Eficiencia en el uso del agua

La eficiencia en el uso del agua (WUE) se refiere a la relación entre la biomasa de la planta y el agua perdida por transpiración , y puede definirse a nivel de hoja , de planta entera o de población/rodamiento/campo:

• nivel de hoja: eficiencia fotosintética de uso del agua (también llamada eficiencia instantánea de uso del agua WUE _inst ), que se define como la relación entre la tasa de asimilación neta de carbono CO2 ₍ fotosíntesis) y la tasa de transpiración o conductancia estomática , ^[1] entonces llamada eficiencia intrínseca de uso del agua ^[2] (iWUE o W _i )
• nivel de planta: eficiencia de uso del agua de la productividad (también llamada eficiencia integrada del uso del agua o eficiencia de transpiración, TE), que normalmente se define como la relación entre la biomasa seca producida y la tasa de transpiración. ^[3]
• Nivel de campo: basado en mediciones de flujos de CO2 _y agua sobre un campo de cultivo o un bosque, utilizando la técnica de covarianza de remolinos ^[4]

Las investigaciones para mejorar la eficiencia del uso del agua en los cultivos se han llevado a cabo desde principios del siglo XX, aunque ha habido dificultades para lograr cultivos con una mayor eficiencia en el uso del agua. ^[5]

La eficiencia intrínseca del uso del agua W _i suele aumentar durante la sequía del suelo , debido al cierre estomático y a una reducción de la transpiración, y por lo tanto suele estar vinculada a la tolerancia a la sequía . Sin embargo, las observaciones de varios autores ^{[3] [6] [7] [8]} han sugerido que la eficiencia intrínseca del uso del agua estaría más bien vinculada a diferentes estrategias de respuesta a la sequía, donde

• Las plantas con bajo WUE podrían corresponder a una estrategia de tolerancia a la sequía , por ejemplo, mediante adaptaciones anatómicas que reducen la vulnerabilidad a la cavitación del xilema , o a una estrategia de evitación de la sequía/gasto de agua a través de una amplia exploración del suelo por las raíces o una estrategia de escape de la sequía debido a una floración temprana.
• Mientras que las plantas con alto nivel de WUE podrían corresponder a una estrategia de prevención de la sequía/ahorro de agua, a través de estomas de cierre temprano y sensibles a la sequía.

Los aumentos en la eficiencia del uso del agua se citan comúnmente como un mecanismo de respuesta de las plantas a déficits moderados a severos de agua del suelo y han sido el foco de muchos programas que buscan aumentar la tolerancia de los cultivos a la sequía . ^[9] Sin embargo, existen algunas dudas sobre el beneficio de una mayor eficiencia del uso del agua de las plantas en los sistemas agrícolas , ya que los procesos de mayor producción de rendimiento y disminución de la pérdida de agua debido a la transpiración (es decir, el principal impulsor de los aumentos en la eficiencia del uso del agua) son fundamentalmente opuestos. ^{[10] [11]} Si existiera una situación en la que el déficit de agua indujera tasas de transpiración más bajas sin disminuir simultáneamente las tasas fotosintéticas y la producción de biomasa, entonces la eficiencia del uso del agua mejoraría enormemente y sería el rasgo deseado en la producción de cultivos .

La eficiencia en el uso del agua también es un rasgo muy estudiado en la ecología vegetal , donde se ha utilizado ya a principios del siglo XX para estudiar los requisitos ecológicos de las plantas herbáceas ^[12] o los árboles forestales ^[13] , y todavía se utiliza hoy en día, por ejemplo en relación con una limitación inducida por la sequía del crecimiento de los árboles ^[14].

Referencias

1. Farquhar, GD; Rashke, K. (1978). "Sobre la resistencia a la transpiración de los sitios de evaporación dentro de la hoja". Fisiología vegetal . 61 (6): 1000–1005. doi :10.1104/pp.61.6.1000. PMC  1092028 . PMID  16660404.
2. Meinzer, FC, Ingamells, JL, Crisosto, C. (1991). "La discriminación de isótopos de carbono se correlaciona con el rendimiento de granos de diversas poblaciones de plántulas de café". HortScience . 26 (11): 1413–1414. doi :10.21273/HORTSCI.26.11.1413.
3. Maximov, NA (1929). La planta en relación con el agua . George Allen & Unwin LTD Londres.
4. Tallec, T.; Béziat, P.; Jarosz, N.; Rivalland, V.; Ceschia, E. (2013). "Eficiencias en el uso del agua en cultivos en climas templados: comparación de enfoques agronómicos, ecosistémicos y de rodales". Meteorología agrícola y forestal . 168 : 69–81. Bibcode :2013AgFM..168...69T. doi :10.1016/j.agrformet.2012.07.008.
5. Vadez, V.; Kholova, J.; Medina, S.; Kakkera, A.; Anderberg, H. (2014). "Eficiencia de la transpiración: nuevos conocimientos sobre una vieja historia". Journal of Experimental Botany . 65 (21): 6141–6153. doi :10.1093/jxb/eru040. PMID  24600020.
6. Ehleringer, JR (1993). "Variación en la discriminación de isótopos de carbono en las hojas de Encelia farinosa: implicaciones para la competencia por el crecimiento y la supervivencia a la sequía". Oecologia . 95 (3): 340–346. Bibcode :1993Oecol..95..340E. doi :10.1007/BF00320986. ISSN  0029-8549. PMID  28314008.
7. Kenney, AM, McKay, JK, Richards, JH, Juenger, TE (2014). "Selección directa e indirecta en el tiempo de floración, eficiencia en el uso del agua (WUE, δ13C) y plasticidad de WUE ante la sequía en Arabidopsis thaliana". Ecología y evolución . 4 (23): 4505–4521. Bibcode :2014EcoEv...4.4505K. doi :10.1002/ece3.1270. ISSN  2045-7758. PMC 4264900 . PMID  25512847. 
8. Campitelli, BE, Des Marais, DL, Juenger, TE (febrero de 2016). "Interacciones ecológicas y el efecto de la eficiencia en el uso del agua sobre la aptitud: la competencia y la sequía alteran el impacto de los alelos naturales de MPK12 en Arabidopsis". Ecology Letters . 19 (4): 424–434. Bibcode :2016EcolL..19..424C. doi :10.1111/ele.12575. ISSN  1461-023X. PMID  26868103.
9. Condon, AG, Richards, RA, Rebetzke, GJ, Farquhar, GD (2004). "Cría para una alta eficiencia en el uso del agua". Journal of Experimental Botany . 55 (407): 2447–2460. doi :10.1093/jxb/erh277. ISSN  0022-0957. PMID  15475373.
10. Bacon, M. Eficiencia en el uso del agua en la biología vegetal. Oxford: Blackwell Publishing Ltd., 2004. ISBN 1-4051-1434-7 . Impreso. 
11. Blum, A. (2009). "El uso efectivo del agua (EUW) y no la eficiencia en el uso del agua (WUE) es el objetivo de la mejora del rendimiento de los cultivos bajo estrés por sequía". Investigación sobre cultivos de campo . 112 (2–3): 119–123. Código Bibliográfico :2009FCrRe.112..119B. doi :10.1016/j.fcr.2009.03.009.
12. Iljin, V. (1916). "Relación entre la transpiración y la asimilación en plantas esteparias". Revista de ecología . 4 (2): 65–82. Bibcode :1916JEcol...4...65I. doi :10.2307/2255326. JSTOR  2255326.
13. Bates, CG (1923). "Requerimientos fisiológicos de los árboles de las Montañas Rocosas". Revista de investigación agrícola . 24 : 97–164.[1]
14. Linares, JC; Camarero, JJ (2012). "Del patrón al proceso: vinculando la eficiencia intrínseca del uso del agua con el declive forestal inducido por la sequía". Biología del cambio global . 18 (3): 1000–1015. Bibcode :2012GCBio..18.1000L. doi :10.1111/j.1365-2486.2011.02566.x.

Lectura adicional

• Vadez, V., Kholova, J., Medina, S., Kakkera, A., Anderberg, H. (2014). "Eficiencia de la transpiración: nuevos conocimientos sobre una vieja historia". Revista de botánica experimental . 65 (21): 6141–6153. doi :10.1093/jxb/eru040. ISSN  1460-2431.
• Lambers, H.; Chapin, FS; Pons, TL (2008). Ecología fisiológica de las plantas. Nueva York: Springer. ISBN 9780387783413.
• Tambussi, EA; Bort, J.; Araus, JL (2007). "Eficiencia en el uso del agua en cereales C3 en condiciones mediterráneas: una revisión de los aspectos fisiológicos". Anales de Biología Aplicada . 150 (3): 307–321. doi :10.1111/j.1744-7348.2007.00143.x.
• Condon, AG, Richards, RA, Rebetzke, GJ, Farquhar, GD (2004). "Cría para una alta eficiencia en el uso del agua". Journal of Experimental Botany . 55 (407): 2447–2460. doi :10.1093/jxb/erh277. ISSN  0022-0957. PMID  15475373.
• Cregg, BM (2004). "Mejora de la tolerancia de los árboles a la sequía: consideraciones teóricas y prácticas". Acta Horticulturae . 630 (630): 147–158. doi :10.17660/ActaHortic.2004.630.18. ISSN  0567-7572.