Ann. For. Sci. 50 (1993) 309-318
DOI: 10.1051/forest:19930307

An experimental system for the quantitative ¹⁴C-labelling of whole trees in situ

A Kajji, A Lacointe, FA Daudet, P Archer and JS Frossard

INRA, Université Blaise-Pascal, Unité Associée de Physiologie Intégrée de l'Arbre Fruitier, Domaine de Crouelle, F-63039 Clermont-Ferrand Cedex 02, France

Abstract - The first part of this paper provides a brief review of the requirements that apply to ¹⁴C-labelling chamber technology, particularly for tree labelling, and of the means that can be used to meet them. Two main points are considered: the quality of the plant chamber environment - the necessity of thermal and hygrometric regulations is discussed - and the possibility of determining the exact amount of ¹⁴CO₂ assimilated by the plant. The authors then describe a simple system allowing the quantitative labelling of entire trees, without temperature- or hygrometry-regulating devices which can be used in the morning. The CO₂ concentration is maintained at its natural level throughout the labelling procedure through an injection of cold CO₂ operated by an IRGA-driven computer. This system was successfully used for the labelling of grafted walnut trees.

Résumé - Un système expérimental permettant le marquage quantitatif au ¹⁴C d'arbres entiers in situ. Ce système, utilisé pour le marquage de noyers greffés de 3 ans (surface foliaire : 1,7 m²), se compose d'une chambre d'assimilation et d'un dispositif d'injection de CO₂ à commande électronique permettant une régulation continue de la concentration en CO₂ (fig 1). Ne comportant pas de dispositif de régulation thermique, il n'est utilisé que pendant la matinée. Malgré une augmentation significative de la température au cours du marquage (fig 2), la photosynthèse est peu perturbée, comme le montre la figure 3 : le taux d'assimilation (pente des segments décroissants) reste régulier. La chambre d'assimilation, en PVC de 2 mm monté sur un cadre d'acier, forme un cylindre fermé (hauteur, 2 m; diamètre, 1,44 m), constitué de 2 moitiés s'accolant l'une à l'autre par un joint de caoutchouc. Lors de la fermeture, le joint est comprimé par une série d'écrous disposés tout au long de la suture. Le cylindre, soutenu par un portique métallique, contient l'ensemble de la frondaison. Une ouverture à la base du cylindre permet le passage du tronc, l'étanchéité étant assurée par un film de polyéthylène de 0,03 mm et un joint en mastic souple «Terostat». Des considérations théoriques permettent d'estimer à quelque 3% la radioactivité perdue par fuites lors du marquage. La régulation de la teneur en CO₂ répond à un double but. D'une part, en limitant l'écart par rapport aux conditions naturelles, on perturbe le moins possible la répartition biochimique et spatiale des assimilats. D'autre part, la totalité du ¹⁴C étant injectée instantanément dès le début de l'opération, la régulation consiste à injecter du carbone «froid» pour compenser la photosynthèse, et l'équation (1 ) (paragraphe «Injection de CO₂») donne à tout moment la quantité totale de ¹⁴C restant dans la chambre. Ainsi, 99,3% de la radioactivité a disparu lorsqu'on a renouvelé 5 fois la totalité du CO₂ présent dans la chambre, ce qui était réalisé en 4 h environ. Le CO₂ est fourni par la réaction d'une solution de Na₂CO₃ gouttant dans un flacon d'acide sulfurique à 33% (fig 1). L'efficacité du dégagement gazeux est améliorée par une agitation magnétique et un barbotage de l'air de la chambre prélevé par une pompe. L'injection initiale du carbonate marqué, de forte radioactivité spécifique (1,85 GBq/mmole; 74 MBq par arbre, pesant chacun 2 kg de MS) ne modifie pas la teneur totale en CO₂ de la chambre. Puis le réservoir de carbonate est empli de solution «froide», 1 M, délivrée selon les besoins de la régulation par une électrovanne. Celle-ci est pilotée par un micro-ordinateur (fig 1) munie d'une carte d'acquisition de données (Micromac 4000, Analog Devices) qui enregistre par ailleurs la température, le PAR incident et la teneur en CO₂ de la chambre mesurée par un IRGA. Ce système libère quelques gouttes de carbonate dès que la teneur en CO₂ descend au-dessous de 350 vpm, ce qui permet une régulation efficace (fig 3). Les aspects quantitatifs des marquages ont été validés par 2 moyens indirects : d'une part, en vérifiant que la radioactivité résiduelle de l'air à la fin du marquage est conforme à l'équation (1); d'autre part, en retrouvant dans les arbres traités, quelques heures après marquage, 90% de la radioactivité injectée.

Key words: assimilation chamber / control of CO₂ level / photosynthesis

Mots clés : chambre d'assimilation / régulation de la concentration en CO₂ / photosynthèse