Quantification of additive response and stationarity of frost hardiness by photoperiod and temperature in Scots pine

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Abstract:

To present quantitative knowledge of photoperiod and temperature on frost hardiness for mathematical modelling, we carried out a growth chamber experiment for second-year Scots pine (Pinus sylvestris L.) seedlings. There were three treatments involved in the trial: a short photoperiod (7 h light : 17 h dark cycle) with a high temperature (15 °C) (SDHT), a short photoperiod (7 h light : 17 h dark cycle) with a low temperature (2 °C), and a long photo period (16 h light : 8 h dark cycle) with a low temperature (2 °C). The following variables were measured: (i) the frost hardiness of stems, needles, buds, and roots by controlled freezing tests, (ii) the electrical impedance spectroscopy (EIS) parameters of the stems, (iii) the chlorophyll fluorescence (Fv/Fm) of the needles, (iv) the dry mass/fresh mass ratio, and (v) the total soluble sugar and starch concentration of the stems, needles, and roots in the non-frost-exposed organs. There was a clear difference in hardiness among the organs by the end of the experiment. Stems by some EIS parameters, needles by Fv/Fm, and stems, needles, and roots by sugar concentration differed among treatments. A stationary level of frost hardiness was reached or asymptotically approached in all organs and treatments except in the SDHT treatment of buds. Very little support was found for the concept of additive effects by photoperiod and temperature. The results show that the additive model needs revision, since the hardening response is dependent on organ, and there is an interaction in the responses to photoperiod and temperature.

Une expérience en chambres de croissance a été réalisée afin de modéliser l'effet quantitatif de la photopériode et de la température sur la tolérance au gel de semis de pin sylvestre (Pinus sylvestris L.) âgés de 2 ans. Les semis ont été exposés à trois traitements: une photopériode courte (cycle de 7 h lumière : 17 h obscurité) à une température élevée (15 °C) (PCTE), une photopériode courte (cycle de 7 h lumière : 17 h obscurité) à une température basse (2 °C) et une photopériode longue (cycle de 16 h lumière : 8 h obscurité) à une température basse (2 °C). On a mesuré (i) la tolérance au gel des tiges, des aiguilles, des bourgeons et des racines à l'aide de tests de congélation, (ii) les paramètres spectroscopiques d'impédance électrique des tiges (IE), (iii) la fluorescence de la chlorophylle (Fv/Fm) des aiguilles, (iv) le rapport masse sèche/masse fraîche et (v) la concentration en sucres solubles totaux et en amidon des tiges, des aiguilles et des racines non exposées au gel. La tolérance au gel différait nettement selon les organes à la fin de l'expérience. On a observé des différences entre les traitements pour quelques paramètres d'IE des tiges, pour le rapport Fv/Fm des aiguilles ainsi que pour la concentration en sucres des tiges, des aiguilles et des racines. Un niveau de tolérance au gel stationnaire a été atteint ou approché de façon asymptotique pour tous les organes et tous les traitements à l'exception des bourgeons sous le traitement de PCTE. Il y a peu d'évidence pour supporter le concept d' addi tivité de l'effet de la photopériode et de la température sur la tolérance au gel. Les résultats montrent que le modèle additif exige une révision puisque l'endurcissement varie selon l'organe et qu'il existe une interaction dans les réponses à la photopériode et à la température.[Traduit par la Rédaction]

Document Type: Research Article

Publication date: September 1, 2003

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