تأثیر ارتفاع از سطح دریا بر پاسخ‌های ریخت‌‌شناسی و فیزیولوژیکی برگ راش (Fagus orientalis Lipsky) در جنگل‌های گیلان

نوع مقاله: علمی- پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکترای جنگل‌شناسی و اکولوژی جنگل، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه گیلان، صومعه‌سرا، ایران

2 استاد، گروه جنگل‌داری، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه گیلان، صومعه‌سرا، ایران

3 استاد، گروه بیوتکنولوژی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه گیلان، رشت، ایران

چکیده

ارزیابی تغییرات صفات کاربردی گیاه در طول گرادیان ارتفاعی برای درک سازگاری جوامع و پاسخ آن‌ها به تغییرات اقلیمی بسیار مفید است. به‌منظور بررسی تأثیر این تغییرات بر پاسخ‌‌های ریخت‌شناسی و فیزیولوژیکی راش (Fagus orientalisLipsky)، نمونه‌‌برداری برگ در نیمی از جهت‌‌های شمالی و جنوبی تاج درختان این گونه در سه ارتفاع 700، 1200 و 1700 متری از سطح دریا در جنگل‌‌های ماسال استان گیلان انجام شد. نتایج نشان داد که ویژگی‌‌های ریخت‌شناسی برگ در بین جمعیت‌‌ها و ویژگی‌‌های فیزیولوژیکی برگ در بین و درون جمعیت‌‌ها، اختلاف معنی‌داری داشتند. با افزایش ارتفاع از سطح دریا، مقدار سطح برگ، سطح ویژه برگ و محتوای آب نسبی نمونه‌‌های جمع‌آوری‌شده از دو نیمه تاج درختان افزایش یافت، اما از ارتفاع دوم به بعد، از مقدار این ویژگی‌‌ها کاسته ‌‌شد. مقدار کلروفیل a، b، کلروفیل کل و کاروتنوئید در سه ارتفاع مختلف در نیمه شمالی تاج درختان از نیمه جنوبی بیشتر بود. مقدار کاروتنوئید نیز با افزایش ارتفاع (از ارتفاع پایین تا ارتفاع بالا) در هر دو نیمه تاج درختان افزایش یافت. میانگین بیشترین تأثیرپذیری از محیط برای ویژگی‌‌های فیزیولوژیکی در نیمه شمالی به کاروتنوئید (0/6) و در نیمه جنوبی به نسبت کلروفیل a/b (0/84) اختصاص یافت. در بین ویژگی‌‌های ریخت‌‌شناسی، بیشترین میانگین تأثیرپذیری از محیط در نیمه‌های شمالی و جنوبی تاج درختان در محتوای آب نسبی مشاهده شد (به‌ترتیب 0/81 و 0/9). میانگین تأثیرپذیری ویژگی‌‌های فیزیولوژیکی در طول گرادیان ارتفاعی، روند افزایشی داشت و نیز مقدار بیشتری نسبت به ویژگی‌‌های ریخت‌‌شناسی نشان داد. نتایج این پژوهش نشان داد که جمعیت‌‌های راش با تغییر در ویژگی‌‌های برگ در ارتفاعات مختلف به تغییرات محیطی پاسخ می‌دهند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Effect of elevation gradient on morphological and physiological responses of Fagus orientalis Lipsky leaves in Guilan forests

نویسندگان [English]

  • Mahboubeh Mohebi Bijarpasi 1
  • Teimour Rostami Shahraji 2
  • Habibollah Samizadeh Lahiji 3
1 Ph.D. Student of Silviculture and Forest Ecology, Faculty of Natural Resources, University of Guilan, Sowmeh Sara, Iran
2 Prof., Department of Forestry, Faculty of Natural Resources, University of Guilan, Sowmeh Sara, Iran
3 Prof., Department of Plant Biotechnology, Faculty of Agricultural Sciences, University of Guilan, Rasht, Iran
چکیده [English]

Assessing the changes in plant functional traits along the gradients is useful to understand their adaptation and response to the global and local environmental drivers. In order to determine the effect of elevation on morphological and physiological responses of oriental beech (Fagus orientalis Lipsky), samples of leaves were collected from southern and northern parts of trees crown at 700 m, 1200 m and 1700 m a.s.l in Masal forests of Guilan province. Analysis of variance showed a significant difference among the morphological and physiological characteristics between the populations (p < 0.05). The results also showed that the leaf area, specific leaf area and relative water content of the samples collected from the two parts of crowns increased with the increasing elevation and decreased from 1200m to 1700m. Furthermore, Chlorophyll a, chlorophyll b, total chlorophyll and carotenoid content in three different altitudes were higher in northern part of the crown of the trees. The results of the mean comparison of carotenoid contents showed that with increasing altitude (from low to high altitude), the amount of carotenoid in both parts of the crown increased. Moreover, the plasticity in northern and southern directions of the crowns suggested that highest plasticity on the northern direction was observed for carotenoids (0.6), whereas it was 0.84 in the southern half for the ratio of Chl a/Chl b. In terms of morphological properties, the highest average impact of the plasticity in the northern and southern parts of the crown were observed in the relative water content (respectively, 0.81 and 0.9). The average physiological plasticity increased among elevation gradients and showed higher values than morphological traits. Conclusively, the results of this study showed that beach populations respond to environmental changes by changing in leaf traits at different altitudes.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Adaptation
  • clorophyll
  • elevation gradient
  • Guilan
  • leaf traits
  • plasticity

- Ahmadi, M.T., Attarod, P., Marvi Mohadjer, M.R., Rahmani, R. and Fathi, J., 2009. Partitioning rainfall into throughfall, stemfow, and interception loss in an oriental beech (Fagus orientalis Lipsky) forest during the growing season. Turkish Journal of Agriculture and Forestry, 33(6): 557-568.

- Arnon, A.N., 1967. Method of extraction of chlorophyll in the plants. Agronomy Journal, 23: 112-121.

- Bates, L.S., Waldren, R.P. and Teare, I.D., 1973. Rapid determination of free proline for water-stress studies. Plant and Soil, 39(1): 205-207.

- Bradshaw, W.E. and Holzapfel, C.M., 2006. Evolutionary response to rapid climate change. Science, 312(5779): 1477-1478.

- Caldwell, M.M., Robberecht, R. and Billings, W.D., 1980. A steep latitudinal gradient of solar ultraviolet-B radiation in the acrtic-alpine life zone. Ecology, 61(3): 600-611.

- Caudle, K.L., Johnson, L.C., Baer, S.G. and Maricle, B.R., 2014. A comparison of seasonal foliar chlorophyll change among ecotypes and cultivars of Andropogon gerardii (Poaceae) by using nondestructive and destructive methods. Photosynthetica, 52(4): 511-518.

- Grahame, J.W., Wilding, C.S. and Butlin, R.K., 2006. Adaptation to a steep environmental gradient and an associated barrier to gene exchange in Littorina saxatilis. Evolution, 60(2): 268-278.

- Gratani, L., 2014. Plant phenotypic plasticity in response to environmental factors. Advances in Botany, 17p.

- Gratani, L., Catoni, R., Pirone, G., Frattaroli, A.R. and Varone L., 2012. Physiological and morphological leaf trait variations in two Apennine plant species in response to different altitudes. Photosynthetica, 50(1): 15-23.

- Gratani, L., Covone, F. and Larcher, W., 2006. Leaf plasticity in response to light of three evergreen species of the Mediterranean maquis. Trees, 20(5): 549-558.

- Guo, Q.Q., Li, H. and Zhang, W.H., 2016. Variation in leaf functional traits and physiological characteristics of Abies georgei Var. smithii along the altitude gradient in the southeastern Tibetan Plateau. Journal of Mountain Science, 13(10): 1818-1828.

- Hatziskakis, S., Tsiripidis, I. and Papageogioui, A.C., 2011. Leaf morphological variation in beech (Fagus sylvatica L.) populations in Greece and its relation to their post-glacial origin. Botanical Journal of the Linnean Society, 165(4): 422-436.

- Jump, A.S. and Peñuelas, J., 2005. Running to stand still: adaptation and the response of plants to rapid climate change. Ecology Letters, 8(9): 1010-1020.

- Lykholat, Y., Khromyk, N., Ivan’ko, I., Kovalenko, I., Shupranova, L. and Kharytonov, M., 2016. Metabolic responses of steppe forest trees to Altirude-Associated local environmental changes. Agriculture & Forestry, 62(2): 163-171.

- Matos, F.S., Wolfgramm, R., Gonçalves, F.V., Cavatte, P.C., Ventrella, M.C. and DaMatta, F.M., 2009. Phenotypic plasticity in response to light in the coffee tree. Environmental and Experimental Botany, 67(2): 421-427.

- Parmesan, C., 2006. Ecological and evolutionary responses to recent climate change. Annual Review of Ecology, Evolution, and Systematics, 37: 637-669.

- Poorter, H., Niinemets, Ü., Poorter., L., Wright, I.J. and Villar, R., 2009. Causes and consequences of variation in leaf mass per area (LMA): a meta-analysis. New Phytologist, 182(3): 565-588.

- Poulos, H.M., Berlyn, G.P. and Mills, S.A., 2012. Differential stress tolerance of four pines (Pinaceae) across the elevation gradient of the San Bernardino Mountains, Southern California, USA. Journal of the Torrey Botanical Society, 139(1): 96-108.

- Rajsnerová, P., Klem, K., Holub, P., Novotná, K., Večeřová, K., Kozáčiková, M., Rivas-Ubach, A., Sardans, J., Marek, M.V., Peñuelas, J. and Urban, O., 2015. Morphological, biochemical and physiological traits of upper and lower canopy leaves of European beech tend to converge with increasing altitude. Tree Physiology, 35(1): 47-60.

- Sletvold, N. and Ågren, J., 2012. Variation in tolerance to drought among Scandinavian populations of Arabidopsis lyrata. Evolutionary Ecology, 26(3): 559-577.

- Stojnić, S., Orlović, S., Miljković, D. and von Wuehlisch, G., 2016. Intra- and interprovenance variations in leaf morphometric traits in European beech (Fagus sylvatica L.). Archives of Biological Sciences, 68(4): 781-788.

- Toscano, S., Farieri, E., Ferrante, A. and Romano, D., 2016. Physiological and biochemical responses in two ornamental shrubs to drought stress. Frontiers in Plant Science, 7: 12p.

- Taguchi, Y. and Wada, N., 2001. Variations of leaf traits of an alpine shrub Sieversia pentapetala along an altitudinal gradient and under a simulated environmental change. Polar Biosci, 14: 79-87.

- Valladares, F., Wright, S.J., Lasso, E., Kitajima, K. and Pearcy, R.W., 2000. Plastic phenotypic response to light of 16 congeneric shrubs from a Panamanian rainforest. Ecology, 81(7): 1925-1936.

- Villar-Salvador, P., Planelles, R., Oliet, J., Peñuelas-Rubira, J.L., Jacobs, D.F. and González, M., 2004. Drought tolerance and transplanting performance of holm oak (Quercus ilex) seedlings after drought hardening in the nursery. Tree Physiology, 24(10): 1147-1155.

- Vitasse, Y., Bresson, C.C., Kremer, A., Michalet, R. and Delzon, S., 2010. Quantifying phenological plasticity to temperature in two temperate tree species. Functional Ecology, 24(6): 1211-1218.

- Wright, I.J., Reich, P.B., Westoby, M., Ackerly, D.D., Baruch, Z., Bongers, F., Cavender-Bares, J., Chapin, T., Cornelissen, J.H.C., Diemer, M., Flexas, J., Garnier, E., Groom, P.K., Gulias, J., Hikosaka, K., Lamont, B.B., Lee, T., Lee, W., Lusk, C., Midgley, J.J., Navas, M.L., Niinemets, Ü., Oleksyn, J., Osada, N., Poorter, H., Poot, P., Prior, L., Pyankov, V.I., Roumet, C., Thomas, S.C., Tjoelker, M.G., Veneklaas, E.J. and Villar, R., 2004. The worldwide leaf economics spectrum. Nature, 428(6985): 821-827.

- Zhong, M., Wang, J., Liu, K., Wu, R., Liu, Y., Wei, X., Pan, D. and Shao, X., 2014. Leaf morphological shift of three dominant species along altitudinal gradient in an alpine meadow of the Qinghai-Tibetan Plateau. Polish Journal of Ecology, 62(4): 639-648.