Publication: Physiological strategies in orophytes from Sierra de Guadarrama in response to harsh environments
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Publication Date
2020-03-11
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Universidad Complutense de Madrid
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Abstract
The impending changes in climatic conditions (i.e. decrease in rainfall regimes and increasing temperatures) as an outcome of climate change, coupled to a greater incidence of human disturbance, underlines the challenges and vulnerability faced by Mediterranean high-mountain plant communities. Albeit increased research efforts have demonstrated the effects of environmental factors over plant physiology, along with the responses and adaptation capacity on high-mountain plant species; these primarily concern the vegetation from temperate mountains (i.e. alpine), while studies on Mediterranean high-mountain flora, including their Spanish elements, remain scarce. The latter exposes the urgent need to identify the specific responses and strategies to counteract the seasonal aggravation of summer stress in the remaining species comprising these Mediterranean high-mountain communities. This in view of the expected lengthening and increased intensity of the summer season in these mountains. In turn, these studies will enable discerning potential alterations in community structure and dynamics, fostering their conservation. OBJECTIVES: The main objective of the present PhD Thesis is to study the physiological mechanisms driving the response to adverse conditions in high-mountain specialists and narrowly-distributed species inhabiting the Sistema Central mountainous range, for instance Armeria caespitosa and Erysimum penyalarense. Specifically, we aimed to unveil the strategies in response to the main abiotic stressor driving plant life in Mediterranean high-mountains, i.e. summer stress. In turn, we assessed the involvement of well-known responses in lowland species. For instance, osmolyte accumulation (proline and non-structural carbohydrates, NSC) in response to drought and occasional freezing stress befalling the brief growing season. In addition, we evaluated the protective role of photosynthetic and “accessory” pigments in response to the seasonal aggravation of summer stress and diurnal climatic variations, respectively. Lastly, we assessed the adaptive capacity of a high-mountain hemicryptophyte using herbarium specimens from the past 71 years to the long-term climate exacerbation in these high-mountain areas, via morphological and micro-morphological leaf traits related to transpiration-mediated cooling and photosynthetic gain...
La predicción de cambio en los parámetros climáticos (disminución de las precipitaciones, aumento de las temperaturas), aunado al aumento de la perturbación antrópica, resaltan la fragilidad y dificultad de supervivencia de la gran diversidad de especies vegetales colonizadoras de los ecosistemas de la alta montaña Mediterránea. La exigüidad de los estudios enfocados en las respuestas fisiológicas y la capacidad adaptativa de las especies que forman la vegetación de las cumbres Mediterráneas es muy alta, comparado con los crecientes estudios de esta índole en sistemas alpinos. Esto destaca la necesidad de identificar las respuestas específicas para contrarrestar los efectos de la sequía estival, incidente a lo largo de la corta temporada de actividad vegetal, en las especies que integran estas comunidades de alta montaña. Estos estudios ayudarán a discernir posibles alteraciones en la estructura de estas comunidades y, dado el esperado aumento en la intensidad de la sequía estival en estos ecosistemas, facilitar su conservación. OBJETIVOS: El objetivo principal de esta Memoria doctoral es el estudio de los mecanismos fisiológicos de respuesta al estrés estival en orófitos de las comunidades de la alta montaña Mediterránea; incluyendo especies endémicas y de limitada distribución, como es el caso de Armeria caespitosa, o Erysimum penyalarense. Para ello, se llevó a cabo la cuantificación estacional de metabolitos ampliamente estudiados en especies modelo y cultivadas, establecidos como indicadores de la respuesta al estrés por sequía y temperaturas extremas (osmolitos: prolina y carbohidratos no estructurales, NSC en inglés). Aunado a esto, se estudió el papel de pigmentos fotosintéticos y fotoprotectores en estos orófitos, esclareciendo sus oscilaciones en respuesta a la variación climática estacional y diaria, respectivamente. Finalmente, buscando evaluar la capacidad adaptativa de la estructura foliar en respuesta al agravamiento de las condiciones climáticas registrado en estas montañas, se evaluaron caracteres relacionados con la actividad fotosintética y termorregulación en pliegos de herbario de los últimos 71 años...
La predicción de cambio en los parámetros climáticos (disminución de las precipitaciones, aumento de las temperaturas), aunado al aumento de la perturbación antrópica, resaltan la fragilidad y dificultad de supervivencia de la gran diversidad de especies vegetales colonizadoras de los ecosistemas de la alta montaña Mediterránea. La exigüidad de los estudios enfocados en las respuestas fisiológicas y la capacidad adaptativa de las especies que forman la vegetación de las cumbres Mediterráneas es muy alta, comparado con los crecientes estudios de esta índole en sistemas alpinos. Esto destaca la necesidad de identificar las respuestas específicas para contrarrestar los efectos de la sequía estival, incidente a lo largo de la corta temporada de actividad vegetal, en las especies que integran estas comunidades de alta montaña. Estos estudios ayudarán a discernir posibles alteraciones en la estructura de estas comunidades y, dado el esperado aumento en la intensidad de la sequía estival en estos ecosistemas, facilitar su conservación. OBJETIVOS: El objetivo principal de esta Memoria doctoral es el estudio de los mecanismos fisiológicos de respuesta al estrés estival en orófitos de las comunidades de la alta montaña Mediterránea; incluyendo especies endémicas y de limitada distribución, como es el caso de Armeria caespitosa, o Erysimum penyalarense. Para ello, se llevó a cabo la cuantificación estacional de metabolitos ampliamente estudiados en especies modelo y cultivadas, establecidos como indicadores de la respuesta al estrés por sequía y temperaturas extremas (osmolitos: prolina y carbohidratos no estructurales, NSC en inglés). Aunado a esto, se estudió el papel de pigmentos fotosintéticos y fotoprotectores en estos orófitos, esclareciendo sus oscilaciones en respuesta a la variación climática estacional y diaria, respectivamente. Finalmente, buscando evaluar la capacidad adaptativa de la estructura foliar en respuesta al agravamiento de las condiciones climáticas registrado en estas montañas, se evaluaron caracteres relacionados con la actividad fotosintética y termorregulación en pliegos de herbario de los últimos 71 años...
Description
Tesis inédita de la Universidad Complutense de Madrid, Facultad de Ciencias Biológicas, Departamento de Biodiversidad, Ecología y Evolución, leída el 12/12/2019