Efectes de l'increment de la radiació UV-B i de l'estrés hídric sobre l'activitat fotosintètica de

Abstract

A) INTRODUCCIÓ:<br/><br/>En els darrers anys ha augmentat l'interès per conèixer quina és la resposta de les plantes quan les condicions ambientals no són favorables pel seu creixement. Les tècniques que no malmeten les plantes tenen molta importància en la detecció dels efectes dels estresaos ambientals sobre l'activitat fotosintètica de les fulles. Una de les tècniques per avaluar el funcionament fotoquímic de les fulles és la mesura de la fluorescència clorofil.lica (Kautsky i Hirsch, 1931; Schreiber i Bilger, 1987; Lichtenthaler, 1988). Quan les fulles són exposades a condicions poc favorables s'observa una inhibició d'alguns dels processos fotoquímics de les corbes de la florescència clorofil.lica, de manera que aquest fet podria servir com un ràpid i senzill indicador del grau d'estrès que presenten les plantes (Smillie i Hetherington, 1983; Renger i Schreiber, 1986; Lichtenthaler i Rinderle, 1988). Aquest indicador de l'estrès ha estat utilitzat en la quantificació de la resposta de diferents espècies (per exemple, cereals) devant l'estrès hídric i permeten classsificar-les segons el seu relatiu grau de tolerància a l'estrès (Havaux i Lannoye, 1985).<br/><br/>L'efecte de l'estrès hídric sobre la fotosíntesi de les fulles és un procés documentat i sobre el que existeixen articles de revisió (Bradford i Hsiao, 1982; Jones, 1983; Blum, 1989; Farquhar et al., 1989; Lawlor, 1995). Els primers experiments que es van realitzar indicaven que la disminució de la taxa de bescanvi gasós era principalment el resultat d'un procés de tancament estomàtíc. Però, més tard, es va demostrar els efectes no estomàtics de l'estrés hídric sobre els processos fotoquímics (Sharkey i Seemann, 1989).<br/><br/>Des de la darrera dècada hí ha hagut una forta disminució en la concentració de la capa d'ozó de l'estratosfera de la zona Antàrtica. Aquesta disminució, originada per l'increment de contaminats atmosfèrics, particularment dels compostos anomenats clorofluorocarbons (CFC), està resultant en un augment en la quantitat de radiació ultraviolada que està arribant a la superfície terrestre (Farman et al., 1985; Rowland, 1989; Fredenck, 1990). Aquest augment de la radiació ultraviolada, que comprén, en primer lloc, la regió UV-B de l'espectre i, després, la UV-C, pot afectar a tots els éssers vius de la terra (Coohill, 1991). Aquesta reducció en la capa d'ozó s'espera que continui uns 20 o 30 anys més (Madronich et al., 1994) i, per tant, s'arribi a reduccions, respecte als valors actuals, d'un 15% (NAS, 1979). En l'hemisferi Nord la disminució en la capa d'ozó ha estat d'entre un 4-5 % per dècada, des del començament dels anys 80 (Stolarski et al., 1992; Herrnan et al., 1993). Les conseqüències exactes d'aquesta disminució en la capa d'ozó en la capacitat fotosintètica de les plantes són desconegudes. Aquest estudi estima els efectes de l'increment de la radiació UV-B en plantes de pèsol crescudes sota condicions ambientals controlades i en el camp.<br/><br/>L'objectiu general d'aquesta Tesi ès demostrar la validesa de la tècnica de la fluorescència clorofil.lica modulada per a l'estudi dels efectes de dos estressos ambientals, com són el dèficit hídric i l'increment de radiació UV-B, sobre l'activitat fotosintètica de les fulles.<br/><br/>B) RESULTATS I DISCUSSIÓ:<br/><br/>La tècnica de la fluorescència clorofil.lica modulada, junt amb la determinació de la taxa de fotosíntesi neta i el potencial hídric de les fulles, han estat utilitzats com a mètodes per classificar vint genotips diferents d'ordi ("Hordeum vulgare" L.) segons el seu grau de tolerància a la sequera. Es conclou que en conjunt aquests mètodes poden ser utilitzats com a tests ràpids per classificar plantes d'ordi segons el seu grau de tolerància a l'estrès hídric, peró en el cas d'un estrès hídric moderat no es pot afinnar que una sola de la metodologia aplicada sigui indicadora del grau de tolerància al dèficit hídric i, per tant, és fa necessari utilitzar més d'una d'aquestes metodologies simultàniament. Aquests mètodes, si s'apliquen separadament, són millors indicadors per plantes sotmeses a estressos hídrics severs.<br/><br/>Els estudis de tolerància a la sequera es van continuar amb les varietats que prèviament havien estat seleccionades com més tolerants i més sensibles a la sequera. Així, els genotips més tolerants a la sequera van presentar menys variacions en el "quenching" fotoquímic de la fluorescència modulada, en la fotosíntesi neta, en l'eficiència en l'utilització de l'aigua i en la temperatura foliar, que els genotips mes sensibles a la sequera.<br/><br/>Per altra banda, quan plantes de pèsol ("Pisum sativum" L.) van estar exposades a dos nivells de radiació UV-B, amb o sense radiació UV-C, sota condicions ambientals controlades, s'observa una disminució en l'assimilació de CO2 que no va ser acompanyada per una disminució en la eficiència màxima per la llum del foto sistema II (PSII), mesurada utilitzant la tècnica de la fluorescència clorofíl.lica modulada de les fulles. Si augmenten l'exposició a la radiació UV-B, s'observa un augment de la disminució de l'assimilació de CO2 i una disminución en l'eficiència màxima del PSII, acompanyada d'una pèrdua en la capacitat dels til.lacoidals dels cloroplasts per unir-se a molècules d'atrazina. Això demostra que hi ha hagut danyen els centres reactius del PSII. Malgrat que la radiació UV-B perjudica els centres de reacció del PSlI, es conclou en aquest estudi que el PSII no és el primer lloc responsable de la inhibició de la fotosintesi que s'observa en les fulles de pèsol per efecte de la radiació UV-B, ja que l'inicial disminució en l'assimilació de C02 que s'observa en les fulles sotmeses a radiació UV-B no està acompanyat per una disminució en la màxima eficiència quàntica del PSll o en l'habilitat dels complexos dels PSII en unir-se a molècules d'atrazina. Per tant, altres factors que no sigui el dany als centres del PSII han d'estar implicats en la disminució de l'assimilació de C02 durant els primers estadis d'irradiació amb UV-B. Es suggereix que l'enzim rubisco és un dels candidats més probables, en un primer estadi, com a responsable de la disminució de l'aparell fotosintètic durant radiació amb UV-B.<br/><br/>A més a més, en el tractament a alta radiació UV-B, quan la taxa d'assimilació de CO2 cau per sota de 6 micromol m(-2) s(-1), en l'antena del PSII té lloc un "quenchíng" reversible, el qual es probablement degut a un "quenching" de la zeaxantina induït per la llum i resulta en una disminució en l'eficiència quàntica del PSII. Segurament, aquest "quenchíng" és resultat indirecte de l'efecte inhibidor de la radiació UV-B sobre l'assimilació de CO2. Quan als tractaments amb radiació UV-B els hí afegim la radiació UV-C s'observa un fort augment de la inhibició de la taxa fotosintètica, però, la relació entre l'assimilació de C02 i les característiques del PSII continua essent la mateixa, indicant que les radiacions UV-B i UV-C inhibeixen la fotosíntesi foliar per un mecanisme similar.<br/><br/>Per últim, quan es van cultivar plantes de pèsol en condicions de camp i es van sotmetre a un increment de radiació UV-B, equivalent a un 15% d'augment de la radiació UV-B actual, no es van observar diferències significatives ni en les característiques de la fluorescència clorofil.lica ni en les taxes d'assimilació de CO2 entre plantes control (no irradiades) i irradiades amb UV-B. Aquest estudi suggereix que les reduccions en els paràmetres del creixement de plantes exposades a un increment de radiació UV-B es pot deure més a un efecte de la radiación UV-B sobre el creixement de les plantes que a un efecte sobre la capacitat fotosintètica d'aquestes.<br/><br/>Es conclou en aquesta Tesi que la fluorescència clorofil.lica modulada és una ràpida i no destructiva tècnica per la detecció de com els estressos ambientals afecten l'activitat fotosintètica de les fulles. Concretament, aquesta tècnica es útil com a rapid mètode per classificar plantes sotmeses a diferents tipus d'estressos.

<i>In this work, modulated chlorophyll fluorescence, as well as the determination of net photosynthesis (PN) and leaf water potential, were used to assess the performance of these methods in screening of the water stress, tolerance in barley genotypes. A set of twenty genotypes of barley were tested. It's concluded from this study that these methods can be used as rapid screening tests for water stress tolerance in barley, although applied alone they are appropriate indicators for severe water stress rather than mild water stress. For genotypes growing under mild water stress conditions, it is necessary to use several screening tests simultaneously.<br/><br/>When mature pea leaves were exposed to two levels of UV-B radiation, with and without supplementary UV-C radiation, under controlled environment conditions, decreases in CO2 assimilation were observed that were not accompanied by decreases in the maximum quantum efficiency of photosystem II primary photochemistry, measured using modulated chlorophyll fluorescence techniques. Increased exposure to UV-B resulted in a further loss of CO2 assimilation and decreases in the maximum quantum efficiency of PSll primary photochemistry, which were accompanied by a loss of the capacity of thylakoids isolated from the leaves to bind atrazine, thus demonstrating that photodamage to PSll reaction centres had occurred. Although UV-B irradiation of pea leaves will result in photodamage to PSll reaction centres, it is concluded that PSlI is not the primary target site involved in the onset of the inhibition of photosynthesis in pea leaves induced by irradiation with UY-B. The initial decreases in the ability of leaves to assimilate CO2 on exposure to UV-B are not accompanied by any decreases in the maximum quantum yield of PSlI primary photochernistry or the ability of PSlI complexes to bind quinones. Consequently, factors other than damage to the PSlI reaction centre must determine the loss of ability to assimilate CO2 during the early stages of irradiation with UV-B. It's suggested that rubisco remains as the major potential candidate for the primary site of inhibition by UV-B radiation of the photosynthetic apparatus.<br/><br/>Enhanced UV-B treatment had no significant effect on chlorophyll fluorescence characteristics and CO2 assimilation rate of pea plants grown under field conditions. These results suggest that reduction in growth parameters of plants exposed to an enhanced UV-B radiation may be due to direct effects of UV-B on plant growth rather than a decrease in photosynthetic capacity. </i>