Physiology of genotypic differences in wheat grain weight among elite cultivars of contrasting grain number under contrasting N conditions or exposed to heat

Abstract

Generalment, el rendiment de blat es pot dividir en dos components principals: nombre de grans per m2 (GN) i pes mitjà del gra (AGW). El rendiment sol estar fortament associat amb GN, però també hi ha una relació negativa entre AGW i GN. Com que això pot representar una penalització en els guanys de rendiment assolibles si el creixement del gra està limitat per la força de la font, és important dilucidar si la reducció en AGW en resposta a augments en GN representa un cas de limitació per font, i reconèixer si AGW a germoplasma d'elit està limitat per la disponibilitat de recursos per omplir els grans. També, l'estrès per alta temperatura afecta negativament els dos components principals; GN i AGW al cultiu de blat. No obstant això, no és clar si la compensació reflectiria la competència entre grans en creixement. En aquesta tesi hem seleccionat i estudiat sota condicions contrastants de nitrogen un grup de cultivars de blat moderns per quantificar i analitzar les causes darrere de la relació entre GN i AGW. També, hem seleccionat dos genotips contrastants respecte a GN i AGW i vaig analitzar (i) en detall les causes de les seves diferències en AGW i (ii) les seves respostes de GN i AGW a l'estrès. Nostre resultat indica que la compensació entre AGW i GN a través del material d'elit és deguda principalment a diferències en el pes potencial intrínsec dels grans. També, la penalització d'AGW per estrès per altes temperatures post-antesi no va resultar de la competència pels recursos. Per tant, la reducció de AGW causada per l'estrès tèrmic en post-antesi podria haver estat deguda simplement a un efecte directe sobre el PGW per se. Quan es van imposar onades de calor transitòries tant en pre- com en post-antesi, la reducció d'AGW causada per l'estrès tèrmic en post-antesi va ser menor que amb el mateix tractament tèrmic post-antesi imposat únicament. Fins a cert punt, va haver-hi una mena d'efecte “priming” d'un estrès tèrmic anterior sobre la magnitud de l'efecte d'un estrès tèrmic subsegüent.

Generalmente, el rendimiento de trigo se puede dividir en dos componentes principales: número de grano por m2 (GN) y peso medio de grano (AGW). El rendimiento suele estar fuertemente asociado con GN, pero también existe una relación negativa entre AGW y GN. Como esto puede representar una penalización en las ganancias de rendimiento alcanzables si el crecimiento del grano está limitado por la fuerza de la fuente, es importante dilucidar si la reducción en AGW en respuesta a aumentos en GN representa un caso de limitación por fuente, y reconocer si AGW en germoplasma de élite está limitado por la disponibilidad de recursos para llenar los granos. Tambien, el estrés por alta temperatura afecta negativamente a ambos componentes principales; GN y AGW en el cultivo de trigo. Sin embargo, no está claro si la compensación reflejaría la competencia entre granos en crecimiento. En esta tesis hemos seleccionado y estudiado bajo condiciones de nitrógeno contrastantes un grupo de cultivares de trigo modernos para cuantificar y analizar las causas detrás de la relación entre GN y AGW. Tambien, hemos seleccionado dos genotipos contrastantes con respecto a GN y AGW y analicé (i) en detalle las causas de sus diferencias en AGW y (ii) sus respuestas de GN y AGW al estrés. Nuestro resultado indica que la compensación entre AGW y GN a través del material de élite debe haberse debido principalmente a diferencias en el peso potencial intrínseco de los granos. Tambien, la penalización de AGW por estrés por altas temperaturas post-antesis no resultó de la competencia por los recursos. Por lo tanto, la reducción de AGW causada por el estrés térmico en post-antesis podría haber sido simplemente debido a un efecto directo sobre el PGW per se. Cuando se impusieron olas de calor transitorias tanto en pre- como en post-antesis, la reducción de AGW causada por el estrés térmico en post-antesis fue menor que con el mismo tratamiento térmico post-antesis impuesto únicamente. hasta cierto punto, Hubo una especie de efecto “priming” de un estrés térmico anterior sobre la magnitud del efecto de un estrés térmico subsiguiente.

Generally, wheat yield can be divided into two main components; grain number per m2 (GN) and average grain weight (AGW). Yield is commonly strongly associated with GN, but there is also a common negative relationship between AGW and GN. As this may represent a penalty in achievable yield gains should grain growth be limited by the source strength, it will be important to elucidate whether the reduction in AGW in response to increases in GN represents a case of source-limitation, and to recognize whether AGW in elite germplasm is limited by resource availability to fill the grains. Also, heat stress negatively affects both main components; GN and AGW of wheat. However, it is not clear (i) whether the compensation would reflect competition between growing grains. In this thesis, we selected and studied under contrasting nitrogen conditions a group of modern wheat cultivars to quantify, and to analyze the causes behind, the relationship between GN and AGW. Also, we selected two contrasting genotypes regarding GN and AGW were selected from the previous study and analysed (i) in detail the causes for their differences in AGW and (ii) their GN and AGW responses to heat stress. Our result indicates that the trade-off between AGW and GN across elite material must have been mainly due to differences in the intrinsic potential weight of the grains. Also, the penalty of AGW by post-anthesis heat stress did not result from competition for resources. Therefore, the reduction of AGW caused by heat stress at post-anthesis might have been simply due to a direct effect reducing PGW per se. When transient heatwaves were imposed twice at both pre- and post-anthesis, the reduction of AGW caused by that post-anthesis heat stress was diminished compared with the effect of the same post-anthesis heat treatment imposed solely. To some extent, there was sort of a priming effect of an earlier heat stress on the magnitude of the effect of a succeeding heat stress.