Morphological, physiological and biochemical responses to soil water deficit in seedlings of three populations of wild pear (Pyrus boisseriana)

Abstract

Water shortage limits production of fruit orchards, like pear, in arid and semi-arid regions. The identification of wild pear germplasm for potential use as rootstock would be valuable for pear cultivation in semi-arid regions. Relative drought tolerance of wild pear germplasm (Pyrus boisseriana) from three different populations distributed along an elevational gradient (semi-arid 1000, semi-wet 1350 and semi-wet 1600 populations) was evaluated in a greenhouse trial. Established container-grown seedlings were exposed to 18 days of simulated drought, or not, followed by a seven day recovery. Biomass allocation and accumulation, physiological (stomatal conductance, photosynthesis, transpiration, xylem water potential) and biochemical parameters (leaf pigments, free proline, malondialdehyde and hydrogen peroxide production) were evaluated. Although all populations were able to recover from water shortage, thereby being relatively drought tolerant, some differences among populations were detected for gas exchange parameters, biomass accumulation and proline concentration in favor of the semi-arid 1000 elevation population, which was more drought tolerant; it had the most rapid and complete recovery of physiological activity (stomatal conductance and carbon fixation). In addition, all populations increased carotenoids in leaves. Overall, we showed that plants from semi-arid 1000 elevation greater tolerance to drought than those from higher elevations. Although the initial drought resistance response of the 1000 elevation source was promising, additional field studies are needed to confirm the greenhouse results and the benefit of a more drought resistant rootstock to commercial scions.

En régions arides et semi-arides, la disponibilité en eau est le facteur limitant des vergers de production, comme en culture de poirier, par exemple. À cet égard, l’évaluation d’une collection de poiriers sauvages pourrait mettre en évidence du matériel potentiellement utilisable comme porte-greffe et tolérant à la sécheresse dans ces régions. Des poiriers sauvages (Pyrus boisseriana) originaires de trois populations différentes selon leur répartition en altitude (populations « semi-aride 1 000 m », « semi-humide 1350 m » et « semi-humide 1 600 m ») ont été évalués pour leur tolérance à la sécheresse dans un essai en serre. Des semis cultivés en pots ont été soumis à 18 jours de sécheresse, puis à une reprise de sept jours de croissance en conditions normales d’irrigation. La répartition et l’accumulation de la biomasse, les paramètres physiologiques (conductance stomatique, photosynthèse, transpiration, potentiel hydrique du xylème) et biochimiques (teneurs en pigments des feuilles, proline libre et malondialdéhyde ; production de peroxyde d’hydrogène) ont été évalués par rapport à des témoins non soumis au stress hydrique. Bien que toutes les populations de poirier aient pu se rétablir après la période sans irrigation et présentent de ce fait une certaine tolérance à la sécheresse, certaines différences de comportement entre celles-ci ont été détectées pour ce qui concerne les échanges gazeux, l’accumulation de la biomasse et la concentration de la proline dont les valeurs étaient en faveur de la population établie en zone semi-aride à une altitude de 1000 m. Celle-ci a d’ailleurs montré une reprise plus rapide et plus complète de son activité physiologique (conductance stomatique et fixation du carbone). À noter que le taux de caroténoïdes dans les feuilles a augmenté dans toutes les populations soumises au stress hydrique. De manière générale, nous avons montré que les plantes appartenant à la population établie en zone semi-aride à 1 000 m d’altitude présentaient une plus grande tolérance à la sécheresse que celles appartenant aux populations des altitudes plus élevées (populations semi-humides). Ces plantes constituent donc un matériel prometteur comme candidats porte-greffe pour les greffons commerciaux de poiriers destinés à la culture dans les régions soumises fréquemment à des déficits hydriques.