Determination of cold resistant families in Turkish Red Pine (Pinus brutia Ten.) seedlings from Gölhisar origin

Öz

Nowadays, the increase in the frequency and severity of extreme weather conditions, which is one of the most important effects of climate change plays a role in forestry activities. For example, low temperatures as well as high temperatures and drought negatively affect forestry works. Low temperature stress is an important stress factor affecting the growth, productivity and distribution areas of plants. In order to be successful especially in afforestation studies, it is necessary to determine the cold - resistant species and origins. However, also in previous studies about cold hardiness, it has been stated that there are within-population variations in terms of cold hardiness. This study aimed to assess variation of cold hardiness for families (26 families) of Gölhisar origin, which is located in the Mediterranean Region High Breeding Zone in the Turkish red pine. Initially although seeds were collected from 28 families, sufficient seedlings could be produced from 26 families. Cold hardiness tests were carried out on shoots obtained from 1+0 year old seedlings with 5 repetitions in February, 2022 using control (+4 °C) and nine temperature levels (-5,-10,-15,-17.5,-20,-22.5,-25,-30,-40 °C). The cold damage in the families after the treatments was determined by the chlorophyll fluorescence method and photosynthetic efficiency data was used in the analysis. As a result of the research, the families were found to be statistically significant (p< 0.0001) for cold hardiness and families were grouped by Tukey HSD test. However since the Tukey HSD test indicates the temperature ranges at which families are damaged, a non-linear model reflecting the relationship between temperature and tissue damage was additionally fitted for each family to calculate the lethal temperature (LT50) for each family. Cold hardiness damage started after -17.5 °C in the studied families. The family with the highest cold hardness was determined to be family 8569 at -22.9 °C, while family 8587 had the lowest cold hardness at -18.7 °C.

Anahtar Kelimeler

• Cold Hardiness
• Chlorophyll Fluorescence
• Pinus brutia
• Photosynthetic Efficiency
• Breeding

Gölhisar orijinli Kızılçam (Pinus brutia Ten.) fidanlarında dona dayanıklı ailelerin belirlenmesi

Öz

Günümüzde iklim değişikliğinin en önemli etkilerinden biri olan ekstrem hava koşullarının görülme sıklığının ve şiddetinin artması, ormancılık faaliyetleri üzerinde de rol oynamaktadır. Örneğin, yüksek sıcaklıklar ve kuraklık, ormancılık çalışmalarını olumsuz etkilediği gibi düşük sıcaklıklar da bu çalışmaları olumsuz yönde etkilemektedir. Düşük sıcaklık stresi bitkilerin büyümesini, verimliliğini ve yayılış alanlarını etkileyen önemli bir stres faktörüdür. Özellikle ağaçlandırma çalışmalarında başarılı olunabilmesi için dona dayanıklı türlerin ve orijinlerin belirlenmesi gereklidir. Daha önce yapılan don stresi çalışmalarında dona dayanıklılık bakımından popülasyon içi farklılıklar olduğu belirtilmiştir. Bu çalışmada kızılçamda Akdeniz Bölgesi Yüksek Islah Zonunda bulunan Gölhisar orijinli ailelerin soğuğa dayanıklılık varyasyonunun ortaya konması amaçlanmıştır. Başlangıçta 28 aileden tohum toplanmasına karşın sadece 26 aileden yeterli fidan edilmiştir. Dona dayanıklılık testleri dokuz sıcaklık kademesi (-5,-10,-15,-17.5,-20,-22.5,-25,-30,-40 °C) ve kontrol (+4 °C) kullanılarak 1+0 yaşındaki fidanlardan elde edilen sürgünler üzerinde, her bir sıcaklık kademesinde bir aile için 5 tekrarlı olarak 2022 yılı Şubat ayında gerçekleştirilmiştir. Don stresine tabi tutulan sürgünlerde oluşan don zararı klorofil floresans yöntemi ile belirlenmiş ve fotosentetik verimlilik verileri kullanılarak analizler yapılmıştır. Araştırma sonucunda dona dayanıklılık bakımından aileler arasında istatiksel ( p<0.0001) olarak fark bulunmuş ve Tukey HSD testi ile aileler gruplandırılmıştır. Ancak Tukey HSD testi ailelerin zarar gördüğü sıcaklık kademe aralıklarını verdiğinden ayrıca her aile için düşük sıcaklık ve doku zararı arasındaki ilişki doğrusal olmayan model yürütülerek Lethal Temprature %50 (LT50) değerleri hesaplanmıştır. Çalışılan ailelerde don zararı -17.5 °C’den sonra başlamış ve dona dayanıklılık düzeyi en yüksek -22.9 °C ile 8569 nolu aile, en düşük ise -18.7 °C ile 8587 nolu aile olarak belirlenmiştir.

Anahtar Kelimeler

• Dona dayanıklılık
• Klorofil Floresans
• Pinus brutia
• Fotosentetik Verimlilik
• Islah

Kaynakça

1. Aitken SN, Hannerz M (2001) Genecology and gene resource management strategies for conifer cold hardiness. Conifer Cold Hardiness, 23-53
2. Anderson JA, Kenna MP, Taliaferro CM (1988) Cold hardiness of ‘Midiron’ and ‘Tifgreen’ bermudagrass. Hortscience, 23: 748–750
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. Binder WD, Fielder P (1996) Chlorophyll fluorescence as an ındicator of frost hardiness in white spruce seedlings from different latitudes. New Forest, 11: 233-253
5. Bray EA, Bailey-Serres J, Weretilnyk E (2000) Responses to abiotic stresses. In Biochemistry and Molecular Biology of Plants. Buchanan, B.B., Gruissem, W. and Jones, R.L. (eds.), American Society of Plant Physiologists, Rockville, Maryland, 1158-1203
6. Burr KE, Hawkins CDB, Hirondelle SJL, Binder WD, George FM, Repo T (2001) Methods for measuring cold hardiness of conifers. Conifer cold hardiness, In: Bigras, F. J. , Colombo, S. J. (ed), Chapter 14, Kluwer Academic Publishers, 369-401
7. Çalıkoğlu M, Özbey AA, Örtel E, Altun ZG, Atmaca C, Taştan Y, Arslan M, Yurdabak Ü, Akbin G, Karatay H, Yırık A, Yıldızbakan A, Taşdemir C, Boza A (2020) Kızılçam orijin denemeleri. Proje Sonuç Raporu, Proje Numarası:19.1705/1986-2019. Antalya, 19:1-49s B. A. O. A. E. M. Orman Genel Müdürlüğü
8. Çiçek N, Çakırlar H (2006) Fotosentezi ölçme yöntemleri klorofil fluoresansı. Anadolu Üniversitesi, Bilim ve Teknoloji Dergisi-C, 7(3)

9. Fisker SE, Rose R, Haase DL (1995) Chlorophyll fluorescence as a measure of cold hardiness and freezing stress in 1+1 douglas-fir seedlings. Forest Science, 41: 564-575
10. Hopkins WG (1995) Introduction to plant physiology. The University Of Western Ontario, John Wiley&Sons, Inc., New York
11. İmal B (2015) Bazı Anadolu karaçamı (Pinus nigra Arnold ssp. pallasiana [Lamb.] Holmboe) orijinlerinin dona ve kuraklığa karşı dayanıklılıklarının ekofizyolojik olarak belirlenmesi. İstanbul Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Doktora Tezi, İstanbul
12. SAS Institute Inc. (2021) Discovering JMP® 16. Cary, NC: SAS Institute Inc.
13. Kaçar B, Katkat AV, Öztürk Ş (2002) Bitki fizyolojisi. Uludağ Üniversitesi Güçlendirme Vakfı Yayın no: 198, ISBN: 975-564-133-5
14. Kalefetoğlu T, Ekmekçi Y (2005) The effects of drought on plants and tolerance mechanisms (Review). G.U. Journal of Science,18 (4): 723-740
15. Kandemir GE, 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
16. Kocheva K, Lambrev P, Georgiev G, Goltsev V, Karabaliev M (2004) Evaluation of chlorophyll fluorescence and membrane injury in the leaves of barley cultivars under osmotic stress. Bioelectrochemistry, 63(1): 121-124
17. Kozlowski TT, Kramer PJ, Pallardy SG (1991) The physiological ecology of woody plants. Academic Press, San Diego, 657p.
18. Kreyling J, Wiesenberg GLB, Thiel D, Wohlfart C, Huber G, Walter J, Jentsch A, Konnert M, Beierkuhnlein C (2012) Cold hardiness of Pinus nigra Arnold as influenced by geographic origin, warming, and extreme summer drought. Environ Exp Bot, 7378:99–108.
19. Larcher W (2003) Physiological plant ecology: ecophysiology and stress physiology of functional groups. Springer Science & Business Media.
20. Linden L (2002) Measuring cold hardiness in woody plants. University of Helsinki Department of Applied Biology Publication, Helsinki.
21. Lindgren K, Hallgren JE (1993) Cold acclimation of Pinus contorta and Pinus sylvestris assessed by chlorophyll fluorescence. Tree Physiology, 13: 97-106
22. Maxwell K, Johnson GN (2000) Chlorophyll fluorescence a practical guide. Journal of Experimental Botany, 345:659-668
23. OATIAEM (2023). Orman Ağaçları ve Tohumları Islah Araştırma Müdürlüğü Arşivi. T.C. Orman Genel Müdürlüğü, Orman Ağaçları ve Tohumları Islah Araştırma Enstitü Müdürlüğü s.https://ortohum.ogm.gov.tr/SitePages/
24. Peguero-Pina JJ, Morales F, Gil-Pelegrin E (2008) Frost damage in Pinus sylvestris L. stems assessed by chlorophyll fluorescence in cortical bark chlorenchyma. Ann For Sci 65:813.
25. R Core Team (2020) R: a language and environment for statistical computing. R Foundation for Statistical Computing, Vienna, Austria.
26. Ritchie GA (1984) Assessing seedling quality. In: Forest Nursey Manual: Production of Bareroot Seedlings,
27. Duryea, M. L., Landis, T. D., (eds.). Martinus Nijhoff/Dr. W. Junk Publishers, The Hague, 243-259
28. Ritchie GA (2006) Chlorophyll fluorescence, what is it and what do the numbers mean. USDA Forest Service Proceedings, 34-43
29. Ritz C, Baty F, Streibig JC, Gerhard D (2015) Dose-Response Analysis Using R. PLOS ONE, 10(e0146021). http://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0146021
30. Semerci H (2005) Farklı zonlarından örneklenen Anadolu karaçamı (Pinus nigra Arnold subspecies pallasiana (Lamb.) Holmboe) orijinlerinin soğuğa dayanıklılıkları. Hacettepe Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Yüksek Lisans Tezi, Ankara.
31. Semerci H, Öztürk H, Semerci A, İzbırak H, Ekmekçi Y (2008) Değişik ıslah zonlarından örneklenen Anadolu karaçamı (Pinus nigra Arnold ssp. nigra var. caramanica (Loudon) Rehder) orijinlerinin dona ve kuraklığa dayanıklılıklarının belirlenmesi. T.C. Çevre ve Orman Bakanlığı, Orman Ağaçları ve Tohumları Islah Araştırma Müdürlüğü, Teknik Bülteni, 21 (340-33): 1-68
32. Semerci H, Semerci A, İmal B, Kaşko Arıcı Y (2019) Ankara ve Antalya kızılçam (Pinus brutia Ten.) orijin deneme sahalarında bazı orijinlerin dona dayanıklılıklarının belirlenmesi. Turkish Journal of Forestry, 20(4): 290-296.
33. Semerci A, İmal B, Gonzalez-Benecke CA (2021) Intraspecific variability in cold tolerance in Pinus brutia sampled from two contrasting provenance trials. New Forests, 52: 621-637
34. Tinus WR (1996) Cold hardiness testing to time lifting and packing of container stock: a case history. Tree plant notes USDA Forest Service, 47 (2): 61-67
35. Wickham H (2016) Gggplot2: elegant graphics for data analysis. Springer-Verlag New York. ISBN 978-3-319-24277-4.
36. Zobel BJ, Talbert JT (1984) Applied forest tree ımprovement. John Willey and Sons, New York, 505p