Understanding wheat yield responses to heat waves and availability of resources

• Autores: Breno Bicego
• Directores de la Tesis: Roxana Savin Parisier (dir. tes.), Gustavo A. Slafer (dir. tes.)
• Lectura: En la Universitat de Lleida ( España ) en 2025
• Idioma: español
• Número de páginas: 166
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  • Tesis en acceso abierto en: TDX
• Resumen
  • español

    Mejorar la productividad del trigo es más urgente que nunca, debido al aumento de condiciones estresantes derivadas del cambio climático. Para afrontar este desafío, es esencial aumentar tanto el potencial de rendimiento como la tolerancia de los cultivos a diversos factores de estrés ambiental. Sin embargo, el rendimiento es un atributo extremadamente complejo y, como tal, es difícil de mejorar de forma directa. Por eso, identificar atributos relativamente más simples que contribuyan al rendimiento sin perjudicar otros complementarios resulta clave para avanzar. Entre los distintos factores de estrés ambiental, las olas de calor son una de las amenazas más graves para la productividad agrícola mundial, incluido el cultivo de trigo. Las previsiones indican un aumento en su frecuencia e intensidad en las próximas décadas. Además, su impacto suele ser más severo de lo que cabría esperar si se compara con aumentos similares en la temperatura media, y ya han provocado importantes pérdidas de cosecha en los últimos años. Un problema añadido es que, al aumentar su frecuencia, también crece la probabilidad de que ocurran varios eventos de olas de calor dentro de la misma estación de crecimiento del cultivo, una situación que aún no se ha estudiado en profundidad. A esto se suma las oscilaciones de un año a otro que causa más incertidumbre sobre la disponibilidad de recursos para los cultivos, lo que también puede interferir en la sensibilidad de los cultivos a una ola de calor. Este trabajo tuvo como objetivo principal cuantificar cómo afectan la disponibilidad de recursos, las olas de calor y su combinación al rendimiento del grano, y analizar la plasticidad de sus componentes en materiales de trigo de élite seleccionados por sus diferencias en rendimiento y en el número de granos. Para este propósito, se realizaron seis experimentos de campo bajo riego y fertilización para evaluar: i) la respuesta de genotipos de trigo con diversa plasticidad de granos por espiga a las variaciones en el número de espigas bajo distintos niveles de recursos, y ii) la respuesta de genotipos con estrategias de rendimiento contrastantes (mayor número de granos o peso promedio del grano) a las olas de calor. Adicionalmente, se investigó la interacción de las olas de calor con la disponibilidad de recursos, o la ocurrencia de más de un evento de ola de calor en una misma campaña. Los resultados mostraron que el número de espigas determina, de manera general, la cantidad de granos, mientras que los granos por espiga permiten ajustar y afinar esa producción. La plasticidad de los granos por espiga en respuesta a una mayor disponibilidad de recursos durante el período crítico estuvo estrechamente relacionada con las flores fértiles, lo que a su vez dependió de la supervivencia de los primordios de las flores iniciadas. Por otro lado, cuando se produjo una ola de calor durante este período crítico, el impacto se centró en el cuajado de los granos, sin afectar el desarrollo de las flores ni el número final de granos. El tratamiento con ola de calor siempre resultó en pérdidas de rendimiento, aunque el componente afectado varió según el momento de su ocurrencia: si la ola de calor se produjo antes de la antesis, disminuyó el número de granos; si ocurrió durante el llenado, afectó al peso promedio del grano. Aunque las pérdidas absolutas fueron mayores cuando el estrés ocurrió tras la antesis, al corregir por la severidad del evento, se observó que el período de pre-antesis es más sensible al calor que el post-antesis. Además, los cultivos expuestos a un evento de calor antes de la antesis mostraron menor sensibilidad a un segundo evento de calor, en comparación con los que no habían sido expuesto a calor previamente, lo que sugiere una interacción antagónica entre las olas de calor, probablemente debida a un efecto de "priming". Este proceso de "priming" en los procesos reproductivos, observado en condiciones reales de campo, no había sido documentado hasta ahora. Comprender la plasticidad genotípica es fundamental para poder guiar a los mejoradores en la selección de genotipos (o un conjunto de atributos) capaces de mantener un alto rendimiento bajo condiciones variadas. Además, el momento del estrés también debe considerarse, ya que un genotipo con mayor plasticidad puede ser capaz de compensar las penalizaciones derivadas de un estrés temprano.

  • català

    Millorar la productivitat del blat és més urgent que mai, a cauda de les creixents pressions ambientals associades al canvi climàtic. Per afrontar aquest desafiament és essencial augmentar tant el potencial de rendiment com com la tolerància dels cultius a diversos factors d’estrès ambiental. No obstant això, el rendiment és un tret extremadament complex i, com a tal, és difícil de millorar-de manera directa. Per això, identificar trets relativament més simples que contribueixin al rendiment sense perjudicar altres trets complementaris resulta clau per a avençar. Entre els diferents factors d'estrès ambiental, les onades de calor són una de les amenaces més greus per a la productivitat agrícola global, inclòs el blat. Les projeccions indiquen un augment en la seva freqüència i intensitat en les pròximes dècades. A més, el seu impacte sol ser més severdel que s'esperaria si es compara amb augments similars en la temperatura mitjana i ja han provocat importants pèrdues de collita en els darrers anys. Un problema afefit és que, en augmentat la seva freqüència, també creix la probabilitat que ocorrin diverses onades de calor dins la mateixa temporada de cultiu, una situació que encara no s’ha estudiat en profunditat. A això se sumen les oscil·lacions d’un any a un altre que causa més incertesa sobre la disponibilitat de recursos per als cultius, la qual cosa també pot interferir en la sensibilitat dels cultius a una onada de calor. Aquest treball va tenir com a objectiu principal quantificar com afecta la disponibilitat de recursos, les onades de calor i la seva combinació al rendiment del gra, i analitzar la plasticitat dels seus components en materials de blat d'elit seleccionats per les seves diferències en rendiment i en el nombre de grans. Per aquest proposit, es realitzar sis experiments de camp sota reg i fertilització per avaluar: i) la resposta de genotips de blat amb diversa plasticitat de grans per espiga a les variacions en el nombre d'espigues sota diferents nivells de recursos, i ii) la resposta de genotips amb estratègies de rendiment contrastants (major nombre de grans o pes mitjà del gra) a les onades de calor amb la disponibilitat de recursos o l'ocurrència de més d'una onada de calor en una mateixa campanya. Els resultats mostren que el nombre d'espigues determina, de manera general, el nombre de grans, mentre que els grans per espiga permeten ajustar i afinar aquesta quantitat. La plasticitat dels grans per espiga en resposta a una major disponibilitat de recursos durant el període crític va estar estretament relacionada amb la dels flòsculs fèrtils, la qual va ser afectada principalment per la supervivència dels primordis dels flòsculs iniciats. D'altra banda, quan es va produir una onada de calor durant aquest període crític, l’impacte es centrar en la fixació del gra més que sobre el desenvolupament del flòscul o el nombre final. El tractament amb onada de calor sempre va resultar en pèrdues de rendiment, sent el nombre de grans el component afectat quan va ocórrer en la pre-antesi i el pes mitjà del gra quan es va imposar durant l'ompliment del gra. La resposta del rendiment del gra a una onada de calor post-antesi va ser més alta en valors absoluts en comparació amb la pre-antesi. Tanmateix, quan la resposta del rendiment del gra es va normalitzar per la severitat de l'onada de calor, el període de pre-antesi és més sensible a l'onada de calor que el post-antesi. A més, els cultius exposats a un esdeveniment de calor en la pre-antesi van mostrar menys sensibilitat a un segon esdeveniment de calor que un cultiu que no havia estat mai exposat a calor, suggerint una interacció antagònica entre les onades de calor probablement causada per un efecte de "priming". Aquest procés de "priming" en els processos reproductius, observat en condicions de camp, nohavia estat documentat fins ara. Comprendre la plasticitat genotípica és fonamental pera poder guiar els milloradors en la selecció de genotips (o un conjunt de trets) capaços de mantenir un bon rendiment sota condicions variades. A més, el moment de l'estrès també ha de considerar-se, ja que un genotip amb major plasticitat pot ser capaç de compensar les penalitzacions derivades d'un estrès primerenc.

  • English

    Improving wheat productivity is more urgent than ever, particularly given the escalating environmental stresses associated with climate change. Prospective solutions lie in enhancing both yield potential and tolerance to diverse environmental stressors. But yield is an extremely complex trait, and as such it is hard to improve. Identifying relatively simpler traits determining yield and not bringing trade-offs in complementary traits is relevant to improve yield. Among environmental stresses, heat waves represent a serious threat to global agricultural productivity, including wheat, and projections indicate a rise in their frequency and intensity in the coming decades. Their negative impacts are more severe than would be expected from similar increases in average temperature and have certainly caused significant crop losses in recent decades. Moreover, the projected increase in frequency means a higher likelihood of recurrent heat waves in a single growing season whose interaction has not been studied yet. Another impact of the oscillating year-to-year environmental conditions is on the uncertainty about the resource availability for crops and may also interfere in the sensitivity of crops to a heat wave. Therefore, the main objectives were to quantify the effects of environmental factors (availability of resources, heat waves, and their combination) on grain yield and to assess plasticity of its components in elite wheat material selected for having inherent contrasting grain yield or grain number components. For this purpose, six field experiments were conducted under irrigation and fertilisation for evaluating: i) the response of wheat genotypes with diverse plasticity of grains per spike to variations in spike number to a range of resource availability, and ii) the response of genotypes with contrasting yield strategies (higher grain number or average grain weight) to heat waves. Additionally, investigating the interaction of heat waves with diverse resource availability, or the occurrence of more than one heat wave in the growing season. It was confirmed that spike number acts as a coarse regulator of grain number while grains per spike provide fine tuning. The plasticity of grains per spike in response increased availability of resources during the critical period was tightly related to that of fertile florets which was mainly affected by the survival of the floret primordia initiated. On the other hand, the effect of a heat wave during this same period was mostly on grain setting rather than on the floret development or the final number. The heat wave treatment always resulted in yield penalties, being grain number the component affected when occurring in pre-anthesis and average grain weight when imposed during grain filling. The grain yield response to a post-anthesis heat wave was higher in absolute values compared to pre-anthesis. However, when the grain yield response was normalized by the severity of the heat wave, the pre-anthesis period is more sensitive to heat wave than post-anthesis. The crop exposed to a heat event in pre-anthesis was less responsive to a second heat event than a crop that had not been exposed to heat earlier suggesting an antagonistic interaction between heat waves probably caused by a priming effect. The priming evidenced here on reproductive processes seems not have been shown before under field condition. Understanding the genotypic plasticity may guide breeders in selecting genotypes (or a set of traits) that perform well under varied conditions. The timing of stress should also be considered as a genotype with higher plasticity may be able to compensate for the penalties of an early stress.