Relaciones entre cavitación y cierre estomático en vides sometidas a déficit hídrico

La cavitación es una disfunción fisiológica que ocurre en el xilema de las plantas cuando estas están bajo déficit hídrico, y que entraña una pérdida de su conductancia hidráulica (kL), cuando algunos vasos se llenan de aire. Esto incide negativamente sobre la oferta de agua y afecta el potencial hídrico foliar (ΨL) y la hidratación de la canopia. El cierre estomático es una respuesta efectiva ante la disminución del contenido hídrico. Dependiendo de la especie vegetal, los estomas suelen cerrase para evitar la cavitación catastrófica. Una planta poco vulnerable a cavitar puede mantenerlos abiertos por más tiempo y por lo tanto seguir fotosintetizando. Por el contrario, plantas vulnerables a la cavitación deben cerrar sus estomas con anterioridad para poder evitar cavitaciones graves. En este trabajo se estudió, el ajuste estomático como mecanismo para evitar la cavitación en cuatro variedades contrastantes de vid (Grenache, Syrah, Malbec y Chardonnay). Se hipotetizó que las vides sometidas a déficit hídrico disminuyen gs para evitar sufrir cavitaciones catastróficas y que algunas variedades de vid, cuando crecen bajo restricción hídrica, se aclimatan mejor desarrollando un ajuste estomático más preciso, ó un sistema conductor menos vulnerable a cavitar, o ambas. Se diseñó un experimento aleatorizado en invernáculo donde se probaron dos situaciones hídricas edáficas (100% y 50% de FTSW). Luego de dos meses, se midieron, a lo largo del día, las variables gs, transpiración y potencial hídrico. Luego se construyeron las curvas de cavitación y se calculó la conduactancia hidráulica de la planta (kL) y el embolismo a lo largo del día. Finalmente se obtuvo la relación entre gs, kL y el embolismo. Mediante un modelo mecanístico, que se construyó teniendo en cuenta los flujos de agua y vapor, las kL y gs, y la vulnerabilidad del xilema a cavitar; se probó que gs no es la única variable responsable de frenar la embolia. Se determinó que gs y kL están íntimamente asociadas y que este acople entre ambas conductancias es lo que frena la embolia. Se concluyó que, en la vid y bajo niveles de estrés hídrico moderado, no es necesario un cierre estomático para controlar la cavitación, sino una disminución de la diferencia entre gs y kL (Δgs). Por esto, el mecanismo de control de la cavitación en la vid no conlleva un costo en términos de intercambio gaseoso. También se descubrió que bajo niveles moderados de déficit hídrico la vulnerabilidad xilemática no aumenta con respecto a las plantas que no sufren déficit, sin importar de qué variedad se trate.

Regulación de la hidratación y la turgencia foliares por mecanismos evitadores del estrés, y resistencia a déficit hídrico en vid

El transporte del agua en las plantas es impulsado por diferencias de energía libre entre el suelo y la atmósfera, y está regulado por mecanismos biológicos evitadores, como el cierre estomático. La hidratación y la turgencia foliares resultan del equilibrio entre ΨL del apoplasto, el potencial osmótico del simplasto y la elasticidad de los tejidos. Sobre esta base se conjeturó que las interacciones de los mecanismos evitadores del estrés hídrico de la planta tienen un rol clave en la definición de su resistencia a déficit hídrico. Para probar esta hipótesis se construyó un modelo mecanístico basado en las leyes del flujo de savia de Van de Honert, de difusión de Fick, de elasticidad de Hooke, la ecuación de Gardner para el flujo del agua en la rizósfera y el modelo de conductancia estomática (gs) de Buckley. Mediante el modelo se demostró teóricamente que la hidratación y la turgencia foliares dependen de la oferta de agua edáfica (representada por el potencial hídrico del suelo) y de la demanda evaporativa de la atmósfera (representada por la radiación absorbida, la temperatura del aire, la velocidad del viento y el déficit de presión de vapor de la atmósfera). También que los mecanismos evitadores del estrés hídrico -i.e., conductancia hidráulica de la planta, conductancia estomática, elasticidad del tejido y potencial osmótico a turgencia máxima- son todos necesarios para determinar la hidratación y la turgencia foliares. El modelo también demostró que la conductancia hidráulica suelo-hoja (kL) depende de la fracción de agua edáfica transpirable (FTSW) con un patrón de decaimiento sigmoide, a medida que el suelo se seca. Esto implica que las variables que dependen en parte de kL (i.e., gs, transpiración, fotosíntesis y superficie foliar) también dependen de FTSW con el mismo patrón. El modelo se probó experimentalmente a distintos niveles de humedad edáfica (desde déficit hídrico nulo, hasta severo) en cinco variedades de vid y mostró un poder predictivo superior al 90%. En todas las variedades las gs se asociaron linealmente con las kL observadas, al considerar todas las situaciones de déficit hídrico en conjunto, si bien la pendiente de estas relaciones fueron distintas en cada variedad. La contrastación experimental mostró que, en una escala de tiempo de varios meses, las variedades más evitadoras -i.e., Grenache y Cereza- mantuvieron mayor kL, ajuste osmótico y rigidez de los tejidos y una menor pendiente de la relación de gs vs. kL, que las variedades menos evitadoras -i.e., Malbec y Syrah-. La menor pendiente de la relación entre gs y kL, en las variedades más evitadoras, estuvo asociada a una mayor cantidad de estomas, en relación con la cantidad de células epidérmicas. Los variedades más evitadoras bajo déficit hídrico moderado -i.e., con una fracción de agua edáfica transpirable entre 0,6 y 0,4- tuvieron mayor superficie foliar y produjeron más biomasa, favoreciendo raíces profundas y densas, y ahorrando agua. Chardonnay mantuvo una alta hidratación y turgencia a expensas de un alto gasto de agua debido a que privilegiaba una alta kL por sobre el ajuste estomático, por lo que no podría considerarse en forma estricta como muy evitadora.