Genetic variation for carbon isotope composition in Juglans regia L.: relationships with growth, phenology and climate of origin

Among the traits of breeding interest for the common walnut tree Juglans regia L., characteristics such as timing of budbreak and leaf fall, water-use efficiency and growth performance are regarded as being of utmost relevance in Mediterranean conditions. The authors evaluated intraspecific variation in $\delta$13C (carbon isotope composition, surrogate of intrinsic water-use efficiency, WUE$_{\rm i}$) for 22 J. regia families grown in a progeny test under supplementary irrigation, and investigated whether such variation correlated with climatic indicators of native habitats. The genetic relationships between $\delta$13C, growth and phenology were also assessed during two consecutive years. Overall, the most water-use-efficient families (i.e. with higher $\delta$13C), which originated mainly from drought-prone provenance regions which have a high vapour pressure deficit and low rainfall, exhibited less height growth and smaller DBH. Using a stepwise regression procedure, $\delta$13C was included as the main explanatory variable of genotypic variation in growth traits, together with growing season duration (for DBH in both years) and flushing (for height in 2007). It was concluded that WUE$_{\rm i}$ is largely unconnected to phenology effects in the explanation of growth performance for J. regia, therefore suggesting the opportunity of simultaneously selecting for low WUE$_{\rm i}$ and extended growing period to maximise productivity in non-water-limited environments.

Stable carbon isotopes in archaeobotanical remains and palaeoclimate

Es descriu una metodologia recent per a inferir la precipitació en el passat basada en l’anàlisi de la composició isotòpica del carboni (δ13C) en restes arqueobotàniques. Un cop descrita la base fisiològica de la tècnica, s’il·lustra l’aplicabilitat de δ13C mitjançant un exemple referent al NE peninsular. Hom pretén proporcionar una estimació quantitativa de l’evolució de la precipitació estacional (primavera) i anual al llarg dels darrers quatre mil anys basada en δ13C. Les mostres analitzades comprenen carbons (pi blanc) i llavors carbonitzades (blat i ordi), i s’obtenen estimes pluviomètriques superiors en el passat que actualment, amb una tendència gradual cap a condicions progressivament més àrides. No obstant això, aquesta tendència no esdevé uniforme, i es detecten dues fases de major precipitació (1800-900 aC; 300 aC - 300 dC) alternadament amb períodes relativament secs (900-300 aC; 900 dC - present). Dels resultats presentats també es desprèn que la importància relativa de la pluja primaveral en el passat fou variable. Des d’aproximadament el 300 aC en endavant, el període primaveral subministrà una major proporció de pluja anual que actualment. Contràriament, durant el període 1800-800 dC la seva contribució va esdevenir inferior, i va aparèixer una fase transitòria (800-300 aC) que mostra una recuperació sobtada en aportació primaveral. Posteriorment a aquesta fase la sincronia de canvis en δ13C en granes i carbons suggereix l’arribada del clima mediterrani a la regió.

Grain yield, carbon isotope discrimination and mineral content in mature kernels of barley under irrigated and rainfed conditions

The relationship between yield, carbon isotope discrimination and ash content in mature kernels was examined for a set of 13 barley (Hordeum vulgare) cultivars. Plants were grown under rainfed and well-irrigated conditions in a Mediterranean area. Water deficit caused a decrease in both grain yield and carbon isotope discrimination (Δ). The yield was positively related to Δ and negatively related to ash content, across genotypes within each treatment. However, whereas the correlation between yield and Δ was higher for the set of genotypes under well-irrigated (r=0.70, P<0.01) than under rainfed (r=0.42) conditions, the opposite occurred when yield and ash content were related, ie r=-0.38 under well-irrigated and r=-0.73, (P<0.01) under rainfed conditions. Carbon isotope discrimination and ash content together account for almost 60% of the variation in yield, in both conditions. There was no significant relationship (r=-0.15) between carbon isotope discrimination and ash content in well-irrigated plants, whereas in rainfed plants, this relationship, although significant (r=-0.54, P< 0.05), was weakly negative. The concentration of several mineral elements was measured in the same kernels. The mineral that correlated best with ash content, yield and A, was K. For yield and Δ, although the relationship with K followed the same pattern as the relationhip with ash content, the correlation coefficients were lower. Thus, mineral accumulation in mature kernels seems to be independent of transpiration efficiency. In fact, filling of grains takes place through the phloem pathway. The ash content in kernels is proposed as a complementary criterion, in addition to kernel Δ, to assess genotype differences in barley grain yield under rainfed conditions.

Registre isotòpic d'alquenones i lípids terrestres en sediment marí: una reconstrucció paleoclimàtica a l'oceà Índic

Projecte de recerca elaborat a partir d’una estada a la Institute of mineralogy and geochemistry de la University of Lausanne, Suïssa, entre 2007 i 2009. Durant l’última dècada, la comunitat científica ha reconegut que les zones tropicals juguen un paper clau en els processos dinàmics que controlen el canvi climàtic global, probablement com a desencadenant dels canvis succeïts en altes latituds. A més a més, els sediments dels oceans tropicals, en trobar-se fora de l’impacte directe de les plaques de gel continentals creades durant les glaciacions, proporcionen un registre continu de les variacions climàtiques del planeta. Malgrat tot, encara hi ha moltes incògnites sobre el paper específic de les zones tropicals, especialment pel que fa a les variacions brusques suborbitals, degut als pocs registres d’alta resolució estudiats en aquestes àrees que abastin varis cicles glacial/interglacial. Per tal d’ajudar a clarificar el paper de les zones tropicals de l’hemisferi sud en el control del clima a escala mil•lenària s’ha estudiat la distribució i la composició isotòpica de biomarcadors moleculars marins i terrestres, a baixa resolució, en el testimoni MD98-2165 (9º39’S, 118º20’E, 2100 m de profunditat d’aigua, 42.3 m de llarg) està situat al sud-oest d’Indonèsia, on s’enregistren les temperatures superficials del mar més elevades del planeta i una elevada activitat convectiva, que té una influència en la distribució de la humitat atmosfèrica en una extensa superfície de la Terra. Les distribucions observades de biomarcadors terrígens (C23-C33 n-alcans i C20-C32 n-alcan-1-ols) són típiques del lipids de plantes superiors que arriben a l’oceà principalment per via eòlica. L’alcà de 31 àtoms de carboni i els alcohols de 28 o 32 àtoms de carboni són els homòlegs més abundants en ambdós testimonis. Cal destacar l’alcohol C32 com a homòleg principal durant les èpoques glacials, tot suggerint una expansió de les plantes tropicals C4 associada a unes condicions més àrides. La procedència d’aquests lipids queda corroborada mitjançant la seva composició isotòpica de carboni, que ens permet diferenciar la ruta fotosintètica emprada i per tant, entre el tipus de plantes.

Evolución estacional de δ13C en hojas y madera de dos quercíneas mediterráneas concurrentes (Quercus ilex subps. ballota L. y Quercus faginea Lam.): dinámica de la eficiencia en uso del agua

En el ámbito mediterráneo es frecuente la concurrencia en un mismo hábitat de especies perennifolias y caducifolias como Quercus ilex y Q. faginea. En este estudio se pretende analizar la diferencia en la respuesta ecofisiológica de las dos especies frente a la variación climática estacional mediante la composición isotópica de carbono de la materia orgánica soluble de las hojas (δ13Ch) y de la α-celulosa de la madera (δ13Cm). Se observaron patrones intraanuales dependientes de la especie en la δ13Ch. Por un lado, Q. faginea utiliza reservas de almidón como fuente de carbono para producir nuevas hojas a principios de abril, dando lugar a valores altos de δ13Ch. Por otro, Q. ilex utiliza asimilados recientes de las hojas formadas el año anterior (aún funcionales). No obstante, los valores globales de δ13Ch en ambas especies son similares (-25,4±0,55 y -25,5±0,89, para Q. faginea y Q. ilex, respectivamente), lo que apunta a valores equivalentes de eficiencia intrínseca en el uso del agua. Como en las hojas, la δ13Cm de Q. faginea reflejó claramente el uso de reservas en la madera temprana. Tanto la δ13Ch como la δ13Cm de las dos especies registran ajustes como respuesta a las variaciones ambientales estacionales. No obstante, y como parámetro integrador de eficiencia hídrica, la menor amplitud de las variaciones en la δ13Cm de Q. ilex sugiere una menor sensibilidad de esta especie frente a las fluctuaciones climáticas, lo que puede otorgarle cierta ventaja competitiva bajo condiciones de incremento progresivo de aridez.

Clima i condicions de conreu en els orígens de l'agricultura mediterrània: evidències a partir de la composició isotòpica del carboni en restes arqueobotàniques

Este trabajo ilustra cómo el análisis de la composición isotópica del carbono en restos arqueobotánicos aporta información sobre las condiciones climáticas y de cultivo en el pasado. Tras una introducción metodológica, se presentan distintos ejemplos que utilizan semillas carbonizadas (trigo y cebada) y/o carbones de especies forestales (pino carrasco, encina, etc.), ambos tipos de restos recuperados en yacimientos de la cuenca mediterránea. Mientras la composición isotópica en cereales proporciona inferencias sobre la disponibilidad hídrica de los cultivos, el análisis de carbones ayuda a cuantificar la precipitación. La combinación de ambas fuentes permite hipotetizar sobre la implementación de prácticas agronómicas específicas encaminadas a incrementar la disponibilidad hídrica de los cultivos en el pasado.