Acclimation of photosynthesis to water deficit and high temperature: physiological and biochemical aspects

Abstract

La demanda mundial de cultivos agrícolas para la alimentación ha experimentado un aumento notorio a través de las últimas décadas como consecuencia de la creciente población humana. Por otra parte, las predicciones globales de cambio climático predicen aumentos de temperatura y períodos de sequía más largos, especialmente en latitudes templadas, donde se encuentra la mayor parte de la producción mundial de cultivos. El presente estudio se llevó a cabo con tres de los cultivos más importantes a nivel mundial: arroz (Oryza sativa L.), trigo (Triticum aestivum L.) y maíz (Zea mays L.). Además de tres de los cultivos más demandados a nivel mundial, estas tres especies también fueron escogidas debido a sus diferentes mecanismos fotosintéticos, y a las diferentes condiciones ambientales a las que están adaptadas. De esta manera, el arroz y el trigo son especies C3 de ambientes cálidos y fríos, respectivamente, y el maíz es una especie C4 de ambientes cálidos. Con el objetivo de evaluar la respuesta de estos tres cultivos a las tensiones derivadas del cambio climático, es decir, alta temperatura y la sequía, las plantas se cultivaron a 38ºC y 25ºC, y dentro de cada temperatura, un lote de plantas era cultivado bajo condiciones de déficit hídrico (WD) y otro, como bajo capacidad de campo (WW). En todos los casos, se midieron los parámetros de crecimiento, fisiológicos y bioquímicos con el fin de evaluar el efecto de los dos estreses impuestos. Con relación a los parámetros fisiológicos, como la asimilación de CO2 y los procesos difusivos, estos se midieron a 25ºC y 38ºC para determinar la capacidad de estos cultivos para adaptarse y aclimatarse a la alta temperatura y el déficit hídrico. Ambas tensiones tuvieron un efecto negativo sobre las plantas, pero el impacto fue diferente dependiendo de los parámetros medidos. La alta temperatura tuvo un mayor efecto perjudicial en la producción de biomasa y la respiración mitocondrial, especialmente en trigo y maíz. En cambio, en las tres especies, la capacidad fotosintética y los parámetros de difusión como gs mostraron una mayor restricción bajo déficit de agua que a alta temperatura. Con respecto a las mediciones bioquímicas, los parámetros de Rubisco in vitro mostraron la misma tendencia que AN, mientras que la actividad Rubisco, la concentración y el estado carbamilación fueron más afectados por las altas temperaturas que por el déficit hídrico. Finalmente, algunos de los parámetros medidos en esta tesis sólo mostraron un efecto negativo cuando ambas tensiones actuaron conjuntamente. Esto indica la importancia de estudiar la interacción entre estos dos estreses.