Stable Isotopes and Metabolite Profiles as Physiological Markers for the Drought Stress Sensitivity in Douglas-Fir Provenances (Pseudotsuga menziesii (MIRB.) FRANCO)
Creators: name: Jansen, Kirstin
Publisher: name: Humboldt-Universität zu Berlin
Year: 2018
Subjects: subject: Trockenreaktionen
subject: Resistenz und Sensitivität gegenüber Trockenheit und Hitze
subject: Douglasien-Herkünfte
subject: Provenienzen
subject: Stabilisotopen von Kohlenstoff und Sauerstoff
subject: Metabolite
subject: Metabolismus
subject: Gaswechsel im Blatt
subject: Osmoregulierung
subject: Photoprotektion
subject: Wachstum
subject: Höhenwachstum
subject: Radialwachstum
subject: Freilandversuch
subject: Herkunftsversuch
subject: Klimakammer-Experiment
subject: Drought responses
subject: drought and heat sensitivity and resistance
subject: Douglas-fir provenances
subject: carbon and oxygen stable isotope composition
subject: metabolites
subject: leaf gas exchange
subject: osmoregulation
subject: osmoprotective
subject: photoprotection
subject: growth
subject: height growth
subject: radial growth
subject: field trial
subject: provenance trial
subject: climate chamber experiment
subject: 570 Biowissenschaften; Biologie

description: In Mitteleuropa werden zukünftig häufigere Trocken- und Hitzeperioden mit wirtschaftlichen Einbußen in der Waldwirtschaft erwartet. Die Douglasie (Pseudotsuga menziesii (Mirb.) Franco) wird als Alternative für die wirtschaftlich bedeutsame, jedoch trockenheitsempfindliche Fichte diskutiert (Picea abies (L.) H.Karst.). Zwei Unterarten, die Küsten- (FDC) und die Inlandsdouglasie (FDI), sind im ausgedehnten natürlichen Verbreitungsgebiet in Nordamerika beheimatet, welches ein großes Potenzial für die Auswahl produktiver und trockenresistenter Herkünfte bietet. Unser Ziel war, die Trockenreaktion verschiedener Douglasienherkünfte unter Verknüpfung morphologischer und physiologischer Parameter und die der Trockenheitsresistenz bzw. -empfindlichkeit zugrundeliegenden Mechanismen zu erforschen. Ein Herkunftsversuch in Südwestdeutschland ermöglichte die Untersuchung 50-jähriger Douglasien verschiedener Herkünfte entlang eines Höhengradienten. Unter kontrollierten Bedingungen simulierten wir die Effekte einer Hitzewelle auf Jungbäume zweier Provenienzen. Wir analysierten die Kohlenstoff- und Sauerstoff-Stabilisotopenzusammensetzung, den Gaswechsel der Blätter, Veränderungen im Stoffwechsel und das Baumwachstum. Unsere Ergebnisse zeigen bei FDC aus humiden Regionen hohe Wachstumseinbußen unter Trockenheit und moderat bis stark verringerte stomatäre Leitfähigkeit, unterstützt durch Photoprotektion. FDC aus Regionen mit starker Sommertrockenheit reagierten kaum mit Stomataschluss und Wachstumseinbußen auf Trockenheit, jedoch mit starker Osmoregulation und Monoterpen-Emissionen, welche zur Trockenresistenz beitragen könnten. FDI aus einer ariden Region zeigten hohe An, geringes Wachstum und stark antioxidative und photoprotektive Mechanismen. Die Herkünfte unterscheiden sich stark in ihrer Trockenreaktion und ihren Schutzmechanismen. Der Anbau trockenresistenter Herkünfte wird an Standorten von Vorteil sein, für die eine Häufung von ariden Sommerperioden vorhergesagt wird.
description: In Central Europe, more frequent periods of dry and hot weather are expected in the future with economic losses in the forestry sector. Douglas-fir (Pseudotsuga menziesii (Mirb.) Franco) is discussed as a timber species alternative to the economically important but drought-sensitive spruce (Picea abies (L.) H. Karst.). Two subspecies, the coastal (FDC) and the interior Douglas-fir (FDI), are native to an extensive natural range in North America, offering a great potential for the selection of productive and drought tolerant provenances. Our goal was to investigate the drought response of different Douglas-fir provenances on the morphological and physiological level, as well as the mechanisms underlying drought resistance or susceptibility. A provenance trial in southwestern Germany established in 1958 allowed the study of 50-year-old Douglas-fir trees of diverse provenances along a height gradient. Under controlled conditions, we simulated the effects of a heat wave on young trees of two provenances. We analyzed carbon and oxygen stable isotopic composition, leaf gas exchange, changes in metabolism and tree growth. FDC from humid regions responded to drought with strong growth decline and a medium to strong stomatal closure, supported by enhanced instantaneous photoprotection. FDC from regions with very dry summer conditions showed a small growth decline and anisohydric regulation of stomatal conductance under drought, supported by high levels of osmotic adjustment. High monoterpene emissions might contribute to the drought resistance. FDI from an arid region showed high assimilation rates, low growth potential and a high antioxidant, photoprotective, drought and heat protective potential. The provenances differ greatly in their dry reaction and their protective mechanisms. The cultivation of drought resistant crops will be beneficial at sites predicted to accumulate arid summer periods.