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Temperature-related shifts in soluble carbohydrate content during dormancy and cold acclimation in Populus tremuloides

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Abstract:

Changes in metabolism that accompany cold acclimation and deacclimation, such as increasing levels of raffinose family oligosacharides (RFO) during cold acclimation demonstrated in several woody species, are of interest in a search for genetic control of environmental adaptation by cold-hardy woody plants. This study examined the relationship of temperature to endodormancy and cold hardiness in trembling aspen (Populus tremuloides Michx.) buds collected at 1560, 2250, and 2900 m elevation near Fort Collins, Colo. Buds from all sites tolerated at least –85°C in December, and buds from 2900 m, the highest elevation, hardened most quickly in fall and retained their hardiness the longest in late winter and early spring. Exposure to liquid nitrogen caused bud break in normally endodormant (15 November collection date) buds. RFO levels were highly correlated to low temperature during acclimation and to lowest survival temperatures. Endogenous raffinose and stachyose increased as temperatures dropped in early winter and diminished as temperatures rose in spring. Arrhenius plots showed that raffinose accumulation was strongly low-temperature dependent during acclimation. Its loss, while also temperature dependant in spring, was not as pronounced as during fall acclimation. Buds from all three sites survived cryopreservation at –196°C when first prefrozen at 5°C/h and stored >4 h at –20°C or colder. Differential scanning calorimetry data suggest that an aqueous component froze separately from tissues that underwent a glass transition in buds that survived cryopreservation. This study documents a complete dormant season hardiness profile of aspen linking hardiness with changes in endogenous soluble sugars.

Les changements métaboliques associés à l'acclimatation au froid et à la désacclimatation, tels que l'augmentation des teneurs en oligosaccharides de la famille des raffinoses (OFR) rapportée pour plusieurs espèces ligneuses pendant l'acclimatation au froid, présentent un intérêt pour la recherche du contrôle génétique de l'adaptation des plantes ligneuses tolérantes au froid. Cette étude a examiné la relation entre la température, la dormance et la tolérance au froid de bourgeons de peuplier faux-tremble (Populus tremuloides Michx.) échantillonnés à 1560, 2250 et 2900 m d'altitude près de Fort Collins, au Colorado. Les bourgeons de tous les sites ont toléré au moins –85°C en décembre et ceux de l'altitude la plus élevée, 2900 m, se sont endurcis plus vite en automne et ont conservé leur endurcissement plus longtemps à la fin de l'hiver et au début du printemps. Une immersion des bourgeons dormants dans l'azote liquide a provoqué leur débourrement (échantillonnage du 15 novembre). Les teneurs en OFR étaient hautement corrélées avec les basses températures durant l'acclimatation ainsi qu'avec les températures minimales auxquelles survivaient les bourgeons. Les teneurs en raffinose et en stachyose endogènes ont augmenté avec la diminution des températures au début de l'hiver et ont diminué avec l'augmentation des températures au printemps. Des graphiques d'Arrhenius montrent que l'accumulation de raffinose est étroitement reliée aux basses températures durant l'acclimatation. La diminution du raffinose au printemps est aussi reliée à la température mais moins que lors de l'acclimatation à l'automne. Les bourgeons des trois sites ont survécu à la cryopréservation à –196°C lorsqu'ils étaient d'abord refroidis à 5°C/h et entreposés pour plus de 4 h à au moins –20°C. Les données d'analyse calorimétrique différentielle suggèrent que dans les bourgeons qui survivaient à la cryopréservation une constituante aqueuse gelait séparément des tissus qui subissaient une vitrification. Cette étude présente un profil complet de l'évolution de l'endurcissement durant la période de dormance du peuplier faux-tremble et met en évidence la relation entre l'endurcissement et les changements dans la teneur en sucres solubles endogènes.[Traduit par la Rédaction]

Document Type: Research Article

Publication date: April 1, 2001

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