Morphological performance and seasonal pattern of water relations and gas exchange in Pistacia lentiscus plants subjected to salinity and water deficit

Abstract

Soil water deficit and salinity represent a major factor impacting plant survival and agricultural production. The frequency and severity of both abiotic stresses are expected to increase in a context of climate change, especially in arid and semi-arid regions. This work studied the growth pattern, biomass and mineral distribution and the seasonal pattern of water status, photosynthetic rate and stomatal conductance in plant of Pistacia lentiscus grown under different levels of water deficit and salinity. P. lentiscus plants growing under greenhouse conditions were subjected to four irrigation treatments during 11 months: control (C, 1 dS m-1), moderate water deficit (MW, 1dS m-1, 60% of the control), severe water deficit (SW, 1 dS m-1, 40% of the control) and saline (S, 4dS m-1). The results show that Pistacia lentiscus plants were more affected by deficit irrigation than salinity. Deficit irrigation and salinity inhibited plant height, with reductions of 20%, 22% and 35% for S, MW and SW, respectively. Total leaf area was notmodified by effect of the treatments, with the result that plant compactness increased in MW. The salt stressed plants only showed lower relative growth rate at the end of the experiment. Plants responded to saline or drought stress by increasing their osmotic adjustment, which was more pronounced under salinity. Saline plants had the highest values in Na+ and Cl- ions and the lowest values for K+/Na+ and Ca2+/Na+ ratios in leaves and stems, which is correlated with a decrease in growth, stomatal conductance, photosynthesis and stem water potential, and can be used as a diagnostic tool to assess plant tolerance to salinity stress. As a measure of plant hydration, relative water content was more sensitive to deficit irrigation than salinity, being a good indicator of water stress. P. lentiscus plants subjected to both deficit irrigation treatments exhibited an increase in their intrinsic water use efficiency, which is an important adaptation for plants growing in environments with water scarcity.

El déficit hídrico del suelo y la salinidad representan factores principales que afectan la supervivencia de las plantas y la producción agrícola. Se espera que la frecuencia y severidad de ambos estreses abióticos aumenten en un contexto de cambio climático, especialmente en regiones áridas y semiáridas. Este trabajo estudió el patrón de crecimiento, la biomasa y la distribución mineral, así como el patrón estacional del estado hídrico, la tasa fotosintética y la conductancia estomática en plantas de Pistacia lentiscus cultivadas bajo diferentes niveles de déficit hídrico y salinidad. Las plantas de P. lentiscus cultivadas en condiciones de invernadero fueron sometidas a cuatro tratamientos de riego durante 11 meses: control (C, 1 dS m-1), déficit hídrico moderado (MW, 1 dS m-1, 60% del control), déficit hídrico severo (SW, 1 dS m-1, 40% del control) y salino (S, 4 dS m-1). Los resultados muestran que las plantas de Pistacia lentiscus fueron más afectadas por el déficit hídrico que por la salinidad. El riego deficitario y la salinidad inhibieron la altura de las plantas, con reducciones del 20%, 22% y 35% para S, MW y SW, respectivamente. El área foliar total no se modificó por efecto de los tratamientos, con el resultado de que la compactación de la planta aumentó en MW. Las plantas estresadas por sal solo mostraron una menor tasa de crecimiento relativo al final del experimento. Las plantas respondieron al estrés salino o por sequía aumentando su ajuste osmótico, que fue más pronunciado bajo salinidad. Las plantas salinas presentaron los valores más altos de iones Na+ y Cl- y los valores más bajos para las proporciones K+/Na+ y Ca2+/Na+ en hojas y tallos, lo cual se correlaciona con una disminución en el crecimiento, conductancia estomática, fotosíntesis y potencial hídrico del tallo, y puede ser utilizado como una herramienta diagnóstica para evaluar la tolerancia de la planta al estrés por salinidad. Como medida de hidratación de la planta, el contenido relativo de agua fue más sensible al déficit hídrico que a la salinidad, siendo un buen indicador del estrés hídrico. Las plantas de P. lentiscus sometidas a ambos tratamientos de déficit hídrico exhibieron un aumento en su eficiencia intrínseca en el uso del agua, lo cual es una adaptación importante para plantas que crecen en ambientes con escasez de agua.