Respuesta fisiológica de genotipos de maíz (Zea mays L.) al estrés térmico por alta temperatura durante el periodo crítico del cultivo

Abstract

El incremento de las temperaturas a nivel mundial ha demostrado ser un fenómeno cada vez más preocupante. Numerosos trabajos enfatizan que la frecuencia con temperaturas supra-óptimas aumentará, siendo la intensidad y la duración del estrés los que determinen las mermas en el rendimiento en grano. El objetivo de este trabajo fue estudiar el efecto del estrés térmico por altas temperaturas sobre procesos fisiológicos y la determinación del rendimiento en diferentes genotipos de maíz. Los ensayos conducidos en este estudio involucraron: (i) altas temperaturas generadas en invernáculos de polietileno aplicadas en pre- y posfloración del cultivo en tres genotipos contrastantes de maíz y (ii) altas temperaturas bajo dos condiciones hídricas en floración analizando 71 genotipos subtropicales de maíz. La fotosíntesis de hoja, la eficiencia fotosintética y la estabilidad de membranas fueron afectadas por las altas temperaturas y se identificaron diferencias en tolerancia al calor en tres genotipos de genética contrastante. Las máximas reducciones en fotosíntesis de hoja se presentaron minutos antes de liberado el estrés, obteniéndose recuperaciones pos-estrés excepcionalmente rápidas comparadas con otras investigaciones. La fotosíntesis de hoja medida durante el periodo crítico del cultivo estuvo asociada con las tasas de crecimiento en dicho periodo. Además, los genotipos que presentaron menores disminuciones en fotosíntesis de hoja fueron los que tuvieron mayor fijación de granos. De esta manera, las reducciones en la fotosíntesis de hoja como resultado de las altas temperaturas estuvieron directamente relacionadas con las variaciones en la tasa de crecimiento del cultivo, el número de granos y el rendimiento. Cuando se pretende evaluar una gran cantidad de genotipos, la temperatura de canopeo y el NDVI (obtenidas por imágenes aéreas) demostraron ser útiles en el proceso de selección por tolerancia a estrés térmico por altas temperaturas. Los genotipos con canopeos más frescos y menos afectados en su índice de verdor (i.e., NDVI) tuvieron las menores mermas en rendimiento en grano. La utilización de índices de selección en ensayos con altas temperaturas bajo dos condiciones hídricas puede significar una potencial mejora en el proceso de selección.

Worldwide rising temperatures have proved to be an increasing concern. Various researches highlight that the frequencies with supra-optimum temperatures will increase being intensity and duration of heat stress the factors that determine yield losses. The objective of this thesis was to analyze the heat stress effects on physiological processes and yield determination in different maize genotypes. Field experiments involve: (i) high temperatures achieved by polyethylene shelters in pre- and post-flowering and, (ii) high temperatures under two irrigation conditions around flowering analyzing 71 subtropical maize genotypes. Leaf photosynthesis, photosynthetic efficiency and cell membrane stability were affected by heat stress with differences among three maize genotypes of contrasting background. Maximum leaf photosynthesis reductions were observed minutes before the end of the daily heat stress period. Leaf photosynthesis and others physiological traits presented post-stress recoveries higher than those observed by other researchers. Leaf photosynthesis measured during the critical period for yield determination was associated with crop growth rates during the same period. Furthermore, maize genotypes that presented lower reductions on leaf photosynthesis also presented lower kernel abortion. In this sense, changes on leaf photosynthesis because of high temperatures were directly related to crop growth rate, kernel number and grain yield. Canopy temperature and NDVI (obtained by aerial images) showed to be helpful in the selection process of tolerant maize genotypes under high temperature conditions. Based on assessment of 71 subtropical maize genotypes, lower canopy temperatures and higher NDVI values were associated with higher grain yields. The use of selection indices could contribute to improve the selection process for heat stress tolerance.