Response of some emergent crops (persimmon, pomegranate and quince) to water deficit

Abstract

El presente estudio tuvo como objetivo profundizar en el conocimiento de la respuesta de tres cultivos emergentes, caqui (Diospyros kaki), granado (Punica granatum) y membrillero (Cydonia oblonga), al estrés hídrico y desarrollar estrategias para mejorar el ahorro de agua y la calidad de los frutos. Para complementar el estado actual de conocimientos, se desarrollaron distintos ensayos en los mencionados cultivos. En primer lugar se estudiaron los mecanismos de resistencia (evitación y tolerancia) desarrollados por plantas jóvenes de caqui ‘Rojo brillante’ en respuesta al déficit hídrico suave y la sensibilidad para diagnosticarlo de los indicadores del estado hídrico más usuales, medidos tanto de forma continua como discontinua. Los resultados indicaron que esta especie desarrolla un gradual control estomático (mecanismo de evitación del estrés) y exhibió algunos caracteres xeromórficos tales como altos contenidos de agua apoplástica, que podría facilitar la retención de agua a bajos potenciales hídricos. Las tasas de flujo de savia resultaron ser el indicador más adecuado para detectar cambios en el estado hídrico del cultivo, ya que presentaron los valores más altos de la relación intensidad de señal:ruido y son capaces de informar de forma continua y en tiempo real del estado hídrico. Igualmente, en plantas de membrillero BA-29 adultas se estudiaron los mecanismos de resistencia al déficit hídrico. Las plantas exhibieron un comportamiento extremadamente anysohídrico en respuesta al estrés hídrico. Además, durante el desarrollo del estrés, se produjo un ajuste osmótico activo que contribuyó al mantenimiento de altos niveles de conductancia foliar y, por tanto, de productividad. Los bajos niveles de agua apoplástica de este cultivo pueden favorecer un mayor gradiente de potencial hídrico entre el suelo y la hoja, lo que favorecería la absorción de agua. Por otra parte, la fase de rápido crecimiento del fruto resultó claramente crítica ante el estrés hídrico, ya que los frutos en esas condiciones disminuyeron su peso unitario, tamaño y contenido de humedad, lo que se tradujo en una significativa disminución de la producción comercial. Sin embargo, los membrillos en estas condiciones presentaron un mayor contenido en sólidos solubles y polifenoles, aunque la actividad antioxidante disminuyó. El aumento de la coloración de la piel y la mejora de algunas características esenciales de la pulpa (disminución de la fibrosidad y acorchado y aumento del carácter crujiente) son aspectos de alto interés para la comercialización de la fruta. En los estudios enfocados a optimizar el momento de recolección de la granada Mollar de Elche de plantas autoenraizadas, se confirmó que el periodo de maduración es claramente crítico ya que el riego resultó imprescindible para alcanzar máximas producciones. No obstante, un periodo muy corto de supresión del riego (6 días) al final de la maduración implica ahorro de agua, adelanto de la maduración y un aumento del contenido en sustancia bioactivas (antocianos, compuestos fenólicos, punicalaginas y ácido elágico) de los frutos sin modificar el tamaño de los mismos, ni la producción comercial. En relación al embolsado de las granadas y la aplicación aérea de quitosanas para la profilaxis de algunas fisiopatías de la piel bajo distintas condiciones de riego, cabe mencionar que la utilización de bolsas de celulosa satinada y abiertas por el extremo inferior indujeron un cierto retraso en el crecimiento y la maduración de los frutos, aunque muy importantes beneficios pueden derivarse de su utilización ya que redujo significativamente la incidencia del albardado y aumentó la actividad antioxidante de los arilos. En cuanto a la aplicación de las quitosanas, aditivo alimentario según la USFDA, se detectó una reducción en el peso de los frutos y una disminución del color rojizo de los arilos. Sin embargo, aumentó la actividad antioxidante de los arilos y disminuyó la incidencia del albardado y el agrietado de la piel de los frutos

The purpose of the present study was focused in deep in the knowledge of the response of three emerging crops, persimmon (Diospyros kaki), pomegranate (Punica granatum) and quince (Cydonia oblonga), to water stress and to develop strategies to improve irrigation water saving and fruit quality. For this, and in order to complement the current state of knowledge in each crop, different experimental assays were performed. As a preliminary step, the resistance mechanisms (stress avoidance and stress tolerance) developed by persimmon plants on Diospyros lotus in response to mild water stress and the sensitivity of continuously and discretely measured indicators of the plant water status were investigated in 3-year old ‘Rojo Brillante’ persimmon plants. The results indicated these plants confront a mild water stress situation by gradually developing stomata control (stress avoidance mechanism) and exhibiting some xeromorphic characteristic such as high leaf relative apoplastic water content, which could contribute to the retention of wáter at low leaf water potentials. Sap flow was seen to be the most suitable indicator for estimating persimmon water status, because it provided the highest signal intensity:noise ratio in almost all intervals of time considered and provides continuous and automated registers of the crop water status in real time. The strategy (isohydric or anisohydric) by which quince plants cope with water stress and the resistance mechanisms developed in response to water stress and during recovery were studied in own rooted 17-years old BA-29 plants. These plants exhibited extreme anisohydric behaviour in response to water stress. Also, during the development of water stress, active osmotic adjustment take place and leaf turgor was maintained, contributing to the high leaf conductance, and, therefore, good leaf productivity. In addition, the low quince leaf apoplastic water fraction under water stress can favour water absorption because a steeper gradient in water potential between the leaf and the soil can take place. In an additional experiment, the linear fruit growth phase was seen to be a critical phenological period for the marketable yield because water déficit decreased the fruit weight, size, moisture content and fruit’s chemical characteristics. In this sense, total soluble solids increased and the total polyphenols content and antioxidant activity decreased as a result of wáter deficit effect. Nevertheless, the still high levels of total polyphenols, regardless of the fruit water status, suggested that quinces can be used as an important source of natural antioxidants. Also, the peel colour intensity of water stressed fruits increased and fruit flesh texture improved (corkiness and fibreness severely decreased and crunchiness increased). In a study to determine the optimum harvest time to improve the fruit quality from Mollar de Elche own rooted pomegranate plants, fruit ripening was confirmed as a critical period because irrigation is clearly essential during most of this phenological period to achieve máximum yield. Nevertheless, a very short period of irrigation restriction (around 6 days) at the end of ripening period comes early harvest time, saves irrigation water, enhances the bioactive compounds content (anthocyanins, phenolic compounds, punicalagin and ellagic acid) without affecting marketable yield and fruit size. In order to study if pomegranate bagging and preharvest chitosan spraying were able to affect fruit chemical characteristics and fruit peel physiopathies incidence in plants under different irrigation conditions, two experiment were performed. Fruits were bagged with externally glossy single layer cellulosic paper bags open at the bottom from the end of fruit thinning to harvest time. Despite bagging induced a delay in fruit growth and ripening, these effects were outweighed by very important comercial benefit in terms of the reduced incidence of peel sunburn and the increase in fruit antioxidant activity. Some of the effects of chitosan, a food additive by the USFDA, were negative such as the reduction in fruit weight and the less reddish and duller appearance of the arils. However, these negative aspects could be regarded as being compensated by other very important positive effects, such as the increase in the antioxidant activity and the significant reduction in fruit peel cracking or splitting and fruit sunburn physiopathies occurrence, which would considerably improve the returns of pomegranate growers