Impacto del cambio climático sobre la ecofisiología y capacidad fitorremediadora de halófitas

Description

El Cambio Climático está considerado como uno de los principales cambios globales a los que se enfrenta la humanidad, y es consecuencia del incremento exacerbado de la emisión de dióxido de carbono (CO2) a la atmósfera desde la etapa preindustrial. La vegetación es uno de los componentes del ecosistema con mayor vulnerabilidad frente a este fenómeno, habiéndose descrito posibles alteraciones sobre su distribución, fenología, productividad, etc. En este contexto, es de gran importancia estudiar cómo afectan a la ecofisiología de las plantas las interacciones de distintos factores asociados al Cambio Climático (elevado CO2, aumento de las temperaturas y nivel del mar, eventos climáticos extremos, etc.). Las halófitas son especies vegetales que han desarrollado una serie de mecanismos que les permiten completar su ciclo vital en ambientes altamente estresantes. Además, muchas halófitas han demostrado un enorme potencial tecnológico para su empleo como recursos de diferente naturaleza (alimentación, fármacos, etc.) o en fitorremediación de contaminantes. Sin embargo, poco se sabe sobre la respuesta de estas especies frente a la interacción de factores asociados con el Cambio Climático o cómo estas interacciones afectan a su capacidad fitorremediadora; y este es el vacío de conocimiento que trata de llenar esta Tesis Doctoral. Nuestros resultados mostraron cómo el aumento del CO2 (700 ppm) mejoró la tolerancia de una halófita modelo, Salicornia ramosissima, frente a la salinidad (510 mM NaCl). La mejora de la tolerancia se reflejó en el mantenimiento de la tasa de asimilación de CO2 y la funcionalidad de los fotosistemas. Este efecto positivo se hizo patente incluso bajo condiciones de inundación permanente del suelo. Respecto al impacto de eventos térmicos extremos de corta duración (40-28 ºC y 12-5ºC durante tres días), se observó una respuesta termo-dependiente, de forma que S. ramosissima fue más sensible a las bajas temperaturas que a las altas para los dos niveles de salinidad estudiados (171 y 1040 mM). Por otro lado, los resultados de esta Tesis mostraron un efecto específico en la capacidad fitorremediadora de las halófitas Spartina densiflora y Juncus acutus. Así, en el caso de S. densiflora, el elevado CO2 (700 ppm) aumentó su tolerancia frente al exceso de Cu, manteniendo la capacidad para fitoestabilizar Cu en sus raíces. Para J. acutus su mayor tolerancia frente al Zn estuvo en gran parte mediada por la reducción de la concentración de Zn en sus tejidos en presencia de sal (85 mM NaCl). En conclusión, las halófitas crecidas en una atmósfera enriquecida en CO2 en combinación con otros factores ambientales de estrés mostraron mejor respuesta fisiológica que aquellas sometidas solamente a alta salinidad, inundación o al efecto tóxico de un metal pesado. La interacción de factores genera efectos sinérgicos que difieren de las respuestas que se registran cuando se analizan los factores por separado. Por tanto, para poder predecir la respuesta de las plantas frente al Cambio Climático es necesario abordar los ensayos considerando la interacción de factores.

Abstract

Climate Change is considered one of the main global changes facing by humanity, and is the result of the exacerbated increase in the emission of carbon dioxide (CO2) into the atmosphere from the pre-industrial stage. The vegetation is one of the components of the ecosystem with greater vulnerability to this phenomenon, having described possible alterations on its distribution, phenology, productivity, etc. In this context, it is very important to study how the interactions of different factors associated with climate change (high CO2, rising temperatures and sea level, extreme climatic events, etc.) affect the ecophysiology of plants. Halophytes are plant species that have developed a series of mechanisms that allow them to complete their life cycle in highly stressful environments. In addition, many halophytes have demonstrated an enormous technological potential for their use as resources of different nature or in phytoremediation of pollutants. However, little is known about the response of these species to the interaction of factors associated with Climate Change or how these interactions affect their phytoremediation capacity; and this is the knowledge gap that tries to fill this Doctoral Thesis. Our results shown how the increase in CO2 (700 ppm) improved the tolerance of a halophyte model, Salicornia ramosissima, against salinity (510 mM NaCl). The improvement in tolerance was reflected in the maintenance of the CO2 assimilation rate and the functionality of the photosystems. This positive effect became apparent even under conditions of permanent soil flooding. Regarding the impact of extreme thermal events of short duration (40-28ºC and 12-5ºC during three days), a thermo-dependent response was observed, so that S. ramosissima was more sensitive to low temperatures for the two levels of salinity studied (171 and 1040 mM). On the other hand, the results of this Thesis showed a specific effect on the phytoremediation capacity of the halophytes Spartina densiflora and Juncus acutus. Thus, in the case of S. densiflora, high CO2 (700 ppm) increased its tolerance to Cu excess, maintaining the ability to phytostabilize Cu in its roots. For J. acutus, its greater tolerance to Zn was largely mediated by the reduction of the concentration of Zn in its tissues in the presence of salt (85 mM NaCl). In conclusion, halophytes grown in an atmosphere enriched in CO2 in combination with other environmental factors of stress shown a better physiological response than those subjected only to high salinity, flood or the toxic effect of a heavy metal. The interaction of factors generates synergistic effects that differ from the responses that are recorded when the factors are analyzed separately. Therefore, in order to predict the response of plants to climate change it is necessary to address the trials considering the interaction of factors.

Abstract

Premio Extraordinario de Doctorado US

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