Ann. For. Sci. 61 (2004) 455-463
DOI: 10.1051/forest:2004039

Effects of defoliation on the frost hardiness and the concentrations of soluble sugars and cyclitols in the bark tissue of pedunculate oak (Quercus robur L.)

Frank M. Thomas^a, Gabriele Meyer^a and Marianne Popp<sup>b

a</sup>  Department of Plant Ecology, Albrecht von Haller Institute of Plant Sciences, University of Göttingen, Untere Karspüle 2, 37073 Göttingen, Germany
^b  Department of Chemical Physiology of Plants, Institute of Ecology and Conservation Biology, University of Vienna, Althanstraße 14, 1090 Vienna, Austria

(Received 9 July 2003; accepted 26 September 2003)

Abstract - As a measure of frost hardiness, we determined an index of injury (I_-30) in living bark tissue of 20-year-old pedunculate oaks (Quercus robur L.) that had been manually and almost completely defoliated in the first half of May of one or two years, and of non-defoliated control trees. I_-30 was calculated as a percentage value on the basis of electrolyte leakage from samples artificially frozen at a temperature of -30 °C, and from unfrozen control samples. In parallel, the bark's concentrations of soluble sugars, of nitrogen and of quercitol, a cyclic polyol, were measured. Repeated defoliation significantly reduced the frost hardiness of the bark as well as its concentrations of raffinose, stachyose, nitrogen and quercitol. The I_-30 values were correlated with the total concentration of soluble sugars and with the concentrations of the individual sugar compounds, but not with the quercitol concentration. Less tight, yet significant correlations were obtained between I_-30 and nitrogen concentrations. We conclude that repeated defoliation decreases the bark's capability to acclimatize to winter frost due to a reduction in the concentrations of soluble sugars, particularly those of raffinose and stachyose.

Résumé - Effets de la défoliation sur la résistance au gel et les concentrations de sucres solubles et de cyclitols dans le liber de chênes pédonculés (Quercus robur L.). Comme mesure de la résistance au gel du liber vivant de chênes pédonculés âgés de vingt ans et ayant déjà été défoliés manuellement presque entièrement dans la première moitié du mai d'une ou deux années, on a calculé un index de dommage (I_-30) et on a comparé avec la valeur correspondante d'arbres témoins non défoliés. On a déterminé I_-30 comme une valeur de pourcentage sur la base de perte d'électrolytes des échantillons congelés artificiellement à -30 °C, et des échantillons pas congelés. Parallèlement on a mesuré les concentrations de sucres solubles, d'azote et de quercétol, un polyalcool cyclique, du liber. La deuxième défoliation a réduit de manière significative tant la résistance au gel du liber que ses concentrations en raffinose, stachyose, azote et quercétol. Les indices de dommage (I_-30) étaient en corrélation avec la concentration totale de sucres solubles et avec les concentrations de sucres individuels, mais pas avec la concentration de quercétol. Des corrélations moins étroites mais toutefois significatives ont été mises en évidence entre les valeurs I_-30 et les concentrations d'azote. Ces résultats nous permettent de conclure qu'une défoliation répétée réduit la capacité d'acclimatation du liber aux gels d'hiver en raison d'une diminution des concentrations de sucres solubles, surtout de raffinose et de stachyose.

Key words: electrolyte leakage / oak decline / quercitol / raffinose / stachyose

Mots clés : dépérissement du chêne / perte d'électrolytes / quercétol / raffinose / stachyose

Corresponding author: Frank M. Thomas fthomas@gwdg.de

© INRA, EDP Sciences 2004