Novel phenotyping and monitoring approaches to assess cereal performance under abiotic stress conditions = Nuevos enfoques de fenotipeado y monitoreo de cultivos para evaluar el rendimiento de cereales cultivados en diferentes condiciones de estrés abiótico

Resumen

Los cereales son la base de la dieta normal en la mayoría de los países del Mediterráneo y se estima que representan del 35 al 50 % del consumo de energía alimentaria de las poblaciones de la región. La agricultura define el éxito de una planta como productividad por unidad de superficie. La falta de agua, a veces acompañada con una baja disponibilidad de nitrógeno, es el principal limitante de la productividad de los cereales en las regiones Mediterráneas. Una mejora genética y un manejo de cultivos más eficientes pueden mejorar el rendimiento de los cereales en estas condiciones de estrés. Sin embargo, la falta de herramientas eficaces para monitorear el estado fisiológico del cultivos, ya sea para su empleo en manejo agronómico, como herramientas de fenotipeado asociado a la mejora genética o incluso para la predicción del rendimiento limita la agricultura mediterránea. Este trabajo de Tesis Doctoral se ha enfocado en el uso de diversos isótopos estables,rasgos de las raíces y el uso de técnicas de teledetección proxima como caracteres pueden detectar el efecto ambiental de diferentes estreses así como la existencia de variabilidad genotípica para los caracteres de interés. En plantas con metabolismo fotosintético C3, la composición en isótopos estables de carbono (¿13C) medida en los tejidos de la planta se considera como uno de los rasgos secundarios más prometedores del trigo (y otros cereales) en la mejora genética para resistencia a la sequía. Se sabe que el ¿13C se correlaciona negativamente con el C /C (la relación de la concentración del CO2 intercelular de la hoja y el CO2 del ambiente) y positivamente con la AE (la relación entre la asimilación neta y el agua transpirada). Por lo tanto, el ¿13C se relaciona positivamente con la eficiencia agronómica en el uso del agua (biomasa producida por unidad de agua transpirada). Las correlaciones entre la ¿13C y el rendimiento en grano o la biomasa aérea pueden ser negativas o positivas debido las condiciones medioambientales del ensayo. En el caso de una planta C4, como el maíz, las variaciones en el ¿13C en respuesta al régimen hídrico son mínimas (y en sentido opuesto) en comparación con plantas C3, como el trigo, pero todavía son adecuadas para su uso en el maíz como indicador de las condiciones hídricas durante el crecimiento. La composición isotópica de oxígeno (¿18O) de los tejidos vegetales refleja las condiciones de evaporación a lo largo del ciclo de cultivo y, por eso, se ha propuesto como método para medir la transpiración, así como indicador de las diferencias en la conductancia estomática (gs) tanto en plantas C3 como C4. Las raíces de las plantas son los órganos clave de la planta responsables de la absorción de agua y nutrientes. El crecimiento de la raíz varía debido a la textura y estructura del suelo y otros rasgos relacionados, tales como la disponibilidad de recursos, esencialmente agua y nitrógeno. Cómo la arquitectura de la raíz responde a la sequñia y que rasgos de las raíces son claves continúa siendo un área de investigación que no está cerrada. El laborioso trabajo requerido para el estudio del sistema radicular ha impedido determinar que rasgos de la raíz pueden emplearse como criterios de fenotipado en mejora genética de cultivos. Por lo tanto, es necesario desarrollar técnicas que sean lo suficientemente precisas y fáciles de emplear, para estimar rasgos radiculares asociados con el uso del agua y el rendimiento de los cultivos. Otro aspecto relevante, relativamente poco estudiado, es el hecho de que frecuentemente en condiciones reales de campo existe más de un recurso edáfico que limita el crecimiento de las plantas. Es el caso por ejemplo del agua y del nitrógeno, cuya interacción puede complicar tanto la búsqueda de rasgos de la raíz que sean relevantes, como su empleo como herramientas de fenotipado. La evaluación de la biomasa aérea es importante para monitorear el crecimiento del cultivo porque podría reflejar el efecto de las diferentes condiciones de estrés en el crecimiento y la senescencia del cultivo. Así, una serie de estudios han reportado que las técnicas de reflectancia espectral/ imágenes digitales rojo-verde-azul (RGB) tienen el potencial de facilitar una estimaciones cuantitativas, instantáneas, no destructivas y precisas dela biomasa aérea. Estas técnicas son relativamente recientes si las comparamos con otras aproximaciones de teledetección más consolidadas como es el caso de las técnicas espectroradiométricas, que incluyen entre sus aplicaciones la formulación de índices de vegetación como el NDVI.