Genetic variability of photosynthesis and water use in Balearic grapevine cultivars

Abstract

A comparison of photosynthetic characteristics of 20 cultivars of grapevine (Vitis vinifera L.) from Mallorca (Balearic Islands, Spain) and two widespread cultivars, Cabernet Sauvignon and Chardonnay, was made under irrigation as well as in response to drought. Although these cultivars share a common origin, a high variability was found for several photosynthetic characters under irrigation. Interestingly, these variations were significant for gas-exchange parameters (net CO 2 assimilation, stomatal conductance and intrinsic water use efficiency) but not for chlorophyll fluorescence parameters (maximum photochemical efficiency, electron transport rate and non-photochemical quenching). Since water stress is the most limiting factor for plant production under the Mediterranean climate, it is presumable that these findings reflect specific selection pressures over physiological characteristics related to a balance between net carbon gain and water use. Some cultivars presented high carbon assimilation at the expense of a high water loss, whereas others were water savers, accompanied by low CO 2 assimilation even under irrigation. Escursach was found to be an interesting cultivar, presenting low water consumption at the same time as reasonably high carbon assimilation. These cultivars also showed different responses to drought, which allowed their classification in two main groups: alarmist cultivars, which showed strong reductions of stomatal conductance in response to relatively low decreases of leaf water potential, and luxurious cultivars, showing low reductions of stomatal conductance under water stress.

Improving water use efficiency of vineyards in semi-arid regions. A review

“…The existence of genetic variability in WUEi was demonstrated earlier by Bota et al (2001) and Gaudillère et al (2002), which measured WUEi and the surrogate character δ 13 C, respectively. However, as mentioned before, there are difficulties to estimate the whole plant WUE through WUEi.…”

“…Many studies performed at the leaf level have shown a wide range of intra-specific variability of WUEi among cultivars, (Gómez-Alonso and García-Romero 2010; Bota et al 2001;Costa et al 2012;Gaudillère et al 2002; Fig. 4 Relation between total water applied (rainfall from April to September + irrigation) and yield and crop water use efficiency.…”

Evaluación de la tolerancia a estrés por sequía en cuatro genotipos naturalizados de vid (Vitis vinifera) provenientes del norte de Chile

“…En efecto, la fotosíntesis máxima varió entre 12 umol CO 2 m-2 s-1 en el genotipo 148 y 4 umol CO 2 m-2 s-1 en el genotipo 10 en condiciones control, lo cual es un rango muy amplio entre genotipos de vides a pesar de provenir desde regiones áridas y semiáridas, y cayó bajo 4 umol CO 2 m-2 s-1 en todos los genotipos por efectos del estrés hídrico severo. Tales variaciones entre genotipos son similares a la alta variabilidad encontrada en caracteres fotosintéticos bajo riego entre diferentes cultivares de vid de las islas Baleares, España, a pesar de que estos cultivares comparten un origen común (Bota et al 2001).…”

“…Asimismo, el genotipo 93 presentó un potencial hídrico sobre el umbral -1,5 Mpa en estrés hídrico severo, lo cual indicaría una estrategia isohídrica similar al genotipo 10 (Lovisolo et al, 2010). Este resultado se complementa con una mayor tasa de crecimiento relativo presentado por ambos genotipos en la condición de estrés hídrico moderado, y en particular del genotipo 10 en estrés hídrico severo (Bota et al 2001;Rogiers et al, 2012). En situaciones de estrés hídrico se requiere una rápida absorción de agua desde el suelo por las raíces, en especial cuando la transpiración es particularmente alta, lo que también puede generar un enorme gradiente de presión hidrostática (Nobel, 2004).…”

“…Las vides se caracterizan por sufrir sequías estacionales en la mayoría de las regiones productoras (Grimplet et al, 2008;Chaves et al, 2010), y su diversidad genotípica en la tolerancia a la sequía convierte a este cultivo perenne en un modelo de estudio ideal, dada la existencia de respuestas al déficit hídrico que son genotipo-dependiente, gracias a la gran variabilidad genética existente en las numerosas variedades comerciales disponibles y materiales naturalizados en las zonas de origen y cultivo (Bota et al, 2001;Gaudillère et al, 2002;Chaves et al, 2010;Rogiers et al, 2012). Respuestas comunes al estrés incluyen cambios tanto en el metabolismo de hormonas, como en procesos de fotosíntesis, crecimiento, transcripción y señalización entre otros, los cuales han sido confirmados mediante análisis fisiológicos y moleculares (revisados por Cramer, 2010).…”