Understanding the regulation of leaf and plant gas Exchange under water stress with a process-based model of stomatal conductance

catalaLa disponibilitat d'aigua es un dels majors obstacles que limiten el creixement de les plantes i la distribucio a tot el mon. Aquest es el cas de la regio Mediterrania, on s’espera que la frequencia i la quantitat de precipitacions disminuiran a causa de l'escalfament global. Aquest fet provocara periodes mes llargs de sequera i una disminucio general de la disponibilitat d'aigua. En aquest context, un dels cultius mes vulnerables es el de la vinya. El cultiu de la vinya ha estat tradicionalment un cultiu se seca, encara que en els darrers anys s'esta convertint en un cultiu de regadiu. Aquest fet augmenta la demanda d’aigua i la necessitat de regular el seu us amb tecniques de reg mes precises basades amb l'estat hidric de la planta. Un dels millors indicadors fisiologics que permeten coneixer l'estat hidric de la planta es la conductancia estomatica. Encara que es ampliament coneguda la seva importancia, no existeix un model precis per prediure el seu comportament. Aquest fet es deu sobretot a que son molts els parametres fisiologics i ambientals que co-regulen alhora l’obertura estomatica. Els objectius d'aquesta tesi doctoral son: a) l'estudi dels mecanismes fisiologics que regulen la conductancia estomatica, b) aplicar un model mecanicista per preveure els valors de la conductancia estomatica c) i utilitzar aquest model com a eina per comprendre millor la regulacio fisiologica dels estomes al llarg de la “canopy”. Els resultats mostren que l'estoma te una forta regulacio per part de la conductancia hidraulica sent aquest un parametre fisiologic clau. A mes, l'acid abscisic i l’ajust osmotic tambe estan jugant un paper important en la seva regulacio. D'altra banda, el model mecanicista ha estat validat i s’ha observat com ha estat capac de predir les variacions de gs al llarg del dia i l'estacio en condicions d'estres hidric i de regadiu. Al ser un model mecanicista aquest es pot utilitzar com a eina de prediccio dels parametres fisiologics. Sent axi s’ha estudiat la la regulacio de l’estoma a diferents parts de la “canopy” observant que la conductancia hidraulica te un paper principal en la regulacio de la conductancia estomatica en les diferents localitzacions estudiades. EnglishWater availability is one of the biggest constraints limiting the plant growth and species distribution around the world. This is the case in the Mediterranean region where, moreover, the frequency and amount of rainfall will decrease due to global warming. This will provoke longer periods of drought and a general decrease of water availability. In this context, one of the most vulnerable crops is grapevine. This crop has been traditionally rain-feed, although in recent years it’s becoming an irrigated crop. This increases the demand to regulate the water use by more precise irrigation techniques based on the plant water status. A good physiological indicator that allows knowing the plant water status is stomatal conductance. Although it is widely known the importance of the stoma, there is not an accurate model to predict their behavior as many physiological and environmental parameters co-regulate it. The aims of this thesis are to: a) study the physiological mechanisms regulating stomatal conductance, b) apply a process-based model to predict the behavior of stomatal conductance c) use this model as tool to better understand the physiological stomatal regulation along the canopy. Results show that stoma has a strong regulation by hydraulic conductance being a key physiological parameter regulating water use. In addition, abscisic acid and osmotic adjustment are also playing an important role in their regulation. On the other hand, the mechanistic model of stomatal conductance has been validated predicting with a good accuracy the variations throughout the day and season in well water and water stress conditions. At time, because this model is based on physiological parameters permits to infer about the relevance of those physiological parameters under water stress, predicting that hydraulic conductance has a main role on the regulation of stomatal conductance in different parts of the canopy.