Physiological responses of forest species to water stress

• Main Author: Marina Shinkai Gentil Otto
• Other Authors: Ricardo Ferraz de Oliveira
• Language: English
• Published: Universidade de São Paulo 2015
• Subjects: Anatomia; Cavitação do xilema; Condutância estomática; GABA; Tolerância ao estresse; Anatomy; Stomatal conductance; Stress tolerance; Xylem cavitation
• Online Access: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/11/11144/tde-05112015-154241/

Abiotic and biotic stresses affect tree growth and play a major role in determining the geographic distribution of species. The objective of this study is to elucidate the following questions: (1) are GABA aminoacid and stomatal control good indicators of tolerance to water stress in Eucalyptus clones? In addition, what are the anatomical differences between drought-tolerant and drought-sensitive clones of Eucalyptus? (2) Are there differences of xylem vulnerability to cavitation in Pinus flexilis families susceptible and resistant to white pine blister rust (WPBR) and with different origins (high and low altitudes)? Two studies were carried out to elucidate the issues above. On chapters 1, eight Eucalyptus clones from different geographical and climatological conditions, three drought-sensitive (CNB, FIB and JAR), three drought-tolerant (GG, SUZ and VM), and two plastics (VER and COP), were studied in normal water supply (control treatment) and in water stress conditions (stress treatment). The first chapter concluded that GABA is an aminoacid very sensitive to water stress, but there was no relation between GABA concentration and tolerance to water stress of the clones. In addition, all clones decreased stomatal conductance with increasing vapor pressure deficit, and plastics and drought-tolerant clones (except GG) presented lower stomatal sensitivity to vapor pressure deficit under stress conditions than drought-sensitive clones. Besides, all clones showed differences on the anatomical parameters between, and only COP (plastic) and SUZ (drought-tolerant) showed homogeneous mesophyll and amphi-hipostomatic leaves. All clones increased the number of stomata and reduced leaf thickness of the leaves formed after water stress period. On the chapter 2, we studied 12 families of Pinus flexilis originating from high and lower altitudes, in which six families previously shown to contain the dominant C4 allele (resistant to WPBR) and six families without C4 allele (susceptible to WPBR). This study showed that the mean cavitation pressure (MCP) of Pinus flexilis varying between 3.63 a -4.84 Mpa, although there was a significant difference in vulnerability to cavitation comparing all families, this variable was not related to WPBR and origin region. These studies highlight that the physiological responses of plants under water stress conditions are important tools that can be used to complement the strategies of genotype selection in forest breeding programs. === Estresses abióticos e bióticos podem afetar o crescimento das árvores e desempenham um papel importante na determinação da distribuição geográfica das espécies. O objetivo deste estudo, foi elucidar as seguintes questões: (1) o aminoácido GABA e o controle estomático são bons indicadores da tolerância ao estresse hídrico em clones de Eucalyptus? E quais são as diferenças anatômicas entre clones de Eucalyptus tolerantes e sensíveis ao estresse hídrico? (2) existem diferenças de vulnerabilidade a cavitação do xilema entre famílias de Pinus flexilis suscetíveis e resistentes à ferrugem do pinho branco (WPBR) e com diferentes procedências (elevada e baixa altitudes)? Dois estudos foram desenvolvidos para elucidar as questões acima descritas. No capítulo 1, oito clones de Eucalyptus de diferentes procedências e condições climáticas, sendo três clones sensíveis ao estresse hídrico (CNB, FIB e JAR), três clones tolerantes ao estresse hídrico (GG, SUZ e VM) e dois clones plásticos (VER e COP), foram estudados sob duas condições distintas: sob adequado suprimento de água (tratamento controle) e sob condições de estresse hídrico (tratamento estresse). Do primeiro capítulo concluiu-se que o GABA é um aminoácido que possui alta sensibilidade ao estresse hídrico, no entanto, não houve relação entre a concentração de GABA e os níveis de tolerância ao estresse hídrico dos clones. Além disso, todos os clones reduziram a condutância estomática em relação ao aumento do déficit de pressão de vapor (DPV), sendo que, sob condições de estresse hídrico, os clones plásticos e tolerantes à seca (exceto o clone GG) apresentaram menor sensibilidade estomática ao DPV do que os clones sensíveis ao estresse hídrico. Além disso, todos os clones apresentaram diferenças anatômicas, sendo que, diferentemente dos demais, os clones COP (plástico) e SUZ (tolerante) apresentaram mesofilo homogêneo e folhas anfi-hipoestomáticas. Todos os clones aumentaram a quantidade de estômatos e reduziram a espessura foliar das folhas formadas após períodos de estresse hídrico. No segundo capítulo foram avaliadas 12 famílias de Pinus flexilis procedentes de regiões de baixa e alta altitudes, sendo seis famílias contendo um alelo dominante C4 (resistente à WPBR) e seis famílias sem o alelo C4 (suscetíveis à WPBR). Este estudo apresentou uma variação da pressão média da cavitação (MCP) para Pinus flexilis de -3,63 a -4,84 Mpa, e embora tenha havido uma diferença significativa da susceptibilidade a cavitação entre todas as famílias estudadas, esta variável não relacionou-se com a susceptibilidade a doença WPBR e com a região de procedência das famílias. Estes estudos comprovam que a avaliação das respostas fisiológicas das plantas sob condições de estresse hídrico são importantes ferramentas que podem ser utilizadas para complementar as estratégias da seleção de genótipos em programas de melhoramento florestal.