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Evaluation of the importance of acclimation of needle structure, photosynthesis, and respiration to available photosynthetically active radiation in a Scots pine canopy

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Abstract:

We analyzed the combined effect of differences in the photosynthetic light response curve and in the distributions of photosynthetically active radiation (PAR) irradiance within the canopy on the CO2 exchange rates of Scots pine (Pinus sylvestris L.) shoots. Nitrogen concentration did not vary with depth within the canopy, but leaf mass per area (LMA) ranged from 58.2 to 95.2 g·m–2 (all needle age-classes pooled) and increased with increasing available PAR. The photosynthetic light response curves of 75 randomly sampled, 1-year-old shoots (with a fixed structure) were measured in the laboratory. No statistically significant differences in photosynthetic parameters or stomatal conductance either on an area or mass basis were detected between the top, middle, and bottom zones of the canopy. However, a significant decrease occurred in the area-based dark respiration rate (Rd) with increasing depth in the canopy. The area-based maximum CO2 exchange rate was weakly correlated with needle nitrogen content (Narea) and LMA, whereas Rd showed a higher correlation with both Narea and LMA. Estimates of the CO2 exchange rate over a day (24 h) in July suggest that the apparently small differences in mean light response curves of the canopy zones are reflected in the enhanced performance of shade needles in low light conditions because of reduced respiration costs. Based on our results, structural acclimation of needles along the light gradient, rather than changes in biochemical machinery, appears to be the more important acclimation process in Scots pine.

Nous avons analysé l'effet combiné des différences dans la courbe de réponse à la lumière de la photosynthèse et dans la distribution de l'irradiance du rayonnement photosynthétiquement actif (RPA) au travers du couvert sur le taux d'échange de CO2 de pousses de pin sylvestre (Pinus sylvestris L.). La concentration en azote ne dépendait pas de la profondeur dans le couvert, mais la masse foliaire spécifique variait de 58,2 à 95,2 g·m–2 (toutes les classes d'âge des aiguilles confondues) et augmentait avec une augmentation du RPA disponible. Les courbes de réponse à la lumière de la photosynthèse de 75 pousses (de structure déterminée) âgées d'un an et choisies aléatoirement ont été mesurées au laboratoire. Aucune différence statistiquement significative n'a été détectée entre les zones du haut, du milieu ou du bas du couvert pour les paramètres de la photosynthèse ou de la conductance stomatique, exprimés en fonction de la surface ou de la masse. Toutefois, une baisse importante de la respiration à la noirceur exprimée en fonction de la surface (Rd) est apparue avec la profondeur dans le couvert. Le taux d'échange maximal de CO2, exprimé en fonction de la surface, était faiblement corrélé avec le contenu en azote des aiguilles (Narea) et la masse foliaire spécifique, alors que Rd montrait une corrélation plus forte à la fois avec Narea et la masse foliaire spécifique. Les estimations du taux d'échange de CO2 pendant une journée (24 h) au cours du mois de juillet suggèrent des différences en apparence faibles dans les courbes moyennes de réponse à la lumière entre les zones du couvert. Ces différences sont reflétées dans la performance améliorée des aiguilles d'ombre dans des conditions de faible luminosité grâce aux coûts respiratoires réduits. Sur la base de nos résultats, l'acclimatation structurelle des aiguilles le long du gradient de lumière, plutôt que des changements dans la machinerie biochimique, semble être le processus d'acclimatation le plus important chez le pin sylvestre.[Traduit par la Rédaction]

Document Type: Research Article

Publication date: July 1, 2001

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