Ecologie funcțională a plantelor

Acest articol face parte din subiectul de cercetare

Manipulări experimentale pentru a prezice viitorul fenologiei plantelor Vizualizați toate cele 13 articole

Editat de
Yongshuo Fu

Universitatea normală din Beijing, China

Revizuite de
Maria C. Rousseaux

Centro Regional de Investigaciones Científicas y Transferencia Tecnológica de La Rioja (CRILAR CONICET), Argentina

Xiaojun Geng

Universitatea normală din Beijing, China

Afilierile editorului și ale recenzenților sunt cele mai recente oferite în profilurile lor de cercetare Loop și este posibil să nu reflecte situația lor în momentul examinării.

încălzire

  • Descărcați articolul
    • Descărcați PDF
    • ReadCube
    • EPUB
    • XML (NLM)
    • Suplimentar
      Material
  • Citarea exportului
    • Notă finală
    • Manager de referință
    • Fișier TEXT simplu
    • BibTex
DISTRIBUIE PE

Cercetare originală ARTICOL

  • Experimental Plant Ecology, Universitatea din Greifswald, Greifswald, Germania

Introducere

Încălzirea climei a fost adesea asociată cu fenologia avansată de primăvară, nu numai prin observații (Wesołowski și Rowiński, 2006; Wood și colab., 2006; Richardson și colab., 2010; Zohner și Renner, 2014), ci și prin experimente (Hole, 2014) și studii de modelare (Luedeling și colab., 2013; Lange și colab., 2016). Recent, însă, a fost documentată o încetinire a progresului fenologiei de primăvară (Fu et al., 2015). Mai mult, creșterile de temperatură s-au arătat atât în ​​avans cât și în întârziere, în funcție de calendarul acestora (Heide, 2003; Fu și colab., 2012; Luedeling și colab., 2013). Temperatura antagonică afectează fenologia primăverii poate apărea atunci când procesul de repaus al mugurilor este afectat în mod variabil de schimbările de temperatură, în funcție de faza în care se află procesul atunci când are loc o creștere a temperaturii.

Efectele evenimentelor de încălzire bruscă pe termen scurt, în timpul diferitelor faze de repaus la muguri, asupra modificărilor adâncimii de repaus la muguri și la datele ulterioare ale epocii de primăvară sunt neclare. Se estimează că valurile de căldură vor crește în frecvență și durată în scenariile climatice viitoare (Schär și colab., 2004; IPCC, 2014), iar modelele de fenologie viitoare trebuie să țină seama de impactul potențial diferit al încălzirii în timpul diferitelor etape de somn. Mai mult, efectele evenimentelor de încălzire puternică asupra speciilor de spălare timpurie și târzie trebuie studiate pentru a cuantifica dacă avansurile sau întârzierile de explozie sunt probabil mai pronunțate în fiecare grup de arbori.

Am selectat o spălare timpurie obișnuită și o specie obișnuită de arbore de spălare târzie pentru a studia efectele evenimentelor bruște de încălzire puternică asupra fenologiei primăverii. Am supus răsadurile copacilor fie la toamnă, la mijlocul iernii, fie la sfârșitul perioadei de încălzire a iernii în interiorul camerelor climatice, crescând de fiecare dată temperatura cu 10 ° C față de temperatura mediului ambiant. Am estimat adâncimea dormanței mugurilor a răsadurilor înainte și după evenimentele de încălzire. Fenologia de primăvară după fiecare eveniment de încălzire a fost ulterior înregistrată. Am emis ipoteza că încălzirea va întârzia fenologia primăverii răsadurilor în care adâncimea de repaus crescuse după încălzire și invers.

Materiale și metode

Material vegetal

Simularea impulsurilor de încălzire

figura 1. (A) Temperaturile medii zilnice ale temperaturii camerei de încălzire și control (încălzirea în roșu; controlul în verde) în timpul fiecărui impuls simulat de încălzire. Temperaturile ambiante la locul de câmp unde răsadurile de copaci au fost iernate sunt în negru. Liniile indică mijloace de alergare de 2 zile. (B) Adâncimea de repaus estimată a puieților de copaci la începutul fiecărui impuls de încălzire. Adâncimea de dormență a fost estimată prin calcularea gradului de creștere zile (GDD) a butașilor de crenguțe preparați din răsaduri de copaci ambientali în condiții optime de creștere în camerele climatice. Triunghiurile reprezintă B. Pendula iar pătratele reprezintă F. sylvatica (n = 8-12 pe data de eșantionare pe specie). Barele de eroare indică eroarea standard.

tabelul 1. Mediile de temperatură și abaterea standard a temperaturilor în camerele de control și încălzire, precum și temperatura ambiantă la locul câmpului în timpul fiecărei perioade de manipulare a temperaturii.

Efectul încălzirii asupra adâncimii de dormire

unde t0 este ziua de începere a perioadei de încălzire, t1 este ziua în care se observă buza, Tmean este temperatura medie zilnică și Tbase este o constantă (5 ° C), reprezentând un prag minim de temperatură necesar pentru stimularea burbușirii și Primack, 2011; Fu și colab., 2016). Efectul de încălzire asupra adâncimii de repaus a fost calculat prin împărțirea adâncimii de repaus a fiecărei crenguțe (GDD) a fiecărui răsad după încălzire la adâncimea medie de repaus a tuturor răsadurilor înainte de încălzire (un raport al adâncimii de repaus după/înainte de încălzire). Valorile rezultate peste 1 au reprezentat o creștere a adâncimii de repaus, iar valorile sub 1 au reprezentat o scădere a adâncimii de repaus după tratament cu privire la adâncimea de repaus inițială. Adâncimea adormirii la începutul fiecărui eveniment de încălzire pentru fiecare specie este prezentată în Figura 1. Pentru F. sylvatica, numai prima crenguță care a avut bust de muguri în fiecare răsad de copac a fost utilizată pentru toate crengile din tratamentele din octombrie și ianuarie din cauza mortalității mari a crengute (rezultând n = 4 per tratament).

Monitorizarea fenologiei

Diferențele de colorare a frunzelor de toamnă au fost măsurate la 2 săptămâni după încheierea primului eveniment de încălzire pentru a estima dacă diferențele de somnolență au fost însoțite de diferențe în ratele de senescență. Au fost măsurate șase frunze aleatorii pe arbore cu un dispozitiv SPAD (SPAD-502 Plus, Konica Minolta, Inc.).

Analize statistice

Efectul încălzirii asupra colorării frunzelor după primul eveniment de încălzire a fost testat printr-un ANOVA unde speciile și tratamentul (control/încălzire) au fost factorii de influență, iar colorarea frunzelor (valorile SPAD) a fost variabila de răspuns.

Efectul încălzirii asupra adâncimii de repaus a fost evaluat de un ANOVA cu trei căi, în care timpul de încălzire, speciile și tratamentul (control/încălzire) au fost factorii de influență, iar raportul de adâncime de repaus a fost variabila de răspuns. Identitatea individuală a arborelui a fost inclusă ca factor aleatoriu în modelul mixt liniar. Raporturile de adâncime ale somnolenței au fost transformate în log pentru a îmbunătăți homogenetica variațiilor și a normalității reziduurilor.

S-a analizat efectul încălzirii la data creșterii de 50% Betula pendula cu un ANOVA cu două căi, unde momentul încălzirii și al tratamentului (control/încălzire) au fost factorii de influență și data la care a apărut 50% bușteni pentru fiecare copac a fost variabila de răspuns.

Transformarea lui Trans0,5 a fost aplicată pentru raporturile frunzelor pentru a îmbunătăți omogenitatea variațiilor și normalitatea reziduurilor. Toate analizele au fost efectuate utilizând software-ul statistic R (R Core Team, 2013). Pachetele R lme4 și lmerTest au fost utilizate pentru analizele ANOVA în timp ce pachetul înseamnă a fost utilizat pentru a compara efectele tratamentelor în fiecare specie și perioadele de încălzire.

Rezultate

Colorarea frunzelor după încălzirea căderii

Încălzirea din octombrie a întârziat senescența frunzelor răsadurilor încălzite comparativ cu plantele martor, fără a fi detectată nicio interacțiune între tratament și specii (Tabelul 2 și Figura 2). Răsadurile au fost cu aproximativ 30% mai verzi după încălzire comparativ cu răsadurile martor (p = 0,04).

masa 2. Influența speciilor (B. pendula și F. sylvatica), tratament (control/încălzire) și calendarul încălzirii (4 octombrie, 4 ianuarie și 14 februarie) pe patru variabile de răspuns, afectate de temperatura crescută de 10 ° C timp de 10 zile.

Figura 2. Valorile medii ale SPAD-ului a șase frunze aleatorii pe răsad de copac, măsurate la 2 săptămâni după sfârșitul primului impuls de încălzire în octombrie. Nu s-a găsit nicio interacțiune între specii și tratament. Diferența semnificativă între plantele încălzite și cele de control este prezentată cu asteriscul. Crestăturile arată intervalul de încredere de 95% al ​​medianei și mustățile se extind la maximum 1,5 × IQR dincolo de cutie.

Modificarea relativă a adâncimii de dormire a mugurilor după încălzire

Efectul încălzirii asupra adâncimii de dormire a mugurilor a depins de momentul încălzirii, precum și de a fi specific speciei (p ∗ Interacțiunea de tratament și p ∗ Interacțiunea de tratament; Tabelul 2 și Figura 3A). În octombrie, o creștere mai mare a adâncimii de repaus a avut loc la răsadurile încălzite decât la răsadurile de control numai pentru F. sylvatica (p ∗ Interacțiunea tratamentului). Data creșterii 50% în B. pendula a fost afectat doar de încălzirea din februarie, prin care răsadurile de copaci încălzite și-au deschis mugurii cu 3 săptămâni mai devreme decât răsadurile de control (Tabelul 2 și Figura 4). Încălzirea în alte momente nu a avut niciun efect asupra datelor de explozie.

Figura 4. Date mediane la care 50% din mugurii de pe puieții de copaci de B. pendula deschis primăvara după ce a fost încălzit cu 10 ° C (W) și copacii de control (C) în lunile octombrie, ianuarie sau februarien = 5 pe tratament și data prelevării). Diferențele semnificative între tratamente sunt prezentate cu asteriscuri. Crestăturile arată intervalul de încredere de 95% al ​​medianei și mustățile se extind la maximum 1,5 × IQR dincolo de cutie.

Modificarea relativă a lungimilor frunzelor după încălzire

A existat o interacțiune în trei direcții între influența tratamentului, speciile și momentul tratamentelor asupra modificării relative a lungimii frunzelor în primăvară (p = 0,004 pentru specia ∗ Timing interaction Interacțiunea tratamentului; Tabelul 2 și Figura 3B). Efectul încălzirii asupra rapoartelor de lungime a frunzelor a depins astfel de momentul încălzirii, precum și de faptul că este specific speciei. Interacțiunea cu trei căi a rezultat din încălzirea tendinței de a crește raportul frunzelor în B. pendula după încălzirea din ianuarie în timp ce tind să o reducă pentru F. sylvatica (Figura 3B). În octombrie, o scădere mai mare a raportului de frunze a avut loc la răsadurile încălzite decât la răsadurile martor numai pentru F. sylvatica (p Cuvinte cheie: evenimente de încălzire extremă, impulsuri calde, inducție de repaus, eliberare de repaus, nivel de repaus, explozie de muguri

Citat: Malyshev AV (2020) Evenimente de încălzire avansează sau întârzie fenologia primăverii prin afectarea adâncimii de dormire a mugurilor în copaci. Față. Plant Sci. 11: 856. doi: 10.3389/fpls.2020.00856

Primit: 12 martie 2020; Acceptat: 27 mai 2020;
Publicat: 19 iunie 2020.

Yongshuo Fu, Universitatea Normală din Beijing, China

Xiaojun Geng, Universitatea Normal din Beijing, China
Maria Cecilia Rousseaux, Centrul Regional de Investiții Științifice și Transferențe Tehnologice de La Rioja (CRILAR CONICET), Argentina