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Differences of Betula origins in ozone sensitivity based on open-field experiment over two growing seasons

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Abstract:

One-year-old seedlings of nine different white birch seed origins (Betula pendula Roth, Betula platyphylla Sukatchev var. japonica Hara, two crossings of plus trees of B. pendula, and five two-way hybrids between B. pendula, Betula resinifera Britt., and B. platyphylla) were exposed to ambient ozone (control) and 1.3 × ambient ozone concentrations over two growing seasons. At the end of each growing season, the plants were measured for leaf, stem and root growth; visible leaf injuries; leaf senescence; and ribulose 1,5-bisphosphate carboxylase-oxygenase, starch, soluble protein, chlorophyll, carotenoid, and nutrient concentrations to determine the differences in ozone sensitivity among these species and hybrids and the relationship of ozone sensitivity to changes in growth pattern and tolerance to other abiotic stresses. There was a large variation in growth among seedlings of different birches (species and hybrids). In most birches, elevated ozone exposure resulted in altered resource allocation at the expense of roots, leading to reduced root/shoot ratio. In fast-growing birches, stimulated stem height and foliage growth in the second growing season indicated compensatory growth, which was accompanied by accelerated senescence of old leaves. Seedlings of B. platyphylla and those from crossings with Finnish plus trees (bred for growth) showed highest susceptibility to ozone. The hybrids between Alaskan B. resinifera and Finnish B. pendula were intermediate in ozone sensitivity, whereas the hybrids between Japanese B. platyphylla and Finnish B. pendula genotypes were of improved tolerance compared with parents. The results suggest that ozone-induced disturbances in carbon allocation favouring shoot growth pose a real risk factor for birch establishment, production, and sustainable forestry because of potential deteriorating belowground processess and long-term tree vitality.

Des semis d'un an issus de neuf provenances différentes de graines de bouleau blanc (Betula pendula Roth, Betula platyphylla Sukatchev var. japonica Hara, deux croisements d'arbres plus de B. pendula et cinq hybrides rétrocroisés entre B. pendula, Betula resinifera Britt. et B. platyphylla) ont été exposés à la concentration ambiante d'ozone (témoin) et à 1,3 fois la concentration ambiante au cours de deux saisons de croissance. À la fin de chaque saison de croissance, les plants ont été mesurés pour la croissance des feuilles, de la tige et des racines, la présence de dommages foliaires visibles, la sénescence des feuilles, et la concentration de ribulose 1,5-biphosphate carboxylase-oxygénase, d'amidon, de protéines solubles, de chlorophylle, de caroténoïdes et de nutriments. La relation entre la sensibilité à l'ozone et les changements dans les patrons de croissance et la tolérance à d'autres stress abiotiques a aussi été examinée. Il y a une grande variation dans la croissance des semis des différentes espèces et hybrides de bouleau. Chez la plupart des bouleaux exposés à une concentration élevée d'ozone, l'allocation des ressources a été modifiée aux dépens des racines entraînant une réduction du rapport racines/tige. Chez les bouleaux à croissance rapide, la croissance accrue de la tige en hauteur et du feuillage au cours de la deuxième saison de croissance est une indication d'une croissance compensatoire accompagnée de la sénescence accélérée des vieilles feuilles. Les semis de B. platyphylla et ceux qui sont issus de croisements avec les arbres plus finlandais (croisés pour la croissance) sont les plus sensibles à l'ozone. Les hybrides entre B. resinifera de l'Alaska et B. pendula de la Finlande ont une sensibilité intermédiaire à l'ozone, tandis que les hybrides entre les génotypes japonais de B. platyphylla et finlandais de B. pendula ont une plus grande tolérance que celle de leurs parents. Les résultats suggèrent que les perturbations causées par l'ozone dans l'allocation du carbone qui favorisent la croissance de la tige présentent un réel facteur de risque pour l'établissement et la production du bouleau dans un contexte de foresterie durable à cause de la détérioration potentielle des processus hypogés et de la vitalité à long terme des arbres.[Traduit par la Rédaction]

Document Type: Research Article

Publication date: May 1, 2001

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