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

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.