A dynamic model for sodium intoxication unravels salt tolerance in grapevine (Vitis vinifera L.) rootstocks

Abstract

A correct selection of salt-tolerant plants should consider the relative effects of the various existing tolerance mechanisms. When toxic ions, like Na+, reach the leaves, they affect the photosynthetic apparatus, reducing plant growth and performance. Leaf concentration of toxic ions depends on exclusion efficiencies at root level, or compartmentation in organs other than leaves. On the other hand, flow within the plant depends on leaf area, transpiration rate, and soil ion concentrations. From this perspective, in a feedback process, leaf area may be, simultaneously, cause and consequence of salt toxicity. To unravel how this feedback process influences salinity damage in grapevines, a dynamic model of Na+ toxicity was developed. The theoretical model proposed a way to estimate plant exclusion and compartmentation efficiencies. Parametrization was based on a 60-days trial with potted cv. Malbec vines (Vitis vinifera L.), own-rooted and grafted onto 101-14Mgt, 1103P and Cereza, under three soil NaCl levels (0, 50 and 100 mM). The model simulated different grapevine rootstock responses to different salinity levels. These simulations evidenced the key role of Na+ exclusion in long-term tolerance. Stomatal adjustment, compartmentation and rootstock conferred vigor showed relatively minor effects.

Una correcta selección de plantas tolerantes a la sal requiere una evaluación del peso relativo de los diferentes mecanismos de tolerancia. Cuando los iones tóxicos, como el Na+, alcanzan el tejido foliar, causan lesiones en el aparato fotosintético, lo que afecta el crecimiento y el rendimiento de la planta. La concentración foliar de iones tóxicos depende de la eficiencia de la planta para excluir el flujo de iones tóxicos desde el suelo a nivel de la raíz, o para compartimentar estos iones en órganos distintos a las hojas. Por otro lado, el flujo de sustancias tóxicas dentro de la planta también depende, entre otros factores, del área foliar, la velocidad de transpiración y la concentración de los iones tóxicos en la solución del suelo. Desde esta perspectiva, en un proceso de retroalimentación, el área foliar puede ser simultáneamente una causa y consecuencia de la toxicidad de la sal. Para dilucidar cómo este proceso de retroalimentación influye en el daño por salinidad en las vides, se desarrolló un modelo dinámico de toxicidad para Na+. El modelo tuvo en cuenta este marco teórico y propuso una forma de calcular las eficiencias de exclusión y compartimentación de tóxicos de la planta. Para parametrizar el modelo, se llevó a cabo un ensayo de 60 días de cv. Malbec (Vitis vinifera L.) a pie franco e injertadas en 101-14Mgt, 1103P y Cereza, bajo tres niveles de NaCl (0, 50 y 100 mM). El modelo se usó para simular el comportamiento de distintos portainjertos de vid bajo diferentes niveles de salinidad. Estas simulaciones nos permitieron comprender el papel clave de la exclusión de Na + en la tolerancia a la salinidad a largo plazo. El ajuste estomático, la compartimentación y el vigor conferido por el portainjerto mostraron menores efectos.