Επίδραση της υπεριώδους ακτινοβολίας (UV) στην οικοφυσιολογική συμπεριφορά ποικιλιών αμπέλου υπό υδατική καταπόνηση

Abstract

In regions with Mediterranean type of climate, drought is considered to be one of the major restrictive factors of plant growth and crop production. Moreover, during Mediterranean summer, plants are exposed to high ultraviolet-B (UV-B) radiation intensities. Photons in the UV-B band are capable to involve structural changes in biomolecules, such as DNA and RNA, and to limit the metabolic activity of the plants. In the present dissertation, we focused on the observation of the changes in morphological, physiological, biochemical and anatomical level of two grapevine genotypes, as a consequence of the single, or simultaneous, imposition of each stress factor. We, also, considered the plant’s adaptation mechanisms and the ability to develop characters of cross-resistance among the two abiotic stressors. The plant material was consisted of two years-old grapevines (var. Sultanina and Romeiko), grafted onto 110R rootstock, that they were developed into soil substrate containing a mixture of turph, sand and perlite. Two irrigation regimes (irrigation to soil substrate capacity and irrigation to 50% of soil substrate capacity), and three UV-B levels (ambient, ambient plus 15% and ambient plus 30%) were applied. The experimental procedure was consisted of 12 treatments and 6 replications (grapevine plants) in each treatment, and the experimental period was lasted during 2007 and 2008 growing seasons. The mainer conclusions of the present thesis were as follows: 1) Both abiotic stressors, and their combinations, were capable to involve significant reductions in the values of the allometric parameters. The restrictive effect was more intense in the combined treatments, a fact that allows us to claim about the synergistic interaction between the two abiotic stressors, 2) high level of UV-B radiation (+30%) appeared to be more detrimental for grapevine’s growth, as compared to drought, 3) grapevines of var. Sultanina demonstrated higher values among the allometric parameters, a differentiation that could be attributed to the ‘vital’ character of the variety, 4) in the majority of stress treatments, the values of gas exchange parameters were determined, mainly, through stomatal functioning. A likely activation of non-stomatal factors was reported in the combined stress treatment under the high level (+30%) of UV-B radiation, 5) UV-B radiation seemed to be able to affect, directly, stomatal operation, an attribute that did not improve the water relations in UV-B treatments, 6) the redistribution of the composition of photosynthetic pigments pool, the accumulation of flavonoids and the activation of antioxidant enzymes (in UV treatments) as well as the production of proline in drought treatment could be considered as adaptive characters of the grapevine plants. The above mentioned conclusions are capable to contribute in the more complete comprehension of grapevine’s physiology and in a better approach of plant’s adaptive mechanisms

Στις περιοχές με Μεσογειακό τύπο κλίματος, η έλλειψη νερού εκτιμάται ότι αποτελεί έναν από τους κυριότερους περιοριστικούς παράγοντες για την βλαστική αύξηση και την παραγωγή των καλλιεργούμενων φυτών. Επιπρόσθετα κατά τη διάρκεια του Μεσογειακού θέρους, τα φυτά εκτίθενται σε υψηλές τιμές υπεριώδους-Β (UV-B) ακτινοβολίας, τα φωτόνια της οποίας διαθέτουν ενεργειακό περιεχόμενο ικανό να επιφέρει δομικές αλλαγές σε βιομόρια-στόχους (όπως το DNA και το RNA) και να περιορίσει τη μεταβολική δραστηριότητα. Στόχο της διατριβής αποτέλεσε η μελέτη των μεταβολών που παρατηρούνται σε φυτά αμπέλου σε μορφολογικό, φυσιολογικό, βιοχημικό και ανατομικό επίπεδο ως συνέπεια, τόσο, της ταυτόχρονής, όσο και της μεμονωμένης εφαρμογής των δύο αβιοτικών καταπονήσεων. Επίσης διερευνήθηκαν οι μηχανισμοί προσαρμογής και αξιολογήθηκε η ικανότητα της αμπέλου να αναπτύσσει χαρακτήρες διασταυρούμενης ανθεκτικότητας (cross-resistance) μεταξύ των δύο μορφών αβιοτικής καταπόνησης. Χρησιμοποιήθηκαν διετή πρέμνα των ποικιλιών αμπέλου Ρωμέϊκο και Σουλτανίνα, εμβολιασμένα σε υποκείμενο 110R, τα οποία αναπτύχθηκαν σε εδαφικό υπόστρωμα αποτελούμενο από μίγμα τύρφης, άμμου και περλίτη. Εφαρμόσθηκαν δύο επίπεδα υδατικής δίαιτας (άρδευση στην υδατοϊκανότητα και άρδευση στο 50% της υδατοϊκανότητας) και τρία επίπεδα UV-B ακτινοβολίας (φυσική, ενισχυμένη φυσική κατά 15% και ενισχυμένη φυσική κατά 30%), με το πειραματικό σχέδιο να περιλαμβάνει 12 χειρισμούς και 6 επαναλήψεις (πρέμνα) ανά χειρισμό. Η λήψη των δεδομένων πραγματοποιήθηκε κατά τις καλλιεργητικές περιόδους 2007 και 2008. Τα κυριότερα συμπεράσματα της διατριβής είναι τα εξής: 1) Αμφότερες οι καταπονήσεις, καθώς και οι συνδυασμοί τους, είναι ικανές να επιφέρουν σημαντική μείωση των τιμών των αλλομετρικών παραμέτρων. Η περιοριστική επίδραση των καταπονήσεων ήταν περισσότερο έντονη στους συνδυασμένους χειρισμούς, γεγονός που καταδεικνύει την συνεργιστική μορφή αλληλεπίδρασης μεταξύ των δύο μορφών στρες, 2) Το υψηλό επίπεδο της UV-B ακτινοβολίας (+30%) προκάλεσε εντονότερη αναστολή της βλαστικής αύξησης σε σύγκριση με την ελλειμματική άρδευση, 3) Μεταξύ των δύο γενοτύπων V. Vinifera, η ποικιλία Σουλτανίνα παρουσίασε υψηλότερες τιμές αλλομετρικών παραμέτρων έναντι της ποικιλίας Ρωμέϊκο, διαφοροποίηση η οποία δύναται να αποδοθεί στον ζωηρό χαρακτήρα της ποικιλίας Σουλτανίνα, 4) Στο σύνολο των χειρισμών, η ένταση της φωτοσύνθεσης καθορίζεται από το ποσοστό των στομάτων που παραμένουν ανοιχτά. Ενδείξεις για την δραστηριότητα μη-στοματικών περιορισμών στη φωτοσυνθετική λειτουργία αναφέρονται από τον χειρισμό της συνδυασμένης καταπόνησης στο +30% επίπεδο της UV-B ακτινοβολίας, 5) Η UV-B ακτινοβολία προκαλεί έντονο κλείσιμο των στομάτων, ιδιότητα η οποία δεν συνοδεύτηκε από την βελτίωση της υδατικής οικονομίας στους χειρισμούς της UV-B, 6) Στους θετικούς χαρακτήρες έναντι των καταπονήσεων περιλαμβάνονται, η μεταβολή της σύνθεσης των φωτοσυνθετικών χρωστικών, η συσσώρευση φλαβονοειδών και η ενεργοποίηση των αντιοξειδωτικών ενζύμων (στους χειρισμούς της UV), καθώς και η συγκέντρωση προλίνης στον χειρισμό της ελλειμματικής άρδευσης. Τα ανωτέρω συμπεράσματα δύνανται να συμβάλουν στην πληρέστερη κατανόηση της φυσιολογίας της Αμπέλου και να συνεισφέρουν στην προσέγγιση των μηχανισμών που αναπτύσσει το φυτό υπό την επίδραση των προαναφερθέντων αβιοτικών καταπονήσεων