Effects of water deficit stress on growth, water relations and osmolyte accumulation in Medicago truncatula and M. laciniata populations

The effects of water stress were investigated in two Tunisian Medicago truncatula populations collected from arid (Mt-173) and sub-humid (Mt-664) climates and two Tunisian M. laciniata populations originating from arid (Ml-173) and semi-arid (Ml-345) regions. After a pre-treatment phase (24 days after sowing, DAS) of watering at 100% of field capacity (FC), the plants were either irrigated at 100% FC or at only 33% FC. After 12 days of treatment (36 DAS), one lot of dehydrated plants was rewatered at 100% FC. A final harvest was carried out after 24 days of treatment (48 DAS). Measured parameters were total dry weight (TDW), root shoot ratio (RSR), leaf relative water content (RWC), osmotic potential (OP), photosynthetic parameters (CO2 net assimilation A, stomatal conductance gs and transpiration E), malondialdehyde (MDA) concentration and leaf contents in inorganic (Na+ and K+) and organic solutes (proline and soluble sugars). Under water deficit conditions, compared to M. laciniata, M. truncatula populations showed a higher reduction in TDW, A, gs and RWC associated with a higher increase in MDA concentration. Thus, the relative tolerance of M. laciniata populations to water shortage would be related to their lower intrinsic growth rate and stomatal control of gas exchange. TDW, A, gs, E and RWC were more decreased by water deficit in Ml-345 than in Ml-173. Drought tolerance of Ml-173 was found to be associated with a more pronounced decrease of OP and a lower reduction in RWC due to the accumulation of solutes such as proline, soluble sugars and K+. In addition, Ml-173 showed the highest water use efficiency values (WUE) and the lowest MDA concentrations under water deficit stress.

RésuméLes effets du déficit hydrique ont été étudiés chez deux populations tunisiennes de Medicago truncatula collectées dans des étages climatiques arides (Mt-173) et sub-humides (Mt-664) et deux populations tunisiennes de M. laciniata issues des étages climatiques arides (Ml-173) et semi-arides (Ml-345). Les plantes de chaque population ont été maintenues à 100 % de la capacité au champ (CC) durant 24 jours après le semis (JAS). Ensuite, elles ont été irriguées soit à 100 % CC ou uniquement à 33 % CC. Après 12 jours de traitement (36 JAS), un lot des plantes stressées a été réhydraté à 100 % CC. Une récolte finale a été faite après 24 jours de traitement (48 JAS). Les paramètres mesurés sont la masse totale de matière sèche (PST), le rapport de matière sèche racines/parties aériennes (RSR), le contenu relatif des feuilles en eau (CRE), le potentiel osmotique (PO), les paramètres photosynthétiques (assimilation nette de CO2 A, conductance stomatique gs et transpiration E) et les concentrations foliaires en molondialdhyde (MDA), en solutés inorganiques (Na+ et K+) et organiques (proline et sucres solubles). En conditions de déficit hydrique, comparées aux populations de M. laciniata, les populations de M. truncatula ont montré une plus importante réduction de PST, A, gs et CRE et une plus forte augmentation de la concentration en MDA. Il paraît que la tolérance des populations de M. laciniata au manque d’eau soit liée à leur croissance lente et au contrôle stomatique des échanges gazeux. PST, A, gs, E et CRE ont été plus réduits chez Ml-345 que chez Ml-173. La tolérance au déficit hydrique chez Ml-173 est attribuée à une baisse importante du PO et à une réduction faible du CRE, suite à l’accumulation de solutés comme la proline, les sucres solubles et K+. En plus, Ml-173 a montré les valeurs les plus élevées de l’efficacité d’utilisation de l’eau (EUE) et la concentration la plus faible en MDA en condition de déficit hydrique.