Fotosíntesis, fotoprotección, productividad y estrés abiótico: algunos casos de estudio

Abstract

[spa] En la presente Tesis se han analizado diferentes casos de estudio acerca del estrés abiótico en plantas, cuyos objetivos fueron: (a) estudiar la vinculación entre daño oxidativo y la fotoinhibición en plantas de soja sometidas a bajas temperaturas; (b) la fotoprotección en plantas de trigo duro sometidas a déficit hídrico (c) el daño oxidativo al aparato fotosintético del trigo blando bajo déficit hídrico (d) la respuesta fotosintética de la espiga y la hoja bandera de trigo duro bajo estrés hídrico post-antesis y (e) los rasgos fisiológicos asociados a un mejor comportamiento agronómico de dos cultivares de cebada en condiciones de déficit hídrico en clima mediterráneo. (a) La relación entre fluorescencia variable y fluorescencia máxima (Fv/Fm) decreció en plantas expuestas durante 24 hs. a 7ºC y 500 mol m-2 s-1 de irradiancia, pero no en hojas sometidas a frío en oscuridad. La fotoinhibición fue exacerbada mediante el tratamiento con lincomicina (inhibidor de la síntesis de proteínas cloroplásticas), sugiriendo que los mecanismos de reparación alivian el daño al fotosistema II (PSII) asociado al frío. El grado de daño oxidativo a proteínas tilacoidales (carbonilación) y a lípidos (malondialdehido) no cambia en respuesta al frío. La aplicación del precursor del ácido ascórbico (Gal), o del análogo del -tocoferol (Trolox) no previene la fotoinhibición por frío. Nuestros datos sugieren que el estrés por frío no causa daño oxidativo masivo a las proteínas tilacoidales y a lípidos. (b) El 'quenching no fotoquímico' (qN), así como el contenido de zeaxantina y anteraxantina aumentó con el estrés. El -caroteno se incrementó a estrés severo, sugiriendo un aumento de las defensas antioxidantes. El índice fotoquímico (PI), mostró una progresiva disminución, lo cual fue paralelo a un incremento en el estado de de-epoxidación del ciclo de las xantofilas (DPS). El PI estuvo negativamente correlacionado con el DPS y qN pudiendo ser un indicador de fotoprotección en el estudio del estrés vegetal. (c) En los tilacoides de plantas estresadas aumentó el daño oxidativo, asociado con una sustancial caída en el transporte electrónico fotosintético. La aplicación de Gal redujo el daño oxidativo a proteínas fotosintéticas de plantas estresadas, pero sólo revirtió parcialmente la disminución en la actividad del transporte electrónico. (d) La actividad fotosintética de la hoja bandera fue más afectada por el estrés hídrico que en la espiga, tanto en invernadero como en el campo. La menor sensibilidad de la espiga bajo estrés hídrico con respecto a la hoja bandera estuvo asociada a un mayor RWC y ajuste osmótico. Rasgos xeromórficos y el ajuste osmótico de brácteas y aristas estaría relacionado a la 'tolerancia' de la espiga a la sequía. Por otra parte, no se encontraron evidencias de metabolismo C4 tanto en espigas de plantas bien regadas como bajo estrés hídrico. (e) La producción del cultivar Graphic fue mayor que la de Kym en todas las condiciones, con más espigas por unidad de superficie, lo cual podría ser atribuido a mayor crecimiento potencial durante el ahijamiento. Graphic mostró mayor 13C de los granos, sugiriendo un mejor estatus hídrico. También mostró mayor biomasa aérea y de raíces, así como área foliar total por planta. Asimismo se observó una mayor cantidad de hijuelos por planta, pero la relación biomasa de vástago/raíz fue menor. La tasa fotosintética fue menor en Graphic., así como el rendimiento cuántico del PSII, sugiriendo que mecanismos distintos a la estructura foliar contribuyeron la mayor capacidad fotosintética de Kym. Sin embargo, como resultado en las diferencias en área foliar, la fotosíntesis total por planta fue mayor en Graphic. El mayor rendimiento de Graphic podrían ser sustentado por un mayor crecimiento de la planta y fotosíntesis total durante el ahijado, aunque la capacidad fotosintética por unidad de área foliar es menor que en el caso de Kym. Graphic tiene un mayor sistema radical que Kym, lo que podría mejorar el estatus hídrico.

[eng] In the present thesis we analyse several case studies about abiotic stress in plants. In particular we studied (a) the relationship between oxidative damage and fotoinhibition in soybean plants under light chilling (b) the photoprotection response in durum wheat subjected to water stress (c) the oxidative damage to photosynthetic apparatus in bread wheat under water deficit (d) the comparative response of the photosynthesis of the ear and the flag leaf of durum wheat and (e) physiological traits involved in the yield performance of two barley cultivars under Mediterranean conditions. The results of the present thesis can be summarised as follow: (a) light-chilling stress does not cause rampant oxidative damage to thylakolids protein and lipids. Reactive oxygen species do not seem to be involved in fotoinhibition (b) electron transport rate decreased in water-stressed leaves of durum wheat, associated with a rise in non-radiative dissipation at PSII level (and a rise in the de-epoxidation state of xanthophyll cycle, DPS) and a drop in the proportion of PSII centres in open state. Intactness of PSII was not affected, even at severe water stress. Photochemical Index (derived from spectroradiometrical measurements) showed a strong correlation with qN and DPS, and may be a reliable indicator of photoprotection in the study of plant stress.(c) in thylakoids of water-stressed plant there was an increase in oxidative damage in proteins. Oxidative damage was associated with a decrease in electron transport rate activity. Treatment with an precursor of ascorbic acid reduced the oxidative damage to photosynthetic proteins of droughted plants and partially reverted the decrease in electron transport (d) photosynthetic activity of the flag leaf was more affected by water stress than that of the ear. The lower sensitivity under water stress of the ear was linked to higher relative water content and osmotic adjustment in ear bracts and awns. C4 metabolism was not detected in the ear (e) Graphic production was greater than Kym in all conditions, sustained mainly by more ears per unit ground area. Graphic showed greater carbon isotopic discrimination, suggesting improved water status. Photosynthetic rate in area basis was lower in Graphic than Kym, although the former showed higher total leaf area and lower shoot/root ratio.