Monoterpene Production in Redberry Juniper Foliage Following Fire

Abstract

Prescribed fire is commonly used to initiate redberry juniper (Juniperus pinchotti Sudw.) suppression, and herbivory by goats presents a potentially effective mechanism to prolong the efficacy of the reclamation treatment. Monoterpenes in redberry juniper leaves serve as a barrier to effective herbivory, but fire has the potential to reduce this barrier through reversion of aboveground growth to juvenile tissue. Traditional optimal defense theory predicts that because of the assumed fitness value of vegetative regrowth, plant secondary chemicals will be higher in this tissue than mature growth. This study was designed to measure the monoterpene concentration and composition from redberry juniper foliage sampled from 3 different ages of plant tissue. Prescribed fire was used to create 3- and 11-month regrowth juniper foliage, and mature growth of juniper was sampled as a control. Total monoterpene levels were lowest in the 3-month regrowth (P = 0.018). Monoterpene concentration and composition was similar for the 11-month and mature foliage. Concentration of terpinen-4-ol (P = 0.001) and alpha-terpineol (P = 0.007), identified as particularly aversive monoterpenoids to goats, was lowest in the 3-month regrowth but increased to levels found in mature leaves by 11 months of age. There was a trend in changes in composition of total oil as relative concentrations of monoterpene hydrocarbons (α-pinene, β-pinene/sabinene) decreased and monoterpene alcohols and oxygenated monoterpenes increased. These results identify a short period of time following a burn during which monoterpene levels in regrowth are low. This suggests a period of vulnerability in plant biochemical defenses that has the potential to be utilized by strategic herbivory by goats for more effective juniper management. El fuego prescrito es comunmente usado para iniciar la supresión del “redberry juniper” (Juniperus pinchotti Sudw.) y la herbivoría de las cabras se presenta como un mecanismo potencialmente efectivo para prolongar la eficacia del tratamiento de mejoramiento. Los monoterpenos de las hojas del “redberry juniper” sirven como una barrera a la herbivoría, pero el fuego tiene el potencial de reducir esta barrera a través de la reversión del crecimiento aéreo a tejido juvenil. La téoria tradicional de defensa óptima predice que debido al valor de aptitud asumido en el rebrote vegetativo, los compuestos químicos secundarios serán más altos en este tejido que en el maduro. Este estudio se diseño para medir la concentración y composición de monoterpenos del follaje del “redberry juniper” en tres edades del tejido de la planta. El fuego prescrito se utilizó para crear follaje de reborte de “redberry juniper” de 3 y 11 meses de edad, mientras que el follaje maduro fue muestrado como tratamiento control. Los niveles totales más bajos de monoterpenos se presentaron en el rebrote de 3 meses (P = 0.018). La concentración y composición de monoterpenos fue similar en el rebrote de 11 meses y el follaje maduro. La concentracion más baja de terpineno-4-ol (P = 0.001) y el alfa-terpineol (P = 0.007), identificados como monoterpenoides particularmente aversivos para las cabras, se presentó en el rebrote de 3 meses, pero a los 11 meses de edad del rebrote se incrementó a los niveles encontrados en el follaje maduro. Hubo una tendencia en los cambios de la composición del aceite total porque la concentración de hidrocarburos monoterpénicos (α-pineno, β-pineno/sabineno) decreció y la de alcohol monoterpenoides y monoterpenoides oxigenados se incrementó. Estos resultados identifican un periodo corto de tiempo después de la quema en el cual los niveles de monoterpenos del rebrote son bajos. Esto sugiere un periodo de vulnerabilidad en las defensas bioquímicas de la planta que tiene el potencial para ser utilizado con herbivoría estrátegica con cabras para un manejo más efectivo del “Redberry juniper.”