Study of carbon assimilation by the ligneous above-ground compartment of tree

Etude de l'assimilation de carbone par le compartiment ligneux aérien de l'arbre

• Auteur / Autrice : Daniel Berveiller
• Direction : Claire Damesin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences biologiques. Sciences de la vie
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microscopie électronique

Rubisco

Écophysiologie

Arbres

Tiges (botanique)

Photosynthèse

Mots clés libres

Pepc

Résumé

L'assimilation de carbone des plantes est principalement assurée par la photosynthèse foliaire mais d'autres organes tels que les tiges des espèces ligneuses sont capables de photosynthétiser. L'objectif principal de cette thèse a été d’examiner chez les arbres, les processus écophysiologiques et biochimiques, encore très peu étudiés, de la photosynthèse des jeunes tiges. L’étude s’est focalisée sur le hêtre (Fagus sylvatica L. ) et d'autres espèces tempérées. Les résultats montrent une variabilité interspécifique et saisonnière de l'assimilation de carbone. La photosynthèse brute mesurée à éclairement saturant est positivement corrélée aux contenus en chlorophylle et en azote des tiges, aussi bien en interspécifique qu’en intraspécifique. L'activité totale Rubisco est très faible, comparée aux feuilles, alors que l'activité PEPC montre une activité jusqu'à 13 fois supérieure chez la tige. Ajoutée à la configuration concentrique des tissus et aux observations de distribution de la chlorophylle dans la tige, la forte activité PEPC mesurée chez la jeune tige de hêtre a soulevé l'hypothèse d'un métabolisme de type C4 dans la tige. Nous montrons qu'il n'y a pas de distribution radiale préférentielle ni de la Rubisco, ni de la PEPC dans les tiges et que les caractéristiques biochimiques de la PEPC sont typiques de plantes en C3. En terme de fonctionnement, la photosynthèse des tiges est similaire à celles des feuilles et la PEPC semble jouer un rôle relativement important dans la refixation de carbone dans la tige. Ce travail ouvre plusieurs perspectives notamment sur le devenir des assimilats des tiges et l’importance de la photosynthèse des tiges dans le bilan de carbone.

Plant carbon assimilation is mainly provided by leaf photosynthesis. However, other plant organs, like woody stems are able to photosynthesize. The main goal of this thesis was to investigate the little-studied ecophysiological and biochemical processes of photosynthesis in the young stems of trees. The study particularly focused on the European beech (Fagus sylvatica L. ) and some other temperate tree species. Gas exchange, chlorophyll fluorescence, enzyme activities, chlorophyll and nitrogen content measurements were achieved. Results show an interspecific and a seasonal variability of stem carbon assimilation. Light-saturated gross photosynthesis is positively correlated to the chlorophyll and nitrogen contents. In comparison with leaves, the Rubisco total activity measured in young stems is very low while PEPC activity is up to 13 times higher. Coupled with the concentrically organized tissues of tree stem and the observations of chlorophyll distribution shown by epifluorescence microscopy, the high stem PEPC activity suggested the possibility of a C4-type metabolism in young stems of beech. Immunogold labelling does not reveal any differential localization of PEPC and Rubisco and leaf and stem PEPCs exhibit classical biochemical characteristics of C3 PEPCs. All these results allow us to conclude that the stem photosynthesis functioning is similar to the one of the tree leaves and that PEPC seems to play a relatively important role in stem carbon refixation. This work opens several prospects on stem carbon assimilation, especially on the stem photoassimilates allocation and the importance of stem photosynthesis in tree carbon balance.