Basque Country
January 25, 2012
The upsurge in droughts is one of the main consequences of climate change, and affects crops in particular. However, Anabel Robredo, a biologist at the University of the Basque Country (UPV/EHU), has confirmed that in the case of barley at least, climate change itself is providing it with self-defence mechanisms to tackle a lack of water. Climate change is in fact also responsible for a considerable increase in the concentration of CO2, a gas that, paradoxically, is providing this plant with certain characteristics enabling it to offset the effects of drought. Her thesis is entitled Mecanismos fisiológicos de respuesta de la cebada al impacto de la sequia y el elevado CO2: adaptación al cambio climático (Physiological Response Mechanisms of Barley to the impact of drought and elevated CO2: adaptation to climate change). Various international publications have also echoed this research, the most recent being Environmental and Experimental Botany.
Basically, Robredo has analysed the effect that takes place in the barley as a result of the combination of two of the main consequences brought to us by climate change: the enriching of CO2 and drought. As the researcher explains, “the atmospheric concentration of this gas has increased considerably within the last few decades, and it is expected to increase much more. So we compared barley plants that grow in a CO2 concentration equal to the current (ambient) one with others cultivated in double the concentration, which is what we are expected to reach by the end of this century." The study was carried out through a progressive imposition of drought so it also determined the capacity of these plants to recover following the lack of irrigation, in an ambient CO2 concentration as well as in the one expected for the future.
More efficient use of water
When discussing plants in general, the effects of an elevated concentration of CO2 were already known. The bibliographical references quoted by Robredo show that this is in fact so, since among other things, this elevated concentration increases biomass, root growth and total leaf area, and alters net photosynthesis rates and efficiency in water use. The so-called stomatal conductance is one of the keys, explains the researcher: “Stomata are pores that plants have in their leaves, and it is through them that they carry out the water and air exchange. When a plant is subjected to a high level of CO2, it closes its stomata to a certain degree. This causes the water to escape less, which is translated into greater efficiency in its use.”
So a greater concentration of CO2 would appear to put the plants in an advantageous situation to address droughts. “If they use the water more slowly, they use it more efficiently and can grow over a longer period of time,” explains Robredo. At least this is what she has been able to confirm in the case of barley. The results show that even though drought is harmful, its effect on barley is less when combined with an elevated concentration of CO2. In comparison with a situation in which an ambient level of this gas exists, its increase causes leaf and soil water content to fall less, the rates of photosynthesis to be maintained for longer, growth to be greater and the assimilation of nitrogen and carbon to be less affected. The researcher does in fact explain the importance of maintaining the balance between the nitrogen and the carbon: “Both the take-up of carbon and the assimilation of nitrogen have increased in a balanced way.”
On the other hand, when irrigation is re-established in barley plants that have been through a drought, its effect has been seen to revert more rapidly to its original state under elevated CO2 conditions, in most of the parameters analysed.
It cannot be extrapolated
So, under future CO2 conditions, the negative repercussions of drought driven by climate change would be delayed further in comparison with the current concentration of this gas. In the case of barley this is so. However, can these results be extrapolated to other crops? As this researcher points out, it is not that simple: “You have to be very careful because plant species often respond very differently, even displaying the opposite. But what we can say is that most plant species tend to use water more efficiently in conditions of elevated CO2 and drought, and that they grow more.”
About the author
Anabel Robredo-Ruiz de Azua (Bilbao, 1976) is a graduate in Biological Sciences. She wrote up her thesis under the supervision of Dr. Alberto Muñoz Rueda (Professor of Plant Physiology) and Dr. Amaia Mena-Petite (Associate Professor), both from the Department of Plant Biology and Ecology of the Faculty of Science and Technology of the UPV/EHU. Today, Robredo belongs to PhD Research Personnel at the laboratory of Plant Physiology of this same department and faculty.
La cebada se adapta al cambio climático
El recrudecimiento de los periodos de sequía es una de las principales consecuencias del cambio climático, que afecta especialmente a los cultivos. Sin embargo, la bióloga de la UPV/EHU Anabel Robredo ha comprobado que, al menos en el caso de la cebada, el propio cambio climático le ofrece mecanismos de resistencia ante la falta de agua. Y es que dicho fenómeno está provocando también un aumento notable de la concentración de CO2, un gas que, paradójicamente, proporciona a esta planta unas características con las que conseguiría paliar los efectos de la sequía. Su tesis se titula Mecanismos fisiológicos de respuesta de la cebada al impacto de la sequia y el elevado CO2: adaptación al cambio climático. Asimismo, varias publicaciones internacionales se han hecho eco de esta investigación, siendo la revista Environmental and Experimental Botany la más reciente.
Básicamente, Robredo ha analizado el efecto que produce en la cebada la combinación de dos de las consecuencias principales que nos trae el cambio climático: el enriquecimiento de CO2 y la sequía. Según explica la investigadora, “la concentración atmosférica de este gas ha aumentado en las últimas décadas de forma considerable, y se prevé que va a aumentar mucho más. Entonces, hemos comparado plantas de cebada que crecen con una concentración de CO2 igual a la actual (ambiental) con otras cultivadas con el doble, que es a lo que se prevé que vamos a llegar a finales del presente siglo”. El estudio se ha llevado a cabo mediante la imposición progresiva de sequía, determinando, además, la capacidad de estas plantas para recuperarse tras la falta de riego, tanto con concentración de CO2 ambiental como con la prevista para el futuro.
Uso más eficiente del agua
En las plantas en general, los efectos de una concentración elevada de CO2 ya eran conocidos. La bibliografía referencial utilizada por Robredo así lo demuestra: entre otras cosas, aumenta la biomasa, el crecimiento de las raíces y el área total de las hojas, y altera las tasas de fotosíntesis neta y la eficiencia en el uso del agua. La denominada conductancia estomática es una de las claves, según explica la investigadora: “Los estomas son unos orificios que las plantas tienen en las hojas, y es por donde hacen el intercambio de agua y aire. Cuando una planta se somete a elevado CO2, cierra los estomas en cierto grado. Eso hace que el agua se pierda en menor medida, lo que se traduce en una mayor eficiencia en su uso”.
Por lo tanto, aparentemente, una concentración mayor de CO2 coloca a las plantas en una situación ventajosa para afrontar periodos de sequía. “Si utilizan el agua más lentamente, la usan más eficientemente y pueden crecer durante más tiempo”, explica Robredo. Al menos, así lo ha podido verificar en el caso de la cebada. Los resultados muestran que, aunque la sequía perjudica, su efecto en la cebada es menor cuando se combina con una concentración elevada CO2. En comparación con una situación de nivel ambiental de este gas, su aumento hace que el contenido hídrico foliar y del suelo desciendan menos, las tasas de fotosíntesis se mantengan durante más tiempo, el crecimiento sea mayor y la asimilación de nitrógeno y carbono se vea menos afectada. Precisamente, la investigadora explica la importancia de mantener el equilibrio entre el nitrógeno y el carbono: “Tanto la toma de carbono como la asimilación de nitrógeno han aumentado de manera equilibrada”.
Por otra parte, al restablecer el riego en plantas de cebada mantenidas en sequía, se observa que su efecto revierte más rápidamente bajo elevado CO2, en la mayoría de los parámetros analizados.
No es extrapolable
Por lo tanto, bajo las condiciones de CO2 previstas para el futuro, las repercusiones negativas de la sequía derivada del cambio climático se retrasarían más, en comparación con la concentración actual de este gas. Esto, en el caso de la cebada, pero… ¿son estos resultados extrapolables a otras plantaciones? Según explica esta investigadora, no es tan sencillo: “Hay que tener cuidado, porque las distintas especies de plantas responden a veces de manera muy diferente, incluso contraria. Lo que sí podemos decir es que la mayoría de las especies vegetales tienden a usar el agua de forma más eficiente en condiciones de elevado CO2 y sequía, y que presentan un mayor crecimiento”.
Sobre la autora
Anabel Robredo Ruiz de Azua (Bilbao, 1976) es licenciada en Ciencias Biológicas. Ha redactado la tesis bajo la dirección del Dr. Alberto Muñoz Rueda (catedrático de Fisiología Vegetal) y la Dra. Amaia Mena Petite (profesora agregada), ambos del Departamento de Biología Vegetal y Ecología de la Facultad de Ciencia y Tecnología de la UPV/EHU. En la actualidad, Robredo es personal investigador doctor en el laboratorio de Fisiología Vegetal de este mismo departamento y facultad.
Garagarra klima-aldaketari egokitzen zaio
Klima-aldaketaren ezaugarri nagusietako bat da lehorte-aldien gaiztotzea, eta laboreei nabarmen eragiten die horrek. Hala ere, Anabel Robredo UPV/EHUko biologoak egiaztatu duenez, garagarrari dagokionez bederen, klima-aldaketak berak ematen dizkio ur faltari aurre egiteko mekanismoak. Izan ere, fenomeno horrek CO2-kontzentrazioaren gorakada ere ekarri du, eta gas horrek, paradoxikoki, lehortearen efektuak arintzeko balio dezaketen ezaugarriz hornitzen ditu aipatutako landareak. Ikertzailearen tesiak izenburu hau du: Mecanismos fisiológicos de respuesta de la cebada al impacto de la sequía y el elevado CO2: adaptación al cambio climático (Garagarraren fisiologia-mekanismoak lehortearen inpaktuaren eta CO2-maila handiaren aurrean: klima-aldaketari egokitzea). Nazioarteko zenbait argitalpenetan ere azaldu da ikerketa; Environmental and Experimental Botany da azkena.
CO2-tan aberastearen eta lehortearen (klima-aldaketak dakartzan ondorio nagusietako bi) arteko konbinazioak garagarrari nola eragiten dion aztertu du Robredok. Ikertzaileak dioenez, “gas honen atmosferako kontzentrazioak nabarmen egin du gora azken hamarkadotan, eta badirudi askoz ere gehiago handituko dela. Horrenbestez, erkaketa egin dugu gaur egungo CO2-kontzentrazioaren pean hazten diren garagar-landareen eta hori halako bi duten laboreen artean, mende hau bukatzerako kantitate horretan ibiliko garela aurreikusten baita”. Lehortea mailaz maila ezarrita egin da azterketa. Gainera, ur faltaren ondoren landareek duten osatzeko ahalmena zenbaterainokoa den ere zehaztu da, gaur egungo ohiko CO2-kontzentrazioarekin zein etorkizunerako aurreikusitakoarekin.
Uraren erabilera eraginkorragoa
Landareez oro har ari garela, CO2-kontzentrazio handiak zer ondorio duen jakina zen lehendik ere. Hala erakusten du Robredok baliatutako erreferentziazko bibliografiak: besteak beste, biomasa areagotzen da, sustraiak eta hostoen azalera osoa handitzen da, eta fotosintesiaren tasa garbia zein uraren erabileraren eraginkortasuna aldatzen dira. Estomen konduktantzia deritzona da gakoetako bat, ikertzaileak azaldu duenez: “Landareek hostoetan dituzten zulotxo batzuk dira estomak, eta horien bitartez egiten dute uraren eta airearen arteko trukea. Landare bat CO2-kontzentrazio handiaren pean dagoenean, estomak ixten ditu neurri batean. Hala, ur gutxiago galtzen da, eta, hortaz, modu eraginkorragoan erabiltzen du”.
Horrenbestez, badirudi CO2-kontzentrazio handiagoa izateak abantaila ematen diela landareei lehorte-aldiei aurre egiteko. “Ura polikiago baliatzen badute, modu eraginkorragoan erabiltzen dute, eta luzeago haz daitezke”, azaldu du Robredok. Hala egiaztatu du, behintzat, garagarraren kasuan. Emaitzek erakusten dutenez, lehorteak kaltegarriak badira ere, garagarraren gain duten efektua txikiagoa da CO2-kontzentrazio handiarekin batera gertatzen badira. Gas hau gaur egungo ohiko neurrian agertzen den kasuekin alderatuta, kontzentrazio handiagoa izanez gero, hostoen eta lurzoruaren eduki hidrikoa gutxiago murrizten da, fotosintesi-tasek luzeago eusten diote, hazkundea handiagoa da, eta nitrogenoaren eta karbonoaren bereganatze-prozesua ez da hainbeste kaltetzen. Hain zuzen, ikertzaileak dio garrantzitsua dela nitrogenoaren eta karbonoaren arteko orekari eustea: “Nola karbonoaren hartzeak hala nitrogenoaren bereganatzeak modu orekatuan egin dute gora”.
Bestalde, lehortearen pean dauden garagar-landareak berriz ureztatzeari ekiten zaionean, laboreak azkarrago lehengoratzen dira CO2-kontzentrazio handiarekin, aztertutako parametro gehienetan.
Ez da estrapolatzeko modukoa
Beraz, etorkizunerako aurreikusita dauden CO2-kondizioetan, klima-aldaketaren ondorioz sortzen den lehorteak eragindako kalteak atzeratuko lirateke; bai, bederen, gas honen gaur egungo kontzentrazioarekin erkatuz gero. Garagarraren kasuan gertatuko litzateke hori, baina… emaitza hauek beste labore batzuetara estrapolatzeko modukoak al dira? Ikertzaile honek dioenez, ez da hain erraza: “Kontu handia izan behar dugu, askotariko landare-espezieek oso desberdin erreakzionatzen dutelako batzuetan; kontrako bidetik ere bai, zenbaitetan. Baina bada ziur esan dezakegun zerbait: espezie begetal gehienek uraren erabilera eraginkorragoa egiten dute CO2-kontzentrazio handia eta lehortea dagoenean eta, orobat, gehiago hazten dira”.
Egileari buruz
Anabel Robredo Ruiz de Azua (Bilbo, 1976) Biologia Zientzietan lizentziaduna da. Alberto Muñoz Rueda (Landareen Fisiologiako katedraduna) eta Amaia Mena Petite (irakasle agregatua) doktoreen zuzendaritzapean idatzi du tesia; UPV/EHUko Zientzia eta Teknologia Fakultateko Landareen Biologia eta Ekologia Saileko kideak dira biak. Gaur egun, kontratatutako doktore-tituludun ikertzailea da Robredo, sail eta fakultate horretako bertako Landareen Fisiologiako laborategian.
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