Relations entre échanges gazeux foliaires et discrimination isotopique du carbone-13 pendant la photosynthèse : estimations et variations rapides de la conductance mésophyllienne au CO2

par Cyril Douthe

Thèse de doctorat en Biologie végétale et forestière

Sous la direction de Erwin Dreyer et de Charles Warren.

Soutenue le 07-11-2011

à Nancy 1 en cotutelle avec l'University of Sydney , dans le cadre de RP2E - Ecole Doctorale Sciences et Ingénierie des Ressources, Procédés, Produits, Environnement , en partenariat avec EEF - Ecologie et Ecophysiologie Forestières - UMR 1137 (laboratoire) .

Le président du jury était Daniel Epron.

Le jury était composé de Margaret Barbour.

Les rapporteurs étaient Jaume Flexas, Arthur Gessler.


  • Résumé

    Les travaux de cette thèse se sont situés autour de la relation entre discrimination isotopique du carbone 13 et échanges gazeux foliaires. Le modèle établi par Farquhar et al. (1982) permet de prédire la discrimination contre le 13C pendant la photosynthèse (delta13C) en tenant compte des processus de diffusion, de carboxylation et décarboxylation engagés pendant la photosynthèse. Cette relation permet d'utiliser delta13C comme indicateur de l'efficience d'utilisation de l'eau (WUE, quantité de carbone fixé en fonction de l'eau consommée), un paramètre particulièrement important dans un contexte de changement climatique, d'agriculture et de sylviculture. Le modèle de delta13C a également été utilisé pour estimer la conductance mésophyllienne au CO2 (gm), un paramètre qui limite fortement la photosynthèse via la disponibilité en carbone dans le chloroplaste. Au cours de nos travaux, nous avons analysé le modèle delta13C pour identifier les paramètres les plus influents dans le modèle, et mis en évidence que l'utilisation du "modèle simple" de delta13C (ignorant gm et les processus de décarboxylation) peut induire un biais important dans l'estimation de WUE. Dans un second temps nous nous sommes concentrés sur les possibles variations à court-terme de gm, un domaine encore sujet a débat. Nous avons confirmé que gm était sensible aux variations de CO2 et d'irradiance sur toutes les espèces d'arbres mesurées dans cette étude. Nous avons aussi montré que ces variations rapides ne peuvent pas être dues a des variations des autres paramètres du modèle, à l'exception possible du paramètre b (discrimination pendant la carboxylation). Nous suggérons que les prochaines études dans ce domaine portent sur (i) la possible variabilité environnementale et génétique du paramètre b et (ii) les mécanismes à l'origine des variations rapides de gm (aquaporines et anhydrases carboniques)

  • Titre traduit

    Relationship between carbon isotopic discrimination and leaf gas exchange during photosynthesis : Estimations of mesophyll conductance to CO2


  • Résumé

    This work was focused on the relationship between isotopic discrimination of 13C during photosynthesis (delta13C) and leaf gas exchange. The model of Farquhar and colleagues (Farquhar et al. 1982) predicts delta13C by accounting for diffusion, carboxylation and decarboxylation processes during the photosynthesis. This relationship is widely used and delta13C is frequently considered as a proxy water use efficiency (WUE, the amount of water required to fix a amount of carbon), an interesting parameter in the context of climate change, crop production and sylviculture. The delta13C model is also used to assess mesophyll conductance to CO2 (gm), that strongly limits photosynthesis via the availability of carbon in the chloroplast. Along this work we analyzed the delta13C model and identified the most important parameters, and highlighted that using the "simple form" of the model (which ignores gm and the decarboxylations) could lead to misestimating WUE. We also focused on the possible rapid variations of gm, a subject still under debate. We confirmed that gm was sensitive to rapid variations of CO2 and irradiance in all species tested in this study. We also showed that apparent rapid variations of gm could not be induced by variations of other parameters in the model, with the exception of parameter b (discrimination during carboxylation). We propose that future studies should focus on (i) the possible environmental and genetic variability of parameter b, and (ii) the physiological processes able to change gm at short time scales (aquaporins and carbonic anhydrase).


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