Environmental and genetic control of leaf traits in an oak provenance trial ( Quercus robur )

The present pace of climate change seems rapid compared to present migration rates of trees. This might be a threat to Quercus robur, an economically and ecologically valuable deciduous tree in Central Europe. However, fast adaptation, amongst other processes, allowed for European oaks to cope with climatic warming during past interglacial periods. The aim of this study was to determine, whether there was any significant genetic or environmental variation in stomatal density (SD), vein density (VD), and carbon isotope composition (δC) between different provenances of Q. robur. All these leaf traits are closely related to the water status of a plant. To investigate potential genotypic or phenotypic adaptation in water relations to different climates, trees from ten European provenances, planted in a provenance trial at three different sites in Austria were sampled. Significant variations among provenances could mean a possible source for adaptation to climate change. Two-way ANOVAs yielded evidence for a significant site effect in vein density, as well as in carbon isotope composition. Further vein density showed a significant provenance effect and carbon isotope composition a significant interaction effect. Surprisingly, stomatal density did not show any significant differences among provenances or sites. A correlation matrix revealed some relationships between selected leaf and wood traits within Q. robur. δC was negatively correlated with specific leaf area (SLA) and positively with leaf dry matter content (LDMC). Leaf nitrogen content was positively correlated with LDMC and diameter at breast height (DBH). The results of this study can help to understand how leaf traits vary with genotypes and environment. This information can be used by forest managers in their selection of reproductive material and in optimizing conservation measures. Zusammenfassung Die aktuelle Geschwindigkeit des Klimawandels ist hoch verglichen mit den aktuellen Migrationsraten von Bäumen. Dies kann eine potenzielle Gefahr für Quercus robur darstellen, eine ökonomisch und ökologisch wertvolle Laubbaumart Mitteleuropas. Allerdings erlaubte die schnelle Anpassung europäischen Eichen mit der Klimaerwärmung während vergangener Zwischeneiszeiten zurechtzukommen. Ziel dieser Arbeit war es herauszufinden, ob es bei Quercus robur signifikante Unterschiede in der Variation der Stomatadichte (SD), Dichte der Blattadern (VD) und der Kohlenstoffisotopenzusammensetzung (δC) zwischen Bäumen verschiedener Provenienzen oder Standorte gibt. Diese Blatteigenschaften sind eng an den Wasserhaushalt von Pflanzen gekoppelt. Zur Untersuchung potenzieller genetischer oder phänotypischer Anpassungen an das Klima, wurden Blattproben von 11-jährigen Bäumen zehn europäischer Provenienzen, die in einem Herkunftsversuch an drei verschiedenen Orten in Österreich gepflanzt wurden, gesammelt. Signifikante Variationen zwischen den Provenienzen können eine Ressource für die Anpassung an den Klimawandel sein. Zweifaktorielle ANOVAs zeigten einen signifikanten Standortseffekt auf VD und δC. Ein signifikanter Provenienzeffekt konnte für VD nachgewiesen werden und eine signifikante Interaktion, Umwelt x Provenienz, für δC. Ein erwarteter Effekt in der Variation der SD wurde nicht gefunden. Eine Korrelationsmatrix untersuchte Beziehungen zwischen ausgesuchten Blattund Holzeigenschaften. δC ist negativ mit der spezifischen Blattfläche (SLA) und positiv mit dem Blatttrockenmassegehalt (LDMC) korreliert. Der Blattstickstoffgehalt korreliert positiv mit LDMC und dem Brusthöhendurchmesser (DBH). Die Ergebnisse der Arbeit zeigen wie wichtige Blatteigenschaften mit dem Genotyp und der Umwelt variieren. Diese Information kann von der Forstwirtschaft genutzt werden, um die Auswahl von Vermehrungsgut und Maßnahmen zum Schutz der innerartlichen genetischen Vielfalt zu optimieren. Table of