Ann. For. Sci. 65 (2008) 305
DOI: 10.1051/forest:2008002

Responses of photosynthesis to high temperatures in oak saplings assessed by chlorophyll-a fluorescence: inter-specific diversity and temperature-induced plasticity

Chyraz Daas^{1, 2}, Pierre Montpied³, Belgacem Hanchi² and Erwin Dreyer<sup>3

1</sup>  INRGREF, Laboratoire d'Écophysiologie Végétale, Tunis, Tunisia
²  Département des Sciences biologiques végétales, Faculté des sciences de Tunis Université de Tunis El Manar
³  INRA, Nancy-Université, UMR 1137 "Écologie et écophysiologie forestières", 54280 Champenoux, France

(Received 8 August 2007; accepted 8 November 2007; published online 17 April 2008)

Abstract - The sensitivity of photosynthesis to high temperature was investigated in greenhouse-grown saplings of three Mediterranean (Quercus canariensis Willd., Q. coccifera L. and Q. suber L.) and two temperate European oak species (Q. robur L. and Q. petraea Matt. Liebl.). The sensitivity to high temperature was inferred from F₀T curves producing the critical temperature (T_c) at which a rapid rise in ground chlorophyll a fluorescence (F₀) occurs. T_c is known to acclimate to moderately increased ambient temperature by displaying significant increases. We first checked whether acclimation of T_c was paralleled by an increase in optimal temperature for light driven electron flux (T_opt,), recorded by measuring quantum yield of photochemistry under saturating CO₂ and moderate irradiance. Saplings of Q. suber and Q. canariensis were submitted to four, five days long ambient temperature steps (15, 25, 35 and 15 °C again). T_c was usually largely above 45 °C while T_opt was around 30-35 °C. Both increased with ambient temperature in the two species, and decreased again when temperature returned to the initial values. This recovery was nevertheless not complete after a week at 15 °C. A second experiment tested whether the plasticity of T_c was of the same extent in the five species. A significant increase of T_c followed by a decrease was detected in all species. Only small inter-specific differences were detected in T_c, and temperature induced plasticity was similar in the different species: T_c increased by about 4-5 °C while ambient temperature was increased from 15 to 35 °C. Mediterranean and European oaks did not differ in this respect. This result does not support the hypothesis that oak species from warmer regions would display a larger plasticity of T_c in response to increasing temperatures.

Résumé - Thermotolérance de la photosynthèse de chênes européens mesurée par la fluorescence de la chlorophylle: diversité interspécifique et plasticité induite par l'acclimatation thermique. La sensibilité de la photosynthèse à des températures élevées a été étudiée chez cinq espèces de chênes : trois méditerranéennes (Quercus canariensis Willd., Q. coccifera L. et Q. suber L.) et deux tempérées (Q. robur L. et Q. petraea Matt. Liebl.). La sensibilité aux fortes températures était estimée suivant la procédure des courbes F₀T par la température critique (T_c) au dessus de la quelle la fluorescence de base de la chlorophylle (F₀) augmente rapidement. T_c présente une forte capacité d'acclimatation et augmente sensiblement après une élévation modérée de la température ambiante. Dans une première expérimentation nous avons vérifié si une augmentation de T_c s'accompagnait d'une augmentation de la température optimale du transfert d'électrons durant la photochimie (T_opt,), estimée par mesure du rendement quantique de la photochimie sous CO₂ saturant sous éclairement modéré. Les jeunes plants de Q. suber et Q. canariensis ont été soumis à quatre températures ambiantes (15 °C, 25 °C, 35 °C et de nouveau 15 °C) pendant cinq jours. T_c atteignait des valeurs supérieures à 45 °C alors que T_opt était aux alentours de 30-35 °C. Chez les deux espèces, ces paramètres ont augmenté avec la température ambiante et à nouveau diminué lors du retour à la température initiale. Nous avons conclu que le changement de la thermostabilité de la photochimie du PSII s'est accompagné d'un changement de la température optimale du transfert d'électrons photosynthétiques. Dans une deuxième expérimentation nous avons comparé T_c sur cinq espèces de chêne soumises à la même séquence climatique que précédemment. T_c et sa plasticité différaient très peu entre espèces : T_c a augmenté de 4-5 °C alors que la température ambiante passait de 15 à 35 °C. Les cinq espèces de chênes ne présentaient pas de différences marquées ni de valeur absolue de T_c, ni de plasticité de ce paramètre. Ces résultats ne confirment pas l'hypothèse que les espèces méditerranéennes de chêne présenteraient des valeurs plus élevées de T_c, ou une plus forte plasticité de ce paramètre que les espèces de régions tempérées.

Key words: photochemistry / quantum yield / optimal temperature / Quercus suber / Quercus canariensis / Quercus coccifera / Quercus robur / Quercus petraea

Mots clés : fluorescence de la chlorophylle / température optimale / photochimie / Quercus suber / Quercus canariensis / Quercus robur / Quercus petraea / Quercus coccifera

Corresponding author: dreyer@nancy.inra.fr

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