Ann. For. Sci. 47 (1990) 435-450
DOI: 10.1051/forest:19900503

Stomatal and non stomatal limitation of photosynthesis by leaf water deficits in three oak species: a comparison of gas exchange and chlorophyll a fluorescence data

D Epron and E Dreyer

INRA-Nancy, Laboratoire de Bioclimatologie et d'Écophysiologie Forestières, Station de Sylviculture et Production, Champenoux, F-54280 Seichamps, France

Abstract - Net CO₂ assimilation (A), stomatal conductance for CO₂ (g), intercellular mole fraction of CO₂ (C_i), kinetics of chlorophyll a fluorescence, and their half decay time (t_1/2), their ratio of fluorescence decrease (R_fd), and their adaptive index (A_p) have been monitored on potted trees from 3 oak species (Quercus petraea, Q pubescens and Q ilex) grown in a climate chamber and submitted to drought. Use of A vs C_i representations for photosynthesis data revealed an apparent impairment of mesophyll photosynthesis, together with reduced CO₂ supply to mesophyll due to stomatal closure. But in all species chlorophyll a fluorescence kinetics displayed very similar shapes, constant t_1/2 and stable R_fd and A_p values until predawn leaf water potential dropped below -4.0 MPa. These observations led to the conclusion that photochemical energy conversion and photosynthetic carbon reduction cycle could be very resistant to leaf water deficits, and that observed decreases in mesophyll photosynthesis had to be attributed to a possible artefact in C_i calculation. On the other hand, the susceptibility of leaves to photoinhibition increased as a consequence of water shortage, especially in Q petraea and Q pubescens. Differences in drought adaptation between the studied species could probably be related to susceptibility to photoinhibition rather than to a direct sensitivity of photosynthesis to leaf water deficits, at least in the range of stress intensities of ecophysiological significance.

Résumé - Limitation d'origine stomatique et non stomatique de la photosynthèse de trois espèces de chêne soumises à la sécheresse : comparaison de mesures d'échanges gazeux et de fluorescence de la chlorophylle. Les échanges gazeux foliaires et la fluorescence de la chlorophylle ont été étudiés lors d'une sécheresse édaphique imposée en conditions contrôlées, sur de jeunes plants de Quercus patraea, Q pubescens et Q ilex. L'analyse des relations entre assimilation nette de CO₂ (A) et fraction molaire intercellulaire calculée de CO ₂ (C_i) semble indiquer que l'inhibition de A a résulté à la fois d'une fermeture des stomates, mais aussi d'une altération des processus mésophylliens de la photosynthèse. Par contre, la forme des cinétiques de fluorescence de la chlorophylle réalisées in vivo ainsi que les valeurs de t_1/2 (temps de demi décroissance), R_fd (rapport de décroissance de fluorescence) ou de A_p (index d'adaptation) n'ont pas été affectées tant que le déficit hydrique foliaire n'avait pas atteint un niveau élevé (potentiel hydrique de base inférieur à -4,0 MPa). Ceci semble indiquer une grande résistance de l'appareil photosynthétique au déficit hydrique foliaire. Par contre, l'étude de la réaction de la photosynthèse aux forts éclairements a révélé une sensibilité accrue à la photo-inhibition chez Q petraea et Q pubescens lors d'une sécheresse édaphique, contrairement à ce qui a été observé pour Q ilex. Les différences d'adaptation à la sécheresse existant en conditions naturelles entre ces 3 espèces pourraient être due à une sensibilité accrue à la photo-inhibition plutôt qu'à une sensibilité directe de l'appareil photosynthétique au déssèchement foliaire, du moins dans la gamme des déssèchements les plus fréquemment rencontrés en conditions naturelles.

Key words: photosynthesis / water stress / chlorophyll a fluorescence / oak / stomatal conductance / drought / photoinhibition

Mots clés : photosynthèse / stress hydrique / fluorescence / chêne / conductance stomatique / sécheresse / photo-inhibition