Use of physiological traits in tree breeding for improved yield in drought-prone environments. The case of Eucalyptus globulus

Abstract

Selecting for improved growth in drought-prone environments may lead to a trade-off between traits related to both growth and drought resistance. This paper provides a review of the use of physiological traits in breeding for yield improvement in water-limited environments. Plant responses to water stress can be grouped into strategies, which are species-specific. Once a species drought resistance strategy is known, several physiological traits can be selected to be used in the species breeding program. Despite there are multiple physiological traits involved in plant responses to drought, only a few of them have been actually used to improve both growth and drought resistance. This review highlights the relevance of stomatal conductance and water-use efficiency as well as hydraulic traits in breeding for improved growth in drought-prone environments. It is illustrated with unpublished results obtained in several research programmes that share a common objective: improving Eucalyptus globulus growth and survival in south-western Spain throughout early selection based on morpho-physiological traits.Key words: Drought tolerance strategies, stomatal conductance, water use efficiency, hydraulic conductivity, xylem vulnerability, Tasmanian blue gum. ResumenUtilización de parámetros fisiológicos en programas de mejora del crecimiento bajo déficit hídrico La selección de genotipos con el objetivo de mejorar el crecimiento bajo suministro hídrico limitante exige buscar un equilibrio entre aquellos caracteres que permiten optimizar el crecimiento y los que confieren mayor resistencia a la sequía. En el presente artículo se realiza una revisión del uso de parámetros fisiológicos en programas de mejora establecidos para zonas donde el agua es factor limitante. Las plantas muestran un amplio abanico de respuestas frente al déficit hídrico, que se pueden agrupar en estrategias. Una vez conocida la estrategia de respuesta al estrés hídrico en una especie, se puede abordar la selección parámetros fisiológicos a utilizar como herramientas de mejora. Entre estos parámetros destacan por su interés la conductancia estomática, la eficiencia en el uso del agua y parámetros hidráulicos. La revisión del uso de estos parámetros se ha ilustrado con datos bibliográficos y datos obtenidos en el marco de varios proyectos de investigación, establecidos con un objetivo primordial: mejorar la productividad de las plantaciones de Eucalyptus globulus en el suroeste español, mediante programas de mejora que incorporen criterios de selección precoz basados en parámetros morfo-fisiológicos.Palabras clave: Estrategias de tolerancia a la sequía, conductancia estomática, eficiencia en el uso del agua, conductividad hidráulica, vulnerabilidad a la cavitación, eucalipto.

Physiological and biochemical traits of drought tolerance inArgania spinosa

“…Stomata close during the period of drought stress to respond to variations in soil water status and/or leaf water potential (Pita et al 2005). Drought stress causes also an increase in the cellular level of reactive oxygen species (ROS), reflecting an oxidative stress (Møller et al 2007;Pyngrope et al 2013).…”

“…Certain species have developed adaptive mechanisms to tolerate drought (Pita et al 2005). Drought tolerance stimulates subtle variations in the biochemical and physiological processes.…”

Respuesta en parámetros de intercambio gaseoso y supervivencia en plantas jóvenes de genotipos comerciales de Eucalyptus spp sometidas a déficit hídrico

“…La disminución de la conductancia estomática ha sido reportada como una de las principales limitantes de la fotosíntesis (Pita et al 2005), lo que consecuentemente disminuiría las tasas de crecimiento. La disminución de las tasas de fotosíntesis se generó cuando la conductancia estomá-tica alcanzó valores menores de 0,10 moles de H 2 O m -2 s -1 , lo cual concuerda con los datos recopilados por Flexas et al (2006), quienes señalan que bajo este rango de conductancia estomática el estrés hídrico aumenta las limitaciones bioquímicas, además de disminuir la concentración de CO 2 interno (C i ) y por ende se produce la inhibición de la fotosíntesis.…”

“…Sin embargo, la disminución de la tasa fotosintética no solo es explicada por este factor, sino que también por otros como cambios en la de difusión del CO 2 y en la conductancia de este a través del mesófilo ). Algunas investigaciones señalan que la buena correlación existente entre conductancia estomática y fotosíntesis permite usarla como referencia para evaluar estrés hídri-co (Medrano et al 2002, Pita et al 2005, Eksteen et al 2013 y, en consecuencia, evaluar los efectos de la mejora genética en la resistencia a la sequía sobre el crecimiento (Wikberg y Ögren 2004). El análisis de estos procesos fisiológicos que regulan los flujos de agua en las plantas (absorción y pérdida) permiten cuantificar la eficiencia con la que estas usan el agua.…”

“…Las medidas de intercambio de gases en hojas permiten determinar la fotosíntesis neta y la transpiración, y con ello la eficiencia instantánea en el uso del agua (EUA i ) a escala foliar como el cociente de estos dos parámetros ). En estudios de la variación de la EUA i en distintos genotipos y condiciones de disponibilidad de agua en el suelo se ha reportado que las diferencias encontradas dependen de la estrategia de respuesta de los genotipos al déficit hídrico, atribuidas a variaciones en el intercambio gaseoso (Pita et al 2005, Navarrete et al 2013) y ha sido considerado de interés para evaluar la adaptación de genotipos a condiciones de sequía (Li 2000, Dye 2000.…”