Repositorio
Institucional

Arnold, Pieter A.

Drivers of thermal tolerance breadth of plants across contrasting biomes

WILEY

JOURNAL OF ECOLOGY

en

The climate variability hypothesis (CVH) predicts that species from environments with more variable temperatures should have wider thermal tolerance breadth. This hypothesis has not yet been tested thoroughly across diverse plants. Here, we asked how local climate predictors (including precipitation, mean and extreme temperatures and thermal variability) are associated with species physiological thermal limits. Measures of lower (Tcrit-cold) and upper (Tcrit-hot) photosystem II thermal tolerance thresholds were used to determine thermal tolerance breadth (TTB), along with ice nucleation temperature (Tnucleation, freezing tolerance) of 69 plant species sampled from the field across three contrasting biomes: alpine, desert and coastal temperate rainforest. All measured thermal tolerance metrics (Tcrit-cold, Tnucleation, Tcrit-hot and TTB) differed among biomes. Notably, desert species had the most cold and heat tolerant leaves, and therefore the widest TTB, whereas species in alpine and temperate biomes had similar TTB. For plants in all biomes, TTB exceeded the thermal range of their local climate. Overall, two principal component axes of local climate drivers explained substantial variation in all tolerance metrics. Extreme hot, dry climates improved freezing and heat tolerance. High thermal variability and low minimum temperatures also improved freezing tolerance but were unrelated to heat tolerance or TTB. Species explained a significant amount of variation among all metrics, but this was not due to phylogenetic relatedness. We discuss how the remaining variation could be due to microclimate-driven plasticity, leaf traits or thermoregulatory mechanisms. Synthesis. Our results provide partial support for the climate variability hypothesis in plants: photosystem thermal tolerance breadth was greatest in more thermally variable biomes. This relationship was largely driven by cold tolerance, with variation in heat tolerance explained better by mean and extreme temperatures. Therefore, we conclude that the CVH alone is not sufficient to explain variation in plant thermal tolerance, with many other aspects of climate, environment and biology being potentially important drivers.La hipótesis de variabilidad climática (HVC) predice que las especies de ambientes con temperaturas más variables deberían tener una mayor amplitud de tolerancia térmica. Esta hipótesis aún no se ha probado exhaustivamente en diversas plantas. En este estudio, nos preguntamos cómo los predictores climáticos locales (incluyendo precipitación, temperaturas medias y extremas y variabilidad térmica) se asocian con los límites térmicos fisiológicos de las especies. Se utilizaron medidas de los umbrales de tolerancia térmica inferior (Tcrit-frío) y superior (Tcrit-caliente) del fotosistema II para determinar la amplitud de tolerancia térmica (ATT), junto con la temperatura de nucleación del hielo (Tnucleación, tolerancia a la congelación) de 69 especies de plantas muestreadas en el campo en tres biomas contrastantes: alpino, desierto y selva templada costera. Todas las métricas de tolerancia térmica medidas (Tcrit-frío, Tnucleación, Tcrit-caliente y ATT) difirieron entre biomas. Cabe destacar que las especies del desierto tenían las hojas más tolerantes al frío y al calor, y por lo tanto la ATT más amplia, mientras que las especies de los biomas alpino y templado tenían una ATT similar. Para las plantas de todos los biomas, la ATT excedió el rango térmico de su clima local. En general, dos ejes de componentes principales de los impulsores climáticos locales explicaron una variación sustancial en todas las métricas de tolerancia. Los climas extremadamente cálidos y secos mejoraron la tolerancia a la congelación y al calor. La alta variabilidad térmica y las bajas temperaturas mínimas también mejoraron la tolerancia a la congelación, pero no se relacionaron con la tolerancia al calor ni con la TTB. Las especies explicaron una cantidad significativa de variación entre todas las métricas, pero esto no se debió a la relación filogenética. Analizamos cómo la variación restante podría deberse a la plasticidad impulsada por el microclima, los rasgos de las hojas o los mecanismos termorreguladores. Síntesis. Nuestros resultados brindan apoyo parcial a la hipótesis de variabilidad climática en las plantas: la amplitud de tolerancia térmica del fotosistema fue mayor en los biomas térmicamente más variables. Esta relación se debió principalmente a la tolerancia al frío, y la variación en la tolerancia al calor se explicó mejor por las temperaturas medias y extremas. Por lo tanto, concluimos que la CVH por sí sola no es suficiente para explicar la variación en la tolerancia térmica de las plantas, siendo muchos otros aspectos del clima, el medio ambiente y la biología impulsores potencialmente importantes.

artículo original

climate variability hypothesis

cold tolerance

freezing tolerance

heat tolerance

ice nucleation temperature

plant-climate interactions

Tcrit

temperature seasonality

thermal tolerance breadth

10.1111/1365-2745.70198

pdf

HIGH-TEMPERATURE

PHOTOSYNTHETIC RESPONSE

VARIABILITY HYPOTHESIS

CLIMATIC VARIABILITY

FREEZING RESISTANCE

FROST-RESISTANCE

LEAF TEMPERATURE

HEAT TOLERANCE

ALPINE PLANTS

NEW-ZEALAND

HIGH-TEMPERATURE

PHOTOSYNTHETIC RESPONSE

VARIABILITY HYPOTHESIS

CLIMATIC VARIABILITY

FREEZING RESISTANCE

FROST-RESISTANCE

LEAF TEMPERATURE

HEAT TOLERANCE

ALPINE PLANTS

NEW-ZEALAND

Botánica

Ecología

Climatología

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WOS:001614521500001

Drivers of thermal tolerance breadth of plants across contrasting biomes

artículo original

WILEY

JOURNAL OF ECOLOGY

Plant Sciences

Ecology

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0022-0477

Australian Research Council(Australian Research Council)#Australian Research Council(Australian Research Council)

Australian Research Council [LP180100942]

Australian Research Council [LP180100942] Funding Source: Australian Research Council

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