Respostes fotosintètiques de diverses espècies d’interès forestal en front al dèficit hídric, concentració elevada de CO2 i contaminació per metalls pesants

Abstract

El desenvolupament de les plantes està condicionat per factors biòtics i abiòtics, que poden esdevenir factors d'estrès en el cas que les seves quantitats o intensitats es trobin fora del rang òptim de creixement de la planta. L'activitat humana està donant lloc a que els factor d'estrès es produeixin amb més freqüència i majors intensitats. Així doncs, factors abiòtics com la irradiància, les precipitacions, I a temperatura, el CO2 atmosfèric i els nutrients esdevenen factors d'estrès per a les plantes en situacions d'altes intensitats de llum, sequera, temperatures extremes, C02 atmosfèric elevat (producte de les emissions antròpiques), i toxicitat o dèficit d'elements mineral. En aquesta tesi s'han desenvolupat diversos estudis ecofisiològics en espècies d'interès forestal amb l'objectiu de determinar les respostes relacionades amb el procés fotosintètic davant de diverses condicions d'estrès ambiental i la seva capacitat de tolerar-les, considerant que aquestes esdevindran més severes en un futur. Per això s'ha dut a terme un estudi sobre les respostes fotosintètiques i les relacions hídriques de tres espècies representatives de l'estatge sub-alpí (Betula pendula Roth, Pinus uncinata Mill, Rhododendron ferrugineum L.) davant factors associats al canvi climàtic (CO2 elevat, alta irradiància i dèficit hídric); un estudi sobre l'efecte del dèficit hídric en les relacions hídriques i en les respostes de fotoprotecció i antioxidants de cinc clons de Populus que han crescut en la regió mediterrània; i un estudi sobre l'efecte d'altes [Zn] en el creixement, en les respostes fotosintètiques, de fotoprotecció i antioxidants, i en les relacions hídriques en dos clons de Populus (Eridano i 1-214). En l'estudi de canvi climàtic s'observà que les condicions de 002 elevat van donar IIoc a un augment en les taxes fotosintètiques (A) i en l'eficiència en l'ús de l'aigua (WUE). El bedoll es va mostrar especialment vulnerable a les condicions de dèficit hídric i presentà una limitació estomàtica de la fotosíntesi, així com susceptibilitat a les infeccions pel rovell, condicions que provocaren un avançament de la senescència foliar. El neret va presentar vulnerabilitat a les altes irradiàncies i al dèficit hídric, mostrant saturació de la fotosíntesis a baixes irradiàncies i una menor fotoprotecció en comparació amb les altres espècies. El rovelll va afectar negativament la fotoquímica d'aquesta espècie de manera notable. El pi negre mostrà les millors respostes fotosintètiques i capacitat fotoprotectora i antioxidant. Els valors de I a velocitat màxima de carboxiIació de la RuBisco (Vcmax) mostraren que I a fotosíntesi del pi negre està limitada per la disponibiIitat de N. L'estudi realitzat en els cinc clons de pollancre ha permès determinar els clons que tol eren en major grau les condicions de dèficit hídric i proposar clons candidats per a ésser utilitzats en tasques de restauració ambiental. Els clons Lux i Adige foren els que presentaren millors respostes tal i com mostraren les seves capacitats de fotoprotecció i antioxidant, relacions hídriques i resistència a la infecció per rovell mentre que els clons Luisa Avanzo i 58- 861 foren els que presentaren més limitacions. L’estudi de les respostes dels clons Eridano i I-214 a altes [Zn] ha permès establir les seves respostes fisiològiques i les seves capacitats de tolerància i de fitoextracció en vistes a ésser aplicats en tasques de fitoremediació. Les altes [Zn] afectaren negativament el seu creixement, fotosíntesi i relacions hídriques, sobretot a 5mM [Zn]. Eridano va ser el clon que acumulà majors quantitats de Zn en les seves estructures, sobretot a les arrels. Eridano mostrà una major tolerància a les altes [Zn] comparat amb I-214, tal i com mostraren els paràmetres de biomassa, les respostes fotosintètiques, relacions hídriques, fotoquímica i les respostes de fotoprotecció i antioxidants.

Plant growth is conditioned by biotic and abiotic factors that can be more harmful in the future. In this PhD work, ecophysiological studies were performed in order to determine plant photosynthetic responses and their tolerance capacity to environmental stressing conditions associated to climate change and to environmental pollution. Three studies were carried out: 1) The evaluation of the photosynthetic responses and water relations under high [002], high irradiance and water deficit in the sub-alpine species Betula pendula Roth, Pinus uncinata Mill and Rhododendron ferrugineum L.); 2) The effect of water deficit on water relations, photoprotection and antioxidant responses of five Populus clones during their growing season; and 3) The effect of high [Zn] on growth, water relations, photosynthesis, photoprotective and antioxidant responses in Eridano and 1-214 Populus clones. In the first study, high [002] gave rise to increased photosynthesis rates (A) and water use efficiency (WUE) in all species. Birch was especialI y vulnerable to water deficit, presenting a limitationn by stomatal closure, and a high susceptibility to rust infection. Rhododendron was affected by high irradiance and water deficit, showing early A saturation at low light intensities and the lowest levels of photoprotecti on. Rust infection affected negatively rhododendron's photochemistry. Mountain pine showed the greatest photosynthetic, photoprotective and antioxidant responses. The maximum velocity of carboxylation of RuBisco (Vcmax) indicated a photosynthesis limitation by N availability in this species. The study on five selected Populus clones revealed that Lux and Adige presented the highest tolerance to water deficit conditions and a greater tolerance to rust and lace bug infections, while Luisa Avanzo and 58-861 clones showed a higher sensitivity. Lux and Adige presented adequate characteristics for application in environmental restoration. The study of the responses to high [Zn] revealed a growth, photosynthesis and water relations impairment, mainly at 5mM [Zn] in both clones. Eridano accumulated more Zn in their structures, mainly in roots, and showed a greater tolerance to high [Zn] compared to I¬214, being appropriate for phytoremediati on purposes.