Ann. For. Sci. 56 (1999) 379-389
DOI: 10.1051/forest:19990503

The effect of elevated atmospheric CO₂ concentration and nutrient supply on gas exchange, carbohydrates and foliar phenolic concentration in live oak (Quercus virginiana Mill.) seedlings

Roberto Tognetti^{a, b, c} and Jon D. Johnson<sup>a

a</sup>  School of Forest Resources and Conservation, University of Florida, 326 Newins-Ziegler Hall, Gainesville, FL 32611, USA
^b  Istituto per l'Agrometeorologia e l'Analisi Ambientale applicata all'Agricoltura, Consiglio Nazionale delle Ricerche, via Caproni 8, Florence, 50145, Italy
^c  Department of Botany, Trinity College, University of Dublin, Dublin 2, Ireland

Abstract - We determined the direct effects of atmospheric CO, concentration ([CO,]) on leaf gas exchange, phenolic and carbohydrate allocation in live oak seedlings (Quercus virginiana Mill.) grown at present (370 μmol·mol^-1) or elevated (520 μmol·mol^-1) [CO,] for 6 months in open-top chambers. Two soil nitrogen (N) treatments (20 and 90 μmol·mol^-1 total N, low N and high N treatments, respectively) were imposed by watering the plants every 5 d with modified water soluble fertilizer. Enhanced rates of leaf-level photosynthesis were maintained in plants subjected to elevated [CO₂] over the 6-month treatment period in both N treatments. A combination of increased rates of photosynthesis and decreased stomatal conductance was responsible for nearly doubling water use efficiency under elevated [CO₂]. The sustained increase in photosynthetic rate was accompanied by decreased dark respiration in elevated [CO₂]. Elevated [CO₂] led to increased growth rates, while total non-structural carbohydrate (sugars and starch) concentrations were not significantly affected by elevated [CO,] treatment. The concentration of phenolic compounds increased significantly under elevated [CO,]. (© Inra/Elsevier, Paris.)

Résumé - Effet d'une concentration atmosphériques élevée en CO₂ et d'un apport nutritionnel sur les échanges gazeux et les concentrations en hydrate de carbone et composés phénoliques foliaires chez de jeunes plants de Quercus virginiana Mill. Les effets directs de deux concentrations en CO, (370 μmol mol^-1 et 520 μmol mol^-1) sur les échange gazeux, les composés phénoliques et l'allocation d'hydrate de carbone ont été étudiés sur des semis de Quercus virginiana Mill. Pendant six mois dans des chambres à ciel ouvert. Deux traitement du sol N (20 et 90 μmol·mol^-1 des traitements totaux de N, traitements faibles en azote et traitement fort en azote respectivement) ont été imposés en arrosant les semis tous les cinq jours avec de l'engrais hydrosoluble modifié. Une augmentations de la photosynthèse a été mise en évidence chez les semis soumis à une concentration élevée en CO, dans les deux traitements de N. Une combinaison de taux plus élevé de la photosynthèse et de la conductibilité stomatique diminuée étaient responsable du quasi-doublement de l'efficacité d'utilisation de l'eau en CO, élevé. L'augmentation soutenue du taux de photosynthèse a été couplée à une diminution de la respiration en CO₂ élevé. Les semis ont utilisé le carbone supplémentaire principalement pour la croissance alors que les concentrations en hydrates de carbone non structuraux totaux (sucres et amidon) n'ont pas été affectées par le traitement élevé de CO,. (© Inra/Elsevier, Paris.)

Key words: elevated [CO₂] / gas exchange / nitrogen / phenolics / Quercus virginiana / total non-structural carbohydrates

Mots clés : azote / échange de gaz / enrichissement en dioxyde de carbone / hydrates de carbone non-structuraux total / phénoliques / Quercus virginiana