Ann. For. Sci. 63 (2006) 387-397
DOI: 10.1051/forest:2006019

Response to an ozone gradient of growth and enzymes implicated in tolerance to oxidative stress in Acer saccharum (Marsh.) seedlings

Catherine Gaucher^{a, b}, Nadine Costanzo^c, Paul Widden^c, Jean Pierre Renaud^d, Pierre Dizengremel^b, Yves Mauffette^a and Normand Chevrier<sup>a

a</sup>  GREFi, Département des Sciences Biologiques, Université du Québec à Montréal, C.P. 8888, Succ centre-ville, Montréal, Canada H3C 3P8
^b  Écologie et Écophysiologie Forestières, UMR 1137 INRA-UHP Nancy 1, BP 239, 54506 Vandoeuvre, France
^c  Department of Biology, Concordia University, 1455 West, de Maisonneuve, Montréal, Canada H3G 1M8
^d  Centre de recherches Acéricoles-MAPAQ, 1140 rue Taillon, St Foy, Canada G1N 3T9

(Received 3 June 2005; accepted 12 October 2005 ; published online 17 May 2006)

Abstract - Two-year-old sugar maple (Acer saccharum Marsh.) seedlings were exposed in open top chambers to an extensive gradient of O₃ (0 to 300 nL.L^-1) during 85 days under two light environments (20% and 80% of full sun at noon on a sunny day). The growth of truncated seedlings (with one flush of leaves) and episodic seedlings (with two flushes) was decreased as O₃ increased, especially the growth of the second flush which developed under the oxidative treatment. Visible leaf injuries developed during the season under high O₃ concentrations. Survivalist growth strategy of sugar maple, as seen by the root/shoot ratio, together with the enzymatic stimulations of glucose 6-phosphate dehydrogenase, phosphoenolpyruvate carboxylase and glutathione reductase allowed the seedlings to tolerate the O₃ doses. However, at the end of the season, the cumulative oxidative stress in the second flush of the episodic seedlings exposed to concentrations over 150 nL.L^-1 O₃ was too large and exceeded the capacity of seedlings for detoxification and repair.

Résumé - Réponse de la croissance et des enzymes impliquées dans la tolérance au stress oxydatif chez des semis d'érable à sucre Acer saccharum (Marsh.) exposés à un gradient d'ozone. Des semis d'érable à sucre (Acer saccharum Marsh.) de deux ans sont exposés en chambre à ciel ouvert à un large gradient d'O₃ (0 to 300 nL.L^-1) pendant 85 jours sous deux environnements lumineux (20 ou 80 % de plein soleil, journée ensoleillée à midi). Avec l'augmentation des concentrations d'O₃, on observe une réduction de la croissance des semis ayant un ou deux flushs de feuilles. La réduction de croissance est particulièrement importante pour le deuxième flush de feuilles qui se développe pendant le traitement. Des dommages foliaires apparaissent durant la saison et sous fortes concentrations d'O₃. La stratégie de croissance de survie de l'érable à sucre, montré par le rapport racine/tige, de même que les stimulations enzymatiques de la glucose 6-phosphate déhydrogenase, la phosphoénolpyruvate carboxylase et la glutathion réductase permettent une tolérance aux doses d'O₃ reçues. Cependant, à la fin de la saison, le stress oxydatif cumulatif dans le deuxième flush des semis exposés à des concentrations d'O₃ supérieures à 150 nL.L^-1 est trop fort et excède la capacité de détoxification et réparation des semis.

Key words: carboxylation / detoxification / growth / oxidative stress / sugar maple seedlings

Mots clés : carboxylation / detoxification / croissance / stress oxydatif / érable à sucre

Corresponding author: gaucherc@sympatico.ca

© INRA, EDP Sciences 2006