/ CEER, Instituto Superior de Agronomia,
Universidade Técnica de Lisboa, Portugal, isabelferreira@isa.utl.pt
2Instituto de Recursos Naturales y Agrobiologia, CSIC, Sevilla, Spain, jefer@irnase.csic.es
3Institute of Forest Ecology, Mendel University of Agricultural and Forestry, Brno, Czech Republic
nadezdan@mendelu.cz
4Tranzflo NZ Ltd, Parata St, Palmerston North, New Zealand, stevegreen@inspire.co.nz
ABSTRACT
Hydraulic redistribution, in the context of root systems functioning, applies to the
movement of water using the root pathways, between different underground sectors
where roots are located, as a response to differences in water potential. Experimental
evidence suggests that this mechanism contributes to the relative independence of
deep rooted plants from rain distribution asymmetries between seasons: in
Mediterranean climates, wet winter and dry summer. This can apply for instance to
rainfed agricultural stands such as traditional olive groves as well as to agro-forestry
oak stands, as shown in several studies in Portugal in “montado” since 2003
(WATERUSE project). The understanding of survival strategies is one of the aims of
WUSSIAAME project. The access to the water table could be a condition for the
survival of such ecosystems. From an ecological perspective, it is particularly critical to
understand the dynamics and importance of hydraulic redistribution, especially in a
context of increasing competition for water uses. The observation of sap flow was the
tool selected to follow this process. Sap flow sensors using an approach that allows
measuring fluxes in both directions were installed during 2010 and 2011 in roots and
stems of one rainfed traditional and one irrigated intensive olive orchard (Olea
europea) at Ferreira do Alentejo. Variations in stem diameter are recorded continuously
and leaf water potential is followed. The first results are described and related with the
seasonal and daily dynamics of stem diameter and water potential. The results clearly
demonstrate the existence of hydraulic lift, illustrate the ecological importance of
nightime water redistribution mechanism in rainfed orchards and stress the importance
of preserving water tables for the chances to survive without irrigation.
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Charla invitada Jueves 20
In honour of Professor Manuel Sánchez-Díaz, a pioneer in the study
of plant-water relations
Becana M.
Departamento de Nutrición Vegetal, Estación Experimental de Aula Dei, CSIC, Apartado 13034, 50080
Zaragoza, Spain
ABSTRACT
In this talk, I will give an overview of the human profile and scientific achievements of
Prof. Manuel Sánchez-Díaz, on the occasion of his retirement after more than 40 years
of service in several academic and research institutions, especially in the University of
Navarra (Pamplona, Spain). During his remarkable career, he has worked in different
aspects of water stress in cereals, legumes, and grapevine using ecophysiological and
biochemical approaches. In Spain, Manuel was a pioneer of studies in plant physiology
and, particularly, in plant-water relations. The subjects of his research included, to
name a few, the effects of rhizobial and mycorrhizal symbioses, antioxidant defenses,
and high carbon dioxide-temperature interactions on the water stress tolerance of
plants. All of us, who have had the immense pleasure and privilege to work with him,
will miss his honest support and timely advice but will be comforted by his enduring
friendship.
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Sesión 3. Relaciones hídricas en especies no cultivadas y forestales Jueves 20
Dynamics of embolism formation in Eucalyptus pauciflora
seedlings.
Martorell S.1, Díaz-Espejo A.2, Medrano H.1, Ball M.C.3, Choat B.4
1Grup de Biologia de les plantes en condicions mediterrànies. Departament de Biología. UIB. Ctra
Valldemossa km 7.5. 07122 Palma de Mallorca. sebastia.martorell@uib.es
2Instituto de Recursos Naturales y Agrobiología de Sevilla. Consejo Superior de Investigaciones
Científicas (CSIC). Avda. Reina Mercedes, 10. 41012 Sevilla (Spain).
3Plant Science Division, Research School of Biology, The Australian National University, Canberra, ACT
0200, Australia.
4Hawkesbury Institute for the Environment. University of Western Sydney. Hawkesbury Campus. Penrith,
2751, NSW, Australia.
ABSTRACT
Drought is one of the main factors controlling primary productivity and shaping the
distribution of plant species. Despite of the large work on this topic there is a lack of
knowledge about the influence of hydraulic conductance during the recovery stage
after drought. We performed an experiment to evaluate the response of Eucalyptus
pauciflora to drought and recovery. Results allowed us to identify several stages in the
process of response to water stress and following recovery. The first stage was
characterized by an extremely high and vulnerable hydraulic conductivity, together with
a high stomatal conductance (gs). At the recovery stage, gs and transpiration (E)
remains lower than control. Eucalyptus pauciflora recovered the hydraulic system
within 6 hours by refilling the embolised vessels, suggesting the potential involvement
of chemical signals in the recovery of gs.
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Sesión 3. Relaciones hídricas en especies no cultivadas y forestales Jueves 20
Xylem hydraulic traits and anatomy of two Mediterranean shrubs:
Rhamnus ludovici-salvatoris and Rhamnus alaternus
Hanan El Aou-ouad1,2, Rosa Ana López Rodríguez3, Martin David Venturas3 , Sebastia
Martorell2, Hipólito Medrano1, Ahmed Lamarti2 and Javier Gulías1
1Department of Biology, the University of the Balearic Islands, Ctra Valldemossa km 7.5, 07122 Palma de
Mallorca, Spain
2Département de Biologie, Université Abdelmalek Essaadi, Faculté des sciences, B.P. 2121 93002
Tetouan, Morocco
3U.D. Anatomía, Fisiología y Genética vegetales ETSI Montes. Universidad Politécnica de Madrid Ciudad
Universitaria 28040 Madrid
ABSTRACT
Mediterranean plants have evolved a number of morphological and physiological
adaptations that determine their ability to survive and grow, being an effective water
uptake and use important factors for drought resistance. In this study, we compared
hydraulic safety (water potential at 50% loss of conductivity, Ψ50), hydraulic efficiency
(specific conductivity, k(s)) and xylem anatomy (mean vessels diameter, d (mean),
mean hydraulic diameter, d(h), of two sclerophyllous Mediterranean shrubs: Rhamnus
ludovici-salvatoris is an endemic species of the Balearic Islands whose distribution
area is being reduced while Rhamnus alaternus is widely distributed along
Mediterranean basin. Measurements were conducted between February and March.
The results showed that Rhamnus alaternus was less vulnerable to xylem cavitation
(Ψ50=-4 MPa) than Rhamnus ludovici-salvatoris (Ψ50= -2,6MPa). Mean diameter
(dmean), hydraulic diameter (dh) and vessel density (VD) were significantly different
between both species studied. The observed differences between the two species in
anatomical and xylem embolism may explain their different adaptive mechanisms and
capacity for survival under water stress conditions.
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Sesión 3. Relaciones hídricas en especies no cultivadas y forestales Jueves 20
Some secrets of Argania spinosa water economy in a semiarid
climate
Díaz Barradas M.C., Zunzunegui M., Esquivias M.P., Boutaleb S., Valera-Burgos J.,
Tagma T., Ain-Lhout F.
Departamento de Biología Vegetal y Ecología, Universidad de Sevilla, SPAIN. diaz@us.es
ABSTRACT
Argania spinosa is an example of an avoider tree growing under semi-arid conditions in
Morocco. To assess which are the physiological strategies of this species, different
variables were measured through an annual cycle in two populations close to the town
of Agadir. Results show the expected decrease of Ψ, with an increase of A/gs with the
out coming of the dry season. In summer gs was sensitive to VPD, and stomatal
closure occurred over 30 mbar of VPD. Surprisingly, δ13C maintained very low values
over the year, with almost no relationship with any physiological or morphological
variable. Hence Argania spinosa presents a complex set of mechanisms to avoid water
deficit, but δ13C cannot be used as an ecological tracer of long term WUE.
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Sesión 3. Relaciones hídricas en especies no cultivadas y forestales Jueves 20
Calibracion de sondas ECH2O de humedad del suelo
Usubelli A.1, Domene M.2, Rodrigo G.2, Cabot O.2, Ferrer F.2
1Università degli studi di Milano, Dipartimento di Agronomia, Via Celoria 2, 20133 Milano (Italia)
2LabFerrer, c/Ferran el Catòlic,3 · 25200 Cervera · www.lab-ferrer.com · info@lab-ferrer.com
RESUMEN
Las sondas ECH2O de humedad del suelo tienen aplicaciones muy diversas en
trabajos experimentales y de investigación. En ciertos casos es necesaria una
calibración específica según el tipo de suelo. En el trabajo se reprodujo la metodología
de calibración en laboratorio para un suelo arenoso, poniendo especial énfasis en la
recompactación del suelo como factor principal de error. El procedimiento de trabajo
consiguió mitigar el efecto negativo de una mala recompactación y la nueva ecuación
de calibración mejoró notablemente la estimación de la humedad volumétrica.
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Sesión 3. Relaciones hídricas en especies no cultivadas y forestales Jueves 20
Efecto de la aplicación de aire caliente en el estado hídrico de
acículas y tallos de cuatro especies del género Pinus.
Pilar Pita, Rosa Ana López, Luis Gil
Unidad docente de Anatomía y Fisiología vegetal, ETSIMontes, UPM. Ciudad Universitaria sn 28040
Madrid. pilar.pita@upm.es
RESUMEN
Se analizan las respuestas fisiológicas al viento caliente (t>39ºC) como posibles
mecanismos de adaptación al fuego en cuatro especies del género Pinus, dos de ellas
rebrotadoras y las otras dos, no. En las especies rebrotadoras se midieron mayores
valores de contenido hídrico relativo en tallos tras el tratamiento con aire caliente. La
especie capaz de mantener mayores valores de potencial hídrico mantuvo también los
mayores valores de conductancia hidráulica en tallos pero sufrió el mayor descenso de
potencial osmótico.
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Sesión 3. Relaciones hídricas en especies no cultivadas y forestales Jueves 20
Functional and biochemical response to drought of 6 clones of
Pinus pinaster Ait.
Marina de Miguel, David Sánchez-Gómez, Mª Ángeles Guevara, Nuria de María, Jose
Antonio Mancha, Mª Carmen Barbero, Luis Díaz-Díez, Mª Teresa Cervera, Ismael
Aranda
INIA-CIFOR, Departamento de Ecología y Genética Forestal, Carretera de la Coruña Km7.5 28040
Madrid, Spain. aranda@inia.es
ABSTRACT
Pinus pinaster Ait. is a species with an important ecological and productive value,
comprising a high intra-specific variability in terms of water stress sensitivity. In this
study we aimed to determine the mechanisms involved in drought adaptation of P.
pinaster and their genetic variation. Two watering regimes were established for 6
clones of P. pinaster grown in controlled conditions. We measured gas exchange,
osmotic potential and metabolomic profile. We detected differences between clones
and treatments for the analyzed functional and molecular traits, and significant
correlations of osmotic potential with gas exchange and several compatible organic
compounds concentration in adult needles.
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Sesión 3. Relaciones hídricas en especies no cultivadas y forestales Jueves 20
Evaluación de diversos indicadores de tolerancia al estrés hídrico
en Pinus radiata D. Don.
De Diego N.1,2, Muñoz-Rueda A.3, Mena-Petite A.3, Moncaleán P.1*, Lacuesta M.2*
1Departamento de Biotecnología, NEIKER-TECNALIA, Vitoria-Gasteiz.
2Departamento de Biología Vegetal y Ecología, Facultad de Farmacia, UPV/EHU, Vitoria-Gasteiz.
3Departamento de Biología Vegetal y Ecología, Facultad de Ciencia t Tecnología, UPV/EHU, Leioa.
amaia.mena@ehu.es
RESUMEN
El conocimiento de los mecanismos que determinan la tolerancia de las especies
forestales a la sequía es fundamental para la selección de individuos tolerantes que
puedan hacer frente a las condiciones adversas relacionadas con el cambio climático.
Por ello, en este estudio se evaluarán diferentes ecotipos de Pinus radiata en
respuesta a la sequía. Los ecotipos más tolerantes presentaron un eficiente control
estomático y un mayor ajuste osmótico activo que les permitió mantener su turgencia a
más largo plazo.
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Sesión 3. Relaciones hídricas en especies no cultivadas y forestales Jueves 20
Interactions between water stress and high temperatures on the
pine wilt disease development in Pinus spp.
Fernandes P.1, Mendes A.1, Fonseca L.2, Abrantes I.2, Máguas C.1 & Correia O1*.
1Centre for Environmental Biology, Faculty of Sciences, University of Lisbon, Campo Grande, 1749-016
Lisboa, Portugal.
2IMAR – CMA, Department of Life Sciences, University of Coimbra, 3004-517 Coimbra, Portugal.
* corresponding author: odgato@fc.ul.pt
ABSTRACT
The pine wilt disease (PWD) caused by the pinewood nematode (PWN),
Bursaphelenchus xylophilus, is considered a major threat to pine forest worldwide. In
order to understand the PWD development on three Pinus species (P. pinaster, P.
pinea and P. radiata) we evaluate the symptoms evolution and the physiological
response of the pine tree species to PWN infection in different environmental
conditions, namely temperature and water availability. The PWD symptoms evolution
followed symptomatically the decrease in gas exchange rates and water potential
values and was faster under high temperature and low water availability than in more
favourable conditions. These results confirm the hypothesis that pine species react
differently to PWD and that superimposed water stress conditions enhance the
development of the PWD in more susceptible species such as P. pinaster and P.
radiata.
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Sesión 3. Relaciones hídricas en especies no cultivadas y forestales Jueves 20
Influencia del manejo del suelo en las relaciones ecohidrológicas de
una plantación agroforestal
Biel C.1, Molina A.J.1, Aranda X.1, Llorens P.2, Savé R.1
1IRTA-Torre Marimon, 08140 Caldes de Montbui. carmen.biel@irta.cat
2IDAEA-CSIC, Departamento de Geociencia, Barcelona
RESUMEN
El objetivo de este trabajo es evaluar cómo afecta el manejo del suelo al balance de
agua y al crecimiento de una plantación de cerezos para madera sin riego. Los
tratamientos que se comparan son: no trabajado (NT), donde se ha dejado desarrollar
la vegetación ruderal y arvense espontánea, y trabajado (T), donde se ha labrado el
suelo periódicamente. Los componentes del balance de agua que se han estudiado
han sido la transpiración y la variación del contenido de agua en el suelo. Los
resultados durante el primer año muestran que la presencia de cubierta verde ha
provocado una disminución del contenido de agua del suelo y de la transpiración del
árbol. Como consecuencia de ello el crecimiento en diámetro se ha reducido un 30%
respecto a los árboles del tratamiento trabajado. Estos resultados son básicos para la
valoración de los flujos de agua y de carbono.
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Sesión 3. Relaciones hídricas en especies no cultivadas y forestales Jueves 20
Efecto del déficit hídrico en la eficiencia en el uso del agua en
especies mediterráneas útiles en el ajardinamiento de cubiertas
verdes extensivas
Azeñas V.A., Conesa M.A., Medrano H., Gulías J.
Grupo de Investigación en Biología de las Plantas en Condiciones Mediterráneas. Departamento de
Biología. Universidad de las Islas Baleares, Crta de Valldemossa Km. 7,5. 07122 Palma de Mallorca
RESUMEN
La implementación de cubiertas (tejados) verdes extensivas presenta una serie de
características: beneficios y dificultades específicas.Si bien esta práctica está
ampliamente implantada en zonas de clima templado y oceánico, su implementación
en zonas de clima mediterráneo supone, entre otros retos, la elección de especies
que, además de ser estéticamente interesantes y de bajo mantenimiento, sean
capaces de resistir, en poca profundidad de sustrato,condiciones de déficit hídrico
provocadas tanto por la escasez de agua disponible como por un elevado déficit de
presión de vapor. El objetivo del presente trabajo es estudiar el efecto del déficit
hídrico sobre la eficiencia en el uso del agua en tres especies mediterráneas
potencialmente interesantes en el ajardinamiento de tejadosverdes.
Se estudió la eficiencia intrínseca y la eficiencia instantánea en el uso del agua en
plantas de Matthiola sinuata, Brachypodium phoenicoides y Elymus farctus crecidas
bajo dos regímenes hídricos: riego a capacidad de campo, riego al 75% de capacidad
de campo. Los resultados muestran un incremento de la eficiencia intrínseca y de la
eficiencia instantánea en el uso del agua en las plantas crecidas al 75% de capacidad
de campo. La variación de la conductancia estomática en función del potencial hídrico
al amanecer mostró diferencias específicas, lo que sugiere que estas especies
presentan diferentes estrategias de afrontar el déficit hídrico en suelo.
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Conferencia de clausura Jueves 20
Respuestas fisiológicas de las plantas a componentes del cambio
climático: CO2, temperatura, UV-B y sequía. Mecanismos e
interacciones
Manuel Sánchez-Díaz
Dpto de Biología Vegetal. Sección Biología Vegetal (Unidad Asociada al CSIC, EEAD Zaragoza e ICVV
Logroño)
Facultades de Ciencias y Farmacia, Universidad de Navarra, Pamplona
ABSTRACT
The general scientific consensus is that a significant change in world climate will occur
during the present century, largely because of an increased concentration of
greenhouse gases in the atmosphere. The most important gas is CO2, which is
increasing by about 0.5 % per year. It is predicted that average temperature of the
earth surface will increase by 2ºC, and precipitation will also increase in high latitudes
but will decrease in low latitudes. Plant growth can be stimulated by elevated CO2.
Photosynthesis increases and economic yield is often enhanced with changes in active
tissue quality (wider C/N ratio) and effects on community dynamics. The application of
more CO2 can increase plant water use efficiency and result in less water use. Global
change is a multifactorial process, involving not only rising atmospheric CO2
concentration, but also other important components such as global warming and UV-B
radiation in association with variations in precipitations. How the CO2 effects on plants
and ecosystems are regulated by such stress factors has not been carefully examined.
In that respect, manipulative experiments which allow to test interactive, additive
impacts which commonly cannot be differentiated in field environment observations,
will be a grand challenge in environmental plant physiology.
Pósteres
XI Simposio Hispano-Portugués de Relaciones Hídricas en las Plantas
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111
Relación de pósteres
P01
Evaluación del estrés hídrico en una plantación de olivar en seto de alta densidad a partir de medidas de flujo de savia y diámetro del tronco.
Cuevas M.V., Martín-Palomo M.J., Díaz-Espejo A., Torres-Ruiz J.M., Rodriguez-Dominguez C., Perez-Martin A., Pino-Mejías R., Fernández J.E.
Día 18, Panel 1
P02
Posibilidad de uso de sondas de reflectometría de impedancia coaxial aplicadas a troncos de árboles para la determinación del estado hídrico.
Tapias R., Fernández M., Puech I. Día 18, Panel 2
P03 El aumento del giro en las hojas de olivo como mecanismo de fotoprotección.
Perez-Martin A., Durán P., Diaz-Espejo A. Día 18, Panel 3
P04
The photochemical reflectance index (PRI) as an early water stress indicator in the endangered species Tuberaria major.
Osório M.L., Osório J., Romano A. Día 18, Panel 4
P05
Spatial uncertainty in sap velocity measurements and tree water use upscaling in American beech.
Hernández-Santana V., Alvarado-Barrientos M.S., Asbjornsen H. Día 18, Panel 5
P06
Prueba de sondas para medir conductividad y humedad del sustrato en maceta en condiciones salinas.
Valdés R., Miralles J., Ochoa J., Franco J.A., Sánchez-Blanco M.J., Bañón S.
Día 18, Panel 6
P07
Medida de la eficiencia en la transpiración a escala de planta en un ecosistema de matorral.
Ballesteros A.L., Pérez-Priego O., Serrano-Ortiz P., Sánchez-Cañete E., Carrara A., Domingo F., Kowalski A.S.
Día 18, Panel 7
P08
Transpiration Estimated by means of Penman-Monteith and Priestley-Taylor formulas: Comparison with sap flow measurement in olive orchards (Olea europaea L. cv.Chemlali).
Bchir A., Boussadia O., Lemeur R., Braham M. Día 18, Panel 8
P09
Soil water loss and surface resistance of two main evaporation soil sources in semiarid ecosystems: soil under plant and soil in the interplant spaces.
Chamizo S., Morillas L., Villagarcía L., Were A., Rodríguez-Caballero E., Domingo F., Cantón Y.
Día 18, Panel 9
P10 The role of canopy transpiration in the water balance of Mediterranean drylands.
Morillas L., Villagarcía L., García M., Were A., Domingo F. Día 18, Panel 10
XI Simposio Hispano-Portugués de Relaciones Hídricas en las Plantas
Sevilla, 17-20 de septiembre de 2012
112
P11
Coping with drought: the role of the hydraulic design in a mature Quercus suber tree.
David T.S., David J.S., Pinto C.A., Cermak J., Nadezhdin V., Nadezhdina N.
Día 18, Panel 11
P12
Dewfall plays an important role in the water balance of a semiarid coastal steppe ecosystem.
Uclés O.M., Villagarcía L., Canton Y., Domingo F. Día 18, Panel 12
P13
Symbiosis between Medicago sativa and arbuscular mycorrhizae; a strategy to survive under semiarid environments.
Pedranzani, H.E., Quiroga A.M., Jofre Gutierrez A.A., Ruiz Lozano, J.M. Día 19, Panel 1
P14
La estrategia hídrica como factor determinante tanto del estado ecofisiológico como de su evolución a lo largo de la sequía estival de especies coexistentes en el bosque Mediterráneo Continental.
Forner A., Aranda I., Valladares F. Día 19, Panel 2
P15
Las costras biológicas: fuente de agua esencial para la vegetación de ecosistemas áridos.
Rodríguez-Caballero E., Sobrino J., Chamizo S., Were A., Villagarcía, L., Lázaro R., Solé A., Cantón Y., Jetten V.
Día 19, Panel 3
P16
Water productivity and crop yield in five chickpea varieties – how important is supplemental irrigation?
Silva L.L., Duarte I., Simões N., Lourenço E., Chaves M.M. Día 19, Panel 4
P17
Efecto del riego en la respuesta agronómica de Vitis vinifera variedad Godello en la DO Ribeiro. Resultados en 2011.
Trigo-Córdoba E., Gómez-Sanmartín J.M., Díaz-Losada E., Martínez-Rego F., Orriols-Fernández I., Mirás-Avalos J.M.
Día 19, Panel 5
P18
Impact of deficit irrigation on ABA metabolism and genes in grape skin and sedes.
Zarrouk O., Pintó-Marijuán M., Francisco R., Brossa R., López-Carbonell M., Alegre L., Chaves M.M.
Día 19, Panel 6
P19
Involvement of endogenous ABA on Bacillus megaterium PGPR activity in tomato plant.
Porcel R., Zamarreño A.M., García-Mina J.M., Aroca R. Día 19, Panel 7
P20 Predicting root-to-shoot ABA signaling during alternated partial rootzone drying.
Pérez-Pérez J.G., Botía P., Dodd I.C. Día 19, Panel 8
XI Simposio Hispano-Portugués de Relaciones Hídricas en las Plantas
Sevilla, 17-20 de septiembre de 2012
113
P21
Influencia de la radiación UV-B sobre la composición de flavonoides en baya de vid (Vitis vinífera L. Cv. Tempranillo) bajo condiciones de déficit hídrico.
Martínez-Lüscher J., Pascual I., Hilbert G., Aguirreolea J., Delrot S., Sánchez-Díaz M., Gomès E.
Día 19, Panel 9
P22
Characterization of chickpea (Cicer arietinum) accessions in the field - leaf gas-exchange and temperature.
Costa J.M., Simões N., Toureiro A., Duarte I., Pinheiro C., Chaves M. Día 19, Panel 10
P23
Estudio de la interacción de la salinidad y alto CO2 sobre la síntesis de prolina y actividad fosfoenolpiruvato carboxilasa en cebada y remolacha.
Sánchez A.J., Gandullo J., Martínez J.J., Ruiz I., Feria A.B., Echevarría C., Alvarez R.
Día 20, Panel 1
P24
Evolution of amino acids and amines during berry ripening in Vitis vinifera L. cv. Tempranillo subjected to water deficit irrigation.
Niculcea M., Martínez-Lapuente L., Guadalupe Z., Sánchez-Díaz M., Ayestarán B., Antolín M.C.
Día 20, Panel 2
P25
Las hemoglobinas vegetales no simbióticas tipo 2 como herramientas para la mejora biotecnológica de cultivos.
Gisbert C., Timoneda A., Marí C., Sifres A., Albadalejo I., Serrano R., Mulet J.M.
Día 20, Panel 3
P26
Implicación de la fosfoenolpiruvato carboxilasa (PEPC) foliar en la tolerancia al déficit de Fe y en la síntesis de prolina tras la subsiguiente exposición a salinidad: diferencias entre 6 variedades de cebada.
Arias C., Bosch N., Begines D., Echevarría C., Monreal J.A., García-Mauriño S.
Día 20, Panel 4
P27
AtTPS1 expression in Medicago truncatula alters leaf water potential and photosynthesis at growth light.
Alcântara A., Silvestre S., Morgado R., Marques da Silva J., Fevereiro P., Araújo S.S., Bernardes da Silva A.
Día 20, Panel 5
P28
Efecto de la competencia sobre la interacción elevado CO2-sequía en la fotosíntesis y producción de biomasa de 4 especies pratenses.
Miranda-Apodaca J., Pérez-López U., Robredo A., Lacuesta M., Mena-Petite A., Muñoz-Rueda A.
Día 20, Panel 6
P29
Efecto del CO2, la temperatura y el estrés hídrico en la fisiología de plantas de melocotonero injertadas sobre GF 677 y Adesoto.
Jiménez S., Gutiérrez D., Barja-Afonso M.V., Irigoyen J.J., Sánchez-Díaz M., Moreno M.A., Gogorcena Y.
Día 20, Panel 7
XI Simposio Hispano-Portugués de Relaciones Hídricas en las Plantas
Sevilla, 17-20 de septiembre de 2012
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P30
Balance de 10 años de análisis del impacto del cambio climático en la cebada.
Pérez-López U., Robredo A., Miranda-Apodaca J., Lacuesta M., Muñoz-Rueda A., Mena-Petite A. Día 20, Panel 8
P31
Response of stem carbohydrates and cell wall components to different nitrogen sources in drought-stressed alfalfa plants.
Fiasconaro M.L., Gogorcena Y., Muñoz F., Andueza D., Sánchez-Díaz M., Antolín M.C.
Día 20, Panel 9
P32
Chloride nutrition: novel functions in water relations.
Franco-Navarro J.D., Brumós J., Rosales M.A., Cubero-Font P., Luque-González S, Vázquez-Rodríguez A., Rivero C., Talón M., Colmenero-Flores J.M.
Día 20, Panel 10
P33 Alteraciones del Fe en soluciones de fertirriego por aplicación de peróxidos.
Orihuela D.L., Tormos P., Hernández J.C., Cuervo Y., Flores F. Día 20, Panel 11
P34
Uso potencial del maíz como cultivo energético. Incidencia del aporte hídrico en la producción de biomasa y potencial energético.
Saíz Fernández I., Notario J., Elorza I., Relloso J.B., Mena-Petite A., Muñoz-Rueda A., Pérez-López U., Ortiz-Barredo A., Lacuesta M. Día 20, Panel 12
P35
Utilización de la temperatura del dosel vegetal para estimar el estado hídrico de plantas de Eounymus japonica regadas con agua de distinto origen y calidad.
Gómez-Bellot M.J., Ortuño M.F., Nortes P.A., Álvarez S., Bañón S., Sánchez-Blanco M.J.
Día 20, Panel 13
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Evaluación del estrés hídrico en una plantación de olivar en seto de
alta densidad a partir de medidas de flujo de savia y diámetro del
tronco
Cuevas M.V.1, Martín-Palomo M.J.2, Díaz-Espejo A.1, Torres-Ruiz J.M.1, Rodriguez-
Dominguez C.1, Perez-Martin A.1, Pino-Mejías R.4, Fernández J.E.1
1Instituto de Recursos Naturales y Agrobiología (IRNAS-CSIC), Apartado 1052, 41080-Sevilla, España.
mvcuevas@irnase.csic.es
2ETSIA, Departamento de Ciencias Agroforestales, Carretera de Utrera, 41013-Sevilla, España.
4Departamento de estadística e I.O., Universidad de Sevilla, Avda. Reina Mercedes s/n, 41012-Sevilla,
España.
RESUMEN
Para evaluar el estrés hídrico de una plantación de olivar ‘Arbequina’ de alta densidad
se realizaron medidas de flujo de savia (FS) y de variaciones del diámetro del tronco
(VDT). Se calcularon las diferencias diarias entre árboles con riego deficitario
controlado (RDC, dos tratamientos) y árboles control bien regados, tanto de la
transpiración del árbol (DEp) como del valor máximo diario del diámetro del tronco
(DMXDT). La evolución estacional de DEp se ajustó razonablemente bien a la del
potencial hídrico del tallo (Ψtallo). La fiabilidad del índice DMXDT fue menor que la del
índice DEp.
XI Simposio Hispano-Portugués de Relaciones Hídricas en las Plantas
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116
Posibilidad de uso de sondas de reflectometría de impedancia
coaxial aplicadas a troncos de árboles para la determinación del
estado hídrico
Raúl Tapias1, Manuel Fernández1, Ignacio Puech2
1Universidad de Huelva. Escuela Técnica Superior de Ingeniería. 21819, Palos de la Frontera, Huelva.
rtapias@dcaf.uhu.es, manuel.fernandez@dcaf.uhu.es
2Puech & Asociados. c/ San Salvador 5, 1H, 41013, Sevilla. ipuech@terra.es
RESUMEN
En un tronco de Eucalyptus globulus se insertó durante tres meses una sonda de
humedad suelos (Hydra-Probe II Soil Sensor) con el fin de analizar su utilidad para la
monitorización en continuo del estado hídrico de un árbol. De los parámetros medidos
por esta sonda, la permitividad imaginaria resultó mejor correlacionada con el
crecimiento diametral del tronco. No obstante se precisa una ampliación del estudio en
un rango mayor de potencial hídrico del árbol para analizar con detalle su
comportamiento, así como su ensayo en otras especies para comprobar si el grado de
respuesta es general o específica.
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El aumento del giro en las hojas de olivo como mecanismo de
fotoprotección
Perez-Martin A.1, Durán P.1, Diaz-Espejo A.1
1Instituto de Recursos Naturales y Agrobiología (IRNAS-CSIC), Aptdo. 1052, 41080-Sevilla, Spain.
aperezm@irnase.csic.es
RESUMEN
Se estudió la evolución mensual de los ángulos de inclinación y giro en las hojas y la
presencia de fotoinhibición en plantas de olivo a lo largo del verano mediterráneo,
caracterizado por una alta radiación, con el objetivo de identificar mecanismos de
fotoprotección. Los ángulos medidos de inclinación y giro fueron mayores de 0º, lo que
supuso un mecanismo fotoprotector de evitación de captación de radiación al permitir
a las hojas tener disposiciones paraheliotrópicas que minimizaron la captura de
radiación. Por primera vez se describe el aumento del ángulo de giro en olivo. Este
aumento mensual probablemente actúe como mecanismo fotoprotector alternativo, al
simultanear el momento de mayor captación de radiación con el de mayor uso
fotosintético de la energía. Gracias a estos valores de ángulos medidos la planta
consiguió evitar la fotoinhibición típica que ocurre en ambientes con elevada radiación.
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118
The photochemical reflectance index (PRI) as an early water stress
indicator in the endangered species Tuberaria major
Osório M.L.1, Osório J.2, Romano A.1
1Institute for Biotechnology and Bioengineering, Centre of Genomics and Biotechnology (IBB-CGB) and
2Institute of Mediterranean Agricultural and Environmental Sciences (ICAAM),, Faculty of Sciences and
Technology, University of Algarve, Ed. 8, Campus de Gambelas, 8005-139 Faro, Portugal.
mlosorio@ualg.pt
ABSTRACT
The relationships between photochemical reflectance index (PRI) and a number of
physiological processes were investigated in T. major in order to validate the use of
PRI as an early water stress indicator for this species. Water status, gas exchange,
chlorophyll fluorescence, water index (WI) and PRI were measured on leaves of
moderately waterstressed and well-watered plants. Results showed strong correlation
between PRI and relative water content (RWC), water potential (pd), photosynthetic
rate (PN), stomatal conductance (gs), fluorescence yield of the photosystem II (II) and
non-photochemical quenching (NPQ). On the contrary, no correlations were found with
WI, except for II. Thus, relationships established here, reinforce the idea that PRI
could be a sensible, nondestructive and low cost method for assessing plant water
status and photosynthetic efficiency in T. major and, probably, in other species and
functional types across a wide range of conditions.
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119
Spatial uncertainty in sap velocity measurements and tree water use
upscaling in American beech
Hernández-Santana V.1,2, Alvarado-Barrientos M.S.2, Asbjornsen H.2
1Instituto de Recursos Naturales y Agrobiología (IRNAS-CSIC), Aptdo. 1052, 41080-Sevilla, Spain.
virginiahsa@irnas.csic.es
2 Dept. Natural Resources and the Environment, University of New Hampshire, Durham, NH, 03824, USA
ABSTRACT
We examined the variation in sap velocity radially, azimuthally, at different heights and
across different tree sizes for the species Fagus grandifolia. The results demonstrate
that the main sources of variability are radial variability and tree size. The implications
for scaling up routine point measurements of sap velocity to the whole-tree and stand
levels are discussed.
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120
Prueba de sondas para medir conductividad y humedad del sustrato
en maceta en condiciones salinas
Valdés R.1; Miralles J.1, Ochoa J.1, Franco J.A.1,3, Sánchez-Blanco M.J.2,3, Bañón S.1,3
1Departamento de Producción Vegetal, Universidad Politécnica de Cartagena. 30203 Cartagena, Spain.
raquel.valdes@upct.es
2Departamento de Riego, CEBAS-CSIC. P.O. Box 164. 30100 Espinardo, Spain
3Unidad Asociada al CSIC. Horticultura Sostenible en Zonas Áridas. Universidad Politécnica de
Cartagena. Cartagena, Spain.
ABSTRACT
New automated irrigation systems are based on volumetric water content (θv)
estimated by probes. However, the probes readings are usually affected by salinity.
The aim of this study was to test the probes 5-EC, HydraProbe-II (HPII) and WET
under saline conditions in coconut fiber. The probes were subjected to 5, 10, 15 and 20
dS/m of pore electrical conductivity at different θv. The probe HPII and 5-EC
overestimated the θv submitted at high salinity and humidity, and HPII increased its
variability as well. Thus, both probes require a specific calibration in the presence of
salinity. The WET probe was not significantly affected.
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Medida de la eficiencia en la transpiración a escala de planta en un
ecosistema de matorral
Ballesteros A.L.1,2, Pérez-Priego O.1,2, Serrano-Ortiz P.1,3, Sánchez-Cañete E.1,3,
Carrara A.4, Domingo F.3, Kowalski A.S.1,2
1Centro Andaluz de Medio Ambiente (CEAMA), Av. Mediterráneo s/n, 18006 – Granada.
alpzballesteros@gmail.com
2 Dpto. de Física Aplicada, Universidad de Granada (UGR), Av. Fuentenueva S/N, 18071, Granada.
3Estación experimental de zonas áridas (EEZA-CSIC), Crta. Sacramento S/N 04120, La cañada de San
Urbano, Almería.
4Centro de Estudios Ambientales del Mediterráneo (CEAM), Parque Tecnológico C/ Charles R. Darwin,
14, 46980 – Paterna.
RESUMEN
El matorral constituye uno de los principales ecosistemas en el área Mediterránea. A
pesar de su importancia, pocos estudios han valorado el papel del agua en el
comportamiento como fuente o sumidero de carbono de dichos ecosistemas. En este
trabajo presentamos un sistema de cámara de cierre transitorio para la caracterización
de los intercambios de vapor de agua y CO2 a nivel de planta entera y algunos
resultados obtenidos en un ecosistema de matorral situado en la Sierra de Gádor,
Almería.
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122
Transpiration Estimated by means of Penman-Monteith and
Priestley-Taylor formulas: Comparison with sap flow measurement
in olive orchards (Olea europaea L. cv.Chemlali)
Bchir A. 1,2,3, Boussadia O.2, Lemeur R.4, Braham M.2
1Institut Supérieu d’Agronomie, Chott-Mariem, Tunisie, ameni.bchir@gmail.com
2Laboratoire d’Ecophysiologie; Institut de l’Olivier de Sousse, Tunisie,
3Laboratori de Fisiologia Vegetal, Departament de Biologia, Universitat de les Iles Balears, España
4Laboratoire d’Ecologie des Plantes; Université de Gent, Belgique.
ABSTRACT
This experimental study was conducted on irrigated olive trees (cv. Chemlali) growing
in the arid climate of Gafsa (Tunisia). This study aims to estimate correctly the water
consumption of the olive trees in order to save water and to optimize irrigation.
To achieve these objectives calculation of water requirements was based on both
physiologic and climatic parameters. The physiologic method is based on estimation of
the xylem sap flow and the climatic method is based on calculation of reference
evapotranspiration.
Sap flow was estimated for whole trees using the thermal dissipation method. To
estimate the reference evapotranspiration (ET0) and transpiration we used Penman-
Monteith and Priestley-Taylor formulas. The required inputs for the calculation are
stomatal resistance and climatic parameters (temperature, solar radiation, soil heat
flux, air humidity and wind speed).
Results shows that sap flow depends essentially on solar radiation (R2 = 0.92). This
study showed a good correlation between the reference evapotranspiration calculated
by Penman-Monteith equation (PM) and that calculated by Priestley-Taylor equation
(PT) of (R2 = 0.98). Similarly for transpiration calculated by these two models, we
observed a highly significant positive correlation (R2 = 0.97). Compare with
transpiration (the xylem sap flow) measured by the thermal dissipation method, it was
clear that the PT equation gives results closer than that given by the PM equation.
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Soil water loss and surface resistance of two main evaporation soil
sources in semiarid ecosystems: soil under plant and soil in the
interplant spaces
Chamizo S.1, Morillas L.2, Villagarcía L.3, Were A.2, Rodríguez-Caballero E.1, Domingo
F.2, Cantón Y.1
1Departamento de Edafología y Química Agrícola, Universidad de Almería, 04120-Almería, Spain.
scd394@ual.es
2Estación Experimental de Zonas Áridas (EEZA-CSIC), 04120-Almería, Spain.
3Departamento de Sistemas Físicos, Químicos y Naturales, Universidad Pablo de Olavide, 41013-Sevilla,
Spain.
ABSTRACT
Evaporation is the most important process controlling water availability and thus, plant
productivity in semiarid ecosystems. In this study, we analyse water losses from two
main evaporation soil sources: the soil under plant and the interplant soil covered by
bare soil, stones and biological soil crusts. Our results show that the soil under plant
presented the highest surface resistance to water loss. Evaporation in the interplant
spaces depended on the type of cover occupying these spaces. Stones decreased
evaporation, whereas bare soils showed the highest evaporation. Biological crusts
showed intermediate water losses and these vary depending on crust composition.
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The role of canopy transpiration in the water balance of
Mediterranean drylands
Morillas L.1, Villagarcía L.2, García M.3, Were, A.1, Domingo F.1,4
1Estación Experimental de Zonas Áridas, Consejo Superior de Investigaciones Científicas, Ctra. de
Sacramento s/n La Cañada de San Urbano, 04120 Almería (Spain) lmorillasgonzalez@yahoo.es
2Departamento de Sistemas Físicos, Químicos y Naturales. Universidad Pablo de Olavide , 41013 Sevilla,
Spain.
3Institute of Geography and Geology, University of Copenhagen, Copenhagen,Denmark.
4Departamento de Biología Vegetal y Ecología. Universidad de Almería, 04120 Almería, Spain.
ABSTRACT
Canopy transpiration (Ec) has been estimated using an adapted version of a two-
source model based on the Penman Montheith equation in two different Mediterranean
drylands in SE Spain. Very different roles of Ec on the water balance were found
between the two ecosystems. In a subhumid montane site Ec represented 65% of the
precipitation, being the main component controlling ecosystem water loss, with a
marked seasonal pattern. However, in a semiarid littoral site Ec represented 26% of the
precipitation, which was only ~10% more than the soil evaporation contribution. Ec
patterns in this area did not present a clear seasonality, although it showed a pulse-like
behaviour after precipitation under high irradiance conditions. Our results showed that
simple two-source evapotranspiration models are a useful tool for the analysis of
vegetation dynamics and the identification of main components controlling water
balance in drylands.
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125
Coping with drought: the role of the hydraulic design in a mature
Quercus suber tree
David T.S.1,4, David J.S.2,4, Pinto C.A.1, Cermak J.3, Nadezhdin V 3, Nadezhdina N.3
1Instituto Nacional de Recursos Biológicos I.P., Quinta do Marquês, Av. da República, 2780-159 Oeiras,
Portugal. email:teresa.david@inrb.pt
2Instituto Superior de Agronomia, Technical University of Lisbon, Tapada da Ajuda, 1349-017 Lisboa,
Portugal.
3Institute of Forest Botany, Dendrology and Geobiocenology, Mendel University, Zemedelska 3 613 00
Brno, Czech Republic.
4Centro de Estudos Florestais, Tapada da Ajuda, 1349-017 Lisboa, Portugal.
ABSTRACT
The spatial arrangement of conduits in the xylem network is likely to affect the transport
of water, propagation of embolism, and plant survival and growth. We evaluated the
xylem hydraulic connections from roots to crown in a mature Quercus suber L. tree,
through sap flow responses upon branch severing. Sap flow was recorded in stem and
roots by the heat field deformation method (HFD). Results showed that stem and
taproot were highly sectored, while the rest of the roots was predominantly
hydraulically integrated (connected to all crown parts). The hydraulic sectoriality in
stem and taproot may be regarded as an adaptive trait to water stress, restricting
damages localized in plant parts from being dispersed throughout the crown. The
integrated hydraulic structure of roots is advantageous under patchy soil conditions, but
may allow the spread of root diseases.
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Sevilla, 17-20 de septiembre de 2012
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Dewfall plays an important role in the water balance of a semiarid
coastal steppe ecosystem
O.M. Uclés1*, L. Villagarcía2, Y. Canton3 & F. Domingo1
1Estación Experimental de Zonas Áridas (EEZA-CSIC). Carretera de Sacramento s/n. 04120 - La Cañada
de San Urbano Almería, (Spain); oucles@yahoo.es; poveda@eeza.csic.es.
2Departamento de Sistemas Físicos, Químicos y Naturales, Universidad Pablo de Olavide, Carretera de
Utrera Km1, 41013 – Sevilla (Spain); lvilsai@upo.es.
3Departamento de Edafología y Química Agrícola. Universidad de Almería. La Cañada de San Urbano s/n.
Almería (Spain); ycanton@ual.es.
ABSTRACT
Dewfall is widely recognised as an important source of water for many ecosystems,
especially in arid and semiarid areas, contributing to improve daily and annual water
balances and leading to increased interest in its study in recent years. In this study,
occurrence, frequency and amount of dewfall were measured from January 2007 to
December 2010 to find out its contribution to the local water balance in a
Mediterranean semiarid steppe ecosystem dominated by scattered tussocks of Stipa
tenacissima (Balsa Blanca, Almería, SE Spain). For this purpose, we developed a
dewfall measurement method, “The Combined Dewfall Estimation Method” (CDEM).
Dewfall condensation was recorded on 78% of the nights during the study period.
Dewfall episodes were longer in late autumn and winter and shorter during spring.
Annual dewfall represented the 16%, 23%, 15% and 9% of rainfall, respectively.
Furthermore, when a wet period was compared to a dry one, the dewfall contribution to
the water balance at the site was found to be 9% and 1553%, respectively.
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Sevilla, 17-20 de septiembre de 2012
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Symbiosis between Medicago sativa and arbuscular mycorrhizae; a
strategy to survive under semiarid environments
Pedranzani, H.E1., Quiroga A.M1., Jofre Gutierrez A.A1., Ruiz Lozano, J.M2
1Laboratorio Fisiologia Vegetal FICES. Universidad Nacional de San Luis. Argentina.
hepedra@fices.unsl.edu.ar
2Microbiología de Suelos y Sistemas Simbióticos Estación Experimental del Zaidin. CSIC. Granada,
España.
ABSTRACT
This study investigated several aspects related to abiotic stresses in arbuscular
mycorrhizal (AM) Medicago sativa plants. Non-AM and AM alfalfa plants were grown
under well-watered or stressed conditions, drought (seven days without water), salt
(200 mM NaCl) and cold (24 and 73 h at 4±1 C) and percentage of root colonization,
stomatal conductance, photosynthetic efficiency and shoot biomass productions were
determined. Results showed 60% of roots colonization by Glomus intrarradices, which
persisted in all stress treatment. AM plants were protected against abiotic stresses as
shown by their significantly higher stomatal conductivity and shoot-biomass production.
In contrast, under the different stresses, photosynthetic efficiency in AM plants was
similar or lower than in control non AM plants, perhaps as a mechanism to protect
plants from oxidative stress, which appeared after the first hours of stress.
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Sevilla, 17-20 de septiembre de 2012
128
La estrategia hídrica como factor determinante tanto del estado
ecofisiológico como de su evolución a lo largo de la sequía estival
de especies coexistentes en el bosque Mediterráneo Continental
Forner A.1, Aranda I.2, Valladares F.1,3
1Museo Nacional de Ciencias Naturales (MNCN-CSIC), Calle José Abascal 2, 28006 Madrid.
alicia.forner@mncn.csic.es
2INIA. Centro de Investigación Forestal. Dpto de Ecología y Genética Forestal. Crta. La Coruña km 7,5.
28040 Madrid. Spain
3Universidad Rey Juan Carlos (URJC), Calle Tulipán s/n, 28933 Móstoles, Madrid.
RESUMEN
En este trabajo se ha abordado el estudio del efecto de la sequía estival en el estado
ecofisiológico de tres especies forestales coexistentes en un clima Mediterráneo
continental (Quercus ilex, Quercus faginea y Pinus nigra), y la importancia de las
estrategias hídricas seguidas por las tres como factor determinante de su respuesta y
evolución en el tiempo. Los resultados mostraron pautas muy diferenciales en cuanto a
la sensibilización frente a la sequía. Q. ilex y Q. faginea mostraron patrones menos
conservadores en relación al uso del agua que P. nigra. El pino manifestó además una
sensibilidad más acusada a la reducción hídrica a lo largo del verano. La disminución
estival en el potencial hídrico al amanecer fue mucho menor que en las otras especies,
así como el consumo hídrico medido en hoja y a partir del flujo de savia en todo el
árbol. Se discuten brevemente los resultados en el posible marco de evolución de las
tres especies en la zona.
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Sevilla, 17-20 de septiembre de 2012
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Las costras biológicas: fuente de agua esencial para la vegetación
de ecosistemas áridos
Rodríguez-Caballero E.1, Sobrino J.1, Chamizo S.1, Were A.2, Villagarcía, L.,3 Lázaro
R.2, Solé A.2, Cantón Y.1,Jetten V.4
1Departamento de Edafología y Química Agrícola, Universidad de Almería, 04120-Almería, Spain.
rce959@ual.es
2 Estación Experimental de Zonas Áridas (EEZA-CSIC), 04120-Almería, Spain.
3 Dept Ecologia, Universidad Pablo Olavide, Sevilla, Spain
4 Department of Earth Systems Analysis, (ITC) Faculty of Geoinformation Science and Earth
observation,University of Twente, Holland
ABSTRACT
Las zonas áridas y semiáridas son sistemas heterogéneos formados por una matriz
compleja de manchas vegetadas y no vegetadas que presentan comportamientos
hidrológicos contrastados. Estas manchas se organizan siguiendo patrones espaciales
bien definidos, generalmente condicionados por la disponibilidad de agua en el medio.
Las manchas no vegetadas actúan como áreas fuentes de escorrentía, la cual es
recirculada hacia zonas vegetadas (sumideros) aumentando la productividad del
sistema. El objetivo de este trabajo es analizar como varia el papel que ejercen las
diferentes manchas no vegetadas como fuentes de escorrentía para la vegetación.
Para ello aplicamos el modelo LiSEM de simulación de escorrentía en un sistema
semiárido dominado por costras físicas y biológicas en diferentes condiciones de
lluvia. Las costras biológicas presentan un comportamiento hidrológico diferente,
según las propiedades de la lluvia, mientras que las costras físicas siempre actúan
como fuentes de escorrentía. La respuesta hidrológica de estas superficies
encostradas tiene un papel fundamental en el funcionamiento de los ecosistemas
áridos y semiáridos.
XI Simposio Hispano-Portugués de Relaciones Hídricas en las Plantas
Sevilla, 17-20 de septiembre de 2012
130
Water productivity and crop yield in five chickpea varieties – how
important is supplemental irrigation?
Silva L.L.1*, Duarte I.2, Simões N.2, Lourenço E.1, Chaves M.M.3
1Évora University, Instituto de Ciências Agrárias e Ambientais Mediterrânicas (ICAAM), Apartado 94,
7002-554 Évora, Portugal.
2INRB, I.P./INIA, Elvas, Apartado 6, 7350-951 Elvas. Portugal.
3 Instituto de Tecnologia Química e Biológica (ITQB), Apartado 127, 2781-901 Oeiras. mchaves@isa.utl.pt
ABSTRACT
Chickpea (Cicer arietinum L.) is one of the most important pulse crops in the world as a
source of protein for human consumption. In Mediterranean regions, chickpea is
traditionally grown as a rainfed crop, thus highly dependent on rainfall. In this situation,
supplemental irrigation may be applied. The objective of our study was to evaluate the
improvement in crop yield and water productivity with supplemental irrigation in five
chickpea varieties (three kabuli type and two desi type) from the Portuguese breeding
selection program. Field tests were carried out over two cropping seasons (2009, dry
year and 2010, wet year), in Southern Portugal, using four irrigation treatments, full
(100%) crop irrigation requirements(IR), 50 % of IR, 25 % of IR and rainfed. A
significant increase in grain and shoot biomass yields was observed especially in dry
years. Elixir (kabuli type) variety showed the highest grain and biomass yield, harvest
index and water productivity. In the dry year, the highest water productivity for grain
and biomass production was attained at the 50% and in the wet year in the rainfed
treatment.
XI Simposio Hispano-Portugués de Relaciones Hídricas en las Plantas
Sevilla, 17-20 de septiembre de 2012
131
Efecto del riego en la respuesta agronómica de Vitis vinifera
variedad Godello en la DO Ribeiro. Resultados en 2011
Trigo-Córdoba E., Gómez-Sanmartín J.M., Díaz-Losada E., Martínez-Rego F., Orriols-
Fernández I., Mirás-Avalos J.M.
Estación de Viticultura e Enoloxía de Galicia (EVEGA – INGACAL). Ponte San Clodio s/n. 32427 Leiro,
Ourense, Spain. emiliano.trigo@rai.usc.es, jose.manuel.miras.avalos@xunta.es
RESUMEN
Los estudios sobre riego en viñedos gallegos son escasos. Una de las principales
variedades de vid cultivadas en la denominación de origen Ribeiro (Galicia, NO
España) es Godello. Este estudio se desarrolló en Leiro (Ourense, España) durante
2011. En una parcela de 0.2 ha cultivada con plantas de Godello de 14 años de edad
se aplicaron dos tratamientos desde envero a tres semanas antes de la vendimia: un
secano y un riego al 70% de la evapotranspiración potencial. El diseño experimental
fue en bloques aleatorios con tres repeticiones. En total, se aplicaron 119 mm por
planta. No se observaron diferencias en el estado hídrico entre las plantas de ambos
tratamientos. Se registraron datos de producción, número de racimos y peso de 100
bayas. Además, se analizaron los mostos y los vinos. Las plantas en secano
produjeron ligeramente más racimos y estos fueron más pesados (198 g) que los de
las plantas regadas (167 g). Esta diferencia provocó una mayor producción, aunque no
significativa, en las plantas en secano. Los parámetros del mosto fueron similares en
ambos tratamientos salvo el pH y la acidez total. Los vinos procedentes de ambos
tratamientos resultaron muy similares, si bien el procedente de las plantas regadas
presentó una mayor acidez total y una mayor concentración en ácido tartárico. En
conclusión, durante el año estudiado, el riego afectó a la respuesta agronómica de
Godello; sin embargo, se necesitan más datos para extraer resultados concluyentes.
XI Simposio Hispano-Portugués de Relaciones Hídricas en las Plantas
Sevilla, 17-20 de septiembre de 2012
132
Impact of deficit irrigation on ABA metabolism and genes in grape
skin and sedes
Zarrouk O.1*, Pintó-Marijuán M.1, Francisco R.1, Brossa R.2, López-Carbonell M.2,
Alegre L.2, Chaves M.M.1,3
1Instituto de Tecnologia Quimica e Biologica, Oeiras, Universidade Nova de Lisboa, Portugal
2Departament Biologia Vegetal, Facultat de Biologia, Universidad de Barcelona, Spain
3CBAA, Instituto Superior de Agronomia, Universidade Tecnica de Lisboa, Lisboa, Portugal
*Corresponding author: zolfa@itqb.unl.pt
ABSTRACT
The plant hormone abscisic acid (ABA) has been suggested to play a role in berry
ripening since it accumulates around véraison and regulates primary and secondary
metabolites biosynthesis during berry ripening. The measurement of free ABA alone
may give limited information on the total amount of ABA produced over time during
development within plant tissues since it is rapidly turned over in plants either by its
degradation or by its storage in the bound form ABA-glucosylester (ABA-GE). Irrigation
is being used in vineyard in order to maintain vine growth and yield under drought
conditions. However, effects of the irrigation system on ABA metabolism during
ripening are still largely unknown. In the present study we aimed at identifying the
effect of different irrigation regimes on ABA metabolism in skin and seeds along grape
berry ripening. Results showed that there were significant effects of the irrigation
regime on the concentrations of ABA and ABA-GE and on the transcript profiles
involved in ABA metabolism. It is suggested that in skin, ABA concentration might be
regulated primarily by these genes and not by ABA from external source such as
leaves and roots. In seeds, no reliable correlation between transcripts and
concentrations were found, suggesting additional ABA metabolism steps and/or source
influencing ABA in this tissue.
XI Simposio Hispano-Portugués de Relaciones Hídricas en las Plantas
Sevilla, 17-20 de septiembre de 2012
133
Involvement of endogenous ABA on Bacillus megaterium PGPR
activity in tomato plant
Porcel R.1, Zamarreño A.M.2, García-Mina J.M.2, Aroca R.1
1Estación Experimental del Zaidín (EEZ-CSIC), Profesor Albareda 1, 18008-Granada. rporcel@eez.csic.es
2R&D TAI Roullier Group, Polígono Arazuri-Orkoien, 31160-Orkoien.
ABSTRACT
The aim of the present study is to find out whether the activity of Bacillus megaterium
PGPR is affected by the endogenous abscisic acid (ABA) content of the host plant. The
ABA-deficient tomato mutants flacca and its near-isogenic wild-type parental line were
used. Growth, stomatal conductance, hormone content and expression of plant genes
expected to be modulated by ABA and PGPR were studied. Results showed that in
ABA-defective mutant plants not only the PGPR is not promoting the growth but also is
acting like a pathogen decreasing the growth. In fact, in ABA-defective mutant plants
an over accumulation of ethylene occurs in presence of the PGPR correlating with a
higher expression of pr1b gene. Hence, ABA seems to be essential for PGPR function.
XI Simposio Hispano-Portugués de Relaciones Hídricas en las Plantas
Sevilla, 17-20 de septiembre de 2012
134
Predicting root-to-shoot ABA signaling during alternated partial
rootzone drying
Pérez-Pérez J.G.1, Botía P.1 and I.C. Dodd 2
1Department of Citriculture, IMIDA, 30150 La Alberca, Murcia, Spain.
2Centre for Sustainable Agriculture, Lancaster Environment Centre, University of Lancaster, LA1 4YQ,
United Kingdom.
ABSTRACT
Partial rootzone drying (PRD) is a type of deficit irrigation that continuously exposes
part of the crop rootzone to drying soil, by applying irrigation alternately to wet and dry
parts of the rootzone. To determine the mechanisms by which alternation of irrigation
can enhance ABA signalling of plants grown with PRD, soil water content (), leaf
xylem ABA concentration ([X-ABA]leaf) and leaf water potential (Ψleaf) of tomato
(Solanum lycopersicum L. cv. Ailsa Craig) plants were measured during soil wetting
and drying cycles. Enhanced [X-ABA]leaf of PRD plants was more correlated with
changes in of the irrigated, than the drying, part of the root system. These results
support the hypothesis than benefits of PRD could be more related with long-term
physiological changes (eg. enhanced root growth) than with transient alterations of
ABA signalling.
XI Simposio Hispano-Portugués de Relaciones Hídricas en las Plantas
Sevilla, 17-20 de septiembre de 2012
135
Influencia de la radiación UV-B sobre la composición de flavonoides
en baya de vid (Vitis vinífera L. cv. Tempranillo) bajo condiciones de
déficit hídrico
J. Martínez-Lüscher1,2, I. Pascual1, G. Hilbert2, J. Aguirreolea1, S. Delrot2, M. Sánchez-
Díaz1, E. Gomès2
1Dpto. Biología Vegetal (Secc. Biología Vegetal. Unidad Asociada al CSIC, Estación Experimental de Aula
Dei, Zaragoza e Instituto de Ciencias de la Vid y del Vino, Logroño). Universidad de Navarra. Irunlarrea, 1.
31008. Pamplona. ESPAÑA
2UMR 1287 INRA/Université Bordeaux/BordeauxScience Agro “Ecophysiologie et Génomique
Fonctionnelle de la Vigne”. Institut des Sciences de la Vigne et du Vin, 210 Chemin de Leysotte. 33883
Villenave D’Ornon. FRANCE
RESUMEN
El objetivo del presente trabajo fue estudiar los efectos de la radiación UV-B en
interacción con el déficit hídrico sobre la composición de flavonoles y antocianinas
presentes en la baya de vid. Se realizó un experimento en invernaderos de ambiente
controlado con esquejes fructíferos de vid (Vitis vinifera cv. Tempranillo), en el que se
ensayaron tres niveles de radiación UV-BBE (biológicamente efectiva) (0, 7 y 11 kJ m-2
día-1) y dos niveles de riego (agua no limitada y déficit hídrico moderado). La radiación
UV-B no afectó a los principales parámetros de producción de la uva, en ninguno de
los regímenes hídricos ensayados. La radiación UV-B incrementó la concentración de
flavonoles en la piel de la baya, especialmente de derivados del kaempferol y la
quercetina en las plantas bien regadas, y de derivados de la miricetina en las
sometidas a sequía. La radiación UV-B provocó la acumulación antocianinas
únicamente en las plantas bien regadas. Los resultados muestran una clara influencia
de la radiación UV-B sobre la síntesis y composición de flavonoles y antocianinas en la
baya, especialmente en condiciones de buena disponibilidad hídrica.
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136
Characterization of chickpea (Cicer arietinum) accessions in the field
- leaf gas-exchange and temperature
Costa J.M.1,2, Simões N.3, Toureiro A.3, Duarte I.3, Pinheiro C.2, Chaves M.2
1Centro de Botânica Aplicada à Agricultura, Instituto Superior de Agronomia – UTL, Tapada da Ajuda,
1349-017 Lisboa, Portugal.
2Laboratório de Ecofisiologia Molecular, Instituto de Tecnologia Química e Biológica -UNL, Apartado 127,
2780-901 Oeiras, Portugal.
3INIAV-ELVAS
ABSTRACT
The agricultural sector needs fast, reliable and non-invasive methods to characterize
crops’ physiological traits and their condition in response to stress. We combined
thermal imaging, leaf gas exchange and Chl fluorescence to characterize resistance to
water stress in six genotypes of Cicer arietinum (chickpea). Field trials were carried out
in Elvas, South Portugal. Plants were grown under rain-fed conditions. Observations
were done at two development stages: 1) beginning flowering (end April 2011) and 2)
end of flowering (mid June 2011). Tleaf and WUEi were higher at end than at beginning
flowering due to decreased stomatal conductance and higher water deficits but ΦPSII
values remain similar along the trial. We discuss limitations of the use of thermal
imaging, namely due to the small size of leaflets as it occurs with chickpea.
XI Simposio Hispano-Portugués de Relaciones Hídricas en las Plantas
Sevilla, 17-20 de septiembre de 2012
137
Estudio de la interacción de la salinidad y alto CO2 sobre la síntesis
de prolina y actividad fosfoenolpiruvato carboxilasa en cebada y
remolacha
Sánchez A.J., Gandullo J., Martínez J.J., Ruiz I., Feria A.B., Echevarría C., Alvarez R.
Facultad de Biología. Universidad de Sevilla. Avenida de La Reina Mercedes 6, 41012-Sevilla,
España.mrosario@us.es
RESUMEN
En este trabajo se ha estudiado el efecto combinado del CO2 y la salinidad sobre la
actividad fosfoenolpiruvato carboxilasa (PEPC) y la síntesis de prolina en cebada y
remolacha. La actividad específica de la PEPC medida en hojas de remolacha fue
superior en condiciones de salinidad (86 mM y 172 mM) y alto CO2 en comparación
con las condiciones de CO2 ambiental, por lo que la PEPC podría contribuir a una
mejora en la respuesta de las plantas al estrés salino y elevado CO2. En ambas
especies, los niveles de prolina fueron más bajos en condiciones de CO2 elevado (800
ppm) que a CO2 ambiental, salvo en remolacha en condiciones de alta salinidad (172
mM). En condiciones atmosféricas, la síntesis de prolina aumento con la salinidad pero
disminuyo considerablemente a 172 mM de NaCl.
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138
Evolution of amino acids and amines during berry ripening in Vitis
vinifera L. cv. Tempranillo subjected to water deficit irrigation
Niculcea M.1, Martínez-Lapuente L.2, Guadalupe Z.2, Sánchez-Díaz M.1, Ayestarán B.2,
Antolín M.C.1
1Dpto. Biología Vegetal. Sección Biología Vegetal Unidad Asociada al CSIC (EEAD, Zaragoza; ICVV,
Logroño). Facultades de Ciencias y Farmacia. Universidad de Navarra. C/ Irunlarrea 1, 31008 Pamplona,
España. E mail: cantolin@unav.es
2Instituto de Ciencias de la Vid y del Vino (Universidad de La Rioja, Gobierno de La Rioja y CSIC)
C/Madre de Dios 51, 26006 Logroño, España
ABSTRACT
Water deficit irrigation to grapevines reduces yield and berry growth altering its ripening
process, all of which may influence fruit composition and wine quality. Therefore, the
goal of this work was analyze variations in fruit composition and specifically, in N-
compounds under water deprivation. The study was carried out using container-grown
Tempranillo grapevines grown under controlled conditions in a greenhouse. Two
irrigation treatments were imposed: a control (well watered), and a sustained deficit
irrigation (SDI). Water deficit reduced yield, berry size and concentrations of main
phenolic compounds. At harvest, the content of amino acids and free ammonium was
low in both treatments but SDI-treated berries showed a significant accumulation of
amines.
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139
Las hemoglobinas vegetales no simbióticas tipo 2 como
herramientas para la mejora biotecnológica de cultivos.
Gisbert C.1, Timoneda A.1, Marí C.2, Sifres A.1, Albadalejo I.1, Serrano R.2, Mulet J.M.2
1Instituto de Conservación y Mejora de la Agrodiversidad Valenciana, Universitat Politècnica de València
(UPV), Camino de Vera 14, 46022 Valencia
2Instituto de Biología Molecular y Celular de Plantas (IBMCP) Universitat Politècnica de València-CSIC.
Camino de Vera S/N 46022 Valencia. jmmulet@ibmcp.upv.es
RESUMEN
Uno de los retos de la agricultura actual es conseguir alimentar de forma segura y
asequible a una población en constante crecimiento. Esto obliga a aumentar el
rendimiento de las cosechas, a pesar de que los recursos hídricos y el suelo cultivable
son bienes cada vez más escasos. En nuestro laboratorio identificamos una
hemoglobina vegetal no simbiótica de Beta vulgaris que capaz de conferir tolerancia a
sequía (estrés osmótico) al ser sobreexpresada en el sistema modelo de
Saccharomyces cerevisiae (Mulet JM y Serrano 2004). Las hemoglobinas vegetales
son una familia de proteínas presentes en todo el reino vegetal. Igual que sus
homólogos en animales tienen un grupo hemo y enlazan hierro de forma covalente.
Sin embargo, su principal función no es la de transportar oxígeno y dióxido de
carbono, sino que tienen una función enzimática implicada en prevenir procesos de
oxidación celular, especialmente los relacionados con detoxificar especies reactivas de
nitrógeno o de aportar oxigeno en condiciones muy específicas. En el presente póster
presentamos los datos de la caracterización molecular de este nuevo gen, así como
los resultados de su sobrexpresión en el sistema modelo de Arabidopsis thaliana y en
tomate (Solanum lycopersicum L.).
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Sevilla, 17-20 de septiembre de 2012
140
Implicación de la fosfoenolpiruvato carboxilasa (PEPC) foliar en la
tolerancia al déficit de Fe y en la síntesis de prolina tras la
subsiguiente exposición a salinidad: diferencias entre 6 variedades
de cebada
Arias C., Bosch N., Begines D., Echevarría C., Monreal J.A., García-Mauriño S.
Facultad de Biología de la Universidad de Sevilla, Avenida de La Reina Mercedes 6, 41012-Sevilla,
España. sgarma@us.es.
RESUMEN
Se ha investigado la implicación de la PEPC foliar en la tolerancia al déficit de Fe, y en
la síntesis de prolina en respuesta a salinidad, bajo distintos regímenes de nutrición
férrica en seis variedades de cebada. La disminución del aporte de Fe causó un
aumento discreto de la actividad PEPC foliar, con diferentas en la respuesta a carencia
de Fe entre las seis variedades de cebada, encontrándose una correlación positiva y
estadísticamente significativa entre la actividad PEPC foliar y el peso fresco de las
hojas bajo restricción de Fe (0.5 M). De igual manera, se midieron variaciones en la
síntesis de prolina en las hojas de las seis variedades en salinidad, que se
correlacionaba positivamente con la actividad PEPC foliar bajo suministro de Fe 0.5
M. Por tanto, se perfila la PEPC foliar como diana potencial para la mejora de la
tolerancia de las plantas a estreses que afectan negativamente a la fotosíntesis, como
la carencia de Fe y la salinidad.
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141
AtTPS1 expression in Medicago truncatula alters leaf water potential
and photosynthesis at growth light
Alcântara A.1, Silvestre S.1, Morgado R.3, Marques da Silva J.1,2, Fevereiro P.2,3, Araújo
S.S.3,4, Bernardes da Silva A.1,2
1Center for Biodiversity, Functional and Integrative Genomics (BioFIG) , Campo Grande, 1700 Lisboa,
Portugal.
2Departamento de Biologia Vegetal, Faculdade de Ciências,Universidade de Lisboa, Campo Grande, 1700
Lisboa, Portugal.
3Plant Cell Biotechnology Lab, Instituto de Tecnologia Química e Biológica (ITQB), Universidade Nova de
Lisboa (UNL), Apartado 127, 2781-901 Oeiras, Portugal
4Centro de Veterinária e Zootecnia, Instituto de Investigação Científica e Tropical, Faculdade de Medicina
Veterinária, Avenida da Universidade Técnica, 1300-477 Lisboa, Portugal. (alcantara.andrem@gmail.com)
ABSTRACT
Variations in leaf water potential (w) and photosynthesis (A) caused by water
withdrawal were assessed in five transgenic M. truncatula lines with different
expression levels of the trehalose phosphate synthase 1 coding sequence from
Arabidopsis thaliana (AtTPS1) in comparison with the non-transformed M9-10a line.
Altered CO2 fixation rate and leaf water potential were observed among the tested
lines. Altogether results suggested that transgenic TPS07 and TPS16 lines have
increased water deficit tolerance when compared to the non-transgenic line, but without
a positive correlation to the transgene RNA expression levels.
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142
Efecto de la competencia sobre la interacción elevado CO2-sequía
en la fotosíntesis y producción de biomasa de 4 especies pratenses
Miranda-Apodaca J.1, Pérez-López U.1, Robredo A.1, Lacuesta M.2, Mena-Petite A.1,
Muñoz-Rueda A.1
Departamento de Biología Vegetal y Ecología, Facultad de Ciencia y Tecnología1 y Facultad de
Farmacia2, Universidad del País Vasco (UPV/EHU). *Contacto: jon.miranda@ehu.es
RESUMEN
Se ha estudiado el efecto de la concentración de CO2 de manera individual o en
interacción con la sequía en el comportamiento de cuatro especies pratenses crecidas
en competencia intraespecífica (monocultivo) o en competencia interespecífica
(mezcla). Se ha puesto especial atención en la diferencia de respuesta entre grupos
funcionales (gramíneas y leguminosas), analizando la respuesta fotosintética, la
eficiencia instantánea en el uso del agua y la producción de biomasa en función del
estado hídrico de la planta. La sequía afecta más al estado hídrico en leguminosas
que en gramíneas, siendo el efecto mayor en las gramíneas cuando crecen en mezcla
y en las leguminosas cuando crecen en monocultivo. La caída del potencial hídrico va
acompañada por menores tasas de asimilación, debido fundamentalmente a una
limitación estomática; sin embargo, cuando la sequía es más severa, también es
debido a una limitación fotoquímica. Tanto la sequía como el elevado CO2 incrementan
la eficiencia en el uso del agua. La asimilación del carbono y el uso del agua se ven
más afectadas por la sequía en las leguminosas en monocultivo y en las gramíneas en
mezcla. La alteración del estado hídrico y de la asimilación fotosintética provocan
modificaciones en el crecimiento vegetativo de las especies estudiadas: aumentando
en respuesta al incremento del CO2 y disminuyendo como consecuencia de la sequía,
siendo el efecto de ésta parcialmente contrarrestado por el aumento del CO2.
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143
Efecto del CO2, la temperatura y el estrés hídrico en la fisiología de
plantas de melocotonero injertadas sobre GF 677 y Adesoto
Jiménez S.1, Gutiérrez D.1, Barja-Afonso M.V.1, Irigoyen J.J.2, Sánchez-Díaz M.2,
Moreno M.A.1, Gogorcena Y.1
1Dpto. Pomología, Estación Experimental de Aula Dei (EEAD-CSIC), Avda de Montañana1005, 50059
Zaragoza
2Dpto. Biología Vegetal (Sección Biología Vegetal. Unidad Asociada al CSIC, Estación Experimental de
Aula Dei, Zaragoza e Instituto de Ciencias de la Vid y del Vino, Logroño). Universidad de Navarra,
Irunlarrea 1, 31008, Pamplona
RESUMEN
En el presente estudio se analizó la respuesta a las condiciones derivadas del cambio
climático (aumento en la concentración de CO2 y de la temperatura y estrés hídrico) en
plantas de melocotonero (Prunus persica) injertadas sobre el patrón híbrido almendro-
melocotonero GF 677 (P. amygdalus x P. persica) y el ciruelo Adesoto (P. insititia). Los
árboles se establecieron en invernaderos de gradiente térmico y se sometieron a unas
condiciones de concentración de CO2 ambiental (alrededor de 400 ppm) y elevada
(700 ppm), de temperatura ambiental y elevada (ambiental + 4ºC) y de riego óptimo y
sequía progresiva durante 23 días. Al final de este periodo, los potenciales hídricos y
osmóticos fueron menores en el tratamiento de sequía y se vieron afectados por la
concentración de CO2 y temperatura en ambos genotipos. Sin embargo, la respuesta
de aclimatación entre genotipos fue distinta ya que el patrón Adesoto, al contrario que
GF 677, indujo una respuesta de aclimatación fotosintética y estomática a una
concentración de CO2 elevada, cuando ésta se combinó con temperatura elevada o
sequía.
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144
Balance de 10 años de análisis del impacto del cambio climático en
la cebada
Pérez-López U.1, Robredo A.1, Miranda-Apodaca J.1, Lacuesta M.2, Muñoz-Rueda A.1,
Mena-Petite A.1
Departamento de Biología Vegetal y Ecología, Facultad de Ciencia y Tecnología1 y Facultad de
Farmacia2, Universidad del País Vasco (UPV/EHU). *Contacto: usue.perez@ehu.es
RESUMEN
En este trabajo se condensan algunos de los resultados obtenidos por nuestro grupo
de trabajo en los últimos 10 años sobre el efecto del cambio climático en la cebada. Se
ha analizado la interacción entre el aumento del CO2 y la sequía o la salinidad,
comparando las similitudes y diferencias entre ambos estreses abióticos bajo las
condiciones actuales y futuras de CO2. La sequía produce un mayor descenso del
potencial hídrico, la fotosíntesis y la eficiencia fotoquímica que la salinidad. Sin
embargo, el crecimiento de la cebada se ve más afectado por la salinidad como
consecuencia de un mayor gasto energético para el ajuste osmótico y la
compartimentación iónica. Por otro lado, el elevado CO2 mitiga los efectos negativos
provocados tanto por la sequía como por la salinidad, traduciéndose en un menor
descenso del crecimiento y una mayor eficiencia en el uso del agua.
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145
Response of stem carbohydrates and cell wall components to
different nitrogen sources in drought-stressed alfalfa plants
Fiasconaro M.L.1, Gogorcena Y.2, Muñoz F.3, Andueza D.4, Sánchez-Díaz M.1, Antolín
M.C.1
1Dpto. Biología Vegetal. Sección Biología Vegetal. Unidad Asociada al CSIC (EEAD, Zaragoza; ICVV,
Logroño). Facultades de Ciencias y Farmacia. Universidad de Navarra. C/ Irunlarrea 1, 31008 Pamplona,
Spain. Email: cantolin@unav.es
2Dpto. Pomología. Estación Experimental de Aula Dei. Consejo Superior de Investigaciones Científicas
(CSIC). P.O. Box. 13034, 50080 Zaragoza, Spain
3Centro de Investigación y Tecnología Agroalimentaria de Aragón P.O. Box. 727, 50080 Zaragoza, Spain
4INRA-URH. 63122 Saint Genès Champanelle. France
ABSTRACT
Symbiotic association of legumes with rhizobia frequently results in higher
photosynthesis and soluble carbohydrates in comparison with nitrate-fed plants, which
might improve its potential for biomass conversion into bioethanol. A greenhouse
experiment was conducted to examine the effects of nitrogen source and water
availability on stem carbohydrates and cell wall composition in alfalfa subjected to
drought. Under well-watered conditions, nitrogen-fixing plants have increased stem
fermentable carbohydrate concentrations, which result in higher potential for biomass
conversion to bioethanol than in nitrate-fed plants. Drought-stressed nitrogen-fixing
plants have high concentrations of fermentable carbohydrates and cell wall cellulose,
but ammonium nitrate-fed plants produced higher plant and stem biomass.
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146
Chloride nutrition: novel functions in water relations
Franco-Navarro J.D.1, Brumós J.2, Rosales M.A.1, Cubero-Font P.1, Luque-González
S1, Vázquez-Rodríguez A.1, Rivero C.1, Talón M.2, Colmenero-Flores J.M.1
1Instituto de Recursos Naturales y Agrobiología de Sevilla (IRNASE). Consejo Superior de Investigaciones
Científicas (CSIC). Avda. Reina Mercedes 10, 41012-Sevilla, Spain. chemacf@irnase.csic.es.
2Instituto Valenciano de Investigaciones Agrarias. Centro de Genómica. Carretera Moncada - Náquera,
Km. 4,5. 46113-Moncada (Valencia), Spain.
ABSTRACT
Although Cl- has been characterized as a micronutrient, we have observed that when
available in the millimolar range (e.g. 1-5 mM), higher plants accumulate Cl- to levels
that are typical of the content of a macronutrient (Plant Cell Env. 2010, 33: 2012-27).
Since this requires a considerable cost of energy, we speculate whether Cl- might play
a poorly understood function in plants when accumulated to macronutrient levels.
Given that Cl- is a major osmotically active solute in the plant vacuole, we propose that
this element alter plant water relation mechanisms. Besides promoting plant growth
and dry weight, we observed that chloride nutrition in the millimolar range improved
water parameters like the relative water content, leaf succulence and water use
efficiency. Under conditions of water deficit chloride-treated plants exhibited an
improved regulation of the water balance and drought-tolerance. According to the data
obtained, we propose that critical factors behind these phenomena are an improved
osmotic regulation, a reduced transpiration and developmental alterations.
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Alteraciones del Fe en soluciones de fertirriego por aplicación de
peróxidos
Orihuela D.L.1, Tormos P.1, Hernández J.C.1, Cuervo Y.2, Flores F.1
1Escuela Politécnica Superior de La Rábida, Universidad de Huelva, Apdo. 21819 Palos de La Frontera,
Huelva, orihuela@uhu.es
2Facultad de Estudios Superiores Cuautitlán. Universidad Nacional Autónoma de México. México.
RESUMEN
El objetivo de esta investigación es estudiar el comportamiento del hierro en una
Solución Nutritiva de Fertirriego (SFN), cuando se cumplimenta con un proceso de
adicción de peróxidos, como es el agua oxigenada H2O2. Se elige un cultivo de
pimiento en hidroponía pura de plantas flotadas en la SNF.
Se concluye que la aplicación de H2O2 a la SNF, en los niveles aquí estudiados, afecta
notablemente al comportamiento del hierro. El modelo de evolución de las analíticas
de Fe en los tratamientos, salvo el Testigo, es similar.
Cuando se aplica H2O2 a la solución ocurren dos hechos: a) existen modificaciones de
las especies químicas presentes en la SNF y b) se altera el modelo de absorción de la
planta. Se produce un proceso de pérdida del Fe de la SNF por absorción por parte de
la planta y un proceso de pérdidas/ganancias debidas a un proceso químico de
disolución (ganancia) y/o precipitación (pérdida) del Fe.
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Uso potencial del maíz como cultivo energético. Incidencia del
aporte hídrico en la producción de biomasa y potencial energético
Saíz Fernández I.1, Notario J.1, Elorza I.3, Relloso J.B.3, Mena-Petite A.2, Muñoz-Rueda
A.2, Pérez-López U.2, Ortiz-Barredo A.3, Lacuesta M.1
1,2
Dpto. Biología Vegetal y Ecología. Universidad del País Vasco (EHU/UPV). (1)Pº de la Universidad 7,
01006 Vitoria.(maite.lacuesta@ehu.es) (2)Apdo.644. 48080. Bilbao
(3)Instituto Vasco para la Investigación y Desarrollo Agrario, NEIKER-Tecnalia Arkaute.
RESUMEN
El agotamiento de los combustibles fósiles y su impacto en las emisiones de CO2 y el
cambio climático, obligan a buscar alternativas energéticas más sostenibles
económica y medioambientalmente. Los cultivos energéticos pueden representar una
buena alternativa a las fuentes energéticas tradicionales, además de permitir el
mantenimiento de la actividad agraria y el desarrollo rural. En los últimos años se han
analizado diferentes especies vegetales para el aprovechamiento de la biomasa en
diferentes procesos de producción energética (combustión directa, gasificación,
fermentación…). En este sentido, los cultivos C4 constituyen un grupo de potencial
interés para su utilización como cultivos energéticos gracias a su alta capacidad de
fijación de CO2 y producción de biomasa y a su alta eficiencia en el uso del agua y del
nitrógeno. En colaboración con el Departamento de Producción Vegetal de Neiker-
Teknalia, nuestro grupo ha evaluado la producción de diversos cultivos C4 para su
aprovechamiento energético. Además de valorar su adaptación a las condiciones
edafoclimáticas de Álava, se ha analizado la influencia del aporte hídrico y la
fertilización nitrogenada en la producción de biomasa y en la composición y poder
calorífico de la misma para determinar la influencia de estos factores en el potencial
productivo y energético de estos cultivos. Esto permitirá evaluar el mínimo aporte
hídrico y nitrogenado necesario para conseguir una producción sostenible de biomasa,
tanto económica como medioambientalmente. En este trabajo se presentan los
resultados correspondientes al estudio en maíz, que indican un buen crecimiento del
cultivo con bajo aporte hídrico y manteniendo un poder calorífico ligeramente superior
al de las plantas crecidas con irrigación.
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Utilización de la temperatura del dosel vegetal para estimar el
estado hídrico de plantas de Eounymus japonica regadas con agua
de distinto origen y calidad
Gómez-Bellot M.J.1, Ortuño M.F.1, Nortes P.A.1, Álvarez S.1, Bañón S.2,3, Sánchez-
Blanco M.J.1,3
1Centro de Edafología y Biología Aplicada del Segura (CEBAS-CSIC), Campus Universitario de Espinardo. 30100
Murcia
2Universidad Politécnica de Cartagena (UPCT). 30203 Cartagena
3Unidad Asociada al CSIC. Horticultura Sostenible en Zonas Áridas. Universidad Politécnica de Cartagena. Cartagena,
Spain.
RESUMEN
Con el fin de estudiar la validación de la temperatura del dosel vegetal como indicador
en el diagnóstico del estado hídrico de plantas de Eounymus japonica regadas con
aguas de distinta calidad, se desarrolló un ensayo con los siguientes tratamientos de
riego: Un control correspondiente al 100% de la capacidad de campo (C, EC<0.9 dS
m-1) y un tratamiento de agua regenerada, (RW, EC 4 dS m-1). La conductancia
estomática se correlacionó muy bien con la temperatura del dosel vegetal (Tc), la
diferencia entre la temperatura de la canopia y la atmosférica (Tc-Ta), y los índices
derivados de la temperatura (CWSI, IG) durante las horas centrales del día,
principalmente al mediodía solar. La Tc medida manualmente con cámara
termográfica fue estrechamente correlacionada con la Tc medida de manera continua
con termoradiómetros, mostrando una pendiente cercana a la unidad y, por lo tanto,
validando ambas técnicas en el diagnóstico del estado hídrico de plantas de evónimo
regadas con aguas de distinta calidad en las condiciones estudiadas.