Evidence of altitudinal increase in photosynthetic capacity:gas exchange measurements at ambient and constant CO2 partial pressures

Augmentation de la capacité photosynthétique avec l'altitude : mesures d'échanges gazeux à pressions partielles de CO2 ambiante et constante

Caroline C. Bresson , Andrew S. Kowalski , Antoine Kremer , Sylvain Delzon

Because all microclimatic variables change with elevation, it is difficult to compare plant performance and especially photosynthetic capacity at different elevations. Indeed, most previous studies investigated photosynthetic capacity of low- and high-elevation plants using constant temperature, humidity and light but varying CO2 partial pressures (PCO2). * Using gas exchange measurements, we compared here maximum assimilation rates (Amax) at ambient and constant-low-elevation PCO2 for two temperate tree species along an altitudinal gradient (100 to 1600 m) in the Pyrénées mountains.* Significant differences in Amax were observed between the CO2 partial pressure treatments for elevations above 600 m, the between-treatment differences increasing with elevation up to 4 μmol m−2 s−1. We found an increase in Amax with increasing elevation at constant-low-elevation PCO2 but not at ambient PCO2 for both species. Given a 10% change in PCO2, a proportionally higher shift in maximum assimilation rate was found for both species. * Our results showed that high elevation populations had higher photosynthetic capacity and therefore demonstrated that trees coped with extreme environmental conditions by a combination of adaptation (genetic evolution) and of acclimation. Our study also highlighted the importance of using constant CO2 partial pressure to assess plant adaptation at different elevations.

Les conditions microclimatiques étant très variables avec l'altitude, il est difficile de comparer les performances d'une espèce végétale à différentes altitudes, particulièrement la capacité photosynthétique. En effet, la plupart des études antérieures ont estimé le taux maximal d'assimilation à basses et hautes altitudes en maintenant la température, l'humidité de l'air et la lumière constantes mais en laissant varier la pression partielle de CO2 (PCO2). * Afin de comparer le taux maximum d'assimilation (Amax) à pressions partielles de CO2 constantes de basse altitude et variables, nous avons effectué des mesures d'échanges gazeux sur deux espèces d'arbres tempérés le long d'un gradient altitudinal de 1600 m de dénivelé dans les Pyrénées françaises. * La différence entre les deux traitements de PCO2 est significative au-dessus de 600 m d'altitude et atteint un maximum de 4 μmol m−2 s−1. Pour les deux espèces, nous avons mis en évidence une augmentation de Amax avec l'altitude à PCO2 constantes mais pas à PCO2 ambiantes. Pour une modification de PCO2 de 10 %, le changement du taux maximum d'assimilation est proportionnellement supérieur chez les deux espèces. * Nos résultats montrent que les populations de hautes altitudes possèdent une capacité photosynthétique supérieure, démontrant que les arbres font face aux conditions environnementales extrêmes grâce à des adaptations génétiques ou des acclimatations. Notre étude souligne ainsi l'importance de fixer la PCO2 pour comparer l'adaptation des plantes à différentes altitudes.

Mots clés: adaptation; altitudinal gradient; acclimation; partial pressure; photosynthetic capacity<br>---<br>adaptation; acclimatation; gradient altitudinal; pression partielle; capacité photosynthétique

Domaines: Sylviculture, foresterie

Caroline C. Bresson, Andrew S. Kowalski, Antoine Kremer, Sylvain Delzon. Evidence of altitudinal increase in photosynthetic capacity:gas exchange measurements at ambient and constant CO2 partial pressures. Annals of Forest Science, 2009, 66 (5), 8 p. ⟨10.1051/forest/2009027⟩. ⟨hal-00883496⟩