Uncovering the patterns of woody plants’ adaptations to tolerate multiple abiotic stresses
Laen...
Kuupäev
2025
Kättesaadav alates
Autorid
Ajakirja pealkiri
Ajakirja ISSN
Köite pealkiri
Kirjastaja
Estonian University of Life Sciences
Abstrakt
ABSTRACT. Identifying the ecological constraints on plants' adaptive strategies to tolerate multiple abiotic stresses is fundamental to plant ecology. Recently, a stress tolerance trade-off space (STS) was formalized, defining the limits of abiotic stress tolerance strategies of woody plants of the Northern Hemisphere. This thesis aimed to establish the STS as both a conceptual and practical tool for characterising woody plant adaptations to abiotic stress through the integration of multiple ecological dimensions, including functional traits and environmental conditions at species' habitats. To support the analysis, a new R package, funspace, was developed for multivariate trait-space analysis and visualisation. Species positions within the STS were linked to six key plant traits - plant size, wood density, seed mass, and leaf-economic traits - as well as species occurrence records with associated climatic and soil variables. Generalised additive models and clustering analyses were used to identify trait–tolerance relationships and reveal global geographic patterns of stress tolerance strategies. Distinct stress-tolerance strategies were related to contrasting plant functional trait syndromes that depended on plant functional type considered. Macroecological analyses showed that size-related traits and soil fertility were the primary determinants of drought and waterlogging/cold tolerance strategies, whereas climatic factors primarily shaped shade tolerance. These findings led to the identification of "stress tolerance biomes"—geographic regions characterised by specialized stress tolerance syndromes—and "polytolerance hotspots," regions with frequent coexistence of multiple tolerance strategies. Collectively, this thesis provides a comprehensive synthesis of woody plant adaptations to multiple abiotic stresses, offering a robust conceptual framework and practical tools for understanding and exploring the multidimensional nature of plant stress tolerance strategies.
LÜHIKOKKUVÕTE. See, kuidas taimed on kohastunud talumaks erinevaid abiootilisi stresse, millised on nende taluvuste piirid, on üks taimeökoloogia põhiküsimusi. Oluline edusamm puittaimede abiootilise stressi taluvuse mõistmisel on Stressitaluvuse ruumi (STS) mudel, mis määratleb põhjapoolkera puittaimede abiootiliste stresside talumise piirid ja strateegiad. Käesoleva doktoritöö eesmärk oli rakendada STSi nii kontseptuaalse kui ka praktilise vahendina puittaimede stressitaluvuse kohastumuste ja nende mustrite kirjeldamiseks, lõimides sinna juurde erinevaid ökoloogilisi dimensioone, sealhulgas taimede funktsionaalseid tunnuseid ja nende elupaikade keskkonnatingimusi. Analüüside läbiviimiseks töötati välja uus R-pakett funspace, mis võimaldab mitmemõõtmelise tunnusruumi analüüsi ja visualiseerimist. Liikide stressitaluvuse positsioone STS-is seostati kuue peamise taimede funktsionaalse tunnusega – taimesuurus, puidutihedus, seemnemass ning lehtede suuruse, lämmastikusisaldus ja eripind –, samuti liikide levikuandmete ja kliima- ja mullatingimustega nende levialal. Tunnuste ja taluvuse seoste tuvastamiseks ning stressitaluvuse strateegiate globaalsete geograafiliste mustrite uurimiseks kasutati üldistatud aditiivseid mudeleid ja klasteranalüüsi. Erinevad stressi talumise strateegiad olid seotud taimede funktsionaalsete tunnuste sündroomide erinevustega, sõltudes taimede funktsionaalsest tüübist. Makroökoloogilised analüüsid näitasid, et taime suurusega seotud tunnused ja mullaviljakus olid põhilised tegurid, mis määrasid põua, liigniiskuse ja külma talumise strateegiad, samas kui kliimategurid mõjutasid eelkõige varjutaluvust. Need tulemused võimaldasid määratleda „stressitaluvuse bioomid“ – geograafilised piirkonnad, mida iseloomustavad eriomased stressitaluvusmustrid; samuti „polütaluvuse tulipunktid“, kus puittaimedel esineb sageli üheaegselt taluvus mitme stressi suhtes. Kokkuvõttes pakub see doktoritöö põhjalikku sünteesi puittaimede kohastumiste mustritest abiootilise stressi talumiseks, pakkudes tugevat kontseptuaalset raamistikku ning praktilisi tööriistu taimede stressitaluvuse ja selle strateegiate mitmemõõtmelise olemuse mõistmiseks ja edasiseks uurimiseks.
LÜHIKOKKUVÕTE. See, kuidas taimed on kohastunud talumaks erinevaid abiootilisi stresse, millised on nende taluvuste piirid, on üks taimeökoloogia põhiküsimusi. Oluline edusamm puittaimede abiootilise stressi taluvuse mõistmisel on Stressitaluvuse ruumi (STS) mudel, mis määratleb põhjapoolkera puittaimede abiootiliste stresside talumise piirid ja strateegiad. Käesoleva doktoritöö eesmärk oli rakendada STSi nii kontseptuaalse kui ka praktilise vahendina puittaimede stressitaluvuse kohastumuste ja nende mustrite kirjeldamiseks, lõimides sinna juurde erinevaid ökoloogilisi dimensioone, sealhulgas taimede funktsionaalseid tunnuseid ja nende elupaikade keskkonnatingimusi. Analüüside läbiviimiseks töötati välja uus R-pakett funspace, mis võimaldab mitmemõõtmelise tunnusruumi analüüsi ja visualiseerimist. Liikide stressitaluvuse positsioone STS-is seostati kuue peamise taimede funktsionaalse tunnusega – taimesuurus, puidutihedus, seemnemass ning lehtede suuruse, lämmastikusisaldus ja eripind –, samuti liikide levikuandmete ja kliima- ja mullatingimustega nende levialal. Tunnuste ja taluvuse seoste tuvastamiseks ning stressitaluvuse strateegiate globaalsete geograafiliste mustrite uurimiseks kasutati üldistatud aditiivseid mudeleid ja klasteranalüüsi. Erinevad stressi talumise strateegiad olid seotud taimede funktsionaalsete tunnuste sündroomide erinevustega, sõltudes taimede funktsionaalsest tüübist. Makroökoloogilised analüüsid näitasid, et taime suurusega seotud tunnused ja mullaviljakus olid põhilised tegurid, mis määrasid põua, liigniiskuse ja külma talumise strateegiad, samas kui kliimategurid mõjutasid eelkõige varjutaluvust. Need tulemused võimaldasid määratleda „stressitaluvuse bioomid“ – geograafilised piirkonnad, mida iseloomustavad eriomased stressitaluvusmustrid; samuti „polütaluvuse tulipunktid“, kus puittaimedel esineb sageli üheaegselt taluvus mitme stressi suhtes. Kokkuvõttes pakub see doktoritöö põhjalikku sünteesi puittaimede kohastumiste mustritest abiootilise stressi talumiseks, pakkudes tugevat kontseptuaalset raamistikku ning praktilisi tööriistu taimede stressitaluvuse ja selle strateegiate mitmemõõtmelise olemuse mõistmiseks ja edasiseks uurimiseks.
Kirjeldus
Doctoral Thesis in Applied Biology.
Doktoritöö rakendusbioloogia erialal.
Doktoritöö rakendusbioloogia erialal.
Märksõnad
plant ecology, abiotic stresses, woody plants, dissertations, Green University (thesis is related to EMÜ Green University iniciative’s aims)
Viide
Pavanetto, N. (2025). Uncovering the patterns of woody plants’ adaptations to tolerate multiple abiotic stresses [Estonian University of Life Sciences]. https://doi.org/10.15159/EMU.163