تغییرات ریخت‌شناسی برگ گونه های راش، ممرز و بلندمازو در گرادیان ارتفاع از سطح دریا

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری ، گروه، جنگل شناسی و اکولوژی جنگل، دانشکده علوم جنگل، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران.

2 دانشیار، گروه جنگل شناسی و اکولوژی جنگل، دانشکده علوم جنگل، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران.

3 استاد ، گروه جنگل شناسی و اکولوژی جنگل، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران.

4 دانشیار، گروه مهندسی آب، دانشکده مهندسی آب و خاک، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران.

5 دانش آموخته دکتری علوم جنگل، اداره کل منابع طبیعی و آبخیزداری استان گلستان، گرگان، ایران.

چکیده

سابقه و هدف: پیامدهای تغییرات اقلیمی جهانی که اکنون ایران و سایر کشورها با آن مواجه هستند، فشار و تنش-هایی است که بر اکوسیستم‌های خشکی، بخصوص جنگل‌ها وارد شده است. این موضوع تهدیدی جدی برای انقراض تعدادی از گونه‌ها می‌باشد. ارزیابی تغییرات صفت‌های عملکردی گیاه در طول گرادیان ارتفاع از سطح دریا در جهت درک سازگاری جوامع و پاسخ آن‌ها به محیط در تغییرات اقلیمی بسیار مفید است. هدف از این پژوهش درک روند تغییرات صفت‌های ریخت‌شناسی برگ و همچنین بررسی تفکیک جمعیت‌های سه گونه پهن‌برگ مهم جنگل‌های هیرکانی در گرادیان ارتفاع از سطح دریاست.
مواد و روش‌ها: پنج جمعیت در ارتفاع‌های 300، 600، 1200،900 و1500 متر ارتفاع از سطح دریا در جنگل‌های حوزه نکا با توجه به پراکنش طبیعی گونه‌های مورد مطالعه انتخاب گردید. نمونه‌گیری برگ در چهار جهت و میانه تاج درختان انجام و هفت صفت ریخت‌شناسی برگ اندازه‌گیری و محاسبه شد. داده‌ها به کمک تجزیه واریانس، مقایسات چند گانه دانکن و تحلیل تشخیصی مورد پردازش قرار گرفتند.
یافته‌ها: نتایج تجزیه واریانس نشان داد که کلیه صفت‌های برگ هر سه گونه دارای اختلاف معنی‌داری بین طبقه‌های مختلف ارتفاع از سطح دریا هستند. روند تغییرات صفت‌های سه گونه در گرادیان ارتفاع از سطح دریا با هم متفاوت بود. تحلیل تشخیصی صفت‌ها در طبقه‌های ارتفاعی، گروه‌بندی پایه‌ها را با درصد صحت بالایی برای هر سه گونه انجام داد. نتایج این پژوهش نشان داد که در بین صفت‌های ریخت شناسی برگ هر سه گونه بلند مازو، ممرز و راش در پاسخ به گرادیان ارتفاع از سطح دریا، صفت‌های مساحت، محیط، طول و عرض برگ به عنوان موثرترین صفتها در هر سه گونه به شمار می‌آیند.
نتیجه‌گیری: به‌طورکلی با توجه به روند تغییرات صفت‌های ریخت‌شناسی برگ گونه‌ها در گرادیان ارتفاع از سطح دریا بر اساس سرشت گونه‌ای در منطقه مورد مطالعه و آشکارسازی خوب تفاوت‌های فنوتیپی جمعیت‌ها توسط تحلیل تشخیصی نتیجه‌گیری می‌شود که نیروهای انتخاب طبیعی در جهت سازگاری و تکامل جمعیت‌های این سه گونه در گرادیان ارتفاعی این منطقه، به خوبی بر ویژگی‌های برگ تاثیر گذاشته و باعث تفکیک جمعیتها شده‌اند. همچنین صفت مساحت برگ به عنوان موثرترین صفت عملکردی معرفی و اختلاف ارتفاع 300 متری به عنوان مرزهای فرضی تفکیک پروونانس ارتفاعی هر سه گونه پیشنهاد گردید. بنابراین به کمک یافته‌های این پژوهش می‌توان پایداری جمعیت‌های تفکیکی هر سه گونه را در مقابل برخی پیامدهای تغییرات اقلیمی ارزیابی و همچنین در انتخاب روش بهینه مدیریت جنگل در جهت حفاظت منابع ژنتیکی گونه‌ها استفاده نمود و مدیریت پیشگیری خطر را در جنگل بهبود بخشید.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Alteration of Beech, Hornbeam and Oak leaf morphology in altitude gradient

نویسندگان [English]

  • MohammadAli Talebi 1
  • DAVOUD AZADFAR 2
  • Mohammadreza Kavousi 2
  • Hamid Jalilvand 3
  • Mehdi Meftah 4
  • zohre saeedi 5
1 Ph.D. Student, Dept. of Silviculture and Forest Ecology, Faculty of Forest Sciences, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran.
2 Corresponding Author, Associate Prof., Dept. of Silviculture and Forest Ecology, Faculty of Forest Sciences, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran.
3 Professor, Dept. of Silviculture and Forest Ecology, Faculty of Natural Resources, Sari University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Sari, Iran.
4 Associate Prof., Dept. of Water Engineering, Faculty of Water and Soil Engineering, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran.
5 Ph.D. Graduate, General Department of Natural Resources and Watershed Management of Golestan Province, Gorgan, Iran.
چکیده [English]

Background and objective: The consequences of global climate change that Iran and other countries are now facing are the pressures and stresses that have been placed on terrestrial ecosystems, especially forests. This is a serious threat to the extinction of many species. Evaluation of plant functional traits changes along height from sea level gradient is very useful in order to understand the adaptation of communities and their response to the environment in climate change. The purpose of this study was to understand the trend of changes in leaf morphological traits and also to investigate the segregation of populations of three important broadleaf species of Hyrcanian forests in the altitude gradient.
Materials and Methods: For this purpose, five populations at altitudes of 300, 600, 1200, 900 and 1500 m above sea level in the forests of Neka region were selected according to the natural distribution of the studied species. Leaf sampling was performed in four directions and in the middle of tree canopies and seven leaf morphological traits were measured and calculated. Data were processed using analysis of variance, Duncan multiple comparisons and diagnostic analysis.
Results: The results of analysis of variance showed that all leaf traits of all three species have significant differences between different classes of altitude. The trend of changes in the traits of the three species in the altitude gradient was different. Diagnostic analysis of traits in altitude classes performed grouping of the individuals with high accuracy for all three species. The results of this study showed that among the leaf morphological traits of all three species of oak, hornbeam and beech in response to altitude, the traits of leaf area, perimeter, length and width are considered as the best traits.
Conclusion: In general, considering the trend of changes in leaf morphological traits of species in the altitude gradient based on the nature of the species in the study area and good detection of phenotypic differences of populations by Diagnostic analysis concludes that the forces of natural selection in order to adapt and develop the populations of these three species in the altitude gradient of this region, have a good effect on leaf characteristics and have caused the separation of populations. Also, the leaf area trait was introduced as the most effective applied trait and the difference in height of 300 meters was proposed as hypothetical boundaries of the separation of altitude provenance of all three species. Therefore, with the help of the findings of this study, the stability of separate populations of all three species against some consequences of climate change can be evaluated and also in choosing the optimal forest management method to protect the genetic resources of species and improving risk prevention management can be used.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Altitude gradient
  • Leaf morphology
  • Oak
  • Hornbeam
  • Beech

مراجع

1.Gratani, L. 2014. Plant phenotypic plasticity in response to environmental factors. Advances in Botany J. 17p.
2.Ehsani, A., Yeganeh, H., Sur, A., Saghafi Khadem, F., Abarsaji, Q., and Akbarpour, H. 2013. Investigation of changes in phenological stages of Poa bulbosa species in semi-steppe regions of Golestan and Khorasan Razavi provinces. J. of Plant Science Research, 29: 1. 17-27. (In Persian)
3.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 J. 62: 2. 163-171.
4.Jump, A.S., and Peñuelas, J. 2005. Running to stand still: adaptation and the response of plants to rapid climate change. Ecology Letters J. 8: 9. 1010-1020.
5.Bruschi, M.L., Cardoso, M.L., Luchesi, M.B., and Gremiao, M.P.D. 2003. Gelatin microparticles containing propolis obtained by spray-drying technique: preparation and characterization. International J. Pharmaceutics. 264: 45-55.
6.Delagrange, S., 2011. Light and seasonal-induced plasticity in leaf morphology, N partitioning and photosynthetic capacity of two temperate deciduous species. Environmental and Experimental Botany J. 70: 1-10.
7.Koike, N., Takeyoshi, I., Ohki, S., Tsutsumi, H., Matsumoto, K., and Morishita, Y. 2003. Growth characteristics of root-shoot relations of three birch seedlings raised under different water regimes. J. of Plant Soil. 255: 303-310.
8.Liu, W., Zheng, L. and Qi, D. 2020. Variation in leaf traits at different altitudes reflects the adaptive strategy of plants to environmental changes. Ecology and Evolution J. 10: 8166-8175.
9.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 J. 35: 1. 47-60.
10.Evans, J.R., and Poorter, H. 2001. Photosynthetic acclimation of plants to growth irradiance: the relative importance of specific leaf area and nitrogen partitioning in maximizing carbon gain. Plant, Cell and Environment J. 24: 755-767.
11.Korner, C. 2007. The use of ‘altitude’ in ecological research. Trends in Ecology and Evolution J. 22: 11. 569-574.
12.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. J. of Mountain Science. 13: 10. 1818-1828.
13.Guo, Z., Lin, H., Chen, Sh. And Yang, Q. 2018. Altitudinal Patterns of Leaf Traits and Leaf Allometry in Bamboo Pleioblastus amarus. Frontiers in Plant Science J. 9: 1110.
14.Mohebbi Bijarpsi, M., Rostami Shahraji, T., and Samizadeh Lahiji, H. 2019. The effect of altitude on the morphological and physiological responses of beech leaves (Fagus orientalis Lipsky.) in the forests of Gilan. Iranian J. of Forest and Poplar Research. 26: 4. 577-590. (In Persian)
15.Saeedi, Z., Azadfar, D., and Sagheb Talebi, Kh. 2015. Variety of eastern beech leaf stomata characteristics in Hyrcanian forests. J. of Wood & Forest Science and Technology. 22: 1. 167-183. (In Persian)
16.Sabeti, H. 2008. Trees and Shrubs of Iran. Yazd University Press, Third Edition, 886p. (In Persian)
17.Nasiri, S., Poor Tahmasebi, K., and Oladi, R. 2014. Seasonal dynamics of long radial growth of Quercus castaneifolia. Iranian Forest J. 6: 3. 351-361. (In Persian)
18.Amiri, M., Dargahi, D., Habashi, H., and Mohammadi, J. 2008. The effect of physiographic factors on natural regeneration of Q. castaneifolia. J. of Research and Construction. 21: 116-123. (In Persian)
19.Aghajani, H., Mohajer, M.R.M., Asef, M.R., and Shirvani, A. 2014. Prevalence of macroscopic fungi causing wood rot on hornbeam trees (Carpinus betulus L.) (Case study: Kheyroud forest, Nowshahr). Iranian J. of Forest and Range Protection Research. 12: 1. 55-65. (In Persian) 
20.Ahmadi Mazracheh, A. azadfar, D. and Saeedi, Z. 2021. Ecotypic diversity changes of Quercus castaneifolia populations in drought gradient (west-east) in Golestan Province. J. of Wood and Forest Science and Technology. 28: 4. 65-81.
21.Bresson, C.C., Vitasse, Y., Kremer, A., and Delzon, S. 2011. To what extent is altitudinal variation of functional traits driven by genetic adaptation in European oak and beech? Tree Physiology J. 31: 1164-1174.
22.Read, Q.D., Moorhead, L.C., Swenson, N.G., Bailey, J.K., and Sanders, N.J. 2014. Convergent effects of elevation on functional leaf traits within and among species. Functional Ecology J. 28: 37-45.
23.Royer, D.L., Meyerson, L.A., Robertson, K.M., and Adams, J.M. 2009. Phenotypic Plasticity of Leaf Shape along a Temperature Gradient in Acer rubrum. PLOS ONE J. 4: 10. e7653.
24.Royer, D.L., McElwain, J.C. Adams, J.M., and Wilf, P. 2008. Sensitivity of leaf size and shape to climate within Acer rubrum and Quercus kelloggii. New Phytologist J. 179: 3. 808-817.
25.Walls, R.L. 2011. Angiosperm leaf vein patterns are linked to leaf functions in a global-scale data set. American J. of Botany. 98: 2. 244-25.
26.Omidbeigi, R. 2000. Approaches to the production and processing of medicinal plants, Publishing Designers Publications, Mashhad, Volume 1, Second Edition. 283p. (In Persian)
27.Gitonga, L., Kahangi, E., Muigai,A., Ngamau, K., Gichuki, S., Cheluget, W., and Wepukhulu, S. 2008. Assessment of phenotypic diversity of Macadamia spp. Germplasm in Kenya using leaf and fruit morphology. African J. of Plant Science. 2: 9. 086-093.
28.Ai-Min, L., Min-Li, L., and Chun-Ming, Z. 2018. Phenotypic diversity analysis of leaf traits in cultivated Houttuynia cordata Thunb. populations from Hunan province. Plant Science J. 36: 1. 73-85.
29.Jetro Nkengafac, N., and Claurence Nkumbe, N. 2021. Analysis of leaf phenotypic diversity of some Hevea Accessions/clones conserved at the Institute of Agricultural Research for Development (IRAD) Ekona, Cameroon. World J. of Advanced Research and Reviews. 12: 2. 372-378.
30.Ming, R., and Moore, P.H. 2013. Genetics and Genomics of Papaya, Springer, New York, pp. 35-45.
31.Zhang, T., Kesoju, S., Greene, S.L., Fransen, S., Hu, J., and Yu, L.X. 2018. Genetic diversity and phenotypic variation for drought resistance in alfalfa (Medicago sativa L.) germplasm collected for drought tolerance. Genetic Resources and Crop Evolution J. 65: 471-484.
32.Karami, J., Kavoci, M.R., and Babanejad, M. 2015. A relationship between some environmental variables and the spread of charcoal disease in Oak trees. Iranian J. of forest and rang protection research. 13: 1. 34-45. (In Persian)
پژوهش‌های علوم و فناوری چوب و جنگل
دوره 29، شماره 3
مهر 1401
صفحه 113-133

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار