Morphogenetic variations of Pinus sylvestris L. seedlings depending on altitude

Abstract

Scotch pine is a primary species that spreads from sea level to very high altitudes in Turkey and has a very wide distribution area in the world. For this reason, it is important to investigate the variations of the species depending on the altitude. The research aims to determine the morphogenetic variations of the seedling characters in populations representing the vertical distribution area of Scotch pine and to reveal the within and among population variations in the vertical distribution areas. In the study, seedlings (three, four and five-year-old) grown from the seeds collected from five populations in the altitudinal zones up to 2,250 m from sea level in the natural distribution area of Scotch pine in Trabzon region were used. The seedling’s height, root collar diameter, the number of side branches and crown buds and sturdiness quotient were determined. As a result of the study, it was determined that there were statistically significant differences (p<0.01) among populations in different altitude zones. The average seedling heights increase in the transition from the 4th altitude zone to the 5th altitude zone in Zigana, while the height of the seedlings decreases in all three growth periods due to the increase in altitude in general. Also, in the transition from the 2nd elevation zone in Maçka to the 3rd elevation zone in Zigana, the mean root collar diameters increased. On the other hand, in seedlings at altitudes other than these, the root collar diameter averages decreased as the altitude increased.

Keywords

• Scotch pine
• sturdiness quotient
• morphology
• variation

Yükseltiye bağlı olarak Pinus sylvestris L. fidanlarının morfogenetik varyasyonları

Abstract

Sarıçam Türkiye’de deniz seviyesinden çok yüksek rakımlara kadar yayılan bir asli tür olup, dünyada da çok geniş yayılış alanına sahiptir. Bu nedenle, türün yükseltiye bağlı varyasyonlarının araştırılması önem arz etmektedir. Araştırma, sarıçam türünün dikey yayılış alanını temsil eden populasyonlardaki fidan karakterlerinin morfogenetik varyasyonlarını belirlemeyi ve dikey yayılış alanlarında populasyon içi ve populasyonlar arası varyasyonları ortaya koymayı amaçlamaktadır. Çalışmada Trabzon yöresinde doğal yayılış gösteren sarıçam türünün deniz seviyesinden 2.250 m yüksekliğe kadar olan bölgelerdeki beş populasyondan toplanan tohumlardan yetiştirilen (üç, dört ve beş yaşında) fidanlar kullanılmıştır. Fidanların boyu, kök boğazı çapı, yan dal ve tepe tomurcuğu sayısı ve gürbüzlük indisi belirlenmiştir. Çalışma sonucunda, farklı yükseltilere ait populasyonlar arasında istatistiksel olarak anlamlı farklılıklar (p<0,01) olduğu tespit edilmiştir. Zigana’da ikinci yükseltiden beşinci yükseltiye geçişte ortalama fidan boyları artmış, genel olarak yükselti artışına bağlı olarak her üç büyüme döneminde de fidan boyları azalmıştır. Ayrıca Maçka’da ikinci yükseltiden Zigana’da üçüncü yükseltiye geçişte ortalama kök boğazı çapları artmıştır. Bunun dışındaki yükseltilere ait fidanlarda ise yükselti arttıkça kök boğazı çap ortalamaları azalmıştır.

Keywords

• Sarıçam
• gürbüzlük indisi
• morfoloji
• varyasyon

References

1. Alan, M., 2017. Importance of marginal populations for conservation of forest gene resources. Biological Diversity and Conservation 10/2(S2): 55-62.
2. Anonim, 2001. Sarıçam El Kitabı Dizisi:7, Ormancılık Araştırma Enstitüsü Yayınları, Muhtelif Yayınlar Serisi:67, Ankara.
3. Anşin, R., Özkan, Z,C., 1997. Tohumlu Bitkiler (Spermatophyta) Odunsu Taksonlar. 2. Baskı, Karadeniz Teknik Üniversitesi, Orman Fakültesi, Genel Yayın No:167, Fakülte Yayın No:19, Trabzon.
4. Aphalo, P., Rikala, R., 2003. Field performance of silver-birch planting-stock grown at different spacing and in containers of different volume. New Forests 25: 93–108.
5. Aragon, G., Martínez, I., García, A., 2012. Loss of epiphytic diversity along a latitudinal gradient in southern Europe. Sci. Total Environ. 426: 188-195.
6. Atar, E., Atar, F., Güney, D., Turna, İ., Seyis, E., 2014. Doğu Gürgeni’nde (Carpinus orientalis Miller) yaprak karakterlerine ait bazı morfolojik özelliklerin yükseltiye bağlı olarak değişimi. II. Ulusal Akdeniz Orman ve Çevre Sempozyumu, Isparta, Türkiye, 22-24 Ekim ss. 870-876.
7. Atar, F., 2021. Effects of altitude on some seedling quality characteristics of Carpinus betulus L. (Common Hornbeam) and Carpinus orientalis Mill. (Oriental Hornbeam). Artvin Çoruh Üniversitesi Orman Fakültesi Dergisi 22(2): 257-265.
8. Atar, F., Bayraktar, A., Atar, E., Turna, İ., 2017. Morphological diversity of common hornbeam (Carpinus betulus L.) Seeds in the Eastern Black Sea Region of Turkey. International Forestry and Environment Symposium, Trabzon, Turkey, 7 - 10 November p. 203.

9. Atar, F., Güney, D., 2021. Doğu Gürgeni (Carpinus orientalis Mill.) fidanlarında farklı önişlem ve yükseltiye bağlı olarak klorofil içeriğinin değişimi. Bartın Orman Fakültesi Dergisi 23(1): 236-243.
10. Atasoy, H., 1996. Doğu ladininde (Picea orientalis (L.) Link) tohum ve fidan özellikleri bakımından populasyonlar arası ve içi genetik çeşitlilik. Ormancılık Araştırma Enstitüsü Yayınları, Teknik Bülten No:261, Ankara.
11. Bilgen, B.B., Güney, D., Kaya, N., 2011. Estimation of altitudinal genetic variation in Pinus sylvestris L. populations in Trabzon by RAPD markers. VI. İnternational Symposium on Ecology and Environmental Problems, Antalya 17-20 November.
12. Bland, J.M., Altman, D.G., 1996. Statistics notes: measurement error proportional to the mean. British Medical Journal 313: 106.
13. Chmura, D.J., Rozkowski, R., 2002. Variability of beech provenances in spring and autumn phenology. Silvae Genetica 51: 2-3.
14. Eliçin, G., 1971. Türkiye sarıçam (Pinus silvestris L.)’larında morfogenetik araştırmalar. İstanbul Üniversitesi, Orman Fakültesi Yayınları Yayın No, 1662, 180, İstanbul.
15. Filiz, E., Çiçek, E., Aydın, Y., 2011. Forest genetics and biotechnology. SDU Faculty of Forestry Journal 12: 155-162.
16. Güney D., Hatipoğlu E., Atar F., Turna İ., Kulaç Ş., 2013. Changes of some morphological characteristics of oriental hornbeam (Carpinus orientalis Miller) seeds depending on altitude. International Caucasian Forestry Symposium, Artvin, Turkey, 24 - 26 October pp. 97-102.
17. Güney, D., Atar, F., Atar, E., Turna, İ., Kulaç, Ş., 2015. The effect of pre-treatments and seed collection time on the germination characteristics of common hornbeam (Carpinus betulus) seeds in the Eastern Black Sea Region, Turkey. Seed Science and Technology 43(1): 1-9.
18. Güney, D., Turna, H., Turna, İ., Kulaç, Ş., Atar, F., Fılız, E., 2016. Variations within and among populations depending on some leaf characteristics of oriental beech Fagus orientalis Lipsky. Biyolojik Çeşitlilik ve Koruma 9(2): 1-9.
19. Güney, D., Yahyaoglu, Z., Turna, İ., Müller-Strack, G., 2014.Genetic variation in Pinus brutia in Turkey. Fresenius Environmental Bulletion 23(5): 1249-1254.
20. Güney, D., Yahyaoğlu, Z., Turna, İ., Bayraktar, A., Atar, F., 2019. Genetic Variation in Picea orientalis (L.) Link populations located in different regions of Turkey. Sumarski List 11-12: 539-547.
21. Harju, A.M., Karkkainen, K., Ruotsalainen, S., 1996. Phenotypic and genetic variation in the seed maturity of scots pine. Silvea Genetica 45(4): 205-211.
22. Herrera, C.M., Bazaga, P., 2013. Epigenetic correlates of plant phenotypic plasticity: DNA methylation differs between prickly and nonprickly leaves in heterophyllous Ilex aquifolium (Aquifoliaceae) trees. Bot. J. Linn. Soc. 171: 441-452.
23. Işık, F., 1994. Kızılçam (Pinus brutia Ten.) Populasyonlarında Denizden Uzaklık ve Yüksekliğe Göre Değişen Genetik Çeşitlilik. Batı Akdeniz Araştırma Müdürlüğü Yayınları, Antalya.
24. Işık, K., 1988. Orman Ağacı Türlerimizde Lokal Irkların Önemi ve Genetik Kirlenme Sorunları. Orman Mühendisliği Dergisi 25(11): 25-30.
25. Işık, K., 1986. Altitudinal Variation in Pinus brutia Ten.: seed and seedling characteristics. Silvae Genetica 35(2/3): 58-67.
26. Işık, K., Kara, N., 1997. Altitudinal variation in Pinus brutia Ten. and its implication in genetic conservation and seed transfers in Southern Turkey. Silvae Genetica 46(2-3): 113-120.
27. Kaya, Z., 1990. Orman gen kaynaklarımız: ulusal mirasımız. Fidan Dergisi, OGM Meslek Memurları Derneği Yayın Organı 28: 2-6.
28. Ledig, F.T., 1986. Conservation strategies for forest gene resources. Forest Ecology and Management 14:77-90.
29. Leingartner, A., Hoiss, B., Krauss, J., Dewenter, I.S., 2014. Combined effects of extreme climatic events and elevation on nutritional quality and herbivory of alpine plants. PloS one 9(4).
30. Lučić, A., Isajev, V., Rakonjac, L., Mataruga, M., Popović, V., Nevenić, R., Mladenović-Drinić, S., 2012. Analysis of inter-population variability Scots pine (Pinus sylvestris L.) using morphometric markers. Genetika 44(3): 689-699.
31. Matesanz, S., Gianoli, E., Valladares, F., 2010. Global change and the evolution of phenotypic plasticity in plants. Ann. N.Y. Acad. Sci. 1206: 35-55.
32. Nascimbene, J., Marini, L., 2015. Epiphytic lichen diversity along elevational gradients: biological traits reveal a complex response to water and energy. Journal of Biogeography 42: 1222-1232.
33. Prus-Glowacki, W., Stephan, B.R., 1994. Genetic Variation of Pinus sylvestris from Spain in Relation to Other European Populations. Silvae Genetica 43(1): 7-14.
34. St. Clair B. J., Howe, G.T., 2011. Strategies for conserving forest genetic resources in the face of climate change. Turkish Journal of Botany 35:403-409.
35. Şevik, H., Ayan, S., Turna, İ., Yahyaoğlu. Z., 2010. Genetic diversity among populations in Scotch pine (Pinus silvestris L.) seed stands of Western Black Sea Region in Turkey. African Journal of Biotechnology 9(43): 7266-7272.
36. Şimşek, Y., 1993. Orman Ağaçları Islahına Giriş. Ormancılık Araştırma Enstitüsü Yayınları, Muhtelif Yayınlar Serisi No:65, Ankara.
37. Şimşek, Y., Tulukçu, M., Toplu, F., 1985. Türkiye’de Tesis Edilen Sahilçamı (Pinus pinaster Ait.) Orijin Denemelerinde Büyüme ve Kalite Özelliklerindeki Varyasyonlar Üzerine Araştırmalar, Ormancılık Araştırma Enstitüsü Yayınları, Teknik Bülten Seri No: 149, Ankara.
38. Tereba, A., Konecka, A., Fyalkowska, K., 2021. A set of 20 single nucleotide polymorphism markers as a tool in genetic diversity study of Scots pine. Sylwan 165(7): 509-518.
39. Tikhonova, I.V., Ekart, A.K., Kravchenko, A.N., Tikhonova, N.A., 2021. Genetic variability in Pinus sylvestris, Picea obovata, and Abies sibirica populations and in felling in the Southern Taiga of Central Siberia. Russian Journal of Genetics 57(3): 297-310.
40. Tunçtaner, K., 2007. Orman Genetiği ve Ağaç Islahı. Türkiye Ormancılar Derneği Eğitim Dizisi: 4, Ankara.
41. Turna, İ., Güney, D., 2009. Altitudinal variation of some morphological characters of Scots pine (Pinus sylvestris L.) in Turkey. African Journal of Biotechnology 8(2): 202-208.
42. Turna, İ., 2003. Variation of morphological and electrophoretic characters of 11 populations of scots pine in Turkey. Israel Journal of Plant Sciences 51(3): 223-230.
43. Ürgenç, S., 1982.Orman Ağaçları Islahı, İ.Ü. Yayın No:2836, Orman Fakültesi Yayın No:293, İstanbul.
44. Velioğlu, E., Çiçek, F. F., Kaya, Z., Çengel, B., 1999. Kaz dağlarındaki doğal kazdağı göknarı (Abies equi-trojani Aschers. Et. Sint.) populasyonlarında genetik çeşitliliğin yapılanması, Orm. Ağaçları ve Tohumları Islah Araş. Müd., Teknik Bülten No: 3, Orm. Bak. Yayın No:074, Müd. Yayın No:10, 31, Ankara.
45. Vidyakin, A.I., Boronnikova, S.V., Nechayeva, Y.S., Pryshnivskaya, Y.V., Boboshina, I.V., 2015. Genetic variation, population structure, and differentiation in scots pine (Pinus sylvestris L.) from the northeast of the Russian plain as inferred from the molecular genetic analysis data. Russian journal of genetics 51(12): 1213-1220.
46. Yahyaoğlu, Z., Genç, M., 2007. Fidan Standardizasyonu, Süleyman Demirel Üniversitesi, Orman Fakültesi, Yayın No 75, Isparta.
47. Yahyaoğlu, Z., Genç, M., Üçler, A.Ö., 1993. Türkiye’de ağaç islahının amacı yeni politika ve ilkelerinin belirlenmesi, I. Ormancılık Şurası, Tebliğler ve Ön Çalışma Grubu Raporları, Orman Bakanlığı Yayını, Yayın No: 13/006, 1993, Ankara, Cilt I, 661-667.
48. Yahyaoğlu, Z., Genç, M., 1990. Orman ağaçlarında gen kaynaklarının korunması, Çevre Biyolojisi Sempozyumu, Ankara 17-19 Ekim.
49. Yahyaoğlu, Z., Güney, D., Turna, İ., Atar, F., 2012. Fıstıkçamı (Pinus pinea L.)’nda bazı morfolojik özelliklere bağlı varyasyonların belirlenmesi. KSÜ Doğa Bilimleri Dergisi Özel sayı: 234-239.