Original article

Mesophyll conductance to CO₂ and leaf morphological characteristics under drought stress during Quercus ilex L. resprouting

Conductance mesophyllienne pour le CO₂ et caractéristiques morphologiques des feuilles sous stress hydrique pendant la repousse de Quercus ilex L.

¹ Departament de Biologia Vegetal, Facultat Biologia, Universitat de Barcelona, Diagonal 645, 08028 Barcelona, Spain
² Present address: Facultad de Ingeniería Forestal, Universidad de Chile Santa Rosa, 11315, La Pintana, Santiago, Chile
³ Present address: Departament de Tecnologia, Hortícola, Institut de Recerca i Tecnologia Agroalimentàries (IRTA), Torre Marimon, Caldes de Montbui, 08140 Barcelona, Spain

^* Corresponding author: ifleck@ub.edu

Received: 15 June 2009
Accepted: 13 August 2009

Abstract

• Quercus ilex L., the dominant species in Mediterranean forests and one with a great capacity for resprouting after disturbances, is threatened by the expected increase in fire frequency and drought associated with climate change.

• The aim of this study was to determine the contribution of photosynthesis limitants, especially mesophyll conductance (g_mes) during this species’ resprouting and under summer drought.

• Resprouts showed 5.3-fold increased g_mes and 3.8-fold increased stomatal conductance (g_s) at midday with respect to leaves of undisturbed individuals. With increased drought, structural changes (decreased density and increased thickness) in resprouts contributed to the observed higher photosynthesis and increased g_mes. However, g_mes only partially depended on leaf structure, and was also under physiological control. Resprouts also showed lower non-stomatal limitations (around 50% higher carboxylation velocity (V_c,max) and capacity for ribulose-1,5-bisphosphate regeneration (J_max)). A significant contribution of g_mes to leaf carbon isotope discrimination values was observed.

• g_mes exhibits a dominant role in photosynthesis limitation in Q. ilex and is regulated by factors other than morphology. During resprouting after disturbances, greater capacity to withstand drought, as evidenced by higher g_mes, g_s and lower non-stomatal limitants, enables increased photosynthesis and rapid growth.

Résumé

• Quercus ilex L., l’espèce dominante dans les forêts méditerranéennes qui a une grande capacité de rejets après des perturbations, est menacée par l’augmentation prévue de la fréquence des incendies et de la sécheresse associées au changement climatique.

• Le but de cette étude était de déterminer, chez cette espèce, la contribution des limitations de la photosynthèse, en particulier de la conductance du mésophylle (g_mes) au cours de la repousse et sous sécheresse estivale.

• Les feuilles des rejets ont présenté une conductance mésophylienne (g_mes) 5,3 fois plus élevée et une conductance stomatique (g_s) à midi 3,8 fois plus élevée par rapport aux feuilles d’arbres non perturbés. Avec l’accroissement de la sécheresse, les changements de structures (diminution de la densité et épaisseur accrue) dans les rejets ont contribué à augmenter la photosynthèse et à accroître g_mes. Toutefois, g_mes dépendait partiellement de la structure des feuilles, et était également sous contrôle physiologique. Les rejets ont aussi montré une abscence de limitation stomatique (vitesse de carboxylation (V_c,max) environ 50% plus élevée et une capacité de régénération pour le ribulose-1,5-bisphosphate (J_max). Une contribution significative de g_mes à la discrimination isotopique du carbone dans les feuille a été observée.

• La conductance mésophylienne (g_mes) a présenté un rôle dominant dans la limitation de la photosynthèse chez Q. ilex et est régulée par des facteurs autres que la morphologie. Au cours de la repousse après des perturbations, une plus grande capacité à résister à la sécheresse, mise en évidence par une g_mes et une g_s plus élevées, et une diminution des limitations non stomatiques, permettent une augmentation de la photosynthèse et une croissance rapide.