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.

The nitrogen costs of photosynthesis in a diatom under current and future pCO2

With each cellular generation, oxygenic photoautotrophs must accumulate abundant protein complexes that mediate light capture, photosynthetic electron transport and carbon fixation. In addition to this net synthesis, oxygenic photoautotrophs must counter the light-dependent photoinactivation of Photosystem II (PSII), using metabolically expensive proteolysis, disassembly, resynthesis and re-assembly of protein subunits. We used growth rates, elemental analyses and protein quantitations to estimate the nitrogen (N) metabolism costs to both accumulate the photosynthetic system and to maintain PSII function in the diatom Thalassiosira pseudonana, growing at two pCO2 levels across a range of light levels. The photosynthetic system contains c. 15-25% of total cellular N. Under low growth light, N (re)cycling through PSII repair is only c. 1% of the cellular N assimilation rate. As growth light increases to inhibitory levels, N metabolite cycling through PSII repair increases to c. 14% of the cellular N assimilation rate. Cells growing under the assumed future 750 ppmv pCO2 show higher growth rates under optimal light, coinciding with a lowered N metabolic cost to maintain photosynthesis, but then suffer greater photoinhibition of growth under excess light, coincident with rising costs to maintain photosynthesis. We predict this quantitative trait response to light will vary across taxa.

Surface water properties, phytoplankton composition and photosynthesis rates of Amundsen Sea sites

The phytoplankton community composition and productivity in waters of the Amundsen Sea and surrounding sea ice zone were characterized with respect to iron (Fe) input from melting glaciers. High Fe input from glaciers such as the Pine Island Glacier, and the Dotson and Crosson ice shelves resulted in dense phytoplankton blooms in surface waters of Pine Island Bay, Pine Island Polynya, and Amundsen Polynya. Phytoplankton biomass distribution was the opposite of the distribution of dissolved Fe (DFe), confirming the uptake of glacial DFe in surface waters by phytoplankton. Phytoplankton biomass in the polynyas ranged from 0.6 to 14 µg Chl a / L, with lower biomass at glacier sites where strong upwelling of Modified Circumpolar Deep Water from beneath glacier tongues was observed. Phytoplankton blooms in the polynyas were dominated by the haptophyte Phaeocystis antarctica, whereas the phytoplankton community in the sea ice zone was a mix of P. antarctica and diatoms, resembling the species distribution in the Ross Sea. Water column productivity based on photosynthesis versus irradiance characteristics averaged 3.00 g C /m**2/d in polynya sites, which was approximately twice as high as in the sea ice zone. The highest water column productivity was observed in the Pine Island Polynya, where both thermally and salinity stratified waters resulted in a shallow surface mixed layer with high phytoplankton biomass. In contrast, new production based on NO3 uptake was similar between different polynya sites, where a deeper UML in the weakly, thermally stratified Pine Island Bay resulted in deeper NO3 removal, thereby offsetting the lower productivity at the surface. These are the first in situ observations that confirm satellite observations of high phytoplankton biomass and productivity in the Amundsen Sea. Moreover, the high phytoplankton productivity as a result of glacial input of DFe is the first evidence that melting glaciers have the potential to increase phytoplankton productivity and thereby CO2 uptake, resulting in a small negative feedback to anthropogenic CO2 emissions.