Soil drying and rewatering applied at three grain developmental stages affect differentially growth and grain protein deposition in wheat (<i>Triticum aestivum L.</i>)

Abstract

Water deficits cause large yield losses in wheat. Although anthesis is generally considered the most vulnerable period, water deficit during grain filling can also cause yield losses. The objective of this study was to investigate the effect of water stress and rewatering, at three different grain developmental stages, on physiological and grain filling parameters and on yield components. Wheat plants were subjected to water deficit and rewatering at the watery ripe, milk and soft dough stages. In the flag leaf, water stress decreased the relative water content, the chlorophyll and protein content and increased the leakage of solutes, at all three studied grain filling stages. Water stress at the watery ripe and milk stages reduced the final grain dry mass by 47 % and 20 %, respectively. This reduction was due to a decrease in the grain filling period and to a significant reduction in the maximum rate of grain-fill. Water stress imposed at the watery ripe stage reduced not only the linear growth phase but also its slope; grain number per spike and the 1000-kernel weight were also significantly reduced. SDS-PAGE patterns of grain proteins at the watery ripe stage did not differ between the controls, stressed or rewatered treatments. Protein patterns at the milk stage changed substantially with water stress, mainly for the high molecular weight glutenin subunits and ω gliadins. Three new bands were observed with apparent molecular weights of 108.5 kDa, 84.8 kDa and 63 kDa. Rewatering reverted water stress effects when it was imposed at the milk stage. Water deficit at the soft dough stage did not have any effect on protein grain patterns.

O estresse hídrico provoca na cultura do trigo grandes perdas de rendimento. Apesar da antese ser considerada, geralmente, a fase mais vulnerável, o déficit hídrico durante todo o período de preenchimento também pode provocar perdas na produtividade da cultura. O objetivo do presente estudo foi pesquisar o efeito do estresse hídrico e da reidratação durante três estágios, no desenvolvimento do grão de trigo, sob diferentes parâmetros fisiológicos e do preenchimento dos grãos, e sob os componentes do rendimento. As plantas foram submetidas ao estresse hídrico e reidratação durante as fases de grão aquoso, leitoso e pastoso. O estresse hídrico reduziu o conteúdo relativo d' água, o conteúdo da clorofila e das proteínas nas folhas bandeiras e aumentou a liberação dos solutos, nos três estádios do grão estudados. O estresse produzido durante os estádios aquoso e leitoso reduziu o peso final dos grãos em 47 % e 20 %, respectivamente. Essa redução foi devida a um encurtamento do período de preenchimento e a uma significativa diminuição na taxa máxima de preenchimento dos grãos. O estresse hídrico no estádio aquoso, não somente reduziu a fase linear da curva de crescimento, mas também sua pendente; além disso diminuiu significativamente o número de grãos por espiga e o peso de mil grãos. No estádio aquoso, não foram observadas diferenças nos padrões protéicos (SDS-PAGE) dos grãos das testemunhas, plantas estressadas ou reidratadas, no entanto, o estresse modificou significativamente os padrões protéicos correspondentes ao estádio leitoso, principalmente nas subunidades de gluteninas de alto peso molecular e gliadinas. Foram observadas três bandas novas com pesos moleculares aparentes em torno de 108,5 kDa; 84,8 kDa e 63kDa. A reidratação no estádio leitoso reverteu os efeitos do estresse. A estiagem durante o estádio pastoso não teve efeito em padrões protéicos dos grãos.