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Temperature-dependent rate models of vascular cambium cell mortality

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Abstract:

We use two rate-process models to describe cell mortality at elevated temperatures as a means of understanding vascular cambium cell death during surface fires. In the models, cell death is caused by irreversible damage to cellular molecules that occurs at rates that increase exponentially with temperature. The models differ in whether cells show cumulative effects of heating. The temperature dependencies of the models' rate parameters were estimated from cell-count data after exposing live-bark tissues from four Canadian Rocky Mountain tree species to a range of fixed temperatures in a water bath. Based on both models, lodgepole pine's (Pinus contorta Dougl. ex Loud.) growing season vascular cambium cells experienced lower mortality rates at elevated temperatures than those of aspen (Populus tremuloides Michx.), Engelmann spruce (Picea engelmannii Parry ex Engelm.), and Douglas-fir (Pseudotsuga menziesii (Mirb.) Franco). Growing and dormant season differences were marginal. With reservations for lodgepole pine, both models predicted cell survival after exposures to rising and falling temperatures such as would be experienced by live tissues during fires. A simulation involving conduction heat transfer from flames and vascular cambium cell mortality suggests that differences among species in thermal tolerance are small compared with the effects of bark thickness. Although stem vascular cambium cell mortality was complete when tissues reached 60 °C during simulated surface fires, it may not be warranted to apply the 60 °C threshold to other tissues exposed to contrasting temperature regimes during fires.

Nous avons utilisé deux modèles basés sur le taux du processus pour décrire la mortalité des cellules à des températures élevées afin de comprendre la mortalité des cellules cambiales durant un feu de surface. Dans les modèles, la mort des cellules est causée par les dommages irréversibles au niveau moléculaire qui surviennent à des taux qui augmentent exponentiellement en fonction de la température. Les modèles diffèrent selon que les cellules subissent ou non les effets cumulatifs de la chaleur. Les paramètres de taux des modèles qui sont dépendants de la température ont été estimés à partir des données provenant du décompte des cellules après avoir exposé des morceaux d'écorce vivante de quatre espèces d'arbres des Montagnes Rocheuses canadiennes à un éventail de températures fixes dans un bassin d'eau. Sur la base des deux modèles, les cellules du cambium vasculaire présentes au cours de la saison de croissance qui ont été soumises à des températures élevées ont connu des taux de mortalité plus faibles chez le pin lodgepole (Pinus contorta Dougl. ex Loud.) que chez le peuplier faux-tremble (Populus tremuloides Michx.), l'épinette d'Engelmann (Picea engelmannii Parry ex Engelm.) et le douglas de Menzies (Pseudotsuga menziesii (Mirb.) Franco). Les différences entre la saison de croissance et la période de dormance étaient marginales. Avec quelques réserves pour le pin lodgepole, les deux modèles prédisent la survie des cellules après une exposition à une augmentation et à une diminution de la température telles que subissent les tissus vivants lors d'un feu. Une simulation impliquant le transfert de chaleur des flammes par conduction et la mortalité des cellules du cambium vasculaire indique que les différences de tolérance thermale entre les espèces sont faibles comparativement aux effets dus à l'épaisseur de l'écorce. Même si toutes les cellules du cambium vasculaire de la tige étaient mortes lorsque les tissus atteignaient 60 °C lors de la simulation d'un feu de surface, il n'est peut-être pas justifié d'appliquer le seuil de 60 °C à d'autres tissus exposés à des variations de température lors d'un feu.[Traduit par la Rédaction]

Document Type: Research Article

Publication date: 2004-03-01

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