Ann. For. Sci. 64 (2007) 521-532
DOI: 10.1051/forest:2007029

Variability in Populus leaf anatomy and morphology in relation to canopy position, biomass production, and varietal taxon

Najwa AL Afas^a, Nicolas Marron^{a, b} and Reinhart Ceulemans<sup>a

a</sup>  University of Antwerp, Department of Biology, Universiteitsplein 1, 2610 Wilrijk, Belgium
^b  Present address: UMR 1137 INRA-UHP Écologie et écophysiologie forestières, 54280 Champenoux, France

(Received 14 November 2006; accepted 29 January 2007; published online 17 July 2007)

Abstract - Twelve poplar (Populus) genotypes, belonging to different taxa and to the sections Aigeiros and Tacamahaca, were studied during the third growing season of the second rotation of a high density coppice culture. With the objective to highlight the relationships between leaf traits, biomass production and taxon as well as the influence of canopy position, anatomical and morphological leaf characteristics (i.e. thickness of epidermis, of palisade and spongy parenchyma layers, density and length of stomata, leaf area, specific leaf area (SLA) and nitrogen concentration) were examined for mature leaves from all genotypes and at two canopy positions (upper and lower canopy). Above ground biomass production, anatomical traits, stomatal and morphological leaf characteristics varied significantly among genotypes and between canopy positions. The spongy parenchyma layer was thicker than the palisade parenchyma layer for all genotypes and irrespective of canopy position, except for genotypes belonging to the P. deltoides P. nigra taxon (section Aigeiros). Leaves at the upper canopy position had higher stomatal density and thicker anatomical layers than leaves at the lower canopy position. Leaf area and nitrogen concentration increased from the bottom to the top of the canopy, while SLA decreased. Positive correlations between biomass production and abaxial stomatal density, as well as between biomass production and nitrogen concentration were found. A principal component analysis (PCA) showed that genotypes belonging to the same taxon had similar anatomical characteristics, and genotypes of the same section also showed common leaf characteristics. However, Wolterson (P. nigra) differed in anatomical leaf characteristics from other genotypes belonging to the same section (section Aigeiros). Hybrids between the two sections (Aigeiros Tacamahaca) expressed leaf characteristics intermediate between both sections, while their biomass production was low.

Résumé - Variabilité des caractères foliaires anatomiques et morphologiques du peuplier en relation avec la position des feuilles dans la canopée, la production de biomasse et le taxon. Douze génotypes de peuplier (Populus), appartenant à différents taxa ainsi qu'aux sections Aigeiros et Tacamahaca, ont été étudiés durant la troisième saison de croissance de la deuxième rotation d'une plantation à forte densité. L'objectif de l'expérience était de mettre en évidence les relations entre les caractères foliaires, la production de biomasse et le taxon, ainsi que l'influence de la position des feuilles dans la canopée. Pour ce faire, diverses caractéristiques anatomiques et morphologiques des feuilles (épaisseur des épidermes et des parenchymes palissadique et lacuneux, densité et longueur des stomates, surface foliaire, surface foliaire spécifique (SLA) et teneurs en azote) ont été déterminées pour des feuilles matures de tous les génotypes et à deux hauteurs dans la canopée (haute et basse). La production de biomasse aérienne et les caractères foliaires anatomiques et morphologiques variaient significativement entre génotypes et entre positions dans la canopée. Le parenchyme lacuneux était plus épais que le parenchyme palissadique pour tous les génotypes et quel que soit la hauteur dans la canopée, excepté pour les génotypes appartenant au taxon P. deltoides P. nigra (section Aigeiros). Les feuilles du sommet de la canopée présentaient des densités de stomates et des épaisseurs de tissus plus importantes que les feuilles de la base de la canopée. La surface des feuilles et leurs teneurs en azote augmentaient de la base vers le sommet de la canopée, tandis que les SLA diminuaient. Des corrélations positives entre la production aérienne de biomasse et la densité de stomates abaxiale ainsi qu'entre la production de biomasse et la teneur en azote foliaire ont été mises en évidence. Une analyse en composantes principales (ACP) a montré que les génotypes appartenant au même taxon présentaient des caractéristiques anatomiques similaires, et que les génotypes de la même section montraient également des caractéristiques foliaires communes. Wolterson (P. nigra) était cependant différent des autres génotypes de la même section (section Aigeiros) en termes de caractères anatomiques. Les hybrides entre les deux sections (Aigeiros Tacamahaca) présentaient des caractéristiques foliaires intermédiaires entre les sections, alors que leur production de biomasse était faible.

Key words: Populus spp. / taxon / stomatal density and length / thickness of leaf anatomical layers / nitrogen concentration / specific leaf area / productivity

Mots clés : Populus spp. / taxon / densité et longueur des stomates / épaisseur des tissus anatomiques foliaires / teneur en azote / surface foliaire spécifique / productivité

Corresponding author: Reinhart.ceulemans@ua.ac.be

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