Determination of cold hardiness of some Turkish red pine (Pinus brutia Ten.) provenances in Ankara and Antalya provenance trials

Abstract

Turkish red pine (Pinus brutia) is the most important tree species for afforestation in Turkey due to its drought tolerance and rapid growth. However, its distribution is highly limited in arid-cold regions and high elevation areas due to its sensitivity to frost. This study aimed to evaluate frost tolerance of some Turkish red pine origins sampled from provenance trial areas located its natural distribution area and outside of its natural distribution area (Antalya and Ankara). One year-old twigs of Pinus brutia were sampled from provenance trials in Antalya and Ankara. The experiment was a completely randomized parcel design where the frost test temperatures were the treatments. The twigs were subjected to cold temperatures of -5, -10, -12.5, -15, -17.5, -20, -22.5, -25, -30 and -40 0C, and control groups were not subjected to any of low temperatures. After freezing tests, electrical conductivity of the twigs was measured and values were converted to relative damage index (It). Results showed that damages of cell membranes start between -15 and -17.5 0C, while lethal damage occurred at -20 0C at the end of January. Significant variations were found between cold hardiness of origins. Samsun-Bafra (BAF) and Burdur-Gölhisar (GOL) origins were more tolerant to frost compared to those from Antalya provenance trial. Similarly, Burdur-Gölhisar (GOL), Antalya-Kaş (KAS) and Cyprus-Güzelyurt (KIB) origins were more tolerant compared to those from Ankara provenance trials. Mersin-Gülnar (GUL), Antalya-Kaş (KAS), Kıbrıs-Güzelyurt (KIB) and Mersin-Anamur (ANA) origins sampled from Ankara provenance trial had greater frost resistance to frost than the same origins sampled from Antalya. The reason for increased frost tolerance of the origins from Ankara could be attributed to their greater phenotypic plasticity.

Keywords

• Pinus brutia,Turkish red pine,Cold hardiness,Origin,Electrolyte release

Project Number

23.1613/2014-2016

Ankara ve Antalya kızılçam (Pinus brutia Ten.) orijin deneme sahalarında bazı orijinlerin dona dayanıklılıklarının belirlenmesi

Abstract

Kızılçam kurağa dayanıklı olması ve hızlı büyümesi nedeniyle, Türkiye’de ağaçlandırmalarda kullanılan en önemli ağaç türüdür. Ancak bu türün kurak-soğuk alanlar ve yükseklerde yayılışındaki en önemli engel dondur. Bu çalışmada kızılçamın doğal yayılış alanı içerisinde ve dışında tesis edilen orijin deneme sahalarındaki (Antalya ve Ankara) bazı orijinlerin dona dayanıklılıkları araştırılmıştır. Antalya ve Ankara’daki orijin denemelerinden ocak ayı sonunda dokuz orijininin son yıl sürgünleri örneklenmiştir. Çalışma Tesadüf Parselleri Deneme Deseninde yürütülmüş olup düşük sıcaklıklar muameleleri oluşturmuştur. Kontrol grubu düşük sıcaklığa maruz bırakılmamıştır. Diğer sürgünler ise -5, -10, -12.5, -15, -17.5, -20, -22.5, -25, -30 ve -40 0C’de yapay dondurma testlerine tabi tutulmuştur. Dondurma testleri sonrasında sürgünlerde meydana gelen zararı tespit etmek için örneklerin elektrolit salımı ölçülmüş ve bu iletkenlik değerleri kullanılarak nispi yararlanma indeksi (It) hesaplanmıştır. It sonuçlarına göre, kızılçam hücre membranlarında don zararı ocak ayı sonunda; -15 ile 17.5 0C arasında, ölümcül oranda zarar ise -20 0C’de başlamıştır. Ayrıca dona dayanıklılık bakımından orijinler arasında istatistiksel anlamda önemli farklar bulunmuştur. Antalya deneme alanlanındaki Samsun-Bafra (BAF) ve Burdur-Gölhisar (GOL) orijinlerinin diğer orijinlerden dona daha dayanıklı oldukları belirlenmiştir. Ankara deneme alanında ise Burdur-Gölhisar (GOL), Antalya-Kaş (KAS) ve Kıbrıs-Güzelyurt (KIB) orijinleri dona diğerler orijinlerden daha dayanıklı bulunmuştur. Mersin-Gülnar (GUL), Antalya-Kaş (KAS), Kıbrıs-Güzelyurt (KIB) ve Mersin-Anamur (ANA) orijinlerinin Ankara deneme sahasında alınan örneklerinin dona dayanıklılık düzeyinin, Antalya deneme sahasından alınan aynı orijindeki örneklerden daha yüksek olduğu belirlenmiştir. Bu orijinlerin dona dayanıklılığındaki artışın nedeni fenotipik plastisite olabilir.

Keywords

• Pinus brutia,Kızılçam,Dona dayanıklılık,Orijin,Elektrolit sızıntısı

Supporting Institution

Orman Genel Müdürlüğü İç Anadolu Ormancılık Araştırma Enstitüsü Müdürlüğü

Project Number

23.1613/2014-2016

References

1. Akman, Y., 1999. İklim ve Biyoiklim (Biyoiklim Metodları ve Türkiye İklimleri). Kariyer Matbaacılık. Ankara.
2. OGM, 2015. Türkiye Orman Varlığı. Orman ve Su İşleri Bakanlığı Orman Genel Müdürlüğü, Ankara, https://www.ogm.gov.tr/ekutuphane/Yayinlar/T%C3%BCrkiye%20Orman%20Varl%C4%B1%C4%9F%C4%B1-2016-2017.pdf, Erişim: 05.05.2018.
3. Atalay, İ., Sezer, İ., Çukur, H., 1998. Kızılçam (Pinus brutia Ten.) Ormanlarının Ekolojik Özellikleri ve Tohum Nakli Açısından Bölgelere Ayrılması. Orman Ağaçları ve Tohumları Islah Araştırma Müdürlüğü, Yayın No:6, İzmir.
4. Bannister, P., Neuener, G., 2001. Conifer cold hardiness. In: Frost Resistance and The Distribution of Conifers, (Ed: Bigras, F. J., Colombo, S. J.), Kluwer Academic Publishers, pp. 3-21.
5. Boydak, M., Dirik, H., Çalıkoğlu, M., 2006. Kızılçamın (Pinus brutia Ten.) Biyolojisi ve Silvikültürü. Ormancılığı Geliştirme ve Orman Yangınları ile Mücadele Hizmetlerini Destekleme Vakfı Yayını, Lazer Ofset Matbaası, Ankara.
6. Burr, K. E., 1990. Bud dormancy and cold hardiness. Target Seedling Symposium, 13-17 August, Roseburg, Oregon-USA, pp.79-90.
7. Burr, K. E.,Hawkins, C. D. B., Hirondelle, S. J. L., Binder, W. D., George, F. M:, Repo, T., 2001. Methods for measuring cold hardiness of conifers. In: Conifer Cold Hardiness (Ed: Bigras, F. J., Colombo, S. J.), Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, pp. 369-401.
8. Çalıkoğlu, M., 2002. Anadolu Karaçamı (Pinus nigra Arnold. ssp. pallasiana (Lamb.) Holmboe) Orijinlerinin Kuraklığa Karşı reaksiyonlarının Ekofizyolojik Analizi. Doktora Tezi, İstanbul Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.

9. Cengiz, Y., Işık, F., Keskin, S., Genç, A., Tosun, S., Aksoy, C., Doğan, B., Uğurlu, S., Özpay, Z., Örtel, E., Gürgen, D., Uğurlu, S., 1999. Kızılçam (Pinus brutia) Orijin Denemelerinin Beş Yıllık Sonuçlar. Batı Akdeniz Ormancılık Araştırma Müdürlüğü, Teknik Bülten Serisi, No: 11, Antalya.
10. Colombo, S.J., Webb, D.P., Glerum, C., 1984. Frost hardiness testing: An operational manual for use with extended greenhouse culture. Ontario Ministry of Natural Resources, Tree Improvement and Forest Biomass Institute Forest Research Report No: 110, Toronto.
11. Dirik, H., 2000. Farklı biyoiklim kuşaklarını temsil eden kızılçam (Pinus brutia Ten.) orijinlerinin kurak dönemdeki su potansiyellerinin basınç-hacim (PV) eğrisi ile analizi. İstanbul Üniversitesi Orman Fakültesi Dergisi, 50A (2): 93-103.
12. Fady, B., Semerci, H., Vendramin, G.G., 2003.Technical Guielines for Genetic Conservation and Use for Aleppo Pine (Pinus halepensis) and Brutia Pine (Pinus brutia). International Plant Genetic Resourcesn İnstitute, http://www.bioversityinternational.org/fileadmin/_migrated/uploads/tx_news/Aleppo_pine__Pinus_halepensis__and_Brutia_pine__Pinus_brutia__858.pdf, Accessed: 16.04.2019.
13. Flint, H. L., Boyce, B. K., Beattie, D. J., 1967. Index of injury- A useful expression of freezing injury to plant tissues as determined by the electrolytic method. Canadian Journal of Plant Science, 47: 229-230.
14. Glerum, C., 1985. Frost hardiness of coniferous seedlings. In: Principles and Applications: Evaluating seedling quality, (Ed: Duryea, M. L.), Corvallis, pp. 107-123.
15. Hawkins, B. J., Guest, H. J., Kolotelo D., 2003. Freezing tolerance of conifer seeds and germinants. Tree Physiology 23: 1237-1246.
16. Hirondelle L. S. J., Simpson D. G., Binder, W. D., 2006. Overwinter storability of conifer planting stock, Operational testing of fall frost hardiness. New Forests, 32: 307-321.
17. Işık, F., Cengiz, Y., Genç, A., Doğan, B., Tosun, S., Özpay, Z., Uğurlu, S., Örtel, E., Dağdaş, S., Karatay, H,. Yoldağ, G. 2002. Kızılçam Orijin Denemelerinin 10 Yıllık Sonuçları. Batı Akdeniz Ormancılık Araştırma Müdürlüğü Teknik Bülten Serisi, No: 14, Antalya.
18. İmal, B., 2015. Bazı Anadolu karaçamı (Pinus nigra Arnold ssp. pallasiana [Lamb.] Holmboe) orijinlerinin dona ve kuraklığa karşı dayanıklılıklarının ekofizyolojik olarak belirlenmesi. Doktora Tezi, İstanbul Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.
19. Kandemir, G. E., Kaya, Z., Temel, F., Önde, S., 2008. Genetic variation in cold hardiness and phenology between and within Red pine (Pinus brutia Ten) populations implications for seed transfer. Silvae Genetica 59:2-3.
20. Matyas, C., 1996. Climatic adaptation of trees: rediscovering provenance tests. Euphytica. 92: 45-54 pp.
21. Örtel, E., Çalıkoğlu, M., Çetinay, Ş., Altun, Z.G., Cengiz, Y., Boza, A., Türker, H., Kahraman, T., Gökdemir, Ş., Tosun, S., Arslan, Özpay, Z.,Karatay, H., Karzaoğlu, C., 2010. Kızılçam (Pinus brutia L.) Orijin Denemelerinin 20. Yıl Sonuçları. Batı Akdeniz Ormancılık Araştırma Müdürlüğü, Teknik Bülten Serisi, No: 35, Antalya.
22. Öztürk, N., Deligöz, A., 2018. Farklı tohum bahçelerine ait kızılçam (Pinus brutia) fidanlarının bazı morfolojik, fizyolojik ve biyokimyasal özelliklerinin araştırılması. Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 22(2): 924-931.
23. Ritchie, G. A., 1984. Assessing seedling quality. In: Forest Nursey Manual: Production of Bareroot Seedlings (Ed: Duryea, M. L., Landis, T. D), Martinus Nijhoff /Dr. W. Junk Publishers, pp. 243-259.
24. Sutinen, M-L., Palta, J. P., Reich, P. B., 1992. Seasonal differences in freezing stress resistance of needles of Pinus nigra and Pinus resinosa: evaluation of the electrolyte leakage method. Tree Physiology, 11: 241-254.
25. Yalçın, S., 2012. Modeling the current and future ranges of Turkish Pine (Pinus brutia) and Oriental Beech (Fagus orientalis) in Turkey in the face of climate. Yüksek Lisans Tezi, ODTÜ, Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara.
26. Yıldız, D., Nzokou, P., Deligoz, A., Koç, İ., Genç, M., 2014. Chemical and physiological responses of four Turkish red pine (Pinus brutia Ten.) provenances to cold temperature treatments. European Journal of Forest Research, 133(5): 809-818.