Browsing by Subject "Efectos del estrés sobre las plantas"

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    Effect of the substrate and the mycorrhiza application on the physiological functioning of ornamental species subjected to water and saline stress
    (Universidad de Murcia, 2022-03-14) Lorente Pagán, Beatriz; Sánchez-­Blanco, Mª Jesús; Ortuño Gallud, Mª Fernanda; Escuela Internacional de Doctorado
    Esta investigación aborda el efecto de diferentes estrategias de riego tanto en cuanto a las dosis de agua aplicadas, como en el origen y la calidad de las mismas en el cultivo de especies ornamentales con distintos fines medioambientales. Los ensayos realizados evalúan la respuesta y comportamiento de una serie de especies, a un estrés hídrico severo y al riego de aguas no convencionales. Asimismo, también evalúan la posibilidad de utilizar sustratos alternativos a los comúnmente empleados que sean respetuosos con el medioambiente y con propiedades físico-químicas tolerables para las especies de cultivo. Se estudia como la composición del sustrato afecta el desarrollo del estrés hídrico y la posterior recuperación al inducir cambios fisiológicos en las plantas. A ello se le suma la aplicación de hongos formadores de micorrizas (hongo arbuscular Glomus iranicum var. tenuihypharum y hongo ectomicorrícico Pisolithus tinctorius), que pueden mejorar la eficiencia en el uso del agua y los nutrientes, mitigando los efectos negativos que las condiciones de estrés hídrico e iones tóxicos ocasionan en las plantas. Este trabajo está conformado por dos capítulos, en el primero se avanza en el conocimiento sobre el aporte micorrízico en plantas de Cistus albidus que crece con diferentes tipos de sustrato y sometidas a estrés hídrico, y en el segundo se aborda las estrategias de idoneidad para el uso de recursos hídricos salinos para el riego en diferentes especies. Todos estos estudios están orientados a optimizar la eficiencia en el uso del agua de especies mediterráneas con fines ornamentales, obteniendo plantas de calidad y favoreciendo su adaptación a condiciones medioambientales desfavorables. En el primer capítulo los ensayos se llevaron a cabo en una cámara de crecimiento con dos tipos de sustratos: un sustrato comercial y un sustrato compost. Un grupo de plantas se cultivaron en condiciones de buen riego y otro en condiciones de estrés hídrico, posteriormente, se restableció el agua en todas las plantas (período de recuperación). En condiciones de estrés abiótico, la gestión del riego nos lleva a utilizar herramientas biológicas como la aplicación de micorrizas, lo cual puede mejorar la eficiencia en la absorción del agua y los nutrientes por lo que se quiso evaluar si los hongos Glomus iranicum var. tenuihypharum y Pisolithus tinctorius, podrían proporcionar beneficios cuando las plantas se encuentran en condiciones de estrés hídrico. En el segundo capítulo se identificó cuál de dos especies con diferente tolerancia a la salinidad, Salvia officinalis L. y Asteriscus maritimus L., era más apta para riego con aguas salobres, procedentes de aguas residuales tratadas, así como el efecto de la micorriza arbuscular Glomus iranicum en este tipo de agua. Además, se quiso evaluar la capacidad de recuperación de los parámetros fisiológicos de las plantas que habían sido regadas con aguas residuales tratadas, tras un período de riego con aguas de buena calidad. Además de este ensayo, que se realizó en cámara de crecimiento, se llevó a cabo un experimento en un invernadero con las especies halófitas Crithmum 2 maritimum y Atriplex halimus, plantadas en suelo. Estas se regaron con dos tipos de agua diferentes: aguas residuales regeneradas (RWW) y salmuera originada por ósmosis inversa (ROB), ya que estas especies son capaces de hacer frente a un exceso de NaCl en sus tejidos, aunque no está claro si pueden tolerar otros componentes o impurezas asociados con el uso de aguas no convencionales. De este modo en el primer capítulo se vio que las plantas de C. albidus que crecen en sustrato de compost tienen un buen equilibrio nutricional, aunque, cuando se exponen al estrés hídrico, sufren más que las plantas que crecen en sustrato comercial debido a la presencia de elementos pesados. El desarrollo del estrés hídrico fue más lento en las plantas que crecieron en sustrato de compost y la restauración del riego representó un nuevo estrés para ellas, especialmente aquellas que crecen en sustrato comercial. El estrés hídrico estimuló positivamente los niveles de ABA y SA, mejorando fuertemente la tolerancia a la sequía. Cistus albidus puede formar tanto ectomicorrizas como hongos micorrízicos arbusculares en condiciones de cámara de crecimiento controladas y en macetas con diferentes sustratos, aliviando los efectos nocivos de la sequía, ya que se reducen los niveles de escopoletina, y minimizando la acumulación de iones Na y aumentando los niveles de K y P en las hojas. En el segundo capítulo se vio como Asteriscus maritimus y Salvia officinalis son susceptibles a la micorrización con Glomus iranicum, que mejora los parámetros fotoquímicos en ambas especies cuando se riegan con agua regenerada. La mayor tolerancia a la salinidad de Asteriscus maritimus al riego con aguas residuales regeneradas se debe a que retiene iones tóxicos en las raíces, dificultando su absorción y limitando su acumulación en la parte aérea. En Asteriscus maritimus y Salvia officinalis, el retorno al riego con agua dulce induce la recuperación del intercambio de gases, el estado hídrico y la capacidad de las plantas para reparar el daño de la membrana. Las plantas de Atriplex halimus irrigadas con ROB mantuvieron el crecimiento a través del ajuste osmótico y la regulación de la actividad estomática mientras que en Crithmum maritimum, no influyó en las relaciones hídricas ni en la actividad fotosintética. Por tanto, el riego con RWW y ROB puede considerarse una buena alternativa al uso de agua de riego convencional con fines de revegetación ya que los efectos de la salinidad no influyeron visiblemente en el desarrollo de Atriplex halimus o Crithmum maritimum.
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    Influencia hormonal en el uso eficiente del agua y en respuesta al estrés abiótico en tomate (Solanum lycopersicum L)
    (2014-05-20) Cantero Navarro, Elena; Pérez Alfocea, Francisco; Albacete Moreno, Alfonso Antonio; Facultad de Biología
    La disponibilidad de agua es una de las mayores limitaciones en la productividad vegetal (Boyer, 1982) y es uno de los principales factores en la distribución de las especies vegetales. La tolerancia de un cultivo al estrés hídrico esta esencialmente vinculada a su capacidad de acceder al agua del suelo y utilizarla de manera más eficiente. El cultivo del tomate destaca tanto por su importancia económica como por representar un elevado consumo de recursos hídricos, de manera que cualquier mejora en el uso eficiente del agua (WUE) tendría un gran impacto socioeconómico y medioambiental. Se estima que un incremento de un 10% en el WUE en este cultivo podría suponer, en la Región de Murcia, un ahorro de más de 1.1 hm3 de agua de riego, cantidad equivalente a los requerimientos anuales de una población de 20.000 habitantes La sección experimental del manuscrito se ha dividido en dos partes diferenciadas. En primer lugar, con el objetivo de estudiar el papel de las invertasas en la respuesta al estrés hídrico en tomate (Solanum lycopersicon L.), se generaron plantas transgénicas que sobreexpresaban un gen de una invertasa extracelular de Chenopodium rubrum (CIN1) bajo el control de un promotor de invertasa vacuolar de Solanum pimpinellifolium (InvLp6g). En segundo lugar, se realizó una aproximación genética con objeto de identificar y explotar caracteres hídricos y hormonales implicados en la mejora del WUE en tomate mediante el uso de líneas recombinantes (RILs) de tomate procedentes de un cruce entre S. lycopersicum cv Moneymaker y S. pimpinellifollium acc. TO-937. La sobreexpresión del gen CIN1 dio lugar a una disminución de la transpiración acumulada y a un incremento de la tasa fotosintética, resultando, por tanto, en un incremento del WUE en relación a las plantas no transformadas, al final del periodo de estrés hídrico (9 días). Esto parece estar relacionado con una mejor regulación de las relaciones fuente-sumidero a través del mantenimiento del flujo metabólico. Además, se observó una mejora en los mecanismos antioxidativos de las plantas CIN1. Los cambios observados en el metabolismo primario se asociaron con cambios en el balance hormonal: incremento de las concentraciones de la CK más activa en tomate, trans-zeatina (t-Z), y disminución en los niveles del precursor del etileno ACC. De este modo, la invertasa extracelular actúa como punto integrador entre el metabolismo primario y las fitohormonas en respuesta al estrés hídrico, postulándose como una nueva estrategia para superar los efectos adversos del estrés hídricos sobre la fisiología y la productividad final del cultivo. Por otra parte, mediante una aproximación genética se pudieron identificar aquellas señales hídricas y hormonales implicadas en la regulación del WUE a través del control de la biomasa foliar y de la capacidad fotosintética. La explotación de dichos caracteres mediante la tecnología del injerto ha demostrado tener una utilidad directa sobre la mejora de la productividad final de la planta a través de la comunicación raíz-parte aérea. El precursor del etileno ACC y el ABA parecen ser señales hormonales implicadas en el crecimiento foliar principalmente al final del periodo de cultivo, cuando la tasa de transpiración era más elevada. El ACC se asoció positivamente con el WUEaY (en base a producción de fruto) y negativamente con el WUEav (en base a biomasa vegetativa) a través de una regulación negativa del área foliar. Otros factores hormonales, como las CKs, SA, ACC y JA también parecen ser señales (positivas) en la regulación del crecimiento foliar y por tanto del WUEa. Por tanto, mediante una aproximación funcional, se ha puesto de manifiesto el papel de las invertasas en la tolerancia al estrés hídrico a través de una modificación del balance hormonal. Por otro lado, mediante una aproximación genética usando líneas RIL se han identificado caracteres hormonales (principalmente ACC y CKs), implicados en la regulación del WUE en tomate, y que han sido explotados para mejorar la productividad mediante la tecnología del injerto. Water availability is one of the major constraints on plant productivity (Boyer, 1982) as well as one of the main factors for the distribution of plant species. The tolerance of a crop to drought stress is essentially related to its ability to access to soil water and its efficiency use. In Spain, tomato is an important and high water consuming crop. Any improvement in water use efficiency (WUE) would imply a significant socioeconomic and environmental impact (e.g. an improvement of 10% in WUE of the greenhouse tomato crop in the Region of Murcia would save is equivalent to the water consumption of a population of 20.000 inhabitants). The experimental section of this thesis has been divided into two parts. Firstly, with the aim of studying the role of invertase in response to drought stress in tomato (Solanum lycopersicon L.), we generated transgenic plants overexpressing the cell wall invertase (cwInv) gene CIN1 from Chenopodium rubrum under the control of a promoter of vacuolar invertase from Solanum pimpinellifolium (InvLp6g). Secondly, we applied a genetic approach to identify and exploit water and/or hormonal-related traits associated with WUE through the use of a population of recombinant inbred lines (RIL) derived from a cross between Solanum lycopersicum and Solanum pimpinellifolium. CIN1 overexpression resulted in a decrease in accumulated transpiration and higher carbon assimilation, thereby increasing WUE compared to wild-type (WT) plants at the end of the drought period (9 days). This seems to be related to a better regulation of source-sink relations by maintaining metabolic fluxes. In addition, anti-oxidative mechanisms were improved in the CIN1 plants. Changes observed in primary metabolism were associated with changes in the hormonal balance. The concentration of the most active cytokinin (CK) in tomato trans-zeatin (t-Z) increased while the ethylene precursor 1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid (ACC) decreased in the CIN1 plants respect to WT. Thus, cwInv critically functions at the integration point of metabolic, hormonal and stress signals, providing a novel strategy to overcome drought -induced limitations to crop yield, without negatively affecting plant fitness under optimal growth conditions. Moreover, by using a genetic approach we could identify water- and hormonal-related traits directly involved in WUE regulation. These physiological traits can be directly transferred from the root to the scion through the use of selected RILs as rootstocks, improving crop productivity through root-to-shoot communication. Both the ethylene precursor ACC and ABA concentrations seem to be hormonal signals involved in leaf growth at the end of the experiment with higher transpiration rate. ACC was positively associated with WUEaY (base on fruit yield) and negatively with WUEav (based on vegetative biomass) through down-regulation of leaf area. Additionally, CKs, salicylic acid, ACC and jasmonic acid seem to be positive hormonal parameters regulating leaf growth and WUEa. Therefore, by using a functional approach it has been demonstrated that invertases play an important role in abiotic stress adaptation through a regulation in the hormonal balance. On the other hand, by using a genetic approach employing RIL lines we identified hormonal characters (mostly ACC and CKs), involved in the regulation of WUE in tomato and, thereafter, we exploited those characters to improve productivity crop thought the use of grafting.
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    Metabolic changes induced by the combination of abiotic stresses and identification of tolerance mechanisms in tomato plants.
    (Universidad de Murcia, 2022-03-28) López de la Calle, María; Martínez López, Vicente; Rivero Vargas, Rosa María; Escuela Internacional de Doctorado
    Las predicciones actuales referentes al cambio climático indican un incremento en las temperaturas y una importante reducción de la calidad de las aguas de riego, que, junto con las estimaciones en el incremento de la población mundial, hacen urgente la necesidad de buscar alternativas en la generación de cultivos con una mayor tolerancia a los distintos estreses abióticos. Frente a esta situación, en esta Tesis Doctoral se realizaron tres experimentos cuyo objetivo principal es ahondar en el conocimiento sobre el comportamiento que presentan las plantas de tomate al ser sometidas a la combinación de salinidad y altas temperaturas. En un primer experimento se realizó un estudio en una selección de plantas RILs (Recombinant inbred lines) obtenidas mediante el cruzamiento de una línea silvestre (S. pimpinellifollium L.), tolerante a condiciones abióticas extremas, y una línea comercial (S. lycopersicum L.), ya que estas plantas son una herramienta muy útil para el análisis de rasgos cualitativos de una especie. Una línea seleccionada como tolerante (RIL-76) y otra como sensible (RIL-66) fueron sometidas a la combinación de los estreses de salinidad y alta temperatura para determinar cómo esta situación afecta a la vía de absorción y asimilación de nitrógeno (N). La combinación de salinidad y alta temperatura afectó de diferente manera a la línea sensible y a la tolerante, mostrando en la tolerante un mayor crecimiento y rendimiento fotosintético. De igual manera, la línea tolerante también mostró una mayor actividad enzimática de las enzimas nitrato reductasa (NR), glutamato sintasa (GOGAT) y glutamato deshidrogenasa (GDH) que podría guardar relación con los altos niveles encontrados de glutamina (Gln), ácido glutámico (Glu), asparagina (Asn), ácido γ-aminobutírico (GABA), valina (Val), prolina (Pro) e isoleucina (Isoleu). Por otro lado, la línea sensible manifestó un déficit de los nutrientes K+, Mg2+ y contenido en N orgánico. Posteriormente, se realizó un experimento agronómico en condiciones reales de campo para determinar cómo afectaban los estreses de salinidad y alta temperatura combinados al metabolismo de los azúcares en los frutos de dos líneas RILs seleccionadas nuevamente como tolerante (RIL-76) y como sensible (RIL-18) y en dos estadios de maduración (fruto rojo y verde). La línea tolerante mostró un aumento significativo en la actividad de las enzimas fructosa-1,6-bisfosfatasa (FBPsa), sacarosa fosfato sintasa (SPS), sacarosa sintasa 3 (SUS3), glucosa-6-fosfato deshidrogenasa (G6PDH) e invertasa ácida (AI) en comparación con la línea sensible, lo que resultó en una mayor acumulación de fructosa, glucosa y UDP-glucosa. Finalmente, con el objetivo de integrar todos los datos y obtener una caracterización general de cómo afecta la combinación de salinidad y alta temperatura a plantas de una variedad comercial de tomate, se realizó un análisis de todo el perfil transcripcional y postranscripcional, así como análisis bioquímicos y fisiológicos. Los resultados mostraron que, bajo estas condiciones de estrés, se producía una reprogramación única de las vías metabólicas con cambios en la expresión diferencial de 1388 genes y la acumulación de 568 compuestos moleculares. La integración de los datos mostró una sincronización entre las vías de la prolina y el ascorbato para mantener la homeostasis celular. También se identificaron factores de transcripción de las familias Leucine Zipper Domain (bZIP), Zinc Finger Cysteine-2 / Histidine-2 (C2H2) y Trihelix que podrían ser reguladores de los genes diferencialmente expresados bajo la combinación de salinidad y alta temperatura. Estos ensayos demuestran la relevancia del estudio los estreses abióticos en combinación y sirven de base para la identificación de mecanismos de señalización de tolerancia al estrés.
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    Respuesta de las plantas de tomate a la combinación de salinidad y altas temperaturas
    (2014-03-04) Mestre Ortuño, Teresa; Martínez López, Vicente; Rivero Vargas, Rosa M.; Facultad de Biología
    El cultivo de tomate es uno de los más importantes de la cuenca mediterránea, que se caracteriza por tener un clima árido o semi-árido. El uso de aguas salinas para riego y las altas temperaturas son dos de los factores que más contribuyen a la disminución de la producción e indicen directamente sobre la aparición de la podredumbre apical o blossom-end rot (BER) en los frutos. Hasta la fecha, la mayoría de los trabajos se han centrado en el estudio de la respuesta a uno solo de estos factores, aunque el efecto de la salinidad podría acentuarse por las altas temperaturas. Por tanto, sería necesario conocer la respuesta de las plantas cuando ambos estreses se aplican simultáneamente. Por todo esto, se plantearon dos objetivos, el primer objetivo fue establecer la respuesta de tomate a la combinación de salinidad y altas temperaturas, para ello se realizaron dos experimentos, el primero en invernadero donde se estudiaron aspectos agronómicos y fisiológicos con relación a la producción y calidad de los frutos de tomate con la combinación de salinidad y altas temperaturas. El segundo se realizó en cámara de cultivo bajo condiciones controladas, y se analizó la respuesta primaria de la planta de tomate a la combinación de salinidad y altas temperaturas durante las primeras 72 horas. El segundo objetivo consistió en establecer los mecanismos responsables de la aparición de BER, para ello se cultivaron plantas de microtomate sometidas a deficiencia de calcio. Como resultados más destacables podríamos decir que la salinidad y altas temperaturas redujeron la producción comercial al reducir el tamaño de los frutos principalmente, también se disminuyó el porcentaje de cuajado y aumentó la incidencia de frutos con BER y rajados. Aunque la salinidad mejoró la calidad de los frutos, y la alta temperatura la empeoró. A las 72h de estrés, cuando salinidad y altas temperaturas se aplicaron conjuntamente, las plantas crecieron más que las del tratamiento salino. Absorbieron menos Na+ y más K+, aumentaron la asimilación de CO2, así como una mayor eficiencia cuántica de los fotosistemas y mayor eficiencia del fotosistema II en relación al tratamiento salino a 25ºC. Además, las plantas con salinidad acumularon prolina, mientras que las plantas con salinidad y alta temperatura acumularon Glicina betaína y trehalosa. Solamente en las plantas cultivadas con 0.1 mM Ca2+ se observaron frutos con BER, y de éstas sólo la mitad de la producción padeció esta fisiopatía. Además, los frutos afectados con BER tuvieron menos concentración de Ca2+ que los frutos aparentemente sanos. Y solamente en los frutos con BER el metabolismo oxidativo y el ciclo del ascorbato-glutatión estaban alterados. SUMMARY: Tomato crop is one of the most important in the Mediterranean area, which is characterized by an arid or semi-arid climate. The use of saline water for irrigation and high temperatures are two of the factors that contributing to the decline yield and affect directly to blossom-end rot (BER) in the fruits . To date, most work has focused on the study of plant response to one of these factors, although the effect of salinity could be accentuated by high temperatures. It would be necessary to know the plant response when these two stresses are applied simultaneously. Thus, two objectives were considered. The first objective was to establish the response of tomato to the combination of high temperatures and salinity. In order to reach this objective, two experiments were performed. In the first one, tomato plants were grown under salinity and high temperature treatments in a greenhouse. Agronomic and physiological aspects were studied in relation to the production and quality of tomato fruits. The second one was conducted in a growth chamber under controlled conditions, and the primary response tomato plant to the combination of salinity and high temperatures was analyzed at the first 72 hours. The second objective was to establish the mechanisms involved in the occurrence of BER. For this reason, microtom plants subjected to calcium deficiency were grown in a growth chamber. The results shown that salinity and high temperatures reduced yield by reducing the size of the fruits and the percentage of fruit set. In addition, the incidence of fruits with BER and cracked were also increased. However, salinity improved fruit quality. After 72h under stress, the plants grown with salinity and high temperature treatment grew faster than plant grown under salinity treatment. Plant under the combination treatment reduced Na+ and increased K+ uptake, increased CO2 assimilation, and they had higher quantum efficiency of photosystem than the plants with saline treatment at 25°C. Furthermore, plants with salinity accumulated proline, while plants treated with salinity and high temperature accumulated glycine betaine and trehalose. Fruits with BER were observed only in the plants grown with 0.1 mM Ca2+, and only half of this suffered this disorder. In addition, the fruits affected with BER had less Ca2+ than the apparently healthy fruits. The oxidative metabolism and ascorbate-glutathione cycle were affected only in fruits with BER.
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    Respuestas de los ecosistemas al estrés de origen natural y humano: de las herramientas de biomonitoreo a la ecología predictiva= Ecosystem responses to natural and anthropogenic stress : from biomonitoring tools to predictive ecology
    (2014-12-03) Gutiérrez Cánovas, Cayetano; Velasco García, Josefa; Millán Sánchez, Andrés; Departamento de Ecología e Hidrología
    En esta tesis se estudian los efectos del estrés de origen natural y humano en los ecosistemas, usando macroinvertebrados y productores primarios de ríos como organismos modelo, y la salinidad del río y la intensificación de los usos del suelo en la cuenca como indicadores de estrés de origen natural y humano, respectivamente. Los Capítulos 1, 2 y 3 se centran en el desarrollo de herramientas de biomonitoreo basadas en la estructura y el funcionamiento de los ríos salinos (conductividad eléctrica > 5000 µS cm-1). A pesar de su alto valor ecológico, estos ríos están sufriendo una gran presión debido al incremento de la superficie agrícola y urbana en sus cuencas vertientes. Esta situación es especialmente alarmante teniendo en cuenta que ni la Red Natura 2000 ni las herramientas de evaluación ecológica desarrolladas bajo la Directiva Marco del Agua abarcan a estos ecosistemas, subrayando la necesidad de implementar métodos eficaces para evaluar el estado ecológico de los ríos salinos. El Capítulo 1 muestra como la biomasa del biofilm que cubre el lecho del río es un indicador capaz de detectar cambios de salinidad a corto plazo producidos por la actividad humana. En el Capítulo 2 se observa que la relación producción primaria : respiración y la biomasa de productores primarios y macroinvertebrados son indicadores capaces de detectar descensos crónicos en la salinidad debidos a la presencia de cultivos de regadío. En el Capítulo 3 se proporcionan tres métodos de clasificación automática de ríos, diseñados para poder tipificar un gran número de ríos simultáneamente y recoger la gran diversidad de ríos que aparecen en la cuenca Mediterránea. Además, este capítulo concluye que los indicadores convencionales de biomonitoreo no funcionan en ríos salinos, mientras que se proponen nuevas métricas basadas en macroinvertebrados, especialmente diseñadas para detectar la presencia de taxones indicadores de naturalidad o degradación, que resultaron mucho más eficaces. En los Capítulos 4 y 5 se desarrollan métodos para predecir qué patrones de biodiversidad surgirán en respuesta a factores estresantes nuevos, en el contexto del cambio global. Teniendo en cuenta el distinto grado con el que los organismos se han adaptado y especializado al estrés durante su evolución, podemos esperar patrones distintos o similares a lo largo de gradientes de estrés natural o antropogénico. En el Capítulo 4 se comparan los patrones de diversidad beta de las comunidades de macroinvertebrados a lo largo de estos gradientes. Los resultados del Capítulo 4 muestran como los cambios en composición que origina el estrés natural se deben al reemplazamiento de especies, mientras que el estrés antrópico genera conjuntos de especies anidados a lo largo del gradiente, que comparten un gran número de especies. El Capítulo 5 desarrolla una nueva metodología para calcular las características funcionales a nivel de taxón y comunidad, usando los rasgos biológicos de los organismos). Los resultados de este estudio revelan que tanto las condiciones estresantes de origen natural como las antrópicas inducen cambios similares y deterministas, en los patrones funcionales de las comunidades. En ambos casos, la riqueza funcional media a nivel de taxón y la similitud funcional media aumentan conforme aumentaba el nivel de estrés, mientras que la riqueza funcional a nivel de comunidad y la redundancia funcional se reducen a lo largo de ambos gradientes. Estos resultados considerados en conjunto podrían resultar de gran utilidad a los gestores ambientales para detectar los primeros signos de degradación en los ecosistemas y para predecir qué consecuencias biológicas tendrá la intensificación del cambio global. Abstract This thesis analyses the effects of natural and anthropogenic stressors on ecosystems using stream macroinvertebrates and primary producers as model organisms, and water salinity and land-use intensification as examples of natural and anthropogenic stressors, respectively. Chapters 1, 2 and 3 are focussed on the development of structural and functional biomonitoring tools for naturally saline streams (conductivity > 5000 µS cm-1). Despite their high conservation value, these ecosystems are not included by Water Framework Directive biomonitoring programs or the Nature 2000 Network. There is evidence that saline watercourses are currently experiencing high pressures from agriculture and urbanisation, highlighting the necessity of developing appropriate classification and biomonitoring tools. Chapter 1 concludes that biofilm biomass is able to detect short-term reductions in salinity produced by freshwater pulse inputs. Chapter 2 shows that the production : respiration ratio and the biomass of primary producers and consumers responds to chronic reductions in salinity caused by the presence of irrigated agriculture. Chapter 3 provides biologically-validated tools to automatically classify large datasets of Mediterranean basin streams covering the full gradient of environmental variability. Furthermore, this chapter suggests a set of taxonomic-based indicators that assess the ecological status of saline streams. Chapters 4 and 5 develop methods to predict which biodiversity patterns will arise in response to novel stressors in the light of global change. Given the varying degree to which regional species pools have adapted and specialised over evolutionary to dominant stressful conditions, different or similar ecosystem properties will emerge along natural and anthroponegic stress gradients. The patterns of taxonomic beta-diversity components and functional community features are compared along natural and anthropogenic stress gradients. Chapter 4 reveals that species replacement explains compositional changes along natural stress gradients, while nested subsets develop along anthropogenic stress gradients. Chapter 5 develops a new method to quantify taxon and community-level functional features using a trait-based approach. The results of this study shows similar, non-random functional patterns along natural and anthropogenic stress gradients. In both stress gradients studied, mean taxon functional richness and similarity increased with stress, whereas community functional richness and redundancy decreased. The combination of these results may help environmental managers to detect early signs of alteration in ecosystems and predict which consequences will arise as global changes intensify.
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    Respuestas fisiológicas, moleculares y fitoquímicas de variedades de Brassica oleracea (Grupo italica) sometidas a estrés abiótico.
    (2013-11-12) Rodríguez Hernández, Mª del Carmen; Martínez Ballesta, Mª del Carmen; Moreno Fernández, Diego Ángel; Facultad de Biología
    El bróculi (Brassica oleracea L.) pertenece a la familia Brassicaceae. La Región de Murcia es la primera productora de bróculi en España y la resistencia del cultivo a la sequía y a la salinidad, hacen que el bróculi sea una hortaliza de gran interés científico y socio-económico. El bróculi es conocido por su alto contenido en compuestos bioactivos esenciales para la salud. Existen factores que afectan a la calidad nutricional, como el genotipo, las condiciones climáticas y prácticas agronómicas. El estrés salino por ejemplo, supone un grave problema en Murcia y un problema relacionado con la salinidad, es la acumulación de boro en la solución del suelo, que puede volverse tóxico para las plantas. Por otro lado, se sabe que la concentración atmosférica de CO2 tiene implicaciones para la agricultura y el medio ambiente en su conjunto. Numerosos trabajos han puesto de manifiesto que los niveles elevados de CO2 mejoran la fotosíntesis, dando lugar a un crecimiento vigoroso de las plantas y un mayor rendimiento. Por todo lo expuesto, el objetivo principal de esta Tesis Doctoral fue evaluar los factores ambientales y condiciones adversas que condicionan la respuesta de diferentes variedades de bróculi a nivel fisiológico, así como sobre su calidad nutricional. Por tanto, se han estudiado las variaciones de los nutrientes y los compuestos bioactivos y las posibles alteraciones celulares a nivel de la membrana plasmática y expresión de acuaporinas en dichas condiciones, para ver su relación con otros parámetros fisiológicos. Para la consecución de los objetivos generales se llevaron a cabo diferentes trabajos experimentales para comprobar las hipótesis de partida y obtener las conclusiones generales. El material vegetal empleado fue el bróculi (púrpura y verde) y muestras de polvo de maca (Lepidium meyenii Walpasí). Además, la germinación y el cultivo de las plantas fue en cámara de cultivo, invernadero y al aire libre (dependiendo del experimento), y se realizaron determinaciones analíticas como parámetros de intercambio gaseoso, medidas de relaciones hídricas, actividades enzimáticas, glucosinolatos y compuestos fenólicos, antocianinas, isotiocianatos y aminoácidos, entre otros y se emplearon además técnicas de proteómica. Por último, el análisis estadístico empleado fue el análisis de varianza y la comparación de medias se realizó mediante la prueba de diferencia significativa de Tukey y mediante el análisis de varianza (ANOVA), así como el Test de Student (p< 0.05). Se realizaron cinco experimentos que concluyeron de la siguiente manera: El bróculi púrpura presentó mayor desarrollo y calidad nutricional en comparación con el bróculi verde tradicional. Mientras que el cultivar púrpura fue más sensible al riego con aguas de baja calidad (80 mM NaCl y 4 mg L-1 H3BO3), el cultivar verde fue más resistente, lo que permite su cultivo con agua procedente de desalinización. Sin embargo, el cultivar púrpura, mostró mayor concentración de glusosinolatos en condiciones de salinidad, así como en condiciones con alta concentración de CO2, que el cultivar verde. Por último, se ha demostrado una alta bioaccesibilidad y liberación de glucosinolatos e isotiocianatos, y se constató que las muestras experimentales de bróculi producían mayor concentración que las muestras comerciales. ABSTRACT Broccoli (Brassica oleracea L.) belongs to the family Brassicaceae. Murcia Region is the largest producer of broccoli in Spain and crop resistance to drought and salinity, make that broccoli is a vegetable of great scientific and socio-economic interest. Broccoli is known for its high content of bioactive compounds essential to health. There are factors that affect the nutritional quality, as genotype, climatic conditions and agronomic practices. Salt stress for example, is a serious problem in Murcia and a problem related to salinity, is the accumulation of boron in the soil solution, which may become toxic to plants. On the other hand, it is known that the atmospheric concentration of CO2 has implications for agriculture and the environment as a whole. Numerous studies have shown that elevated levels of CO2 improved photosynthesis, leading to vigorous growth of the plants and higher yields. For these reasons, the main objective of this Thesis was to evaluate environmental factors and adverse conditions that affect the response of different varieties of broccoli at the physiological level and on its nutritional quality. It has been studied therefore, variations of nutrients and bioactive compounds and possible cellular alterations in the level of plasma membrane and expression of aquaporins in these conditions, to see its relationship to other physiological parameters. To achieve the overall objectives were carried out several experimental works to test the hypothesis and to obtain general conclusions. The plant material used was broccoli (purple and green) and powder samples of Maca (Lepidium meyenii Walpasí). In addition, germination and plant cultivation was carried out in chamber, greenhouse and outdoor (depending on the experiment), and analytical determinations were performed as gas exchange parameters, measurements of water relations, enzymatic activities, glucosinolates and phenolic compounds, anthocyanins, isothiocyanates, and amino acids, among others, and were used in addition proteomic techniques. Finally, statistical analysis used was the analysis of variance and comparison of means was done by Tukey Test and through analysis of variance (ANOVA) and the Student Test (p< 0.05). Five experiments were conducted which concluded as follows: Purple broccoli showed further development and nutritional quality compared with traditional green broccolis. While purple cultivar was more sensitive to irrigation with low quality water (80 mM NaCl y 4 mg L-1 H3BO3), the green cultivar was more resistant, which allows its irrigation with water from desalination. However, purple cultivar, showed more glucosinolates concentration under both saline and elevated concentrations of CO2, than green cultivar. Finally, it has been demonstrated high glucosinolates and isothiocyanates bioavailability and release, and it was found that the broccoli experimental samples produced higher concentration than the commercial samples.