Effect of seasonality on the leaf phenology and physiology of Byrsonima species (Malpighiaceae)

Introduction: Defined seasonality in savanna species can stimulate physiological responses that maximize photosynthetic metabolism and productivity. However, those physiological responses are also linked to the phenological status of the whole plant, including leaf phenophases. Objective: To study how physiological traits influence phenophase timing among congeneric and co-occurring savanna species. Methods: We evaluated the leaf phenology and physiological traits of populations of Byrsonima intermedia, B. coccolobifolia, and B. verbascifolia. Physiological measurements were performed at the onset of the dry and rainy seasons and again late in the season. Results: B. intermedia and B. coccolobifolia were classified as brevideciduous and B. verbascifolia as evergreen. The maximum quantum yield for B. intermedia and B. coccolobifolia were lowest during the dry season. At the onset of the dry period, the highest chloroplastidic pigment levels were observed, which decreased as the season advanced, total chlorophyll/carotenoid ratios were lowest, and carotenoid contents were highest. We detected low starch content values at the start of the rainy season, coinciding with the resumption of plant growth. Two months into this season, the leaves were at their peak structural and functional maturity, with high water-soluble polysaccharide values and photosynthetic rates, and were storing large amounts of starch. Conclusions: Physiological and leaf phenological strategies of the Byrsonima species were related to drought resistance and acclimatization to the seasonality of savanna water resources. The oscillations of the parameters quantified during the year indicated a strong relationship with water seasonality and with the phenological status of the leaves.

Introducción: La marcada estacionalidad en las especies de sabana puede estimular respuestas fisiológicas que maximicen el metabolismo fotosintético y la productividad. Sin embargo, esas respuestas fisiológicas están vinculadas al estado fenológico de toda la planta, incluidas las fenofases de las hojas. Objetivo: Estudiar cómo los rasgos fisiológicos influyen en el tiempo de la fenofase entre especies de sabana congenéricas y concurrentes. Métodos: Evaluamos la fenología y características fisiológicas de poblaciones de Byrsonima intermedia, B. coccolobifolia y B. verbascifolia. Las mediciones fisiológicas se realizaron al inicio de la estación seca y lluviosa, y de nuevo al final de la estación. Resultados: B. intermedia y B. coccolobifolia se clasificaron como brevicaducifolias y B. verbascifolia como perennifolias. El rendimiento cuántico máximo para B. intermedia y B. coccolobifolia fueron más bajos durante la época seca. Al inicio del período seco, se observaron niveles de pigmentos cloroplastídicos más altos, aunque los niveles de clorofila disminuyeron a medida que avanzaba la estación seca, las proporciones clorofila/carotenoides totales fueron más bajas y los contenidos de carotenoides más altos. Detectamos valores bajos de contenido de almidón al inicio de la época lluviosa, que coincide con la reanudación del crecimiento de la planta. A dos meses de esta época, las hojas estaban en su máxima madurez estructural y funcional, con altos valores de polisacáridos solubles en agua y tasas fotosintéticas, y almacenaban grandes cantidades de almidón. Conclusiones: Las estrategias fisiológicas y fenológicas de las hojas de las especies de Byrsonima estaban relacionadas con la resistencia a la sequía y la aclimatación a la estacionalidad de los recursos hídricos de la sabana. Las oscilaciones de los parámetros cuantificados durante el año indicaron una fuerte relación con la estacionalidad hídrica y con los estados fenológicos de las hojas.

Incorporating differences between genetic diversity of trees and herbaceous plants in conservation strategies.

Reviews that summarize the genetic diversity of plant species in relation to their life history and ecological traits show that forest trees have more genetic diversity at population and species levels than annuals or herbaceous perennials. In addition, among-population genetic differentiation is significantly lower in trees than in most herbaceous perennials and annuals. Possible reasons for these differences between trees and herbaceous perennials and annuals have not been discussed critically. Several traits, such as high rates of outcrossing, long-distance pollen and seed dispersal, large effective population sizes (Ne ), arborescent stature, low population density, longevity, overlapping generations, and occurrence in late successional communities, may make trees less sensitive to genetic bottlenecks and more resistant to habitat fragmentation or climate change. We recommend that guidelines for genetic conservation strategies be designed differently for tree species versus other types of plant species. Because most tree species fit an LH scenario (low [L] genetic differentiation and high [H] genetic diversity), tree seeds could be sourced from a few populations distributed across the species' range. For the in situ conservation of trees, translocation is a viable option to increase Ne . In contrast, rare herbaceous understory species are frequently HL (high differentiation and low diversity) species. Under the HL scenario, seeds should be taken from many populations with high genetic diversity. In situ conservation efforts for herbaceous plants should focus on protecting habitats because the typically small populations of these species are vulnerable to the loss of genetic diversity. The robust allozyme genetic diversity databases could be used to develop conservation strategies for species lacking genetic information. As a case study of reforestation with several tree species in denuded areas on the Korean Peninsula, we recommend the selection of local genotypes as suitable sources to prevent adverse effects and to insure the successful restoration in the long term.

Incorporación de diferencias de diversidad genética entre árboles y plantas herbáceas en estrategias de conservación Resumen Las revisiones que resumen la diversidad genética de las plantas en relación con sus características ecológicas y biológicas muestran que los árboles forestales tienen más diversidad genética a nivel de población y de especie que las plantas anuales o las perennes herbáceas. Sumado a esto, la diferenciación genética entre poblaciones es significativamente más baja en los árboles que en la mayoría de las perennes herbáceas y las anuales. Hasta la fecha no se han discutido críticamente las posibles explicaciones de estas diferencias entre los árboles y las perennes herbáceas y las plantas anuales. Varias características, como las tasas altas de alogamia, la dispersión a gran distancia de polen y semillas, el gran tamaño de la población efectiva (Ne ), la estatura arbórea, la baja densidad poblacional, la longevidad, el solapamiento de generaciones y la presencia dentro de comunidades sucesionales tardías, pueden generar en los árboles una menor sensibilidad a los cuellos de botella genéticos y una mayor resistencia a la fragmentación del hábitat o al cambio climático. Recomendamos que las directrices para las estrategias de conservación genética estén diseñadas de manera diferente para las especies arbóreas que para otro tipo de plantas. Ya que la mayoría de las especies arbóreas encajan dentro de un escenario LH (baja [L] diferenciación genética y alta [H] diversidad genética), las semillas de los árboles podrían tomarse de unas cuantas poblaciones dispersas a lo largo del área de distribución de la especie. Por lo anterior, para la conservación in situ de los árboles, la translocación es una opción viable para incrementar la Ne . Al contrario de esta situación, las especies herbáceas raras del sotobosque con frecuencia son especies HL (alta diferenciación y baja diversidad). En el escenario HL, las semillas deberían ser recolectadas de muchas poblaciones con diversidad genética alta y los esfuerzos de conservación in situ para las plantas herbáceas deberían enfocarse en la protección del hábitat ya que las poblaciones típicamente pequeñas de estas especies son vulnerables a la pérdida de la diversidad genética. Las robustas bases de datos de diversidad genética aloenzimática podrían usarse para desarrollar estrategias de conservación para las especies que carecen de información genética. Como caso de estudio de reforestación con varias especies arbóreas en áreas deforestadas de la Península de Corea, recomendamos la selección de genotipos locales como fuente adecuada para prevenir los efectos adversos y para asegurar la restauración exitosa a largo plazo.

Nonadditive effects among threats on rare plant species.

The current loss of biodiversity has put 50,000 plant species at an elevated risk of extinction worldwide. Conserving at-risk species is often complicated by covariance or nonadditivity among threats, which makes it difficult to determine optimal management strategies. We sought to demographically quantify covariance and nonadditive effects of more threats on more rare plant species than ever attempted in a single analysis. We used 1082 population reports from 186 populations across 3 U.S. states of 27 rare, herbaceous plant species collected over 15 years by citizen scientists. We used a linear mixed-effects model with 4 threats and their interactions as fixed predictors, species as a random predictor, and annual growth rates as the response. We found a significant 3-way interaction on annual growth rates; rare plant population sizes were reduced by 46% during the time immediately after disturbance when populations were also browsed by deer (Odocoileus virginianus) and had high levels of encroachment by woody species. This nonadditive effect should be considered a major threat to the persistence of rare plant species. Our results highlight the need for comprehensive, multithreat assessments to determine optimal conservation actions.

Efectos No Acumulativos entre las Amenazas para las Especies Raras de Plantas Resumen La actual pérdida de biodiversidad ha colocado a 50,000 especies de plantas en un riesgo elevado de extinción global. La conservación de las especies en riesgo frecuentemente se complica por la covarianza o la no acumulabilidad entre las amenazas, lo que dificulta la determinación de las estrategias óptimas de manejo. Buscamos cuantificar demográficamente la covarianza y los efectos no acumulativos de más amenazas sobre un mayor número de especies raras de plantas, lo más que se ha intentado en un solo análisis. Utilizamos 1,082 reportes poblacionales tomados de 186 poblaciones en tres estados de los Estados Unidos. Estas poblaciones fueron de 27 especies raras de plantas herbáceas recolectadas a lo largo de 15 años por ciudadanos científicos. Usamos un modelo lineal de efectos mixtos con cuatro amenazas y sus interacciones como pronosticadoras fijas, las especies como pronosticadoras aleatorias y las tasas anuales de crecimiento como las respuestas. Encontramos una interacción significativa de tres vías en las tasas anuales de crecimiento; el tamaño poblacional de las plantas raras se redujo en un 46% durante el tiempo transcurrido inmediatamente después de una perturbación, cuando a la vez las poblaciones también eran ramoneadas por venados (Odocoileus virginianus) y tenían niveles altos de invasión por parte de especies leñosas. Este efecto no acumulativo debería considerarse una amenaza mayor para la persistencia de las especies raras de plantas. Nuestros resultados resaltan la necesidad de tener evaluaciones completas que consideren amenazas múltiples para así determinar las acciones óptimas de conservación.

Effects of growth form and functional traits on response of woody plants to clearing and fragmentation of subtropical rainforest.

The conservation implications of large-scale rainforest clearing and fragmentation on the persistence of functional and taxonomic diversity remain poorly understood. If traits represent adaptive strategies of plant species to particular circumstances, the expectation is that the effect of forest clearing and fragmentation will be affected by species functional traits, particularly those related to dispersal. We used species occurrence data for woody plants in 46 rainforest patches across 75,000 ha largely cleared of forest by the early 1900s to determine the combined effects of area reduction, fragmentation, and patch size on the taxonomic structure and functional diversity of subtropical rainforest. We compiled species trait values for leaf area, seed dry mass, wood density, and maximum height and calculated species niche breadths. Taxonomic structure, trait values (means, ranges), and the functional diversity of assemblages of climbing and free-standing plants in remnant patches were quantified. Larger rainforest patches had higher species richness. Species in smaller patches were taxonomically less related than species in larger patches. Free-standing plants had a high percentage of frugivore dispersed seeds; climbers had a high proportion of small wind-dispersed seeds. Connections between the patchy spatial distribution of free-standing species, larger seed sizes, and dispersal syndrome were weak. Assemblages of free-standing plants in patches showed more taxonomic and spatial structuring than climbing plants. Smaller isolated patches retained relatively high functional diversity and similar taxonomic structure to larger tracts of forest despite lower species richness. The response of woody plants to clearing and fragmentation of subtropical rainforest differed between climbers and slow-growing mature-phase forest trees but not between climbers and pioneer trees. Quantifying taxonomic structure and functional diversity provides an improved basis for conservation planning and management by elucidating the effects of forest-area reduction and fragmentation. Efectos de la Forma de Crecimiento y Atributos Funcionales en la Respuesta de Plantas Leñosas al Desmonte y Fragmentación de Bosque Lluvioso Subtropical.