Plant Activity under Snow and Ice, with Particular Reference to Lichens

• Published in: ARCTIC
• Main Author: Kappen, Ludger
• Format: Article in Journal/Newspaper
• Language: English
• Published: The Arctic Institute of North America 1993
• Subjects: Cold adaptation; Cold physiology; Conifers; Effects of climate on plants; Ice; Lichens; Photosynthesis; Plant ecology; Plant growth; Plant physiology; Plant-water relationships; Primary production (Biology); Snow; Treeline; Winter ecology; Antarctic regions; Arctic regions; Europe; Polar regions; Antarctic; Antarctic Peninsula; Arctic; Austral; The Antarctic; Antarc*; Antarctique*; Arctique*
• Online Access: https://journalhosting.ucalgary.ca/index.php/arctic/article/view/64411

In polar ecosystems primary producers have to cope with the very limited living conditions of the harsh climate. Vascular plants in the Northern Hemisphere extend to the northern-most edges of the continents, but only two taxa are present as far south as the Antarctic Peninsula region in the Southern Hemisphere. Lower plants, lichens in particular, become more important with increasing latitudes and form the dominant element of the Antarctic vegetation. Based on recent investigations and literature, this paper discusses to what extent lichens are better adapted to snow and ice than vascular plants. Vascular plants in high latitudes have high freezing tolerances but are photosynthetically inactive in winter (e.g., evergreen coniferous species), while lichens in a highly freezing-tolerant stage can be active and productive under winter conditions. Vascular plants can be active under snow but have no photosynthesis if the tissue is frozen. Recent in situ measurements indicate that lichens are able to photosynthesize at temperatures below -10C, apparently in the frozen state. It was recorded for coniferous trees at the arctic timberline. This uptake may reduce water stress in conifers but apparently has no relevance for metabolic activity. Water uptake from snow and metabolic activity at -10C are possible for lichens because they are able to photosynthesize at water potentials lower than -20 MPa. Although lichens are adapted to be active in snow at low temperatures, strong light on clear days may inhibit the photosynthetic apparatus.Key words: lichens, higher plants, water relations, life strategies, photosynthetic production, ice, snow Dans les écosystèmes polaires, les producteurs primaires doivent s'accommoder des conditions de vie précaires dues à la rigueur du climat. L'habitat des plantes vasculaires de l'hémisphère boréal s'étend aux confins nordiques des continents, mais seuls 2 taxons sont présents à l'extrême sud de la région de la péninsule Antarctique de l'hémisphère austral. Plus la latitude augmente, plus les végétaux inférieurs, en particulier les lichens, prennent de l'importance et forment l'élément dominant de la végétation antarctique. S'appuyant sur des recherches et de la documentation récentes, cet article discute du degré auquel les lichens sont mieux adaptés à la neige et à la glace que les plantes vasculaires. Sous de hautes latitudes, ces dernières ont une tolérance élevée au gel mais sont inactives en hiver sur le plan de la photosynthèse (p. ex., les espèces conifériennes à feuilles persistantes), alors que les lichens, dans un état tolérant très bien le gel, peuvent être actifs et productifs en hiver. Les plantes vasculaires peuvent être actives sous la neige, mais elles ne font pas de photosynthèse si le tissu est gelé. Des mesures prises récemment in situ révèlent que les lichens peuvent faire la photosynthèse à des températures inférieures à -10 °C, apparemment dans un état gelé. On a aussi trouvé que l'échange photosynthétique de CO2 dans les thalles secs peut être activé par la neige durant le gel. On a aussi enregistré l'absorption d'eau durant l'hiver pour les conifères à la limite forestière arctique. Cette absorption peut réduire le niveau de stress hydrique dans les conifères, mais ne semble pas influer sur l'activité métabolique. À -10 °C, les lichens peuvent absorber l'eau à partir de la neige et avoir une activité métabolique en raison de leur capacité à réaliser la photosynthèse à des potentiels hydriques inférieurs à -20 MPa. Bien que les lichens soient adaptés pour être actifs dans la neige à de basses températures, une lumière excessive les jours dégagés peut empêcher l'appareil photosynthétique de fonctionner.Mots clés : lichens, végétaux supérieurs, rapports hydriques, stratégies de survie, production photosynthétique, glace, neige