Species ecology determines the role of nitrogen nutrition on the frost tolerance of pine seedlings

Frost determines the evolution and distribution of plants in temperate and cold regions. Several environmental factors can influencefrost acclimation of woody plants but the magnitude and direction of the effect of nitrogen (N) availability is controversial.We studied the effect of N availability on root and shoot frost tolerance in mid-fall and in winter in seedlings of four pines of contrastingecology: Pinus nigra J.F. Arnold, P. pinaster Ait., P. pinea L. and P. halepensis Mill.. Organ N and soluble sugar concentration,and timing of cessation of shoot elongation were measured to assess the physiological mechanisms underlying frostacclimation. Nitrogen was supplied at high and low rates only during the pre-hardening period and at a moderate N rate duringhardening in the fall. Shoot frost tolerance increased over winter while root frost tolerance did not change in any species. PrehardeningN availability affected the frost tolerance of both roots and shoots, although the effect was species-specific: high Nreduced the overall root and shoot frost tolerance in P. pinea and P. halepensis, and increased the frost tolerance in P. nigra, buthad no effect in P. pinaster. Nitrogen supply in the fall consistently increased frost tolerance in all speciesComunidad de Madri

Distribution of pines in Europe agrees with seedling differences in foliage frost tolerance, not with xylem embolism vulnerability

Drought and frosts are major determinants of plant functioning and distribution. Both stresses can cause xylem embolism and foliagedamage. The objective of this study was to analyse if the distribution of six common pine species along latitudinal and altitudinalgradients in Europe is related to their interspecific differences in frost tolerance and to the physiological mechanismsunderlying species-specific frost tolerance. We also evaluate if frost tolerance depends on plant water status. We studied survivalto a range of freezing temperatures in 2-year-old plants and assessed the percentage loss of hydraulic conductivity (PLC) duexylem embolism formation and foliage damage determined by needle electrolyte leakage (EL) after a single frost cycle to −15 °Cand over a range of predawn water potential (psipd) values.Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (México)Ministerio de Ciencia, Innovación y UniversidadesComunidad de Madri

The role of nitrogen in frost tolerance root growth dynamics and hydraulic conductance of ecologically distinct pine species

Antecedentes y objetivos: Los estreses ambientales como el frío y la sequía determinan la evolución y distribución de las plantas. En el bioma mediterráneo, en el que una estación fría y húmeda se alterna con una estación cálida y seca, las plantas perennes experimentan un complejo proceso de aclimatación a la helada durante el otoño para sobrevivir a la estación fría y una rápida expansión del sistema radical para sobrevivir a la estación seca. La temperatura y disponibilidad de agua pueden afectar la aclimatación al frío y el desarrollo e hidráulica del sistema radical. Sin embargo, el efecto del nitrógeno (N) sobre estos procesos fisiológicos y su relación con la ecología de las especies son controvertidos y poco conocidos. El objetivo de esta Tesis doctoral es analizar el efecto del N sobre la tolerancia a la helada, la arquitectura, cinética del crecimiento y la hidráulica del sistema radical en plántulas de cuatro especies de pino ecológicamente distintas. La hipótesis general es que la adaptación de las plantas a los estreses abióticos condiciona el uso del N para el crecimiento y la resistencia a factores de estrés. Métodos: Se han estudiado especies de pino del sur de Europa con marcadas diferencias en su resistencia a las heladas y la sequía: Pinus nigra, Pinus pinaster, Pinus pinea y Pinus halepensis. Se realizaron tres experimentos en los que las plantas fueron cultivadas bajo tres tratamientos de fertilización diseñados para promover diferencias de contenido de N en las plántulas. Se midió la tolerancia al frío de la parte aérea y radical de las plántulas, la arquitectura y cinética radical, y la eficiencia de la conductancia hidráulica de las raíces en respuesta a los diferentes niveles de disponibilidad de N. Resultados clave: La tolerancia a la helada de la parte aérea aumentó a lo largo del invierno en todas las especies mientras que el de la parte radical no cambió en el tiempo. La fertilización alta de N redujo la tolerancia a la helada de la parte aérea y radical de las especies termófilas (P. pinea y P. halepensis), la incrementó en la especie psicrófila (P. nigra) y no tuvo ningún efecto en la especie mesófila (P. pinaster). La fertilización otoñal aumento la tolerancia a la helada de todas las especies. Las diferencias en la tolerancia a la helada entre especies y tratamientos no fueron explicadas por la variación en la concentración de N y azucares solubles de los órganos o por el cese de la elongación de la parte aérea. El aumento en el contenido de N aumentó el crecimiento del sistema radical, pero la arquitectura y cinética radical mostró respuestas muy diferentes dependiendo de las especies. Pinus pinaster, mostró la mayor plasticidad radical en respuesta a variaciones en el contenido de N. En contraste, las especies de climas áridos (P. pinea) y fríos (P. nigra) mostraron una baja plasticidad en respuesta a variaciones en N. La eficiencia de uso del N para el desarrollo radical se incrementó con al aumento en contenido de N en la planta en P. pinaster, mientras que en las otras especies la eficiencia disminuyó. Las raíces nuevas de las plántulas con alto contenido en N tuvieron una longitud radical especifica menor que las plántulas con bajo contenido en N, sugiriendo que el contenido en N de la planta y no la disponibilidad de N en el suelo determina esta característica del sistema radical. El aumento en la disponibilidad de N redujo la conductancia especifica foliar y xilematica, mientras que incrementó la radical y especialmente la de las raíces finas. Las especies mostraron diferencias en la eficiencia hidráulica de las raíces, pero estas diferencias no se relacionaron con sus diferencias ecológicas. Conclusiones: A pesar de su proximidad filogenética, la ecología de las especies de pino condicionó el efecto del N sobre la tolerancia a la helada y el desarrollo del sistema radical. Estas diferencias parecen reflejar compromisos en la prioridad de uso del N: prioridad para el crecimiento radical o para mecanismos de tolerancia al estrés. Los resultados contradictorios sobre el efecto del N en la eficiencia hidráulica del sistema radical indican que los métodos de estandarización usados habitualmente tienen limitaciones para comparar el funcionamiento del sistema hidráulico de las plantas