Open Access Open Access  Restricted Access Subscription Access

Ecological adaptation of the endemic Shepherdia rotundifolia to conditions in its Colorado Plateau range

Chalita Sriladda, Roger Kjelgren, Heidi Kratsch, Thomas Monaco, Steven Larson, FenAnn Shen

Abstract


Due to limited water supplies, use of drought-tolerant species to conserve water in irrigated urban landscapes is increasingly important in the Intermountain West. The Colorado Plateau endemic shrub Shepherdia rotundifolia Parry is a potential candidate for use in sustainable urban low-water landscapes (LWLs) for its aesthetic and drought-tolerant qualities. However, the species is difficult to establish in urban landscapes of different fertility and water availability than found in regional native habitats. A better understanding of environmental and genetic constraints, as well as morphological adaptation in native habitats, may facilitate greater use of S. rotundifolia in LWLs. The goal of this study was to investigate variability in environmental conditions, morphology, and genetics among 6 populations of S. rotundifolia along an elevation gradient (range 1200–2500 m) in the species’ native range. Aboveground environmental conditions were characterized from 30-year proximal weather station data, intra-annual weather collected on-site, and site relative light intensity (RLI) from hemispherical canopy images. Belowground, we analyzed site-specific soils for texture, pH, salinity, organic matter (OM), and macronutrients. We characterized plant morphology and genetics from leaf area and specific leaf area (SLA), scanning electron microscopic imaging of trichome structure and leaf thickness, and amplified fragment length polymorphism (AFLP) genetic varia tion among populations. Precipitation, air temperature, RLI, and soil properties varied widely among populations. Differences among leaf area, SLA, and leaf trichome structure suggest population-level adaptations consistent with environmental differences, particularly between high- and low-elevation populations. Similarly, distinct AFLP banding patterns among high- and low-elevation populations suggest differences due to isolation by distance. SLA was correlated with RLI, OM, and potassium (K). Relatively high native levels and positive correlation with SLA suggest that K may be a limiting factor in urban landscape soils. Selection of plants adapted to environmental conditions similar to those present in urban landscapes may enhance successful use of S. rotundifolia. Genetic variation also suggests potential for cultivar selection.

 

La conservación del agua en paisajes urbanos con riego, utilizando especies resistentes a la sequía, es cada vez más necesaria en la región Intermontañosa del Oeste debido al reducido suministro de agua. El arbusto endémico de Colorado Plateau, Shepherdia rotundifolia Parry, podría ser utilizado en los paisajes urbanos sustentables con bajo suministro de agua (LWL, por sus siglas en inglés) ya que aporta una imagen estética y es resistente a la sequía. Sin embargo, resulta difícil utilizarlo en los paisajes urbanos de suelo fértil y con disponibilidad de agua, en comparación con los hábitats regionales nativos. El comprender mejor las limitaciones ambientales y genéticas, y la adaptación morfológica en el hábitat nativo de S. rotundifolia, puede facilitar el aprovechamiento en LWL. El objetivo de este estudio es investigar la variabilidad en las condiciones ambientales, la morfología y la genética de seis poblaciones de S. rotundifolia, en un gradiente de elevación (de 1200 m a 2500 m). Describimos las condiciones ambientales sobre el nivel del suelo a partir de información de 30 años de estaciones meteorológicas cercanas, las condiciones climáticas del lugar a lo largo del mismo año, y la intensidad relativa de luz (RLI, por sus siglas en inglés) del lugar a través de imágenes hemisféricas del follaje. Por debajo del nivel del suelo, analizamos los tipos de suelo específicos del lugar para conocer la textura, el pH, la salinidad, la materia orgánica (MO) y los micronutrientes. Describimos la morfología y la genética de la planta analizando el área foliar y el área foliar específica (AFE), examinando imágenes de la estructura de tricomas y del grosor de la hoja con microscopio electrónico, y a través de la variación genética de los polimorfismos en la longitud de fragmentos amplificados (AFLP, por sus siglas en inglés) entre las poblaciones. Las precipitaciones, la temperatura del aire, la RLI y las propiedades del suelo mostraron grandes variaciones entre las poblaciones. Las diferencias entre el área foliar, el AFE y la estructura de tricomas de la hoja sugieren que se produjeron adaptaciones a nivel de población relacionadas con las diferencias ambientales, en particular, entre las poblaciones que se encuentran en elevaciones mayores y menores. Del mismo modo, los marcados patrones de bandas de AFE entre las poblaciones de mayor y menor elevación sugirieron que existían diferencias debido al aislamiento por distancia. El AFE estaba relacionado con la RLI, la MO y el potasio (K). Los niveles relativamente elevados en la población nativa y la correlación positiva con el AFE sugieren que el K puede ser un factor limitante en los suelos del paisaje urbano. El seleccionar plantas adaptadas a condiciones ambientales similares a las que se encuentran en los paisajes urbanos puede hacer que la utilización de S. rotundifolia sea más efectiva. Además, la variación genética sugiere que existe la posibilidad de seleccionar la variedad cultivada.


Full Text: PDF

Refbacks

  • There are currently no refbacks.


Ask us questions and receive journal updates:

twitter logoFollow us on Twitter @WNANat

facebook logoLike us on Facebook