Use of physiological parameters as fast tools to screen for drought tolerance in sugarcane

Abstract

Use of physiological parameters as fast tools to screen for drought tolerance in sugarcane: Drought is one of the major limitations to plant productivity worldwide. Identifying suitable screening tools and quantifiable traits would facilitate the crop improvement process for drought tolerance. In the present study, we evaluated the ability of four relatively physiological parameters (variable-to-maximum chlorophyll a fluorescence ratio, F v /F m ; estimated leaf chlorophyll content via SPAD index; leaf temperature, LT; and, leaf relative water content, RWC) to distinguish between drought tolerant and susceptible sugarcane genotypes subjected to a 90-d drought cycle. Eight field-grown genotypes were studied. By 45 d after the onset of treatments, the F v /F m , SPAD index and RWC of drought-stressed plants had declined significantly in all genotypes compared to values at the onset of well-watered treatments. However, the reductions were more severe in leaves of susceptible genotypes. Under drought stress, the tolerant genotypes as a group, maintained higher F v /F m (8%), SPAD index (15%), and RWC (16%) than susceptible genotypes. In general, LT of drought-stressed plants was higher (~4°C) than that of well-watered plants but the relative increase was greater among drought susceptible genotypes. Under drought stress, LT of tolerant genotypes was on average 2.2°C lower than that of susceptible genotypes. The results are consistent with the tolerantsusceptible classification of these genotypes and indicate that these tools can be reliable in screening for drought tolerance, with F v /F m , SPAD index and LT having the added advantage of being nondestructive and easily and quickly assessed. Key words: chlorophyll a fluorescence, relative water content, leaf temperature, Saccharum, water deficit Uso de parâmetros fisiológicos como ferramentas rápidas para selecionar tolerância à seca em cana-de-açúcar: A seca é uma das maiores limitações à produtividade das plantas em todo o mundo. Identificar ferramentas satisfatórias de seleção e características quantitativas facilitaria o processo de melhoramento de uma cultura para tolerância à seca. No presente estudo, foi avaliada a adequação de quatro parâmetros fisiológicos (razão entre fluorescências variável e máxima da clorofila a, F v /F m ; estimativa do conteúdo de clorofila na folha via o índice SPAD; temperatura da folha, TF; e conteúdo relativo de água na folha, CRA) para distinguir entre genótipos de cana-de-açúcar tolerantes e suscetíveis submetidos a um ciclo de 90 dias de déficit hídrico. Foram avaliados oito genótipos, cultivados sob condições de campo. Aos 45 dias após o estabelecimento dos tratamentos, F v /F m , índice SPAD e CRA das plantas sob estresse declinaram significativamente em todos os genótipos, comparados aos respectivos controles sob condições ideais de irrigação. Entretanto, as reduções foram mais severas nas folhas dos genótipos suscetíveis à seca. Sob estresse hídrico, o grupo dos genótipos tolerantes manteve maiores valores de F v /F m (8%), ...

Produtividade de três cultivares de cana-de-açúcar sob manejos de sequeiro e irrigado por gotejamento

“…Em estudos realizados por outros autores, constatou-se que genótipos de cana-de-açúcar respondem diferentemente ao aumento da disponibilidade hídrica (Ramesh & Mahadevaswamy, 2000;Inman-Bamber & Smith, 2005;Smit & Singels, 2006;Silva et al, 2007). Segundo Saliendra et al (1996) e Inman-Bamber & Smith (2005) a eficiência de utilização de água de uma cultivar de cana-de-açúcar está relacionada a fatores fisiológicos, como: capacidade de discriminação do isótopo estável 13 C pela enzima ribulose-1,5-bifosfato; a condutância estomática e a partição de fotoassimilados, entre outros, e morfológicos, como: índice de área foliar; elongação dos colmos e partição de matéria seca.…”

“…Silva et al (2008) relataram que maior produtividade de canade-açúcar foi observada para a cultivar que manteve maiores atributos biométricos, tais como número massa e altura de colmos sob condições de estresse hídrico provocado por seca. Ainda a falta de água reduz a quantidade e a razão da fluorescência (Fv/Fm) da clorofila e o conteúdo relativo de água nas folhas, variáveis correlacionadas com produtividade (Silva et al, 2007). Assim, o manejo racional da água na cultura de cana-de-açúcar é fundamental para a maximização da produção (Dantas Neto et al, 2006).…”

Sugarcane Response to Water-Deficit Stress during Early Growth on Organic and Sand Soils

“…Water-deficit stress alters a variety of growth and physiological processes in sugarcane, which cause decreased yields (Zhang et al, 2001;Silva et al, 2007). Therefore, early detection of water-deficit stress is important for irrigation management and could serve as a selection mechanism for drought tolerance.…”

“…Unlike the muck soil stresses, such as excessive nitrogen and frequent flooding conditions due to shallow water tables , sugarcane grown on sand soils is often subjected to environmental stresses such as nutrient deficiencies (Ezenwa et al, 2005) and water deficit (Silva et al, 2007) due to low soil organic matter and low soil water content (Ezenwa et al, 2005). Thus, we propose that a stronger focus on genotypic tolerance to the abiotic factors that challenge sugarcane grown on sand soils will contribute to improved genetic potential for yields.…”

“…These physiological traits are directly or indirectly associated with crop growth and yields (Tollenaar and Aguilera, 1992;Zhang et al, 2001;Silva et al, 2007). There is genetic variation among crop species and genotypes within species in response to water-deficit stress that is also affected by developmental growth stage.…”