Tesi realitzada conjuntament amb la "Aarhus University, Institute of Bioscience" / The páramo is a high mountain ecosystem that includes the natural and semi-natural habitats located between the montane treeline and the permanent snowline in the humid Northern Andes. Given its recent origin and continental insularity among tropical lowlands, the páramo evolved as a biodiversity hotspot, with a vascular flora of more than 3400 species and high endemism. Moreover, the páramo provides many ecosystem services for human populations, essentially water supply and carbon storage. Anthropogenic activities, mostly agriculture and pasture practices, as well as climate change are major threats for the páramo’s ecological integrity. Consequently, further scientific research and conservation strategies must be oriented towards this unique region. Botanical and ecological knowledge on the páramo is extensive but heterogeneous. Moreover, most research studies and management strategies are carried out at local to national scale and given the vast extension of the páramo, regional studies are also needed. The principal limitation for regional páramo studies is the lack of a substantial source of good quality botanical data covering the entire region and freely accessible. To meet the needs for a regional data source, we created VegPáramo, a floristic and vegetation database containing 3000 vegetation plots sampled with the phytosociological method throughout the páramo region and proceeding from the existing literature and our fieldwork. We made VegPáramo accessible online through a webportal, www.vegparamo.com, from which the data can be freely consulted and downloaded. We then used the VegPáramo data to conduct a regional vegetation classification of the páramo. We used a clustering technique and classified the region into 17 clusters, 14 representing natural phytogeographical units of one or several plant communities and 3 artificial ensembles. We characterized the 17 clusters and estimated the alpha diversity and beta diversity to highlight species richness and floristic similarities. Our last study focused on the plant diversity patterns in the páramo region. We used the VegPáramo data and our classification results to estimate and compare plant diversity at local and regional scale in the altitudinal belts of the páramo. We evaluated the importance of the environment as driver of species richness using regression models. Finally, we modeled the predicted species richness in the páramo region and highlighted biodiversity hotspots. Our project contributes to a better understanding of the páramo biogeography and makes primarily suggestions for conservation. We believe further research should focus on the impacts of climate change on the páramo flora and vegetation. / La región biogeográfica que incluye los ecosistemas naturales y semi-naturales de alta montaña distribuidos entre el bosque montano y las nieves perpetuas en los Andes del Norte recibe el nombre de páramo, el cual es considerado un hotspot de biodiversidad, con más de 3.400 especies de plantas vasculares y un alto grado de endemismo. La gran biodiversidad del páramo se debe en gran parte a su reciente origen y a su insularidad continental. Los páramos proporcionan muchos servicios ecológicos a las poblaciones humanas, sobretodo en el subministro de agua y el secuestro de carbono. Las actividades antrópicas como la agricultura y el pastoreo, y el cambio climático son las principales amenazas para el equilibrio ecológico del ecosistema. Consecuentemente, es imprescindible aumentar nuestro conocimiento científico y proponer nuevas estrategias de gestión y de conservación. La mayoría de estudios botánicos y ecológicos sobre el páramo, al igual que los planes de gestión, se desarrollan desde escala local hasta nacional. Aunque estos estudios son aportaciones de gran valor científico, también es importante considerar el ecosistema en toda su extensión para obtener unos resultados y patrones válidos en la región biogeográfica. Los estudios regionales sobre la biogeografía de plantas en el páramo son muy escasos, siendo las principales limitaciones la dificultad de establecer colaboraciones científicas y de gestión internacionales y la falta de fuentes de datos biológicos de buena calidad y de libre acceso. Consecuentemente, construimos VegPáramo, una base de datos de flora y vegetación para el páramo andino, que contiene 3.000 inventarios de vegetación muestreados con el método fitosociológico en la región, y que proceden tanto de la literatura como de nuestro trabajo de campo. Creamos un portal web para VegPáramo, www.vegparamo.com, a partir del cual se pueden consultar y descargar los datos libremente. Usamos los datos de VegPáramo para clasificar la vegetación de páramo a nivel de la región. Con una metodología de clustering no-jerárquico, clasificamos el páramo en 17grupos (o clusters) de los cuales 14 representan a unidades fitogeográficas naturales conteniendo una o varias comunidades vegetales y 3 son artificiales. Caracterizamos los 17 grupos por su flora diagnóstica y los comparamos a nivel de diversidad alpha y beta. Finalmente, usamos los datos de VegPáramo y los resultados de nuestra clasificación para estimar y comparar la diversidad de plantas a escala local y regional en los pisos altitudinales del páramo con el objetivo de destacar y entender los principales patrones de riqueza florística en la región. Evaluamos el poder explicativo del ambiente en la riqueza florística mediante modelos de regresión. Finalmente, modelamos la riqueza florística potencial en la región y destacamos unos hotspots de biodiversidad. Nuestro proyecto contribuye a entender mejor el páramo como región biogeográfica y propone primeras sugerencias de áreas concretas para la conservación. Pensamos que los esfuerzos futuros de investigación y de gestión deberían enfocarse particularmente en los impactos del cambio climático sobre la flora y la vegetación del páramo.

En l'actualitat, la concentració atmosfèrica de CO2 està augmentant de forma important a conseqüència de les emissions antropogèniques. Per tant, resulta essencial conèixer quina serà la resposta dels vegetals al CO2 elevat, especialment a llarg termini. Si bé s'han realitzat molts estudis que avaluen l'impacte del CO2 elevat sobre les plantes, la gran majoria s'han dut a terme en espècies de creixement ràpid. Per això, és una incògnita quin serà el comportament de les plantes de creixement lent en un futur ambient on la concentració de CO2 serà molt superior a l'actual. L'objectiu principal d'aquest treball és estudiar la resposta a llarg termini al CO2 elevat de dues espècies de creixement molt lent, Chamaerops humilis i Cycas revoluta, les quals presenten un gran interès en aplicacions ornamentals i restauració paisatgística.Durant 20 mesos, es van cultivar plantes d'ambdues espècies a CO2 ambiental (A, 400 ppm) i CO2 elevat (E, 800 ppm) als hivernacles del centre de Cabrils de l'IRTA. El CO2 elevat va estimular el creixement de manera notable i progressiva en el temps. Així, les diferències de biomassa entre tractaments van començar a ser significatives a partir dels 4 mesos, incrementant-se fins al final de l'experiment. Als 20 mesos, el CO2 elevat va augmentar la producció de biomassa en relació als individus control un 81% i un 152%, a Chamaerops i Cycas, respectivament. A més, es va trobar una correlació negativa entre la taxa de creixement relatiu (RGR) i l'estimulació de la producció de biomassa pel CO2 elevat (BER), tant a nivell interespecífic com intraespecífic. Aquests resultants posen de manifest que la resposta a llarg termini al CO2 elevat d'aquestes plantes de creixement lent és molt superior a la descrita en plantes de creixement ràpid. Per això, en un futur aquestes espècies podrien ser ecològicament molt rellevants. A més, es pot considerar l'adobat carbònic com una tècnica viable per millorar la seva producció en hivernacle a zones de clima mediterrani.La resposta fotosintètica al CO2 elevat permet explicar en gran part els resultats de biomassa. Així, als 20 mesos Chamaerops humilis va presentar una aclimatació a la baixa de la taxa de fotosíntesi com a conseqüència de l'exposició a CO2 elevat, la qual no es va produir a Cycas revoluta. Aquest fet explicaria la inferior resposta al CO2 de la producció de biomassa de Chamaerops respecte a Cycas. No obstant, malgrat la reducció de la capacitat fotosintètica observada a les plantes de Chamaerops crescudes a CO2 elevat, mesures de fotosíntesi del conjunt de la capçada van mostrar que el guany net de carboni per planta va ser superior en aquests individus, a conseqüència d'una major àrea foliar. A Cycas, les plantes crescudes a CO2 elevat, sense "down-regulation" de la fotosíntesi i amb molta més àrea foliar, van obtenir una integral diària d'assimilació per planta molt superior a les plantes control.Finalment, mitjançant estudis amb isòtops estables de carboni, es va realitzar un model de la gestió foliar del carboni recentment assimilat i la seva distribució als diferents òrgans de la planta. Els resultats obtinguts suggereixen que en ambdues espècies la gestió del carboni assimilat per les fulles està molt relacionada amb la resposta aclimatativa de la fotosíntesi al CO2 elevat. Així, Chamaerops humilis va acumular a les fulles importants quantitats de carboni recentment assimilat, fet que sembla estar implicat en l'aclimatació a la baixa de la fotosíntesi observada a elevat CO2. En canvi, Cycas revoluta va exportar a altres òrgans la gran majoria del carboni assimilat, la qual cosa sembla evitar una acumulació de fotoassimilats que desencadenaria una aclimatació fotosintètica. / Atmospheric CO2 concentration is rising as a consequence of anthropogenic emissions, but very little is know about the behavior of slow-growing plants to elevated CO2. Therefore, the aim of the present work is to study the long-term response to elevated CO2 of two very slow-growing Mediterranean species, Chamaerops humilis and Cycas revoluta, which present a great interest in ornamental applications and landscaping restoration.Plants of both species were grown for 20 months in a greenhouse under ambient and elevated CO2 concentration, 400 ppm (δ13C=-12.8 ) and 800 ppm (δ13C=-19.2 ), respectively. Elevated CO2 increased significantly the biomass production in both species, 81 and 152%, in Chamaerops and Cycas, respectively. Moreover, a negative correlation was found between relative growth rate and biomass enhancement ratio. These results showed larges responses to elevated CO2 in slow-growing plants regarding to fast-growing plants. Therefore, these species could play an important role at ecological level for the future. On the other hand, CO2 enrichment seems a viable technique to improve their greenhouse production under Mediterranean climate.As a consequence of 20 months of elevated CO2 exposure, Chamaerops showed a photosynthetic down-regulation whereas Cycas did not show it. Therefore, biomass results can be explained to a large extent by the photosynthetic response to elevated CO2. However, despite photosynthetic capacity reduction observed in Chamaerops plants grown under elevated CO2, canopy gas-exchange measurements demonstrated a bigger daily CO2 uptake per plant, due to a higher leaf area. Obviously, net CO2 assimilation per plant was also bigger in Cycas plants grown under elevated CO2 regarding to ambient plants.Finally, a model of leaf carbon management recently assimilated and its distribution between the plant organs was performed using carbon stable isotopes. Results in both species suggest a close relation between leaf carbon management and photosynthetic acclimative response to elevated CO2. Thus, Chamaerops accumulated big amounts of carbon in the leaves that it seems to be related with down-regulation of photosynthesis caused by elevated CO2. In contrast, Cycas exported most of assimilated carbon to others organs. This fact would avoid an accumulation of photoassimilates in the leaves witch would trigger the photosynthetic acclimation.

Tesi realitzada a l'Institut Botànic de Barcelona (IBB-CSIC-ICUB) / La tesi doctoral té com a eixos vertebradors la sistemàtica molecular, la biogeografia i la filogeografia molecular. S’han seleccionat dos grups de plantes per les interessants qüestions que presenten per resoldre i perquè ens han permès aplicar els mètodes més actuals i contrastar els resultats amb les propostes tradicionals basades en caràcters morfològics. Els grups seleccionats són: una part del gènere Euphorbia (Euphorbiaceae) i la tribu Cardueae (Compositae). En el cas del gènere Euphorbia, s’ha investigat el subgènere Esula i en concret el grup Pachycladae. La circumscripció i les afinitats filogenètiques d’aquest grup amb d’altres espècies relacionades s’han resolt en el primer article de la tesis mitjançant els mètodes de Màxima Parsimònia i Inferència Bayesiana d’anàlisi de seqüències nuclears i cloroplàstiques. Es redefineix la secció Aphyllis incloent les espècies de l’est i sud d’Àfrica i la península Aràbiga tradicionalment classificades en la secció Tirucalli dins el complex d’E. mauritanica i les espècies macaronèsiques del grup Pachycladae. La distribució dijunta presentada per la secció Aphyllis és un exemple més del patró fitogeogràfic anomenat Rand Flora, que comprèn grups de plantes amb una distribució disjunta entre la Macaronèsia, l’est i sud d’Àfrica i el sud de la península Aràbiga. En el cas de la secció Aphyllis, aquesta disjunció s’explica per un fenòmen de vicariança produït per la fragmentació d’una flora continua al nord d’Àfrica causada per l’aridificació del medi durant el Miocè-Pliocè. En un segon article, s’ha realitzat un estudi filogeogràfic i taxonòmic de les 11 espècies macaronèsiques de la secció Aphyllis utilitzant els marcadors AFLP. Excloent E. tuckeyana, obtenim una estructura genètica clara en dos grups que corresponen a dos complexes prèviament definits per caràcters morfològics i preferències ecològiques: els complexes d’E. atropurpurea i E. lamarckii. Euphorbia aphylla es resol com a basal dels dos complexes, suggerint una direcció de la dispersió per la Macaronesia de sud a nord, des de les Illes Canàries. Diversos fenòmens de colonització posterior cap al continent expliquen la presència d’E. regis-jubae a la costa atlàntica del Marroc i d’ E. pedroi a la costa atlàntica de Portugal. Totes les anàlisis realitzades revelen que E. pedroi forma part del patrimoni genètic d’E. regis-jubae. Tot i així, recomanem mantenir l’entitat taxonòmica d’E. pedroi per la seva diferenciació morfològica i el seu aïllament geogràfic respecte les poblacions d’E. regis-jubae. En el cas de la tribu Cardueae, diferents filogènies moleculars prèviament publicades no arribaven a resoldre les relacions filogenètiques entre les seves subtribus. El tercer article de la tesis té com a objectius construir una nueva filogènia molecular incloent més marcadors moleculars i un mostreig més exhaustiu per tal de resoldre les relacions filogenètiques entre les subtribus. La subtribu Cardopatiinae es resol com a grup germana a la resta, amb la subtribu Carlininae divergint en segon lloc, seguida per la subtribu Echinopsinae. La darrera clada està formada pel complex Carduinae-Centaureinae. S’ha realitzat també una datació molecular i una reconstrucció biogeogràfica de la tribu, per tal d’estimar l’edat de divergència dels principals fenòmens d’especiació i per tal d’inferir les àrees ancestrals de distribució de la tribu, que presenta una distribució subcosmopolita amb diferents exemples interessants de disjuncions entre àrees llunyanes i per tal de conèixer les principals vies de migració d’aquest grup. Aquest treball inclou nombroses novetats metodològiques com són l’ús de fòssils recentment descoberts, l’ús del concepte del rellotge molecular relaxat i de mètodes bayesians de reconstrucció biogeogràfica. Dins la tribu Cardueae, s’ha explorat de manera particular el gènere Plectocephalus, amb una espectacular disjunció entre l’Àfrica i Amèrica del sud. En el quart article de la tesis, s’ha realitzat la filogènia molecular del grup per tal de verificar la monofilia de Plectocephalus i les seves afinitats amb el gènere Centaurodendron i diverses espècies de Centaurea d’Amèrica del sud, resoldre les relacions filogenètiques del grup amb els grups basals de la subtribu a la qual pertanyen (Centaureinae) i es proposa com a origen de la seva distribució disjunta una migració es del Caucas i Anatòlia cap al continent americà pel pont terrestre de Bering durant el Miocè-Pliocè. / The main items of this thesis are molecular systematics, biogeography and molecular phylogeography. Two main plant groups were chosen due to the several unresolved issues inolving their systematics and evolution: tribe Cardueae (Compositae) and Euphorbia genus (Euphorbiaceae). Regarding Euphorbia, we have focused on subgenus Esula and more particularly in the group Pachycladae. Phylogenetic relationships within species of this group and allies have been investigated using Maximum Parsimony and Bayesian Inference analyses of DNA sequences from nuclear and chloroplast genomes in a first paper. The group has been recircumscribed as section Aphyllis, including the East/South African and Arabian elements of section Tirucalli comprised in the E. mauritanica complex and the Macaronesian Pachycladae core clade and excluding the Mediterranean E. dendroides and the two Macaronesian species E. mellifera and E. stygiana. With this circumscripcion, section Aphyllis is another exemple of the phytogeographic pattern known as the Rand Flora, with a disjoint distribution between Macaronesia, East and West Africa, South Africa and the Arabian Peninsula. In the case of section Aphyllis, this distribution is explained by a vicariance event, resulting from fragmentation of a wider distribution area in North Africa caused by the aridification of the climate during the late Miocene-Pliocene. Subsection Macaronesicae, comprised in section Aphyllis, includes 11 species distributed in four of the five Macaronesian archipelagos and in two Macaronesian enclaves in mainland, in Portugal and Morocco. This clade was analyzed by AFLP fingerptinting techinque in order to study its phylogeography and taxonomy in a second paper. Excluding E. tuckeyana, we obtained a clear genetic structure in two groups which correspond to two complexes previously defined by morphological characters and ecological preferences: the E. atropurpurea and E. lamarckii complexes. Euphorbia aphylla is basal to the two complexes, suggesting a northwards direction of dispersal of the group in the Macaronesia from the Canary Islands. A back colonisation to the continent can explain the presence of E. regis-jubae in the Atlantic coast of Morocco and the presence of E. pedroi en Portugal. All the analyses performed reveal that E. pedroi makes part of the genetic pool of E. regis-jubae. However, we recommend maintaining its taxonomic status since E. pedroi is morphologically differentiated from E. regis-jubae and this differentiation could be further promoted by its geographical isolation. Regarding tribe Cardueae, several published phylogenies lacked a complete sampling and did not resolve the phylogenetic relationships of basal clades. The third paper of this thesis includes a new molecular phylogeny of the tribe with improved sampling and more molecular markers revealing main phylogenetic relationships between Cardueae subtribes and several systematical issues. Moreover, a molecular dating and a biogeographic recontruction to estimate divergence times for the main diversification events and to infer the ancestral areas and main migration events within Cardueae were performed to explain how it attained such a widespread and disjoint distribution. Within tribe Cardueae, we investigated in a fourth paper the interesting genus Plectocehaplus, with a striking disjoint distribution in Africa and South America, to test its monophyly and to determine the systematic position of several South American Centaurea species related to it, the phylogenetic relationships of Centaurodendron and Plectocephalus and their affinities with the basal genera of the Centaureinae.

El presente trabajo se enmarca en la línea de investigación del Departamento de Biología Vegetal de la Facultad de Biología de la Universidad de Barcelona que estudia el fotocontrol vía fitocromos (Pr, forma inactiva; Pfr, forma activa) de los movimientos rítmicos y nictinásticos de Albizia lophantha y Robinia pseudoacacia. Los objetivos planteados en el trabajo han sido: a) estudiar el efecto de la aplicación de polioles (sorbitol, manitol y polietilenglicol), sacarosa y fusicoccina, (toxina estimuladora de la actividad ATPasa-H+), sobre el cierre nictinástico dependiente de fitocromos de A. lophantha; b) investigar la incorporación de sacarosa-3H y manitol-3H en los pulvínulos de R. pseudoacacia, después de irradiaciones con luz roja (R) y luz roja lejana (FR); c) investigar la implicación del Ca2+ en el cierre nictinástico dependiente de fitocromos en R. pseudoacacia, mediante la localización citoquímica de Ca2+ intercambiable en las distintas zonas pulvinulares. Los resultados obtenidos demuestran que la aplicación de fusicoccina inhibe el cierre nictinástico de los foliolos de A. lophantha, a las 2 h y a las 8 h del fotoperiodo, tanto en presencia de Pfr como de Pr. Ello indica la presencia de ATPasa(s)-H+ en las células extensoras y el consiguiente aumento de turgencia de dichas células, provocando la inhibición del cierre y estimulando la reabertura. La sacarosa exógena estimula el cierre nictinástico dependiente de fitocromos en A. lophantha. La aplicación simultánea o secuencial de fusicoccina y sacarosa inhibe el efecto de la sacarosa y potencia la acción de la fusicoccina inhibiendo el cierre y estimulando la reabertura. Este sinergismo sugiere que la fusicoccina al incrementar la actividad ATPasa-H+ estimularía el cotransporte sacarosa-H+ dando lugar a un sistema de retroalimentación positivo. La aplicación de sorbitol y manitol incrementa el cierre nictinástico de los foliolos de A. lophantha siendo este más acusado en presencia de Pfr. Sacarosa-3H 50 mM y manitol-3H 50 mM, se incorporan, vía tejidos vasculares, durante el cierre nictinástico a los pulvínulos secundarios de R. pseudoacacia, siendo la cantidad total de sacarosa incorporada casi el doble que la de manitol y en ambos casos independiente de fitocromos. Asimismo se distribuyen en todos los tejidos pulvinulares, desde el cilindro central hasta la epidermis, preferentemente en paredes celulares, citoplasmas y vacuolas. La distribución de sacarosa-3H en los protoplastos extensores y flexores depende del estado de fotoequilibrio de los fitocromos. Después de una irradiación con luz FR se reduce drásticamente la incorporación de sacarosa en los protoplastos extensores y aumenta ligeramente en los protoplastos flexores internos. La incorporación de sacarosa en los protoplastos extensores y flexores no presenta diferencias después de un tratamiento con luz R. La distribución de manitol-3H en protoplastos extensores y flexores también depende del estado de fotoequilibrio de los fitocromos. No presenta diferencias después de un tratamiento con luz R y se acumula en los protoplastos flexores después de una irradiación con FR. Sacarosa-3H y manitol-3H no parecen actuar como osmóticos ya que su incorporación no esta relacionada con los cambios de turgencia celular. La presencia de Ca2+ intercambiable en todos los tejidos pulvinulares de R. pseudoacacia durante el cierre nictinástico corrobora resultados anteriores, e implica al Ca2+ como segundo mensajero de los fitocromos durante el cierre, ya que se evidencia un aumento transitorio de Ca2+ citosólico intercambiable en las células extensoras pulvinulares en presencia de Pfr. Se discuten los resultados obtenidos, relacionándolos con sistemas de transporte descritos en órganos motores de Leguminosas. El trabajo ha sido subvencionado a través de distintos proyectos de investigación como el concedido por el Ministerio de Ciencia e Innovación (ref. CGL2011-26310) y dentro del grupo 2009SGR1016 (AGAUR, Generalitat de Catalunya). / The aims of the work reported here were to study: a) the effect of polyols (sorbitol, mannitol and polyethylene glycol), sucrose and fusicoccin on the nyctinastic closure mediated by phytochromes of Albizzia lophantha leaflets; b) the effect of phytochrome photoconversion on the incorporation of 3H-sucrose and 3H-mannitol into Robinia pseudoacacia pulvini during nyctinastic closure; and c) the involvement of Ca2+ in the nyctinastic closure mediated by phytochromes of R. pseudoacacia leaflets by cytochemical localization of interchangeable Ca2+ in the secondary pulvini. The results show that fusicoccin inhibited nyctinastic closure of A. lophantha, after both red (R) and far-red (FR) irradiation. Exogenous sucrose enhanced the nyctinastic closure of A. lophantha and when sucrose was applied simultaneously with fusicoccin, the inhibitory effect of fusicoccin on nyctinastic closure was enhanced. 3H-Sucrose 50 mM and 3H-mannitol 50 mM were incorporated into R. pseudoacacia pulvini through the vascular tissues. The total amount of sucrose incorporated into the pulvini was almost twice the amount of mannitol and neither amount was dependent on phytochromes. 3H-Sucrose was distributed in pulvinar tissues from the central core to the epidermis and it was mainly localized in cell walls, cytoplasm and vacuoles. 3H-Sucrose distribution in extensor and flexor protoplasts depends on phytochrome photoconversion. After FR irradiation, 3H-sucrose incorporation into the extensor protoplasts was drastically reduced while in the internal flexor protoplasts it was slightly increased. R light irradiation did not modify 3H-sucrose localization in the pulvini. 3H-Mannitol localization was also phytochrome dependent since, after FR irradiation, it increased in the flexor protoplasts but no differences were detected after R irradiation. 3H-Sucrose and 3H-mannitol apparently did not act as osmotica since their distribution was not related with turgor changes of the pulvinar cells. The presence of interchangeable Ca2+ in R. pseudoacacia pulvini during nyctinastic closure corroborates previous results which indicate that Ca2+ could be a second messenger in the phytochrome control of nyctinastic closure. The present work demonstrates that there is a transient and important increase in interchangeable Ca2+ in extensor motor cells in the presence of Pfr. This work was supported by the Spanish Ministerio de Ciencia e Innovación (CGL2011-26310).

The research reported in this thesis focuses on studying the effects of naturally occurring mycorrhiza and the role of forest floor in the cycling of P in fast growing forest plantations. In order to study the effects of mycorrhizae on forest soils fertility and the subsequent seedling growth response, radiata pine (Pinus radiata D. Don) seedlings were grown in pots using the soil collected from a mature (23 year old) radiata pine plantation. The experiment was arranged in a two factor design. The treatments comprised of sterilized and unsterilized soil, either fertilized with superphosphate (100 KgP/ha) or remained non-fertilized. In an attempt to explore nutrient uptake mechanisms under contrasted soil fertility and under mycorrhizal and non-mycorrhizal conditions, Barber-Cushman nutrient uptake model was used to simulate nutrient uptake in these treatments.Mycorrhiza suppressed treatments showed low mineral NO3-N concentration and high autoclave N in soil. NH,-N concentration was not affected by any treatment. Water and bicarbonate soluble reactive P (SRP) and soluble non-reactive P (NRP) were not changed by mycorrhiza. Phosphatase activity greatly decreased in mycorrhiza suppressed treatments. Despite superphosphate addition increased all forms of P, acid phosphatase activity did not change by this factor.Mycorrhiza suppression decreased seedling growth but not root length or surface. Non-mycorrhizal seedlings showed a much large proportion of roots thinner than 0.5 mm diameter. While in 7 month old seedling needle development was delayed in nonmycorrhizal pots, 4 months later all needles had the same size. At this stage of growth, plant adapted to nutritional shortages by loosing needles. Except in non-mycorrhizal-unfertilized seedlings, where growth was limited by P, in the other treatments growth was N and Mg limited. Mycorrhizal associations increased the specific uptake rate (mmol cm(-1) root) for N, P, K, S, Mg, Ca and Al. While under natural P availability conditions, P uptake was largely reduced after mycorrhiza suppression, under high P availability it was hardly increased by mycorrhiza. Barber-Cushman model was able to predict the relative variations in P and Mg uptake only in non-mycorrhizal treatments. While P uptake appeared to be controlled by root surface, Mg uptake was mostly regulated by root length.To study the role of the forest floor in the cycling of nutrients, nutrient leaching through litter layers was monitored in a mature radiata pine plantation (18 year old) using 20 zerotension lysimeters installed underneath the Oa horizon.Both P and N concentrations in the litter leachates showed large seasonal changes. Organic P compounds were more readily retained at the forest floor than organic N compounds. A large proportion of nutrients leached throughout the year (51% and 61% of total P and N exported respectively) took place during short periods of time. Most N transferred from the forest floor to the mineral soil was in organic form. In contrast, P was mostly transferred as inorganic P (SRP). The total amount of nutrient exported to the mineral soil were of the same order of magnitude than the yearly nutrient increases in aboveground biomass. There were evidences suggesting that a major content part of this nutrient flow originated in the forest canopy.Using a new proposed anion resin fractionation technique, P forms in litter leachates and soil solution were compared. This technique showed that Murphy and Riley method to determine P concentration in solution was not able to distinguish clearly between inorganic and organic P in solution. One limitation of the fractionation technique was that it was not a clean separation of organic and inorganic P forms. However, it does appear to be useful for documenting relative changes in P forms when samples are contrasted.In a mixed Eucalyptus forest in SE Australia, the effect of slash burning on surface soil P forms and on sorption and desortption of P were studied. According to fire intensity, three different microsites were selected: unburnt , burnt and intensely burnt.The effects of fire on soil P were greatest in the surface soil horizons and depended upon fire intensity. After fire labile inorganic P (Bray I) increased from <1 mg kg(-1) to 5-13 mg kg(-1) in the ash bed. The increase in labile organic P (NaHCO2) contrasted with a decrease in total organic P (H2SO4) and less labile organic P (NaOH) in ashbed soils. The ashbed soil showed an increase insorption capacity in the 0-5 cm layer, but the sorbed P was generally less tightly bound to the solid phase.

Se estudian las relaciones entre la humificación y la variable vegetación y litología en suelos bajo especies arbóreas y arbustivas de la Depresión Central Catalana. Los suelos reconocidos según la "Soil Taxonomy" pertenecen a los órdenes entisols, aridisols, inceptisols, mollisols y alfisols. Siguiendo la clasificación francesa se identifican suelos fersialíticos carbonatados y yesíferos; dentro de la subclase suelos carbonatados se distinguen rendsinas y pardo calizos.El estudio de la materia orgánica muestra la dependencia de la tipología del humus respecto del medio mineral dentro de un área climática relativamente homogénea. La vegetación sólo tiene una cierta influencia, concretada en la relación C/N en los horizontes más superficiales.

In this thesis, the vulnerability and capacity of acclimation to environmental stress related to Climate change mainly in Cystoseira tamariscifolia and other species as Ellisolandia elongata, Cystoseira compressa and Padina pavonica are evaluated. The effects of physical stressors as elevated irradiance of PAR (lambda=400-700 nm) and UVR (lambda=280-400 nm) and temperature and chemical stressors as nutrient, heavy metals and CO2, separately and in interaction with different levels were evaluated. Six experimental studies were conducted under varying irradiance, temperature, nutrient conditions, acidification and heavy metals. The common approach in these studies was the use functional bioindicators to evaluate the physiological state macroalgal species of Mediterranean Sea (Alboran Sea) in studies conducted both in situ in ultra-oligotrophic (Cabo de Gata-Níjar Natural Park, Almeria) and oligotrophic waters (La Araña beach, Malaga) and with algae transported to controlled experimental systems under out-door conditions. In addition, an indoor experiment study was performed in Cystoseira tamariscifolia collected in the North Atlantic Ocean, the northern limit of distribution of this species. In this study, the decrease of maximal quantum yield and electron transport rate , the increase of phenolic compounds and antioxidant activity or the increase of C:N ratio are produced in stress conditions and thus they are validated as stress indicator. In addition, it is possible to evaluate the direction of the physiological response i.e. positive or negative to expected changes under climate change factors or other anthropogenic impacts, as eutrophication (increased nitrate levels in the water column) or pollution by heavy metals. However, on the other hand, the increase of phenolic compounds is also produced under increased photosynthetic activity showing a link between antioxidant and algal production. This not a strange result since a high photosynthetic activity is related to a high oxygen production which can be produced oxidative stress. Non-photochemical quenching, oxygen consumption through Mehler reaction and increased antioxidant activities are down regulation mechanisms to survive under promoted oxygenic scenario. Phenolic accumulation under increased nitrate and CO2 levels or the release of phenols under increased irradiance in C. tamariscifolia shows us that this species has effective biochemical mechanisms to acclimate for the expected variations in climate change factors although this is limited by temperature. Phenolic compounds are related to secondary metabolism but in C. tamariscifolia but the direct positive relation found with photosynthetic activity and internal nitrogen in all experiments seem to link the phenols to primary metabolism. In summary, increased CO2 under high irradiance, but not photoinhibitory, conditions will be favorable growth and physiological responses. The nitrate enrichment reduced stress provoked by irradiance or pollution by Cooper due to the photoprotection mechanisms are favored by nitrate increase. However, the positive effect of CO2 and nitrate is dependent on temperature, summer temperature in the field or 4oC increased temperature in outdoor experiments provoked physiological stress. Consequently, ocean acidification will be favorable for C. tamariscifolia only under no very high increase of temperature, less 2-3ºC and without nutrient limitation. The oligotrophication produced in certain areas of Mediterranean Sea will be unfavorable for Cystoseira tamariscifolia communities in a climate change scenario. The data on vulnerability and acclimation to climate change factors of Cystoseira tamariscifolia, Ellisolandia elongata and Padina pavonica presented in this study can help the management of macroalgal communities, mainly in protected areas. In addition, the physiological and biochemical data will help to predict the effects of climate change on bioactive compounds with antioxidant capacity and their potential biotechnological uses as phenolic compounds, mycosporine like aminoacids and carotenoids. / En esta tesis, se evaluó la vulnerabilidad y la capacidad de aclimatación al estrés ambiental, relacionada al cambio climático, en las especies Cystoseira tamariscifolia, Ellisolandia elongata, Cystoseira compressa y Padina pavonica. En estas especies, se evaluaron los efectos de los factores de estrés físico, como la irradiancia elevada de PAR (lambda = 400-700 nm) y UVR (lambda = 280-400 nm), la temperatura y factores de estrés químico, como nutrientes, metales pesados y CO2. Se realizaron seis estudios experimentales variando irradiancia, temperatura, condiciones de nutrientes, acidificación y metales pesados. El enfoque común en estos estudios fue el uso bioindicadores funcionales como; rendimiento cuántico máximo de PSII (Fv/Fm) como un indicador de estado fisiológico de macroalgas y de la fotoinhibición, la tasa de transporte de electrones (ETR) como un indicador de la capacidad fotosintética. Como indicadores bioquímicos se utilizaron; las relaciones estequiometrias (C:N) como indicador del estado nutricional y el contenido de compuestos fenólicos y micosporinas, tales como sustancias fotoprotectoras y antioxidantes. Con el objetivo de evaluar el estado fisiológico de estas especies de macroalgas en el Mar Mediterráneo (Mar de Alborán). La disminución del rendimiento cuántico y la tasa máxima de transporte de electrones, el aumento de compuestos fenólicos y actividad antioxidante o el aumento de la relación C: N se producen en condiciones de estrés y por lo tanto, estas variables se validan como indicadores de estrés. Sin embargo, se encontró un aumento de los compuestos fenólicos y de la actividad fotosintética, que muestra una relación entre la actividad antioxidante y la producción algal. Este no es un resultado extraño ya que una alta actividad fotosintética se relaciona con una producción alta de oxígeno lo que puede producir estrés oxidativo. La acumulación de compuestos fenólicos en condiciones de aumento de los niveles de nitrato y de CO2 o la liberación de fenoles bajo mayor radiación solar en C. tamariscifolia, nos muestra que esta especie tiene mecanismos bioquímicos eficaces para aclimatarse a las variaciones esperadas en los factores del cambio climático aunque esté limitado por la temperatura.

Proposem un nou procediment de cultiu a camp per al bolet comestible Pleurotus eryngii (D.C.: Fr.) Quél. sensu lato, basat en la possibilitat de inocular-lo en sòls no estèrils a on s’hi ha desenvolupat prèviament Eryngium campestre L. o alguna altra de les seves plantes hoste. Actualment hi ha molt poca informació disponible sobre la biologia de P. eryngii en el seu entorn natural, ni tampoc sobre el cultiu d’E. campestre. Presentem en aquest estudi un recull multidisciplinar de tota la informació al nostre abast – incloent una revisió del seu cultiu industrial, la taxonomia i el sistema ligninolític del grup –, i els primers avenços en les tècniques d’estudi i la biologia d’aquests dos organismes per tal de fer viable aquest model de cultiu. En concret, s’ha creat un banc de cultius de soques de P. eryngii que inclou totes les varietats europees del complex, s’ha desenvolupat un nou procediment per a la caracterització in vitro d’aïllats de basidiomicets basat en l’anàlisi d’imatge, s’ha avaluat els fenòmens de dormància i la biologia de la llavor d’E. campestre per tal de poder-lo cultivar mitjançant sembra, s’ha realitzat una selecció dels sistemes d’inoculació més efectius per a inocular el fong al sòl i s’ha estudiat el comportament de P. eryngii en sòls no estèrils en presència i absència del seu hoste. Descrivim per primera vegada una dormància induïda per fred en llavors d’E. campestre i la formació de cordons micelians per part de P. eryngii, que aporten una informació valuosa per a entendre el seu comportament en condicions naturals. Finalment, demostrem la viabilitat del sistema de cultiu proposat amb l’obtenció de primordis i carpòfors sobre rels d’E. campestre arrelades en test sobre sòl no estèril, i identifiquem quins són els factors limitants que caldrà resoldre en un futur per a fer fiable i econòmicament rendible el sistema de cultiu proposat. / A new procedure for Pleurotus eryngii (D.C.: Fr.) Quél. sensu lato cultivation is proposed. This procedure is based on inoculating the basidiomycete on non-sterile soils, so it may parasitize surrounding Eryngium campestre L. or any of its natural plant hosts, previously grown in the field, and obtain edible carpophores. There is currently little information on E. campestre cultivation requirements and P. eryngii behaviour in his natural environment. This work reviews current knowledge on P. eryngii, including it’s taxonomy, ligninolytic system and industrial cultivation. We also present our first advances in order to make this cultivation procedure feasible. Namely, a culture collection has been created, including isolates of all European representatives from the eryngii complex, a new image analysis procedure for fungal in vitro characterization has been developed, Eryngium campestre seed biology and seed dormancy phenomena have been studied in order to grow the host plant by direct seeding on the field, most suitable inoculation techniques have been selected, and finally, P. eryngii behaviour on non-sterile soils either in presence or absence of a nearby host plant has been investigated. Cold induced dormancy in E. campestre seeds and myceliar cord formation in non-sterile soils in P. eryngii have been recoded for the first time, providing new insight on their behaviour in natural habitats. Finally, the feasibility of this cultivation procedure has been demonstrated by obtaining P. eryngii primordia and carpophores on living E. campestre plants growing in a nonsterile soil, and we analyse which are the remaining limiting factors to be unraveled in order to achieve a reliable and profitable cultivation procedure.

The increase in water use efficiency in order to maintain or improve crop yields in times of global warming and progressive reduction of water resources is one of the major challenges faced by agricultural sciences in the last decades. Our work is focused on the mechanisms plants use to cope with water deficit. The functional center of drought response is located into the guard cells: the regulation of their turgor determines the stomatal aperture levels and, therefore, the rates of CO2 assimilation and water loss, representing a key point in the whole plant physiological state. It is known that stomata respond to abscisic acid (ABA) as the main closure inductor, nevertheless, stomatal behavior is regulated through the integration of a huge number of physiological and external signals into a complex network capable of responding to a wide spectrum of environmental conditions. The comprehension of these mechanisms is therefore considered a critical step towards the achievement of an improvement in plants water use efficiency Despite our increasing knowledge on the transcriptional networks connecting abscisic acid (ABA) signalling with the circadian clock, the molecular nodes in which both pathways converge to translate the environmental information into a physiological response are not known. In the first chapter of this work, we provide evidence of a feedback mechanism linking the circadian clock with plant responses to drought in Arabidopsis thaliana. A key clock component (TOC1, timing of CAB expression 1) binds to the promoter of the ABA-related gene (ABAR/CHLH/GUN5) and controls its circadian expression. TOC1 is in turn acutely induced by ABA and this induction advances the phase of TOC1 binding and modulates ABAR circadian expression. Moreover, the gated induction of TOC1 by ABA is abolished in ABAR RNAi plants suggesting that the reciprocal regulation between ABAR and TOC1 expression is important for sensitized ABA activity. Genetic studies with TOC1 and ABAR overexpressing and RNAi plants showed defective responses to drought, which support the notion that clock-dependent gating of ABA function is important for cellular homeostasis under dry environments. In the second chapter we have identified six transcription factors whose transient over-expression influenced water retain in Arabidopsis thaliana seedlings through a screening approach. The screening was performed on a collection of Arabidopsis thaliana lines expressing hundreds of different transcription factors under the control of an inducible promoter. The differences in water content of the seedlings were detected through infrared thermal imaging. We verified that three of the candidates displayed altered stomatal behaviour that were consistent with the thermal phenotype. The over-expression of DEAR4 and NAC87, produce stomatal closure, while induced expression of HSFA8 results in a stronger stomatal opening. The mRNA levels of HSFA8 present slight changes in response to ABA, dehydration, osmotic stress or heat shock. The transcription of this gene seems in turn to be influenced by the circadian clock, reaching higher levels of transcript around the subjective dusk compared to dawn. Proteomics and transcriptomics analysis of HSFA8 overexpressing seedlings suggest that this transcription factor might influence the concentrations of reactive oxygen species, free iron and ABA. Moreover HSFA8 seems to be slightly induced by flagellin, while its over-expression produces stomatal insensitivity to the same elicitor suggesting that our candidate gene may function as a modulator of pathogen response. The overall picture suggested by our data suggests that HSFA8 produces a general relaxation of the cell wall accompanied by an enhanced stomatal aperture in order to favour photosynthesis and growth in a time window of decreasing pathogen risk and increasing air humidity. / Nuestro trabajo se centra en los mecanismos que las plantas utilizan para lidiar con la falta de agua. A nivel fisiológico, la respuesta a sequía se centra en los estomas. Estos órganos regulan el intercambio de gases con el exterior controlando la perdida de agua y la asimilación de CO2. La fitohormona ácido abscísico (ABA) es el principal inductor del cierre estomático, sin embargo, el comportamiento de los estomas es regulado por varias señales fisiológicas y externas que constituyen una red capaz de responder a un amplio espectro de condiciones medioambientales. En la primera parte de este trabajo se descubrió una conexión molecular entre las respuestas a sequía y el reloj circadiano en Arabidopsis thaliana. La proteína circadiana TOC1, une el promotor del gen ABAR/CHLH/GUN5, que está implicado en la respuesta a ABA, y controla su expresión circadiana. TOC1 es, en cambio, inducido por ABA en ciertos momentos del día. La inducción, que produce un adelanto en la represión de ABAR mediada por TOC1, se observa solo en presencia de ABAR. Este mecanismo de retroacción negativa contribuye a modular la sensibilidad a ABA a lo largo del día, como evidencian los cambios en las respuestas a ABA y sequía observados en plantas con niveles alterados de TOC1 y ABAR. En la segunda parte se identifican 6 factores de transcripción que alteran la capacidad de retención de agua en plántulas de Arabidopsis por medio de un screening de temperatura foliar. La sobre-expresión de DEAR4 y NAC87 favorece el cierre estomático, mientras HSFA8 induce la abertura. Ulteriores estudios sobre HSFA8 revelan que su transcripción está levemente regulada por estreses abióticos y oscila ampliamente a lo largo del día. Experimentos de proteómica y transcriptómica sugieren que HSFA8 podría regular las concentraciones fisiológicas de especies reactivas del oxígeno, hierro y ABA; además de relajar la pared celular. HSFA8 es inducido por flagelina y produce insensibilidad estomática a dicho elicitor, lo que sugiere que actúa como modulador de la respuesta a patógeno. HSFA8 podría inducir la abertura de los estomas favoreciendo fotosíntesis y crecimiento en una ventana temporal de menor riesgo de patógenos y sequía.

Aquesta tesi se centra en el complex Arctium-Cousinia (Compositae, Cardueae-Carduinae) que comprèn un dels gèneres més amplis de les Compostes, Cousinia Cass. (aproximadament 600 espècies), i altres gèneres menors com Arctium L., Hypacanthium Juz. i Schmalhausenia C. Winkl. Les espècies d'aquest complex es distribueixen principalment per les muntanyes d'Àsia Central (Tien Shan i Pamir-Alai) i la regió Irano-Turània. Al seu torn, Arctium conté algunes espècies cosmopolites. Existeixen importants controvèrsies quant a la delimitació i adscripció d'alguns taxons d'aquest complex d'espècies i s'obtenen dades contradictòries en funció del tipus de dades considerades.La filogènia generada al present treball, confirma la monofilia del complex Arctium-Cousinia així com la seva subdivisió en dos llinatges també monofilètics anomenats Arctioide i Cousinioide. Al seu torn posa de manifest la manca de monofilia dels gèneres Arctium i Cousinia i de Cousinia subgèneres Cynaroides i Hypacanthodes. La solució que es proposa és la redefinició del gènere Arctium al qual s'han transferit totes les espècies del llinatge Arctioide i s'han proposat els canvis nomenclaturals pertinents. Paral·lelament, mitjançant la tècnica del rellotge molecular, s'ha datat el complex Arctium-Cousinia en 19.1 ma, la separació dels llinatges Arctioide i Cousinioide en 14.8 ma i la diversificació dels esmentats llinatges en 9.7 ma i 8,7 ma, respectivament.L'estudi sobre la genètica poblacional d'Arctium minus, realitzat mitjançant l'ús de microsatèl·lits dissenyats a aquest treball, ha mostrat que els patrons de variabilitat genètica de l'esmentada espècie són consistents amb les seves característiques biològiques: la seva capacitat d'autofecundació i el seu curt cicle de vida expliquen la seva baixa diversitat genètica, alts valors d'endogàmia i excés d'homozigots. La major part de la variabilitat genètica es troba entre poblacions a causa d'un baix flux gènic entre elles juntament amb la seva capacitat facultativa d'autofecundació. S'han detectat indicis de què A. Minus s'hauria refugiat al sud de la seva actual àrea de distribució durant les glaciacions del Pleistocè i posteriorment hauria recolonitzat Europa. Aquests patrons s'haurien vist emmascarats per influència recent de l'activitat humana i per esdeveniments de dispersió de llavors a llarga distància.English summary:This thesis is focused on the Arctium-Cousinia complex (Compositae, Cardueae-Carduinae), including Arctium L., Cousinia Cass. as one of the largest genera of the Compositae, Hypacanthium Juz. and Schmalhausenia C. Winkl. This group of genera has its highest diversity in the Irano-Turanian region and the mountains of Central Asia (Tien Shan and Pamir-Alaj). Arctium s.str. is Eurosiberian in distribution. Significant difficulties in generic delimitation in this complex arise from the incongruent distribution of several morphological, pollen, karyological and molecular characters.The phylogeny obtained bears out the monophyly of the Arctium-Cousinia complex and its division in two monophyletic lineages named Arctioid and Cousinioid. Our analyses also show that Arctium and Cousinia as well as Cousinia subgenera Cynaroides and Hypacanthodes are not monophyletic. As a solution, a broadly monophyletic genus Arctium is proposed, including all the species belonging to the Arctioid lineage and we provide nomenclatural changes when necessary. In addition, using the molecular clock approach the Arctium-Cousinia complex is dated in 19.1 mya, the split of the Arctioid and Cousinioid lineages in 14.8 mya and the diversification of the lineages mentioned in 9.7 mya and 8,7 mya, respectively.Regarding the population genetics of Arctium minus (Hill) Bernh., investigated using microsatellite markers developed for this study, the observed patterns of genetic variation are consistent with its life style. Low gene diversity, high inbreeding values and significant homozygote excess were recovered, factors linked with the self-pollination ability of A. minus and its short-life cycle. Most of the genetic variability is found among instead of within populations due to low gene flow altogether with its self-pollination ability. There are few signs which may suggest that A. minus adapted to the Pleistocene climatic changes in the European populations with putative refugia in the south of its present distribution from where the species might radiate northwards. It is also suggested that original biogeographic patterns in A. minus may have been blurred by human activity and by long distance seed dispersal. / This thesis is focused on the Arctium-Cousinia complex (Compositae, Cardueae-Carduinae), including Arctium L., Cousinia Cass. as one of the largest genera of the Compositae, Hypacanthium Juz. and Schmalhausenia C. Winkl. This group of genera has its highest diversity in the Irano-Turanian region and the mountains of Central Asia (Tien Shan and Pamir-Alaj). Arctium s.str. is Eurosiberian in distribution. Significant difficulties in generic delimitation in this complex arise from the incongruent distribution of several morphological, pollen, karyological and molecular characters.The phylogeny obtained bears out the monophyly of the Arctium-Cousinia complex and its division in two monophyletic lineages named Arctioid and Cousinioid. Our analyses also show that Arctium and Cousinia as well as Cousinia subgenera Cynaroides and Hypacanthodes are not monophyletic. As a solution, a broadly monophyletic genus Arctium is proposed, including all the species belonging to the Arctioid lineage and we provide nomenclatural changes when necessary. In addition, using the molecular clock approach the Arctium-Cousinia complex is dated in 19.1 mya, the split of the Arctioid and Cousinioid lineages in 14.8 mya and the diversification of the lineages mentioned in 9.7 mya and 8,7 mya, respectively.Regarding the population genetics of Arctium minus (Hill) Bernh., investigated using microsatellite markers developed for this study, the observed patterns of genetic variation are consistent with its life style. Low gene diversity, high inbreeding values and significant homozygote excess were recovered, factors linked with the self-pollination ability of A. minus and its short-life cycle. Most of the genetic variability is found among instead of within populations due to low gene flow altogether with its self-pollination ability. There are few signs which may suggest that A. minus adapted to the Pleistocene climatic changes in the European populations with putative refugia in the south of its present distribution from where the species might radiate northwards. It is also suggested that original biogeographic patterns in A. minus may have been blurred by human activity and by long distance seed dispersal.