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Evaluación de la tolerancia a la inundación en gramíneas forrajeras megatérmicas (Flooding tolerance of tropical grasses)

Protective effects of deferred fall forage on spring regrowth of two tropical grasses

Tolerance of Chloris gayana and Panicum coloratum to flooding on winter and spring

Aim: The basic aim of this thesis was to disentangle phosphorus status-dependent and -independent effects of arbuscular mycorrhizal fungi (AMF, Glomus hoi) on the components of plant growth: morphology and assimilation rates, in perennial ryegrass (Lolium perenne L.). Materials & Methods: In a first experiment, I assessed phosphorus response functions of leaf and plant morphological components in undisturbed plants with similar size. To this end, nonmycorrhizal and mycorrhizal plants were grown in controlled conditions at four different soluble phosphorus supplies ranging from 0 mM to 0.5 mM. In a second experiment, AMF effects on carbon economy were investigated by comparing nonmycorrhizal and mycorrhizal plants of similar size, morphology and phosphorus content. 13CO2/12CO2 steady-state labelling was used to trace all photosynthate assimilated during one photoperiod, and a respiratory 13CO2/12CO2 exchange system to assess dark respiration rates, and the contribution of recently fixed carbon to shoot and root respiration. Results & Discussion: Relative growth rate of mycorrhizal plants was significantly higher as a result of improved phosphorus nutrition. The presence of AMF stimulated relative phosphorus uptake rate, decreased leaf mass per area (LMA) and increased shoot mass ratio at low phosphorus supply. Lower LMA was caused by both decreased tissue density and thickness. Variation in tissue density was almost entirely due to variations in soluble carbon, while that in thickness involved structural changes. Carbon economy analyses revealed that AMF enhanced relative respiration rate of the root-soil system by 16%, inducing an extra C flow amounting to 3% of daily gross photosynthesis. Total C drain for growth and respiration of the AMF was estimated at ≤ 8% of daily gross photosynthesis. This was associated with a greater amount of new C allocated below-ground and respired in mycorrhizal plants. AMF colonization affected the sources supplying below-ground respiration, revealing a greater importance of plant C stores in supplying respiration and/or the participation of storage pools within fungal tissues. Conclusions: The relationships between relative phosphorus uptake rate, leaf and plant morphology were identical in mycorrhizal and nonmycorrhizal plants. Beneficial effects of mycorrhizal symbiosis were mainly mediated by adjustments in leaf morphology, which were largely dependent on AMF effects upon phosphorus capture. When ontological and nutritional effects are accounted for, AMF increased below-ground costs, which were not compensated by increased photosynthesis rates. Zielsetzung: Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Phosphorstatus-abhängigen und -unabhängigen Wirkungen der Mykorrhizierung auf die Komponenten des Wachstums von Deutsch Weidelgras (Lolium perenne L.) zu trennen. Es wurden Wirkungen auf die Morphologie und den Kohlenstoffhaushalt untersucht. Material und Methoden: Die Untersuchungen wurden mit der arbuskuläre Mykorrhiza Glomus hoi und der Deutsch Weidelgras Sorte Condesa durchgeführt. Das erste Experiment befasste sich mit der Wirkung der Phosphorernährung und Mykorrhizierung auf morphologische Eigenschaften, insbesondere der Blätter. Da morphologische Eigenschaften auch ontogenetischen Veränderungen unterworfen sind, wurden nur Pflanzen ähnlicher Größe verglichen, um Verfahrenseffekte von ontogenetischen Effekten trennen zu können. Nicht-mykorrhizierte und mykorrhizierte Pflanzen wurden unter kontrollierten Bedingungen in Klimakammern bei vier verschiedenen Versorgungsniveaus von löslichem Phosphor in der Nährlösung (Bereich 0 bis 0.5 mM) angezogen. Im zweiten Experiment wurde der Kohlenstoffhaushalt an mykorrhizierten und nicht-mykorrhizierten Pflanzen mit gleichem Größe und gleichen Phosphorgehalt untersucht. Mithilfe von ‘steady-state’ 13CO2/12CO2 Markierung und Gaswechselmessungen wurde die Photosyntheseleistung und die Allokation des aktuell assimilierten Kohlenstoffs, einschließlich seines Verbrauch in Spross- und Wurzelrespiration, quantifiziert. Ergebnisse und Diskussion: Die Mykorrhizierung förderte vor allem bei geringem Phosphorangebot die Phosphoraufnahme, wodurch das Wachstums beschleunigt wurde. Die Mykorrhiza bewirkte eine Erhöhung der spezifischen Blattfläche und des Spross/Wurzel-Verhältnisses. Die höhere spezifische Blattfläche beruhte auf einer geringeren Dichte und Dicke der Blätter. Die Variation in der Blattdichte wurde fast ausschließlich durch Variation in den Gehalten wasserlöslicher Kohlenhydrate hervorgerufen, während die Veränderungen der Blattdicke durch strukturelle Veränderungen verursacht wurden. Eine verbesserte Phosphorernährung hatte bei nicht-mykorrhizierten Pflanzen dieselben Effekte. Bei Pflanzen vergleichbarer Größe und ähnlichen Phosphorstatus führte die Mykorrhizierung zu einer Stimulation der unterirdischen Respiration (Wurzel plus Boden) von 16%, entsprechend 3% der gesamten täglichen Assimilationsleistung. Der gesamte Kohlestoffkonsum für Wachstum und Respiration der Mykorrhiza wurde auf ≤8% der gesamten Assimilationsleistung der Pflanze geschätzt. Mykorrhizierung förderte die Allokation von aktuell assimiliertem Kohlenstoff in die Wurzel, sowie dessen Verbrauch in der Respiration. Gleichwohl war der Beitrag von Reservepools der Pflanzen bzw. der Mykorrhiza zur unterirdischen Respiration in mykorhizierten Pflanzen größer als in nicht-mykorrhizierten. Trotz des erhöhten Assimilatbedarfs bewirkte Mykorrhizierung keine Erhöhung der photosynthetischen Phosphor- und Stickstoffnutzungseffizienz. Schlussfolgerungen: Die Beziehungen zwischen Phosphoraufnahme, Wachstum und Morphologie wurden durch die Mykorrhiza nicht beeinflusst. Die positiven Wirkungen der Mykorrhizierung beruhten primär auf Veränderungen der Blattmorphologie, welche hauptsächlich auf die Stimulation der Phosphoraufnahme durch die Mykorrhiza zurückzuführen war. Bei gleicher Größe und gleichem Phosphorernährungsstatus zeigten mykorrhizierte Pflanzen erhöhte unterirdische Kosten, welche nicht durch höhere Photosyntheseleistung kompensiert wurden.

El objetivo de este trabajo es mostrar los vínculos que unen la ecología con la agronomía. En particular, nos interesa mostrar la utilidad del estudio de la ecología como parte de la formación del profesional agrónomo. La agronomía estudia los sistemas agrícolas y ganaderos para generar técnicas de manejo que maximicen ciertos objetivos, generalmente económicos, dentro de las restricciones que impone el ambiente. Por su parte, la ecología estudia las relaciones entre organismos y entre éstos y su ambiente en una diversidad de ecosistemas que incluye a los agroecosistemas. La ecología provee los conocimientos para crear un marco de análisis más adecuado de los problemas agronómicos, favorecer el mejor entendimiento de los sistemas y obtener soluciones. Se presentan dos problemas agronómicos concretos que ilustran esto: (1) el manejo del pastoreo sobre pastizales naturales y (2) el control de malezas dentro de un planteo agrícola. En ambos, un enfoque ecológico permite analizar el problema a distintas escalas, respetando las jerarquías definidas para los niveles de organización. En el manejo, del pastoreo es de especial importancia la consideración de la respuesta de las plantas individuales a la defoliación, las relaciones de competencia entre las especies, su demografía, la estructura del canopeo, la composición de la comunidad y la magnitud de los distintos flujos de energía. En el control de malezas, los conceptos ecológicos que cobran importancia son las estrategias de invasión y perpetuación de los individuos de cada especie, la demografia de las poblaciones y las relaciones interespecíficas (fundamentalmente competencia) entre las malezas y el cultivo y entre las diversas malezas. La utilización de éstos y otros conceptos ecológicos resulta indispensable para el manejo óptimo de los recursos naturales. The objective of this paper is to show the relation between ecology and agronomy. We particularly stress the importance of ecological knowledge as part of the professional education of agronomists. Agronomy studies agricultural systems in order to generate management techniques aimed at maximizing different objectives within the context of a limited environment. Ecology provides the framework for a better analysis of agricultural problems and a better underestanding of agroecosystems. We introduce two agricultural problems as examples: (1) grazing management in natural grasslands and (2) weed control in crop systems. In both situations, an ecological perspective allows to analyze agricultural problems at different scales, according to the hierarchies determined by different levels of organization. Regarding grazing management, it is very important to consider basic ecological concepts on individual plant response to defoliation, competition among species, demography, canopy structure, community species composition, and energy flow. In the case of weed control, we stress the importance of ecological concepts on invasion and perpetuation strategies of individual plants, population demography, and interspecific relations (largely competition) between weeds and crops and among different weeds. The use of these and many other ecological concepts becomes important for the optimal management of natural resources.

Fil: Lifschitz, Mauro Ezequiel. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Ciencias Agrarias; Argentina. En la Argentina, la ganadería actual se desarrolla en ambientes con limitantes edafo-climáticas, entre ellas, suelos de moderada a alta salinidad combinada con períodos de anegamiento. Numerosas especies forrajeras han sido introducidas con el objetivo de incrementar la oferta en estos ambientes, entre ellas, Panicum coloratum una gramínea subtropical. El objetivo de este estudio fue evaluar en dos variedades botánicas de esta especie, var. makarikariense y var. coloratum, la respuesta a condiciones de salinidad, hipoxia y su combinación. Se estudiaron las respuestas fisiológicas y oxidativas, así como también los cambios en la morfología y acumulación de biomasa aérea y radicular, en un sistema de hidroponia. Para la mayoría de los caracteres, no se observaron diferencias en los efectos observados en condiciones de salinidad y salinidad e hipoxia combinados. La variedad makarikariense resultó más tolerante a condiciones de salinidad que la variedad coloratum. Luego, se estimó la variabilidad genética y el avance por selección mediante selección fenotípica individual (SFI) y selección genotípica por prueba de progenie (SGPP). El método más eficiente difirió entre variedades. La SFI sería más exitosa en la variedad coloratum mientras que, SGPP para la variedad makarikariense. Los resultados muestran que sería posible incrementar la tolerancia a estrés combinado en Panicum coloratum. In Argentina in the last decades, livestock has moved to areas with soil restrictions such as salinity. In addition, these landscapes are prone to waterlogging. Forage species have been introduced to increase the supply in these environments, including Panicum coloratum, a subtropical forage grass. The objective of this study was to evaluate the effect of salinity conditions, hypoxia and their combination on to two botanical varieties of this species, var. makarikariense and var. coloratum. Physiological and oxidative responses were evaluated, as well as changes in morphology and accumulation of aerial and root biomass of seedlings growing in a hydroponic system. For most traits, no differences were observed between salinity and combined stress conditions. Makarikariense was more tolerant to salinity conditions than coloratum. After that, genetic variability and genetic gain were estimated by individual phenotypic selection (IFS) and genotypic selection (SGPP). The most efficient method was different between varieties. SFI would be more efficient than SGPP for coloratum variety and SGPP would be more efficient than SFI for makarikariense variety. The results show that it would be possible to increase combined stress tolerance in plants of Panicum coloratum. Fondo para la Investigación Científica y Tecnológica Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria

Tesis para optar al título de Doctor en el Área Ciencias Agropecuarias, de la Universidad de Buenos Aires, en marzo de 2021 La estructura del canopeo incide sobre los componentes del modelo radiativo de producción de biomasa: la fracción de la radiación fotosintéticamente activa incidente que es absorbida (f RFAA) y la eficiencia en el uso de la radiación (EUR). En alfalfa, a igual densidad de plantas, la producción de biomasa disminuye por el aumento en la distancia entre hileras a la siembra (plano horizontal del canopeo). Características foliares diferenciales, como cultivares multifoliados de alfalfa y la inclusión en mezclas de ecotipos de festuca, pueden modificar el plano vertical del canopeo. Por otra parte, el uso de información satelital ha permitido generar buenas estimaciones de la f RFAA, pero es menos conocida la relación entre la EUR e índices específicos como el Índice de Reflectancia Fotoquímica (IRF) y la fluorescencia de clorofila emitida por las plantas (SIF). El objetivo general de la tesis fue estudiar el efecto de factores estructurales del canopeo en la acumulación de biomasa aérea, así como en la capacidad de datos ópticos para mejorar la estimación remota de la biomasa utilizando el modelo radiativo como marco teórico de análisis. Las variaciones en el sentido horizontal mediante la distancia entre las hileras de siembra (16 vs. 32 cm) y vertical mediante la foliosidad del cultivar (trifoliado y multifoliado) demostraron un mejor comportamiento del cultivar multifoliado de alfalfa al sostener similar f RFAA, relación Rojo:Rojo lejano, índice de área foliar, EUR, y por ende similar producción de biomasa aérea ante cambios en la distancia entre las hileras de siembra. En contraste, el cultivar trifoliado en la distancia entre las hileras de siembra más espaciada disminuyó la producción de biomasa aérea. La inclusión de festuca en alfalfa en la mezcla, determinó similar estabilidad productiva que la alfalfa pura, aunque por diferentes mecanismos (menor f RFAA y mayor EUR). La EUR pudo ser estimada mediante el índice de vegetación SIF. En cambio, el IRF fue afectado por la cobertura y la estación, lo cual tendría que ver con una respuesta constitutiva (contenido de pigmentos) y principalmente con la estructura del canopeo, que distorsionan la relación con la fotosíntesis. En cambio, para la SIF pudo establecerse una relación global no afectada por la cobertura forrajera y en menor medida por la estacionalidad, seguramente por una relación más directa con la fotosíntesis. La información generada aporta en la comprensión de las variaciones de la estructura, funcionamiento y prospección de canopeos forrajeros en ambientes templado. Canopy structure influences biomass radiation model components: the fraction of absorbed incident photosynthetically active radiation (f PAR) and the radiation use efficiency (RUE). In alfalfa, at similar plant density, biomass production decreases due to wider row spacings (horizontal dimension of the canopy). Differential foliar attributes (multifoliate alfalfa cultivars and tall fescue ecotypes addition in mixtures) can change the vertical dimension of the canopy. On the other hand, spectral information allowed the development of accurate f PAR estimates, but it is less known the relationship between RUE and spectral indices as the photochemical reflectance index (PRI) and the solarinduced chlorophyll fluorescence (SIF). The general objective of this thesis was to study canopy structural factors effects on aerial biomass accumulation, and in the capacity of optical data to improve remote biomass estimation using the radiation model as theoretical framework. Variations in the horizontal dimension through row spacing (16 vs. 32 cm) and in the vertical dimension through cultivar foliosity (trifoliate and multifoliate) demonstrate a better performance of the multifoliate cultivar, that hold f PAR, Red : FarRed, leaf area index and RUE, and as a result aerial biomass production in both row spacings. In contrast, trifoliate cultivar had a reduced aerial biomass production in the wider spacing. Vertical variation in the canopy structure caused by tall fescue inclusion in the mixture resulted in similar aerial biomass stability in comparison with pure alfalfa, but through different mechanisms (lower f PAR and higher RUE). The RUE was estimated through the vegetation index SIF. Instead, the PRI was influenced by canopy cover and season and this may be related to the constitutive response (pigment content) and mainly canopy structure, which alter the relationship with photosynthesis. Contrasting, for the SIF a global relationship could be stablished independent of forage cover and less influenced by seasonality, probably due to a more direct association with photosynthesis. The information generated support an insightful understanding of structural variations, functioning and prospecting of forage canopies in temperate environments. EEA Pergamino Fil: Mattera, Juan. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Estación Experimental Agropecuaria Pergamino. Forrajeras; Argentina

Tesis para obtener el grado de Doctora en el área de Ciencias Agropecuarias, de la Universidad de Buenos Aires, en 2018 Plasticidad fenotípica es la capacidad de un genotipo de generar diferentes fenotipos cuando es expuesto a diferentes ambientes. Desde el punto de vista genético, en plantas de uso agronómico como las forrajeras megatérmicas, la comprensión de diferentes aspectos de la plasticidad fenotípica constituiría un aporte interesante para los planes de mejoramiento. En esta tesis se realizaron experimentos controlados con el objeto de estudiar características de la plasticidad fenotípica morfológica frente a sequía a nivel de plántula en dos variedades de la gramínea Panicum coloratum. Se halló variabilidad genética para plasticidad fenotípica entre variedades y dentro de accesiones en cada variedad. Se estableció que, la magnitud de la plasticidad fenotípica, está relacionada con la variabilidad de las precipitaciones en los sitios de colecta de las accesiones analizadas. Se estimó la heredabilidad en sentido estricto de la plasticidad fenotípica, que fue siempre más baja que la heredabilidad de los caracteres. Se determinó que, si se realizara selección, el avance genético sería muy lento, aun con alta presión de selección. También se estudió cómo las condiciones hídricas previas influencian la expresión de la plasticidad fenotípica ante la ocurrencia de un nuevo episodio de sequía. Se encontró que la expresión de la plasticidad puede ser influida por las condiciones hídricas experimentadas previamente. Se detectó variabilidad entre los genotipos, tanto en la forma en que las condiciones previas modifican la magnitud de la plasticidad fenotípica como en el tipo de carácter que expresa plasticidad fenotípica. Estos resultados constituyen un avance en la identificación, cuantificación y comprensión de la variabilidad en las respuestas plásticas de especies forrajeras con aptitud de implantación en ambientes sujetos a restricciones hídricas; y ayudarán en la detección de los mejores genotipos a implantar en dichos ambientes, mejorando la ejecución y toma de decisiones en planes de mejoramiento genético vegetal. Phenotypic plasticity is the ability of a genotype to generate different phenotypes when exposed to different environments. From a genetic point of view, in plants with agronomic use such as warm-season forages, the understanding of different aspects of phenotypic plasticity will constitute an interesting input to breeding programs. In this thesis, controlled experiments were carried out in order to study characteristics of morphological phenotypic plasticity in response to drought, in two varieties of the grass Panicum coloratum. genetic variation for phenotypic plasticity was found both Between varieties and among accessions within varieties. Also, it was established that the magnitude of phenotypic plasticity is related to the variability in mean annual precipitation at the accessions´ collection sites. Narrow sense heritability of phenotypic plasticity was estimated, being always lower than the narrow sense heritability of the mean of the characters. Likewise, it was determined that, if selection was performed, genetic gain would be slow, even with high selection intensity. The influence of hydric previous conditions on expression of phenotypic plasticity to drought was also studied. It was found that the expression of the amount of phenotypic plasticity could be influenced by the previous hydric conditions. Variability between genotypes was also found, both in the way that previous conditions affect phenotypic plasticity magnitude and in the type of character which express phenotypic plasticity. These results constitute an advance in the identification, quantification and comprehension of the variability in the plastic responses of forage grasses able to be used in environments with hydric restrictions. This results will help to detect better genotypes to establish in such environments, improving execution and decision making in plant breeding programs. EEA Rafaela Fil: Giordano, Mabel Cristina. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Estación Experimental Agropecuaria Rafaela; Argentina.