Effects of a calcium deficiency on stomatal conductance and photosynthetic activity of Quercus robur seedlings grown on nutrient solution

Abstract

To cite this version: M Ridolfi, O Roupsard, Jp Garrec, E Dreyer. Effects of a calcium deficiency on stomatal conductance and photosynthetic activity of Quercus robur seedlings grown on nutrient solution. Summary — The effects of a calcium deficiency on stomatal functions and photosynthesis were investigated in Quercus roburseedlings grown on a nutrient solution. A severe calcium deficiency did not perturb stomatal reactivity to abscisic acid, and stomatal aperture in darkness was only slightly increased. On the other hand, stomatal conductance under full light, and net CO 2 assimilation rates decreased to one-half of the controls. A slowdown of stomatal opening during dark-light transitions was detected in the deficient leaves. Low Ca 2+ availabilty could reduce the light activation of chloroplastic enzymes involved in organic osmoticum production in the guard cells. The reduction of net CO 2 assimilation was associated with a maintenance of the CO 2 mole fraction in the substomatal spaces and with a stability of the photochemical efficiency of photosystem II (PS II) in dark-adapted leaves. Combined measurements of gas exchange and photochemical efficiency allowed the computation of the CO 2 mole fraction at the site of carboxylation in the chloroplast, which decreased significantly in the Ca-deficient leaves. This result suggests that a lower CO 2 availability at the carboxylation site was the major factor limiting CO 2 assimilation under calcium deficiency. calcium deficiency / stomata / photosynthesis / chlorophyll fluorescence / Quercus * Correspondence and reprints Abbreviations: A: net CO 2 assimilation rate (μmol m-2 s-1); g c , g w : stomatal conductance to CO 2 and to water vapour (μmol m-2 s-1); c i , c c : CO 2 mole fractions in the substomatal spaces and in the chloro-plast stroma (μmol mol-1); g m : mesophyll conductance to CO 2 (mmol m-2 s-1); PFD: photosynthetic pho-ton flux density (μmol m-2 s-1); PS II: photosystem II; F v /F m : maximal photochemical efficiency of PS II in the dark-adapted state; ΔF/F m ': photochemical efficiency of PS II in the light-adapted state; F v '/F m ': photochemial efficiency of open PS II reaction centers in the light-adapted state; J T : total light driven electron flow (μmol m-2 s-1); J C , J O : light driven electron flow devoted to carboxylation and oxygena-tion of RuBP, respectively (μmol m-2 s-1); ABA: abscisic acid; SD: standard deviation. Résumé — Influence d'une carence calcique sur le fonctionnement stomatique et l'activité photosynthétique de plants de Quercus robur cultivés en solution nutritive. L'influence d'une carence calcique sur le fonctionnement stomatique et la photosynthèse a été étudiée sur des plants de Quercus robur cultivés en hydroponie. La carence calcique n'a pas affecté la réponse des stomates à l'ABA, et les degrés d'ouverture stomatique enregistrés à l'obscurité n'étaient que légèrement supé-rieurs à ceux des plantes témoins. En revanche, les conductances stomatiques en présence de lumière ainsi que l'assimilation nette de CO 2 des plantes carencées étaient réduites de moitié. De plus, la vitesse d'ouverture des stomates lors d'une transition obscurité-lumière était fortement réduite. La disponibilité en Ca ++ dans les cellules de garde pourrait limiter la libération d'osmoticum de type orga-nique nécessaire au mouvement d'ouverture. La diminution de photosynthèse était accompagnée d'une stabilité de la concentration en CO 2 dans les espaces intercellulaires, et du maintien d'une effi-cience photochimique maximale du PS II en fin de nuit. La concentration chloroplastique en CO 2 , cal-culée à partir de mesures combinées d'échanges gazeux, et d'efficience photochimique du PS II par fluorescence de la chlorophylle, était en revanche significativement plus faible dans les plantes caren-cées. Ces résultats suggèrent qu'une baisse de la disponibilité en CO 2 dans le chloroplaste était le principal facteur limitant de l'assimilation nette de CO 2 en situation de carence calcique. carence calcique / stomate / photosynthèse / fluorescence de la chlorophylle /Quercus INTRODUCTION