Response of Tempranillo (Vitis vinifera L.) clones to climate change-related factors (elevated temperature, high CO2, and water deficit) : plant performance and berry composition
Respuesta de clones de Tempranillo (Vitis vinifera L.) a factores relacionados con el cambio climático (temperatura elevada, CO2 elevado y déficit hídrico) : fisiología de la planta y composición de la baya
Réponse de clones de Tempranillo (Vitis vinifera L.) à des facteurs de l'environnement liés au changement climatique (température élevée, haut niveau de CO2 et déficit en eau) : réponse physiologique de la plante et composition de la baie
Résumé
Climate change is expected to modify future environmental conditions, therefore affecting agriculture. Tempranillo, a largely cultivated worldwide grapevine (Vitis vinifera L.) red variety, will be affected by the increase of global mean temperature and atmospheric CO2 levels and the decrease of water availability in its cultivation area. The use of the intra-varietal diversity has been proposed as a strategy for keeping wine typicity and regional varieties cultivation under future growing conditions by shifting the ripening phase to more favourable environmental conditions. The aim of the thesis was to determine the response of different clones of Tempranillo to simulated 2100 environmental conditions, focusing on plant growth and development, as well as on berry composition. Fruit-bearing cuttings of Tempranillo clones, which differed in the length of their reproductive cycle, were exposed from fruit set to maturity to different scenarios of climate change in temperature gradient greenhouses (TGG) and growth chamber greenhouses (GCG). The impact of elevated temperature (+4 °C), elevated CO2 (700 ppm) and water deficit, both in combination or independently, were evaluated. The results show an increment of vegetative growth and a reduction of yield due to high temperatures. Elevated CO2 concentration also increased vegetative growth and photosynthetic activity, even though an acclimation process was observed, being stronger when combined with high temperature. Water deficit reduced severely the photosynthetic activity and vegetative growth, overshadowing the temperature and CO2 effects. Elevated temperature, both individually and combined with high CO2 levels, hastened sugar accumulation and advanced maturity, but these effects were mitigated by water deficit. Malic acid degradation was also enhanced by high temperature, especially when combined with elevated CO2 and water deficit. Amino acid concentration and profile were affected by high temperature, elevated atmospheric CO2 and, especially, water deficit. Elevated CO2 reduced the effect of temperature decoupling the anthocyanin and TSS accumulation; however, the combination of elevated temperature, high CO2 and water deficit led to the imbalance between these two grape components. Anthocyanin profile was modified by climate change, high temperature increasing the relative abundance of acylated forms and both elevated CO2 and drought favouring the relative content of malvidin and acylated, methylated and tri-hydroxylated forms. The clones studied showed differences in their phenological development, vegetative and reproductive growth, as well as in their grape composition. In addition, the results reveal the existence of a differential response of Tempranillo clones to the environmental conditions projected for 2100 in relation to plant performance and grape composition. In general, RJ43 was the most affected by the future growing conditions (high temperature, elevated CO2 and water deficit) among the clones studied in terms of phenology and anthocyanin concentration and profile. Conversely, VN31 maintained the highest anthocyanin and anthoycianin:TSS ratio, whereas 1084 had the lowest sugar, malic acid and anthocyanin levels. The differences observed in the response of the clones to climate change not always depended on their reproductive cycle length.
Le changement climatique devrait modifier les conditions environnementales dans le futur, affectant ainsi l'agriculture. Le Tempranillo, une variété de vigne rouge (Vitis vinifera L .) largement cultivée au niveau international, pourrait être affecté par l’augmentation des températures moyennes mondiales et des niveaux de CO2 dans l’atmosphère, ainsi que par la diminution de la disponibilité en eau sur sa zone traditionnelle de culture. L'utilisation de la diversité intra-variétale a été proposée comme une stratégie pour essayer de conserver la typicité du vin et les variétés régionales dans les conditions de cultures futures, en déplaçant la phase de maturation vers des périodes aux conditions environnementales plus favorables. L’objectif de cette thèse était donc de déterminer la réponse de différents clones de Tempranillo aux conditions environnementales simulées de 2100, en se concentrant sur la croissance et le développement des plantes, ainsi que sur la composition des baies. Des boutures fructifères de clones de Tempranillo, dont la longueur du cycle de reproduction était différente, ont été exposées à différents scénarios climatiques dans des serres à gradient de température (TGG) et des serres de chambre de croissance (GCG) depuis la fructification jusqu’à la maturité. Les impacts de la température élevée (+4 ° C), du CO2 élevé (700 ppm) et du déficit en eau, combinés ou non, ont été évalués. Les résultats montrent une augmentation de la croissance végétative et une réduction de la production dues aux températures élevées. La concentration élevée de CO2 a également augmenté la croissance végétative et l'activité photosynthétique. Néanmoins, un processus d'acclimatation a été observé, celui-ci étant plus fort lorsqu’un haut niveau de CO2 est combiné à une température élevée. Le déficit en eau a fortement réduit l'activité photosynthétique et la croissance végétative, occultant les effets de la température et du CO2. La température élevée, que ce soit individuellement ou associée à des niveaux élevés de CO2, a accéléré l'accumulation de sucres et la date de maturité a été avancée, mais ces effets ont été atténués par le déficit en eau. La dégradation de l’acide malique a également été favorisée par l’augmentation de la température, en particulier lorsque cette dernière est associée à une concentration élevée de CO2 et à un déficit en eau. La concentration et le profil des acides aminés ont été influencés par les températures élevées, un niveau de CO2 élevé et, en particulier, par un déficit en eau. L'augmentation de CO2 a réduit l'effet de la température sur le découplage de l’accumulation des anthocyanes par rapport à celle des sucres ; cependant, la combinaison d’une température élevée, d’un haut niveau de CO2 et d’un déficit en eau a conduit à un déséquilibre entre ces deux composés du raisin. Le profil des anthocyanes a été modifié par le changement climatique, une température élevée augmentant la proportion des formes acylées tandis qu’un haut niveau de CO2 et un déficit hydrique ont favorisé quant à eux l'abondance relative de la malvidine, et des formes acylées, méthylées et trihydroxylées. Les clones étudiés ont montré des différences dans leur développement phénologique, leur croissance végétative et reproductive, ainsi que dans la composition de leurs raisins. En outre, les résultats révèlent l’existence d’une réponse différentielle des clones de Tempranillo aux conditions environnementales prévues pour 2100 en termes de performance de la plante et de composition du raisin. De façon générale, parmi les clones étudiés, RJ43 fut le plus affecté par les conditions de croissance futures (températures élevées, haut niveau de CO2 et déficit en eau) aussi bien en termes de développement phénologique qu’en termes de concentration en anthocyanes et de leur profil.[...]
Domaines
Biologie végétale
Origine : Version validée par le jury (STAR)