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Issue
Ann. For. Sci.
Volume 54, Number 7, 1997
Page(s) 597 - 610
DOI http://dx.doi.org/10.1051/forest:19970702
Ann. For. Sci. 54 (1997) 597-610
DOI: 10.1051/forest:19970702

Changes in carbon uptake and allocation patterns in Quercus robur seedlings in response to elevated CO2 and water stress: an evaluation with 13C labelling

P Vivin and JM Guehl

Équipe bioclimatologie et écophysiologie forestières, Inra Nancy, 54280 Champeoux, France

Abstract - A semi-closed 13CO2 labelling system (1.5% 13C) was used to assess both carbon uptake and allocation within pedunculate oak seedlings (Quercus robur L) grown under ambient (350 vpm) and elevated (700 vpm) atmospheric CO2 concentration ([CO2]) and in either well-watered or droughted conditions. Pulse-chase 13C labelling data highlighted the direct positive effect of elevated CO2 on photosynthetic carbon acquisition. Consequently, in well-watered conditions, CO2enriched plants produced 1.52 times more biomass (dry mass at harvest) and 1.33 times more dry root matter (coarse plus fine roots) over the 22-week growing period than plants grown under ambient [CO 2]. The root/shoot biomass ratio was decreased both by drought and [CO 2], despite lower N concentrations in CO2-enriched plants. However, both long-term and short-term C allocation to fine roots were not altered by CO2. and relative specific allocation (RSA), a parameter expressing sink strength, was higher in all plant organs under 700 vpm compared to 350 vpm. Results showed that C availability for growth and metabolic processes was greater in fine roots of oaks grown under an elevated CO 2 atmosphere irrespective of soil water availability.


Résumé - Effets de l'augmentation de la concentration atmosphérique en CO2 et de la sécheresse sur l'assimilation et la redistribution du carbone de plants de Quercus robur : une approche par marquage 13C. Un système semi-fermé de marquage isotopique par 13CO2 (1,5 % 13C) a été utilisé pour évaluer l'assimilation et la répartition du carbone pour des plants de chêne (Quercus robur L) élevés sous une concentration atmosphérique en CO2 ([CO2]) ambiante (350 vpm) ou élévée (700 vpm) et en conditions d'alimentation hydrique optimale ou limitante. Les résultats obtenus à partir de cinétiques de charge-redistribution de 13C montrent un effet direct de l'augmentation de [CO2] sur l'acquisition photosynthétique de carbone. En conditions d'alimentation hydrique optimale, la biomasse totale des plants croissant sous [CO2] élevée a été multipliée par 1,52 (matière sèche à la fin de la période de croissance de 22 semaines) comparativement au plants croissant sous [CO 2] ambiante, cependant que la matière sèche des racines (racines fines et grosses) était multipliée par 1,33. Le rapport biomasse racinaire/biomasse aérienne des plants était diminué à la fois par la sécheresse et par l'augmentation de [CO 2], en dépit de concentrations tissulaires en N plus faibles dans les plants croissant en conditions de [CO2] élevée. Toutefois, l'allocation de carbone aux fines racines (diamètre < 2 mm), considérée soit de façon intégrée dans le temps (accumulation de biomasse), soit à court terme (données issues des marquages isotopiques), n'était pas affectée par la [CO2]. Le taux d'allocation spécifique de carbone (RSA), un paramètre exprimant la force des puits de carbone, était plus élevé à 700 vpm qu'à 350 vpm pour l'ensemble des compartiments des plants. Les résultats font ressortir une augmentation de la disponibilité en C pour la croissance et le métabolisme dans les fines racines en relation avec l'augmentation de [CO2] et indépendamment des disponibilités hydriques dans le sol.


Key words: elevated CO2 / drought / growth / 13C labelling / carbon assimilation / carbon allocation

Mots clés : CO2 élevé / sécheresse / croissance / marquages 13C / assimilation du carbone / redistribution du carbone