Foliar nutrients and induced susceptibility: genetic mechanisms of Douglas-fir resistance to western spruce budworm defoliation

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Abstract:

We conducted greenhouse defoliation experiments with clones of interior Douglas-fir (Pseudotsuga menziesii var. glauca (Beissn.) Franco) over 3 years to assess the role of foliar nutrients as a resistance mechanism to western spruce budworm (Choristoneura occidentalis Freeman) defoliation. The grafted clones were derived from mature trees (i.e., ortets) that showed resistance or susceptibility to budworm defoliation in the forest. Current-year foliage was analyzed for concentrations of nitrogen (N), sugars (sucrose + fructose + glucose), phosphorus (P), potassium (K), magnesium (Mg), calcium (Ca), manganese (Mn), copper (Cu), iron (Fe), and zinc (Zn). We computed rank correlations between foliar nutrient levels in the ortets and their corresponding clones to test the null hypothesis that foliar chemistry does not have a genetic basis (H01). Foliar concentrations of sugars and P were under genetic control to some degree, but concentrations of other nutrients were not. We used analysis of variance to test the null hypotheses that foliar chemistry does not change in response to budworm defoliation (H02) and that it is not different between resistant and susceptible clones (H03). We rejected H02 for sugars, P, K, Mn, and Zn; defoliation by the budworm changed levels of these nutrients and had divergent effects on concentrations of P, K, and Zn in resistant clones. We concluded that induced susceptibility, whereby defoliation alters foliar nutrients to make trees more favorable for insect feeding, appears to be an important determinant of Douglas-fir resistance to the western spruce budworm. Failure to reject H03 implies that previously reported differences between the foliar nutrient levels in resistant Douglas-firs and those in susceptible Douglas-firs in the forest are probably caused by induced susceptibility.

Nous avons effectué des expériences de défoliation en serre pendant 3 ans avec des clones de douglas de Menzies bleus (Pseudotsuga menziesii var. glauca (Beissn.) Franco) pour évaluer le rôle que jouent les nutriments foliaires comme mécanisme de résistance à la défoliation par la tordeuse occidentale de l'épinette (Choristoneura occidentalis Freeman). Les clones greffés ont été prélevés sur des arbres matures (i.e., ortets) qui étaient résistants ou susceptibles à la défoliation par la tordeuse en forêt. Le feuillage de l'année a été analysé pour mesurer la concentration d'azote (N), de sucres (sucrose + fructose + glucose), de phosphore (P), de potassium (K), de magnésium (Mg), de calcium (Ca), de manganèse (Mn), de cuivre (Cu), de fer (Fe) et de zinc (Zn). Nous avons calculé des corrélations de rangs entre le niveau de nutriments foliaires chez les ortets et chez leurs clones respectifs pour tester l'hypothèse nulle selon laquelle les caractéristiques chimiques des feuilles n'ont pas de base génétique (H01). La concentration foliaire de sucres et de P était dans une certaine mesure sous contrôle génétique mais la concentration des autres nutriments ne l'était pas. Nous avons utilisé l'analyse de variance pour tester l'hypothèse nulle selon laquelle les caractéristiques chimiques des feuilles ne changent pas en réponse à la défoliation par la tordeuse (H02) et qu'elles sont semblables, que les clones soient résistants ou susceptibles (H03). Nous avons rejeté l'hypothèse (H02) pour les sucres, P, K, Mn et Zn ; la défoliation par la tordeuse a causé des changements dans le niveau de ces nutriments et avait des effets divergents sur la concentration de P, K et Zn selon que les clones étaient résistants ou susceptibles. Nous avons conclu que la susceptibilité induite, par laquelle la défoliation modifie les nutriments foliaires et rend les arbres plus propices à l'alimentation des insectes, semble être un facteur important dans la résistance du douglas à la tordeuse occidentale. L'incapacité de rejeter l'hypothèse H03 implique que les différences rapportées précédemment entre les nutriments foliaires des douglas résistants et susceptibles en forêt sont probablement dues à une susceptibilité induite.[Traduit par la Rédaction]

Document Type: Research Article

Publication date: April 1, 2004

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