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"Pinus pinaster" Ait. : resistencia a heladas bajo condiciones controladas

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"Pinus pinaster" Ait. : resistencia a heladas bajo condiciones controladas

Prada Ojea, Eva María
 
DATE : 2016-01-21
UNIVERSAL IDENTIFIER : http://hdl.handle.net/11093/617
UNESCO SUBJECT : 2417.14 Genética Vegetal ; 2409.03 Genética de Poblaciones ; 2213.06 Bajas Temperaturas
DOCUMENT TYPE : doctoralThesis

ABSTRACT :

Las bajas temperaturas son uno de los factores climáticos más importantes que limitan la producción y la distribución geográfica de las especies en las latitudes templadas, pues estas hacen que disminuya su actividad fotosintética, afectan la función normal de los procesos fisiológicos y pueden dar lugar a daños que incluso acaban con la vida de la planta. Las predicciones sobre el cambio climático incluyen un aumento de temperaturas que influirá en que los inviernos serán más cálidos y más cortos, alterando la duración y régimen de temperaturas de los períodos estacionales. Ante este escenario, se puede dar el caso de que los árboles en las zonas templadas no ajusten bien el inicio y el final de su etapa de crecimiento anual con el momento más favorable, con el riesgo de sufrir heladas cuando sus tejidos y órganos son más vulnerables al daño por bajas temperaturas. Considerando esta situación, en la presente tesis se planteó, como objetivo fundamental, estudiar la tolerancia a heladas estacionales de la especie forestal más importante de Galicia, Pinus pinaster. En primer lugar, ... [+]
Las bajas temperaturas son uno de los factores climáticos más importantes que limitan la producción y la distribución geográfica de las especies en las latitudes templadas, pues estas hacen que disminuya su actividad fotosintética, afectan la función normal de los procesos fisiológicos y pueden dar lugar a daños que incluso acaban con la vida de la planta. Las predicciones sobre el cambio climático incluyen un aumento de temperaturas que influirá en que los inviernos serán más cálidos y más cortos, alterando la duración y régimen de temperaturas de los períodos estacionales. Ante este escenario, se puede dar el caso de que los árboles en las zonas templadas no ajusten bien el inicio y el final de su etapa de crecimiento anual con el momento más favorable, con el riesgo de sufrir heladas cuando sus tejidos y órganos son más vulnerables al daño por bajas temperaturas. Considerando esta situación, en la presente tesis se planteó, como objetivo fundamental, estudiar la tolerancia a heladas estacionales de la especie forestal más importante de Galicia, Pinus pinaster. En primer lugar, se propuso determinar qué método de evaluación de daños y qué órgano de la planta eran más válidos para realizar estudios de tolerancia a heladas en P. pinaster. La medición de la tolerancia a las heladas, definida como la habilidad de las plantas para soportar temperaturas por debajo de 0 ˚C sin sufrir un daño significativo, es un criterio eficaz para valorar la aptitud potencial de una especie forestal ante bajas temperaturas. Bajo condiciones controladas, la tolerancia a las heladas se mide exponiendo el tejido vegetal a temperaturas de congelación y después se cuantifica el daño mediante uno o más métodos. Se compararon tres métodos de los más utilizados en la literatura científica, el método de estimación visual, el de conductividad relativa y el de fluorimetría. Según los resultados, la fluorimetría destacó como el método más recomendable, por su rapidez, objetividad y fiabilidad. En cuanto al mejor órgano para la evaluación de daños, se encontró que en los análisis de otoño, se podría trabajar con un sólo órgano, siendo las acículas el órgano más recomendable de los estudiados para la evaluación del daño por frío en P. pinaster. Sin embargo, en primavera no se tuvieron resultados concluyentes para poder indicar si se puede trabajar con un único ógano en estudios de tolerancia a heladas. Se necesita una investigación más amplia y exhaustiva, especialmente en yemas, para tratar de determinarlo. Los métodos de evaluación de daño empleados, en especial el de fluorimetría, permitieron detectar una variabilidad alta en la varianza aditiva de la tolerancia al frío entre las poblaciones de P. pinaster. Además, las poblaciones estudiadas pudieron agruparse de acuerdo a su sensibilidad a los daños por heladas en otoño. Las poblaciones más sensibles fueron las de la costa atlántica de la península ibérica y las más tolerantes fueron las poblaciones continentales de la península ibérica. La clasificación de las poblaciones fue muy consistente en todos los ensayos realizados (entre años, órganos y métodos). También se observó variación significativa entre familias dentro de poblaciones, lo que sugiere que se mantiene suficiente variación genética aditiva para la selección por tolerancia al frío dentro de poblaciones. Una vez detectada la existencia de variabilidad en tolerancia al frío entre las poblaciones de P. pinaster, se planteó estudiar si para los árboles que mostraban mayor tolerancia suponía un coste en otras funciones vitales, como crecimiento, reproducción y cambio heteroblástico a nivel intra e interpoblacional. Mediante un análisis multivariante de las variables de daños por frío y de desarrollo, las poblaciones se asociaron en tres grupos. En uno se agruparon las tres poblaciones costeras, caracterizadas por ser intolerantes al frío, ontogenia juvenil y crecimiento rápido. Por otro lado, las poblaciones continentales de la península ibérica, presentaron un comportamiento opuesto, asociadas a un grupo con tolerancia al frío estacional alta, crecimiento lento y reproducción femenina y fenología precoces. El tercer grupo, que incluye solamente la población de Marruecos, mostró una tasa alta en crecimiento relativo, reproducción masculina baja, fenología precoz y algo de sensibilidad a las heladas. Los resultados indican que bajo condiciones de calentamiento global, donde la competitividad puede aumentar, las poblaciones costeras de pinaster podrían verse favorecidas debido a su estrategia de alto crecimiento, pero con el riesgo de sufrir daños por heladas fuera de temporada. Por el contrario, en las poblaciones continentales el riesgo de sufrir daños por heladas es menor, pero su estrategia de crecimiento conservadora podría ser una desventaja ante poblaciones más competitivas. Vistos los resultados anteriores, se decidió estudiar la variación genética y plasticidad fenotípica de la tolerancia al frío dentro de la población del programa de mejora Galicia-Costa. El programa de mejora genética de P. pinaster en el área costera de Galicia, se inició mediante la selección de árboles superiores con buenas características de crecimiento, de forma del fuste y poca ramosidad, pero dado que puede haber un coste entre crecimiento y tolerancia a heladas se planteó la pregunta de si la selección de familias por buen crecimiento realizada podría aumentar el riesgo de daños por heladas en las mismas. Al contrario de lo esperado, según los resultados obtenidos para las poblaciones, se observó que, entre las familias del programa de mejora gallego, la tasa de crecimiento absoluto en altura y los daños por frío estaban correlacionados negativamente, en primavera en el sitio costero, y en otoño en el sitio interior. Esto significa que las familias con un mayor crecimiento absoluto tuvieron menos daños que las familias con menor crecimiento. Este es un resultado de gran importancia para cualquier programa de mejora forestal, pues asegura que la selección realizada por crecimiento no lleva consigo una selección negativa por tolerancia al frío, sino todo lo contrario. Es decir, la mejora en productividad a través del uso de progenies de árboles superiores no parece que esté asociada a un mayor riesgo de daños por heladas estacionales. Los experimentos de tolerancia al frío en primavera y otoño, realizados en esta tesis bajo condiciones controladas, mostraron que las familias de P. pinaster del programa de mejora analizadas, pueden tolerar temperaturas considerablemente menores que las temperaturas mínimas registradas en Galicia tanto en primavera como en otoño. Esto significa que es difícil que el material genético mejorado de pinaster que se está empleando en Galicia sufra daños por heladas dentro del territorio gallego. [-]
 
Low temperatures are one of the main constraints limiting the production y the geographic distribution of species in template latitudes, lowering their photosynthetic activity, altering the physiological normal functions and they also could involve irreversible damages. Climate change predicts a raise in temperatures, and warmer and shorter winters could occur, altering the season’s length y temperatures. Under these new conditions, trees from temperate regions could mismatch the onset y also the end of their growth season with favourable conditions under the risk of the occurrence of frost events when the tissues y organs are more sensitive to low temperatures. Regarding this situation, in this thesis the main objective was to study the seasonal cold hardiness of the most important forest species in Galicia, Pinus pinaster. First, there was the need to study which screening method and which plant organ was the best suited to carry out cold hardiness studies in P. pinaster. Cold hardiness, defined as the ability of a plant to tolerate temperaturas below 0 ˚C without significant ... [+]
Low temperatures are one of the main constraints limiting the production y the geographic distribution of species in template latitudes, lowering their photosynthetic activity, altering the physiological normal functions and they also could involve irreversible damages. Climate change predicts a raise in temperatures, and warmer and shorter winters could occur, altering the season’s length y temperatures. Under these new conditions, trees from temperate regions could mismatch the onset y also the end of their growth season with favourable conditions under the risk of the occurrence of frost events when the tissues y organs are more sensitive to low temperatures. Regarding this situation, in this thesis the main objective was to study the seasonal cold hardiness of the most important forest species in Galicia, Pinus pinaster. First, there was the need to study which screening method and which plant organ was the best suited to carry out cold hardiness studies in P. pinaster. Cold hardiness, defined as the ability of a plant to tolerate temperaturas below 0 ˚C without significant damages, is an effective approach to assess the potential aptitude of a forest species before low temperatures. Cold hardiness can be assessed by artificial freezing exposing the plant tissue to freezing temperatures, y afterwards damage is measured by one or several methods. In this thesis, three methods largely used in the literatura were compared, the visual estimation, the relative conductivity y the fluorometry method. The results provided that the fluorometry was the best suited method, thanks to its rapidity, objectivity y reliability. Concerning the best suited organ to be assessed for cold hardiness, results provided that it would be possible to work only with one organ in autumn experiments, being the needles the best one to assess cold hardiness in P. pinaster. Nevertheless, spring results did not conclude if it would be posible to work only with one organ to assess cold hardiness in this season. Further studies are needed, especially in buds. The screening methods tested, especially fluorometry, allowed to detect high variation in the additive variance of cold hardiness among P. pinaster populations. Moreover, populations analyzed in this study could be categorized into specific groups according to their sensitivity to freezing damage in autumn. The most freeze-sensitive populations were the Iberian Atlantic coastal populations y the less sensitive the Iberian continental populations. Populations ranking was highly consistent when freezing tests were applied in different years, plant organs y methods. The significant variation observed among families within populations suggests that enough additive genetic variation is maintained within populations. The next step was to study if there was a trade-off between cold tolerance y other life history traits, like growth, reproduction y heteroblastic change, for populations y families. The multivariate analysis revealed that the three coastal populations were grouped matching a cold intolerant, vegetative juvenile y fast growing phenotype, -with high absolute growth rate, high seasonal freezing damage, high threshold size for female reproduction, delayed phenology y delayed heteroblastic change-. The populations from the continental Iberian Peninsula, exhibited the opposite trait constellation, in a group with slow growth, high seasonal cold hardiness y precocious female reproduction y phenology. The third group that included only the Moroccan population, showed high investment in rapid growth, low investment in male reproduction, early phenology y some sensitivity to freezing damages. The results showed that under global warming conditions, where competitiveness may increase, maritime pine coastal populations would be favoured thanks to their high growth rate strategy but at the risk of suffering damages by frost events out of season. Conversely, for maritime pine continental populations the risk of suffering damages by frost events is minor but their conservative growth strategy could be a disadvantage before more competitive populations. Regarding previous results, it was needed to study the genetic variation y the phenotypic plasticity of the Galician-Coast breeding population cold hardiness. The P. pinaster breeding program in the coastal area of Galicia started by selecting plus trees with good characteristics in growth, stem form y branching, but given that it could be a trade-off between growth y cold hardiness, the question about if selection for growth traits could affect the cold hardiness of the families aroused. Contrary to the expected, regarding the results in populations, growth rates y cold hardiness was negatively correlated in the families from the Galician breeding program, in spring in the coast site, y in autumn in the inland site. This means that families with higher absolute growth rates had fewer damages than families with lower growth rates. This is a relevant result for any breeding program; hence it shows that selection by growth does not join a negative selection for cold hardiness but the contrary. So as, yield improvement by means of plus tree progenies do not seem to be linked to a higher risk of seasonal frosts. Artificial freezing experiments in seasonal cold hardiness carried out in this thesis, showed that the studied improved P. pinaster families could stand temperatures considerably lower than the minimum recorded temperaturas in Galicia in both seasons. This means that it is hard that the improved genetic material used in Galicia experience damages by frost events within the Galician region. [-]

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