Thesis (MS )--Montana State University--Bozeman, 2008. / Typescript. Chairperson, Graduate Committee: William Wyckoff. Includes bibliographical references (leaves 186-200).

Les arbres sont capables de contrôler leur forme et de résister à la gravité grâce à leur aptitude à produire du bois sous tension en périphérie. Il est connu que cette précontrainte se développe durant la phase de maturation des fibres de bois mais le mécanisme sous jacent de génération de cette contrainte n'est pas encore clairement identifié et compris. Cette étude se focalise sur la formation du bois à deux échelles : i) à l'échelle du tissus, le processus et la chronologie de la formation du bois de tension, du bois opposé et du bois normal ont été étudiés sur des peupliers élevés en pleine terre et ii) à l'échelle de la paroi, la formation de la couche secondaire dans le bois de tension a été étudiée sur de jeunes peupliers inclinés artificiellement. Les résultats montrent que, du coté du bois de tension d'arbres fléchis, le nombre de cellules cambiales au début de la saison de croissance, et ainsi le nombre total de cellules produites au final, augmente comparé au bois opposé et normal. Le nombre de cellules produites du coté du bois opposé est clairement réduit suite à une baisse de l'activité cambiale de ce coté. En conséquence, les arbres fléchis présentent une croissance excentrique. La phase de lignification commence plus tard dans le bois opposé comparé au bois normal et de tension, mais aucune différence significative n'est constatée entre le bois normal et le bois de tension. Le développement de la couche dite G dans le bois de tension commence peu de temps après le début de la lignification. Bien que le nombre total de cellules produites du coté du bois de tension des arbres fléchis est en moyenne plus important que pour les arbres droits, le nombre total de cellules produites globalement dans un cerne de croissance des arbres fléchis est comparable à celui des arbres droits. Ceci est une conséquence directe de la forte réduction du nombre total de cellules produites du coté du bois opposé pour les arbres fléchis. L'inclinaison a aussi un effet évident sur l'épaississement de la couche cellulaire des jeunes peupliers. L'évolution de l'épaisseur de la couche secondaire et de la couche G a été mesurée, du cambium au bois mature, dans des échantillons, prélevés à différentes dates après inclinaison, issus de plusieurs arbres. Les mesures sur des fibres de bois produites avant inclinaison montrent l'épaississement progressif habituellement observé de la paroi secondaire au cours de la saison de croissance. Après la date d'inclinaison, l'épaisseur de la paroi secondaire diminue de façon marquée du bois normal vers le bois de tension alors que l'épaisseur total de la paroi augmente, comparé au bois normal, avec le développement d'une couche G épaisse. Néanmoins, même après la formation de la couche G, l'épaisseur de la couche secondaire continue d'augmenter au cours de la saison de croissance. L'observation montre que l'épaississement de la couche G est plus rapide que celui de la couche secondaire. Le développement de la couche G non lignifiée pourrait être une stratégie économe, mais efficace, pour la production rapide de contrainte de croissance importante chez les feuillus. / Trees can control their shape and resist gravity thanks to their ability to produce wood under tensile stress at their periphery. This prestress is known to be produced during the maturation of wood fibres but its generation mechanism remains unclear. This study focuses on the wood formation process at two levels: i) at the tissue level, the process and timing of tension wood, opposite wood and normal wood formation were investigated on field grown poplar trees and ii) at the cell wall level, the formation of the secondary wall in tension wood was studied in artificially tilted poplar saplings. Results showed that the number of cambial cells at early growing season, and thus the total number of cells produced in the end, on the tension wood side of bent trees increased compared to opposite and normal wood. The total number of opposite wood cells produced obviously decreased as a result of a lower cambial activity on this side. Consequently, one can observe pith eccentricity in the bent trees. The lignification phase starts latter in opposite wood than in tension and normal wood, however no obvious differences were observed between tension and normal wood. The so-called G-layer (gelatinous layer) formed soon after the start of the lignification in tension wood. Although the total number of cells produced on tension wood side was more important than the averaged one produced in upright trees, the total number of cells produced in the whole growth ring of bent trees was similar to the one produced in upright trees. This was the result of a huge reduction in the number of cells produced on the opposite wood side of bent trees. Tilting also had obvious effect on the wall thickening of young poplar. The thickness of the secondary wall layer and G-layer were measured, from cambium to mature wood, in several trees sampled at different times after tilting. Measurements on wood fibres produced before tilting show the usual progressive increase of secondary wall thickness during the growing season. After the tilting date, the secondary layer thickness decreased markedly from normal wood to tension wood while the total thickness increased, compared to normal wood, with the development of a thick G-layer. However, even after the G-layer formation, the secondary layer thickness continues to increase during the growing season. G-layer thickening was observed to be faster than secondary layer thickening. The development of the unlignified GL is proposed to be a low cost but efficient strategy for a fast generation of high tensile stress in hardwood trees.

Le but de cette thèse était d’identifier les mécanismes moléculaires responsables des propriétés particulières de la couche G et les propriétés mécaniques remarquables du bois de tension (BT). Trois acteurs moléculaires potentiels (des protéines à arabinogalactane avec domaine fasciclin-like (FLA), une protéine chitinase-like (CTL) et une β-galactosidase (BGAL)) ont été choisis et étudiés dans: analyse phylogénétique, analyses d'expression et caractérisation de peupliers transgéniques affectés dans l’expression de chacun de ces acteurs. La caractérisation fine de ce matériel a révélé que CTL2 et les FLA jouent un rôle dans la régulation de la cristallinité de la cellulose dans le BT. CTL2 apparaît également important dans l'organisation de la paroi cellulaire et des propriétés mécaniques des tiges. BGAL a été avant proposé pour une fonction dans modification de pectine RG-I potentiellement important pour des propriétés mécaniques de BT. Le bois de tension exhibe une activité BGAL plus élevée que dans le bois opposé. L’inhibition par RNAi de l’expression de BGAL7, spécifiquement exprimée dans le BT, n’est pas responsable à lui seul de la forte activité BGAL présente dans le BT. En contrepoint à l’étude menée sur le peuplier, nous avons également évalué la présence d’acteurs moléculaires potentiellement responsables des propriétés mécaniques du BT chez le simarouba qui développe dans leur BT des fibres ayant leurs sous-couches de la paroi intermédiaire entre la G et la S2. Des protéines à arabinogalactanes ainsi que des pectines du type RG-I sont présentes dans les fibres de BT de peuplier et de simarouba et pourraient avoir une fonction dans un mécanisme commun de génération des contraintes dans le BT. Finalement, un modèle est proposé sur le rôle présumé des différents acteurs moléculaires étudié dans la régulation des propriétés de la couche G et la génération des fortes contraintes du bois de tension. / The aim of this thesis was to approach the underlying molecular mechanisms responsible for the particular properties of the G-layer and the outstanding mechanical properties of tension wood (TW). Accordingly, three potential molecular players (fasciclin-like arabinogalactan protein (FLA), chitinase-like protein (CTL) and β-galactosidase (BGAL)) were chosen and studied through a phylogenetic analysis, expression analyses and most importantly characterization of RNAi transgenic poplars. This multilevel characterization revealed that CTL2 and FLAs have function in the regulation of cellulose crystallinity in TW. CTL2 was also shown to be important both for the cell wall organization and stem mechanical properties. BGAL was studied in a light of the previously reported modifications of RG-I pectin, potentially important for the mechanical properties of TW. Study of BGAL revealed that the enzyme has higher activity in TW than in opposite wood. BGAL7, whose gene was expressed specifically in TW, does not seem to be responsible for the higher BGAL activity in TW. In comparison to poplar, we analyzed the occurrence of molecular players potentially responsible for TW mechanical properties in simarouba, a tropical species, which develops different TW fiber. Arabinogalactan proteins and RG-I pectin potentially targeted by BGAL were localized in TW fibers both in poplar and simarouba and therefore may be involved in a common mechanism of tensile stress generation in different TW types. A model was finally proposed to elucidate a potential function of the studied molecular players in the regulation of G-layer properties and tensile stress generation.

Der Wiederaustrieb beernteter Pappeln in Kurzumtriebsplantagen erfolgt nicht selten stark verzögert. Ob und inwieweit hierbei der Große Rote Pappelblattkäfer eine Rolle spielt, wurde in einem Versuch mit zwei unterschiedlichen Dichten des Schadinsekts untersucht.

Usability of single poplar clones like fast growing energy crops for growth effect on soil humidity, wind retardation, noise absorption and soil sanitation effect of various old growth was studied in 2007 in South of Bohemia. Plantations consisted of {\clqq}Japan poplar`` {--} Jap 104*049 ( P. nigra L. x P. maximowiczii Henry {\clqq}Maxvier``), Jap 105*050 049 ( P. nigra L. x P. maximowiczii Henry {\clqq}Maxfünf``). The results are focused on evaluation of soil moisture in different months and at different lenght of sunlight and precipitation. Next, influence of wind absorbing and noise retardation in different distance from plantation, sanitation effect of fast growing energy crops in and outside growth in non-cultivate part and influence of growth on soil compaction in 4-year and newly planted growth and on permanent grass undergrowth were evaluated. Experiments showed that plantations of fast growing trees can be used also for non-energetic purpose.

Les plantes adaptent leur croissance en fonction des facteurs environnementaux dont la gravité qui est un facteur constant. Une modification de l’orientation de la plante par rapport à l’axe de la gravité, i.e. une inclinaison induit une réponse de redressement : le gravitropisme. Pour les parties aériennes le gravitropisme est négatif, c’est-à-dire que les plantes vont adapter leur croissance dans la direction opposée à la gravité. Chez les arbres, le redressement est assuré par à la formation asymétrique d’un bois aux propriétés physico-chimiques particulières appelé le bois de réaction. Des récepteurs kinases pourraient participer à la perception et à la réponse précoce au stimulus gravitropique qu’est l’inclinaison. Parmi ces familles protéiques, les kinases associées à la paroi (WAK) sont des candidats intéressants. La liaison de ces protéines à la paroi permettrait de percevoir les déformations qui sont supposées se produire par l’inclinaison de la tige. Nous avons alors identifié et caractérisé pour la première fois la famille WAKs chez une espèce ligneuse, le peuplier, qui est composée de 175 membres. L’étude d’accumulation des transcrits WAKs a permis d’identifier les gènes WAKs qui s’expriment dans la tige puis l’expression de ces gènes a été suivie lors d’une cinétique après inclinaison. Il s’avère que les gènes WAKs sont faiblement exprimés et que 25% des gènes présentent une expression différentielle après inclinaison. Ces données transcriptomiques suggèrent que les WAKs participeraient aux événements cellulaires précoces après l’inclinaison de tiges chez le peuplier. Enfin, une étude plus approfondie a été initiée sur PtWAK70 qui est localisée dans le jeune xylème et le phloème secondaire. Nous avons également généré des outils moléculaires dont l’objectif est d’identifier les interacteurs potentiels de la partie apoplastique de PtWAK70. / Plants adapt their growth to environmental factors whose gravity is a continuous one. A modification of plant orientation by tilting leads to a straightening response: gravitropism. For aerial parts, plants will adapt their growth upward (negative gravitropism). In trees, straightening is accomplished through asymmetric formation of reaction wood which exhibits modifications in its physicochemical properties. Receptors-like kinases could play a role in both perception and early response to a gravitropic stimulus. Among them, Wall-Associated Kinases (WAKs) are interesting candidates because they are bind to the cell wall. They could detect wall deformations that are supposed to occur after tilting of the stem. We identified and characterized for the first time in a woody species (poplar) the largest WAKs family with 175 members. An extensive study of WAKs transcripts accumulation was carried out to identify genes expressed in woody stem. These genes expressions were analyzed during a kinetic after tilting. WAKs genes were overall weakly expressed but 25% of analyzed genes showed a modulation in their transcript accumulation after tilting. This suggests they could play a role in early events after tilting of poplar stems. Lastly, a deeper study was initiated on PtWAK70 which is localized in young xylem and secondary phloem. We generated molecular tools to identify potentials interactors of PtWAK70 apoplastic part.

The aim of the thesis is to survey the economic conditions of the establishment, management and other operations of plantations of fast growing trees (FGT). Based on the assessment factors significantly affecting FGT projects and their economic profitability, business success is evaluate. In the theoretical part is processed use of wood biomass and the practical part is compiled on research ,calculation of firewood from FGT and production process of FGT. As a practical example of efficient use of biomass activities of Slovakian company Biomas is described.

Cette thèse visait (i) à quantifier la variabilité de l’efficience d’utilisation de l’eau (WUE) chez le peuplier noir (Populus nigra L.), (ii) à juger de sa plasticité phénotypique en réponse à des contraintes hydrique et thermique et (iii) à juger des liens entre WUE, croissance et survie. A cette fin, des études à partir de semis, en chambre de croissance et en milieu naturel, ainsi qu’à partir de populations installées en dispositifs de pépinière ont été réalisées. Nos travaux ont permis de montrer une importante variabilité et une importante plasticité du caractère ‘efficience d’utilisation de l’eau’ quels que soient l’échelle d’étude, le fond génétique et les conditions de croissance. Une diminution de WUE a été observée en réponse à la contrainte thermique alors qu’une augmentation de WUE a été observée en réponse à un déficit hydrique modéré. Nos travaux démontrent également un lien entre WUE et la survie sous de fortes températures suggérant que sous ces conditions, une faible efficience d’utilisation de l’eau conférerait un avantage pour les individus. De plus in situ, un lien négatif entre WUE et la densité de régénération a été observé démontrant que les plus faibles valeurs de WUE sont observées pour les plus fortes densités. Le caractère ‘efficience d’utilisation de l’eau’ pourrait donc s’avérer un caractère limitant de la régénération de l’espèce dans des conditions d’augmentation de température ; une telle augmentation pourrait alors avoir une conséquence directe sur la structuration génétique des populations futures. Ces travaux suggèrent enfin une structuration géographique de la variabilité de WUE qui reste à confirmer à partir d’un plus grand nombre de populations. Ce travail ouvre des perspectives intéressantes pour l’identification des bases physiologiques à l’origine des variations de WUE, de sa plasticité et de sa structuration géographique. / This work aimed (i) to quantify variability of water-use efficiency (WUE) on black poplar (Populus nigra L.), (ii) to quantify the phenotypic plasticity in response to water deficit and increase of temperature and (iii) to precise the relationships between WUE, growth and leaf survival. Studies on seedlings in growth chambers and in natural conditions, and on populations established in common garden studies were realized. Significant variations and significant plasticity of water-use efficiency were observed on seedlings and adults whatever growth conditions and genetic background. A significant decrease of WUE was observed in response to increase of temperature while an increase of WUE was observed in response to moderate water deficit. Under elevated temperature a significant relationship was observed between WUE and leaf survival suggesting that low WUE confers an advantage for individuals under these conditions. Moreover in situ, a negative relationship between WUE and seedlings density was detected suggesting that low WUE are observed under high seedlings densities. The complex trait ‘water-use efficiency’ should be a limiting character of species establishment under increase of temperatures; this temperature elevation should have consequences on genetic structuration of populations in the future. Our results suggest a geographical structuration of WUE variability but results must be confirmed on several others populations. This present work opens prospects for identification of physiological bases of WUE variations, its plasticity and its geographical structuration.

No description available.

With the increase in human demands for energy, purpose-grown woody crops could be part of the global renewable energy solution, especially in geographical regions where plantation forestry is feasible and economically significant. However, up to now, it is still a challenging task to accurately and rapidly estimate forest biomass. Various solutions have been developed for estimating forest biomass. As we know, the only way to measure forest biomass implies directly cutting and weighing the mass of all trees in a plot. Unfortunately, the measurements of national-wide forest biomass cannot be conducted now due to restrictions like labor cost, non-destructive measurement requirements, etc. Meanwhile, obtaining permission to fell trees only for scientific purposes in China is difficult. Therefore, in my study, biomass is defined as the aboveground volume of trees as well as stands. Collecting this information at a national scale has been difficult for China because the data are scarce. The forest biomass inventory in some regions of China was designed to use available inventory data, especially volume, to derive biomass estimates. So volume-derived biomass methods have been applied in estimating forest biomass conventionally. In many research sites of my study, only the volume-related information is available in the forest inventory, which requires the volume-based method to understand the biomass yield in practice. Also, many forest scientists use volume-based models and conversion factors (e. g. from a wood density database) to derive the actual forest biomass arithmetically. Therefore, the output of a volume-based model may support many other calculations relevant to the evaluation of tree growth, potential productivity, and carbon stock. There are relatively few studies on biomass models of Short Rotation Forest(SRF) in China, and there is a lack of a general SRF biomass model. Therefore, we carried out a broad survey and critical review of all data from the different regions in China and formed a normalized tree biomass dataset for China. Based on these reasons, the biomass simulation of poplar plantations was carried out. The growth mechanism of SRF was studied on the stand scale. The influence of climate conditions and stand density on tree growth was discussed to achieve a breakthrough in scientific research at the model level. A general SRF biomass model based on growth conditions and planting density was established based on the stand height growth equation. We can summarize the research objectives as follows： ◆To find the influencing factors on the growth of short rotation poplar plantations ◆To find the relationship between biomass and tree height in short rotation poplar plantations ◆Construction and validation of tree height model of short rotation poplar plantations ◆Construction and validation of biomass model of short rotation poplar plantations