Genetics of fall and winter cold hardiness of coastal Douglas-fir in Oregon

S.N. Aitken and W.T. Adams

Abstract: Genetic variation in fall cold hardiness was studied in two western Oregon breeding populations of coastal Douglas-fir (Pseudotsugamenziesii var. menziesii (Mirb.) Franco), one on the west slope of the Cascade Mountains and the other in the Coast Range. On six sampling dates (September, October, and November of 1992 and January, September, and October of 1993), shoot cuttings from 40 open-pollinated families in each of two progeny test sites for each breeding zone were subjected to artificial freezing at two test temperatures. Damage on each shoot was recorded as visible injury to needle, stem, and bud tissues separately. Considerable family variation was found for cold injury scores in all tissues in early fall to midfall, but differences were often smaller or nonsignificant in late fall and midwinter. Individual heritability estimates for needle cold injury were low (<0.40) and generally decreased in late fall and midwinter. Family rankings for fall cold hardiness, however, are expected to be relatively consistent over sites and years, although needles appear to display more family-by-site interaction than stems or buds. Genetic correlations between tissues in cold injury varied considerably and were sometimes weak, indicating that the evaluation of a single tissue is probably not adequate for assessing overall cold hardiness of genotypes. Fall and winter cold hardiness seem to be largely under separate genetic control since genetic correlations between hardiness at these two stages were weak. This study confirms earlier results in Washington breeding populations and shows that coastal Douglas-fir families can be effectively ranked for fall cold hardiness by conducting artificial freeze tests on cut shoots in midfall (October) and scoring damage to stems and at least one other tissue.

Résumé : Les auteurs ont étudié la variabilité génétique de l'endurcissement au froid automnal chez deux populations d'amélioration de l'Ouest de l'Orégon de sapin de Douglas de la côte (Pseudotsugamenziesii (Mirb.) Franco var. menziesii), l'une représentative d'une pente ouest de la Chaîne des Cascades et l'autre située au sein de la Chaîne Côtière. Pour chacune des six dates d'échantillonnage (septembre, octobre et novembre 1992, janvier, septembre et octobre 1993), des pousses furent prélevées sur les 40 descendances uniparentales établies à chacun des deux sites d'expérimentation représentatifs des deux zones d'amélioration. Les pousses ont été soumises à deux températures distinctes en deçà du point de congélation. Les dommages observés sur chaque pousse furent notés selon qu'ils affectaient les aiguilles, la tige ou les bourgeons. Pour tous les tissus, une variation familiale considérable des observations de dommage dû au froid fut notée du début jusqu'au milieu de l'automne, mais les différences devenaient moindres ou non significatives à la fin de l'automne et au milieu de l'hiver. Les estimations d'héritabilité individuelle des dommages aux aiguilles étaient faibles (<0,40) et diminuaient généralement à la fin de l'automne et au milieu de l'hiver. En ce qui concerne l'endurcissement au froid automnal, les rangs des descendances devraient être relativement constants d'un site à l'autre et d'une année à l'autre, quoique les dommages aux aiguilles ont démontré plus d'effet d'interaction entre les descendances et les sites que les dommages aux tiges ou aux bourgeons. Les corrélations génétiques entre les dommages infligés aux différents tissus variaient beaucoup et étaient souvent faibles, indiquant que l'évaluation des dommages à partir d'un seul type de tissu n'est probablement pas suffisante afin de déterminer adéquatement l'endurcissement général au froid des génotypes. Les faibles corrélations génétiques entre les données d'endurcissement au froid automnal et celles d'endurcissement au froid hivernal semblent indiquer que ces deux stades phénologiques soient sous un contrôle génétique distinct. Les résultats de cette étude confirment les résultats précédents d'une étude effectuée à partir de populations d'amélioration de l'État de Washington. Ils démontrent qu'il est effectivement possible d'ordonner les familles de sapin de Douglas quant à l'endurcissement au froid automnal, en réalisant des tests artificiels de congélation sur des pousses récoltées au milieu de l'automne (octobre) et en déterminant les dommages à la tige et au moins un autre tissue.

[Traduit par la Rédaction]