Carbon and oxygen stable isotopes as ecophysiological tools in cereal breeding/isòtops estables d'oxigen i carboni com a eines ecofisiològiques de selecció de cereals
- Autores: Llorenç Cabrera Bosquet
- Directores de la Tesis: Salvador Nogués Mestres (dir. tes.), José Luis Araus Ortega (codir. tes.)
- Lectura: En la Universitat de Barcelona ( España ) en 2010
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Hipólito Medrano Gil (presid.), Gustavo A. Slafer (secret.), Vincent Vadez (voc.)
- Materias:
- Texto completo no disponible (Saber más ...)
- Resumen
In the next decades, climate change, and global demand of cereals for food, feed and fuel could seriously threaten food security in many areas of the world. Wheat (C3, Triticum ssp.) and maize (C4, Zea mays L.) are the main crops in terms of production but commonly grown in rain-fed production systems where water scarcity, frequently accompanied by low nitrogen availability, is the main constraint limiting yield. Breeding and agronomy for rain-fed cereals may take advantage of using physiological traits such as phenotypical criteria for selecting genotypes better adapted to such growing conditions.
This Thesis explores the use of carbon isotope discrimination (D13C) and the oxygen isotope enrichment (D18O) of the plant matter as ecophysiological tools in cereal breeding and crop management. Wheat and maize plants were exposed to different experimental conditions and the use of D13C or the D18O alone or in combination for assessing crop performance were studied. In addition surrogates or alternatives to stable isotopes, such as the mineral accumulation and the assessment of these traits by near-infrared reflectance spectroscopy (NIRS), were also evaluated.
This study demonstrates that in wheat D13C provided a time-integrated record of photosynthetic and transpirative performance of the plant, reflecting differences in WUE, gas exchange, plant growth and yield. In maize, the particular characteristics of the C4 photosynthetic metabolism seem to explain the small genotypic and even environmental range of variation in D13C, thus limiting its use for breeding purposes. Interestedly, D18O proved as long-term integrator of transpirative performance as well as predictor of grain yield and related agronomical parameters in both wheat and maize, confirming its independence from photosynthetic process and its potential usefulness in breeding and agronomy of C3 and C4 crops.
Resum El canvi climàtic, junt amb la demanda global de cereals destinats a l'alimentació humana i animal i a la producció de bio-combustibles amenacen greument la seguretat alimentària en moltes zones del planeta. El blat (C3, Triticum ssp.) i el panís (C4, Zea mays L.) són els principals cultius en termes de producció. Malgrat això es conreen freqüentment en sistemes de secà on la manca d'aigua, acompanyada sovintment amb una baixa disponibilitat de nitrogen, és la principal limitació de la producció. La millora de cereals de secà pot treure profit en l'ús de trets fisiològics com a criteris fenotípics de selecció de genotips millor adaptats a aquestes condicions de creixement.
Aquesta Tesi estudia l'ús de la discriminació isotòpica del carboni (D13C) i l'enriquiment isotòpic de l'oxigen (D18O) com a eines ecofisiològiques en la millora de cereals i l'agronomia. Plantes de blat dur i panís es van sotmetre a diferents condicions ambientals i es va estudiar l'ús de la D13C o el D18O per si sols o en combinació per tal d'avaluar el comportament d'aquests cultius. A més a més, es va avaluar l'ús de mesures alternatives o complementàries als isòtops estables tals com l'acumulació de minerals i la predicció d'aquests trets a través de l'espectroscòpia de reflectància a l'infraroig proper (NIRS).
Aquest estudi demostra que la D13C a blat (cultiu C3) va integrar en el temps el comportament fotosintètic i transpiratiu del cultiu, reflectint diferències en l'EUA, bescanvi gasós, creixement i rendiment. Al panís, les característiques del metabolisme fotosintètic C4 semblen explicar la baixa variabilitat genotípica, i fins i tot ambiental, de la D13C, limitant així la seva utilitat en la millora de cereals. Per contra en ambdós cultius, el D18O va demostrar ser un bon integrador en el temps dels processos transpiratius de la planta i va reflectir diferències en el rendiment i les seves components, confirmant així la seva independència sobre els processos fotosintètics i la seva utilitat potencial en millora i agronomia de cultius C3 i C4.
