Repositorio
Institucional

Sierra-Almeida, Angela

Cavieres, Lohengrin A.

Bravo, Leon A.

Warmer Temperatures Affect the in situ Freezing Resistance of the Antarctic Vascular Plants

FRONTIERS MEDIA SA

FRONTIERS IN PLANT SCIENCE

en

Although positive effects on growth and reproduction of Antarctic vascular plants have been reported under warmer temperatures, it could also increase the vulnerability of these plants to freezing. Thus, we assessed in situ whether warming decreases the freezing resistance of Colobanthus quitensis and Deschampsia antarctica, and we compared the level and mechanism of freezing resistance of these species in the field with previous reports conducted in lab conditions. We assessed the freezing resistance of C. quitensis and D. antarctica by determining their low temperature damage (LT50), ice nucleation temperature (NT) and freezing point (FP) in three sites of the King George Island. Plants were exposed during two growing seasons to a passive increase in the air temperature (+W). +W increased by 1K the mean air temperatures, but had smaller effects on freezing temperatures. Leaf temperature of both species was on average 1.7K warmer inside +W. Overall, warming decreased the freezing resistance of Antarctic species. The LT50 increased on average 2K for C. quitensis and 2.8K for D. antarctica. In contrast, NT and FP decreased on average c. 1K in leaves of warmed plants of both species. Our results showed an averaged LT50 of 15.3 degrees C for C. quitensis, and of -22.8 degrees C for D. antarctica, with freezing tolerance being the freezing resistance mechanism for both species. These results were partially consistent with previous reports, and likely explanations for such discrepancies were related with methodological differences among studies. Our work is the first study reporting the level and mechanisms of freezing resistance of Antarctic vascular plants measured in situ, and we demonstrated that although both plant species exhibited a great ability to cope with freezing temperatures during the growing season, their vulnerability to suffer freezing damage under a warming scenario increase although the magnitude of this response varied across sites and species. Hence, freezing damage should be considered when predicting changes in plant responses of C. quitensis and D. antarctica under future climate conditions of the Antarctic Peninsula.

Aunque se han reportado efectos positivos en el crecimiento y reproducción de plantas vasculares antárticas bajo temperaturas más cálidas, también podría aumentar la vulnerabilidad de estas plantas a la congelación. Por lo tanto, evaluamos in situ si el calentamiento disminuye la resistencia a la congelación de Colobanthus quitensis y Deschampsia antarctica, y comparamos el nivel y mecanismo de resistencia a la congelación de estas especies en el campo con informes previos realizados en condiciones de laboratorio. Evaluamos la resistencia a la congelación de C. quitensis y D. antarctica determinando su daño por baja temperatura (LT50), temperatura de nucleación del hielo (TN) y punto de congelación (PF) en tres sitios de la Isla Rey Jorge. Las plantas fueron expuestas durante dos temporadas de crecimiento a un aumento pasivo en la temperatura del aire (+W). +W aumentó en 1K las temperaturas medias del aire, pero tuvo menores efectos en las temperaturas de congelación. La temperatura de las hojas de ambas especies fue en promedio 1.7K más cálida dentro de +W. En general, el calentamiento disminuyó la resistencia a la congelación de las especies antárticas. El LT50 aumentó en promedio 2K para C. quitensis y 2.8K para D. antarctica. En contraste, NT y FP disminuyeron en promedio c. 1K en hojas de plantas calentadas de ambas especies. Nuestros resultados mostraron un LT50 promedio de 15.3 grados C para C. quitensis, y de -22.8 grados C para D. antarctica, siendo la tolerancia a la congelación el mecanismo de resistencia a la congelación para ambas especies. Estos resultados fueron parcialmente consistentes con informes previos, y las posibles explicaciones para tales discrepancias estuvieron relacionadas con diferencias metodológicas entre estudios. Nuestro trabajo es el primer estudio que informa el nivel y los mecanismos de resistencia a la congelación de las plantas vasculares antárticas medidas in situ, y demostramos que aunque ambas especies de plantas exhibieron una gran capacidad para lidiar con temperaturas de congelación durante la temporada de crecimiento, su vulnerabilidad a sufrir daño por congelación bajo un escenario de calentamiento aumenta aunque la magnitud de esta respuesta varía entre sitios y especies. Por lo tanto, el daño por congelación debe considerarse al predecir cambios en las respuestas de las plantas de C. quitensis y D. antarctica bajo las futuras condiciones climáticas de la Península Antártica.

Artículo original

Este trabajo fue financiado por PIA-Conicyt bajo la subvención ART-1102, MINECOM F ICM bajo la subvención P02-005, y CONICYT bajo PFB-23 apoyando al IEB, y Fondecyt 11150710 (AS-A) 1151173 y NEXER-UFRO (LB).

This work was supported by PIA-Conicyt under grant ART-1102, MINECOM F ICM under grant P02-005, and CONICYT under PFB-23 supporting the IEB, and Fondecyt 11150710 (AS-A) 1151173 and NEXER-UFRO (LB).

10.3389/fpls.2018.01456

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Antarctica

climate change

Colobanthus quitensis

Deschampsia antarctica

freezing events

LT50

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warming

Antártida

cambio climático

Colobanthus quitensis

Deschampsia antártida

eventos de congelación

LT50

fotoinactivación

calentamiento

Plant Sciences

Antarctica

climate change

Colobanthus quitensis

Deschampsia antarctica

freezing events

LT50

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warming

Antártida

cambio climático

Colobanthus quitensis

Deschampsia antártida

eventos de congelación

LT50

fotoinactivación

calentamiento

Botánica

Ecología

Ciencias del Medio Ambiente

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acceso abierto

WOS:000446580900001

Warmer Temperatures Affect the in situ Freezing Resistance of the Antarctic Vascular Plants

Artículo original

FRONTIERS MEDIA SA

FRONTIERS IN PLANT SCIENCE

Ciencias de las plantas

1664-462X

en

ANID PIA-Conicyt ART-1102

MINECOM F ICM P02-005

ANID CONICYT IEB PFB-23

ANID FONDECYT 11150710

ANID FONDECYT 1151173

NEXER-UFRO

This work was supported by PIA-Conicyt under grant ART-1102, MINECOM F ICM under grant P02-005, and CONICYT under PFB-23 supporting the IEB, and Fondecyt 11150710 (AS-A) 1151173 and NEXER-UFRO (LB).

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ANID PIA-Conicyt ART-1102#MINECOM F ICM P02-005#ANID CONICYT IEB PFB-23#ANID FONDECYT 11150710#ANID FONDECYT 1151173#NEXER-UFRO