Physiological and antioxidant response of wheat to water availability under elevated CO2 and high temperatures and its impact on grain yield and quality traits

Abstract

[EN]The main aim of this doctoral thesis was to investigate wheat adaptive response to varying water regimes under combined elevated CO₂ and high temperatures. Special focus was placed on the performance of the flag leaf and ear during the reproductive growth, as well as on the resulting grain yield and quality at the maturity stage. The research opened with an extensive review of the current state of the art of the morphological, physiological, antioxidant and grain production response of wheat under a projected climate change scenario of elevated CO₂ and high temperatures by the end of this century with drought episodes. The research continued with the optimization of a high-throughput spectrophotometric procedure to measure catalase activity in vitro considering, from a theoretical and experimental viewpoint, its unique kinetic properties such as the deviation from the Michaelis-Menten model and the inactivation by H₂O₂ as suicide substrate. The second experimental study examined the effects of varying water deficit regimes on the flag leaf and ear of a spring bread wheat genotype, named Gazul, grown under combined elevated CO₂ and high temperatures. The analyses focused on changes in biomass, morphology, photosynthetic performance, and antioxidant activity

[ES]El principal objetivo de esta Tesis Doctoral fue investigar la respuesta adaptativa del trigo a diferentes regímenes hídricos bajo la combinación de concentraciones elevadas de CO₂ y altas temperaturas. Se prestó especial atención al funcionamiento de la hoja bandera y la espiga durante la fase reproductiva, así como al rendimiento y la calidad del grano resultante en la fase de madurez. La investigación se inició con una revisión minuciosa del estado actual del conocimiento de la respuesta morfológica, fisiológica, antioxidante y de la producción de grano del trigo bajo un escenario de cambio climático de CO₂ elevado y temperaturas altas para finales del presente siglo con episodios de sequía. La investigación continuó con la optimización de un método espectrofotométrico de alto rendimiento para medir la actividad catalasa in vitro considerando, desde un punto de vista teórico y experimental, sus propiedades cinéticas únicas, como su desviación del modelo de Michaelis-Menten y la inactivación por H₂O₂ como sustrato suicida. El segundo estudio experimental examinó los efectos de diferentes regímenes hídrico en la hoja bandera y la espiga de un trigo harinero de primavera, Gazul, cultivado bajo CO₂ elevado y temperaturas altas.