Effects of phosphate deficiency on photosynthesis and accumulation of starch and soluble sugars in 1-year-old seedlings of maritime pine (Pinus pinaster Ait)

-We examined the response of early growth of maritime pine seedlings to combined levels of light and phosphorus. Seedlings were grown under three levels of phosphorous availability, i.e., two relative addition rates (RAR = 2 and 4 g P (100 g -1 )P d -1 ) and a free-access to P, crossed with two light levels (photosynthetic photon flux densities of 150 and 450 µmol m -2 s -1 , respectively). Relative growth rate (RGR) and relative uptake rate of phosphorus (RUR) were computed, as well as the amount of light absorbed per seedling. We found that phosphorus and light acted as limiting factors with a complex interaction. Under low light and at the lowest P level, P and light were co-limiting, i.e., growth was enhanced only when P and light were increased together. Light was the limiting factor for growth under low light conditions at all other levels of P availability. P was the limiting factor at a RAR of 2% under high light. Enhancing P from 4% to free access did not significantly improve growth under high light. RUR was controlled systematically by P availability at 2 and 4% RAR. RGR values were close to RUR values except under free access to P. Therefore, growth-independent accumulation of P was observed under high P conditions. The differences in biomass production among P treatments were explained primarily by the reduced amount of radiation intercepted by the seedlings as a consequence of their reduced leaf area. No effect of P treatments were observed on the calculated radiation-use efficiency (RUE), which was found to be larger under low light. This confirms that pine seedlings adjust to moderate phosphorus deficiency mainly by changing their morphology (leaf area, dry-mass partitioning) while biochemical and photochemical limitations of photosynthesis play only a very secondary role.phosphorus nutrition / shade / growth / Pinus pinaster Aït.Résumé -Interaction des effets de la disponibilité en phosphore et en lumière sur la croissance de jeunes plants de pin maritime. La croissance de jeunes plants de pin maritime a été suivie en chambre de culture à deux niveaux d'éclairement et trois de disponibilité en phosphore. Deux taux d'addition relatifs en P (RAR = 2 et 4 g P (100 g -1 P j -1 ) et un libre accès au P ont été appliqués en combinaison avec deux niveaux d'éclairement (150 et 450 µmol m -2 s -1 ). Le taux de croissance relatif (RGR) et le taux d'absorption relatif de P (RUR) ont été calculés. La surface foliaire, la quantité de rayonnement absorbé et l'efficience d'utilisation du rayonnement (RUE) ont aussi été estimés. Les disponibilités en phosphore et en lumière ont limité la croissance suivant un schéma d'interaction complexe. Au plus faible niveau d'éclairement et d'ajout en phosphore, les deux facteurs étaient co-limitants et la croissance n'était augmentée que lorsque les deux facteurs augmentaient simultanément. La lumière était le facteur limitant pour les traitements sous faible éclairement à tous les autres niveaux de disponibilité en P. Le phosphore était limitant pour des RAR de 2...

Section: Discussionsupporting

confidence: 80%

Interactive effects of phosphorus and light availability on early growth of maritime pine seedlings

Cheaib¹,

Mollier²,

Thunot³

et al. 2005

“…3). In agreement with the observation that V cmax is affected at this level of P concentrations in maritime pine [2,15], the between-stand difference in V cmax is well correlated to the needle P concentration measured across sites (R 2 = 0.99, n = 4). This conclusion holds true for the additional data issued from Porté and Loustau [25] and Medlyn et al [18] where needle P a is in the range 0.11 -0.13 g P m -2 (data not shown).…”

Section: Discussionsupporting

confidence: 72%

Variation of the photosynthetic capacity across a chronosequence of maritime pine correlates with needle phosphorus concentration

Delzon

Bosc²,

Cantet³

et al. 2005

-Changes in needle photosynthetic capacity has been studied across a chronosequence of four maritime pine stands aged 10-, 32-, 54-and 91-yr. We determined photosynthetic parameters from response curves of assimilation rate to air CO 2 concentration (A-C i ) and radiation (A-Q) using gas exchange measurements on branches in the laboratory. Our data showed no shift in photosynthetic parameters (V cmax , J max , α and R d ) with increasing stand age. This result means that the decline in productivity observed throughout our maritime pine chronosequence cannot be explained by a decrease in photosynthetic capacity but by a decline in stomatal conductance evidenced in a previous paper [7]. However, V cmax was higher in the 32-yr-old stand compared to the other stands and theses between-stand differences were explained by leaf phosphorus concentration. Moreover, additional data of V cmax suggest that the photosynthetic capacity may be higher at younger stages due to initial fertilisation. Therefore the P nutrition may contribute to productivity decline over the duration of the management cycle. Pinus pinaster Ait. / forest aging / NPP decline / maximum carboxylation rate / nutrient limitationRésumé -Les variations de la capacité de la photosynthèse des aiguilles de pin maritime dans une chronoséquence sont corrélées à celles des teneurs en phosphore. Nous avons étudié l'évolution des capacités photosynthétiques foliaires dans une chronoséquence constituée de quatre peuplements équiennes de Pin maritime âgés de 10, 32, 54 et 91 ans. Les paramètres photosynthétiques ont été estimés sur des courbes de réponse du taux d'assimilation à la concentration en CO 2 (A-C i ) et à la lumière (A-Q) obtenues à partir de mesures d'échange gazeux foliaire. Dans la chronoséquence étudiée, aucune tendance n'a été mise en évidence entre les paramètres photosynthétiques (V cmax , J max , α et R d ) et l'âge du peuplement. Ce résultat démontre que le déclin de productivité foliaire observée dans la chronoséquence ne peut être expliqué par les capacités photosynthétiques, mais bien par une diminution de la conductance stomatique mise en évidence dans un précédent article [7]. Toutefois, des valeurs de V cmax plus élevées ont été observées dans le peuplement de 32 ans. Ces variations de capacités photosynthétiques entre peuplements sont bien expliquées par la teneur foliaire en phosphore. L'ajout de données antérieures suggère cependant des taux supérieurs de capacités photosynthétiques chez les jeunes peuplements sans doute en lien avec une fertilisation lors de la plantation. La nutrition en phosphore pourrait ainsi contribuer au déclin de productivité dans le contexte sylvicole des Landes de Gascogne.Pinus pinaster Ait. / vieillissement / déclin de productivité / vitesse maximale de carboxylation

“…Strong relationships between phosphorus (P) and A max have been observed for conifers, for example in Pinus radiata [15,47], P. pinaster [6,30] and Pinus strobus [43]. A partial explanation may lie in a positive relationship between the concentration of P and amount of Rubisco, as observed in P. pinaster [55] and in herbaceous species [11,23,26,42].…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Differential effects of N, P and K on photosynthesis and partitioning of N in Pinus pinaster needles

Warren

McGrath²,

Adams

2005

-We investigated the response of one-year-old Pinus pinaster Ait. growing on a sandy, nutrient-poor soil to the factorial addition of N, P and K. We tested two hypotheses: (1) fertiliser application increases rates of light-saturated photosynthesis (A max ) and leaf-level wateruse efficiency (WUE, as indicated by carbon isotope composition), and (2) greater concentrations of N and Rubisco explain fertiliser-promoted increases in A max and WUE. Two years after fertiliser application, the height of P. pinaster was significantly greater in plots to which P was added (127 ± 7 cm; mean ± SE of three replicate plots) compared to those without added P (70 ± 10 cm), but was unaffected by addition of N or K. The fraction of N present as Rubisco varied between 4 and 18% and was unrelated to N concentrations, but positively related to P and K concentrations. A max and δ 13 C did not vary significantly among treatments and were unrelated to concentrations of Rubisco, N, P or K. We conclude that fertiliser application two years previously has little effect on current A max and δ 13 C of P. pinaster, and thus the previously reported effects of fertiliser on gas exchange are likely ephemeral. nitrogen / phosphorus / potassium / photosynthesis / rubiscoRésumé -Effets différentiels de N, P et K sur la photosynthèse et le fractionnement de N dans les aiguilles de Pinus pinaster. La réponse de plant de Pinus pinaster Ait., poussant sur un sol sableux et pauvre, a été étudiée en fonction de l'addition de N, P et K. Deux hypothèses ont été testées : (1) la fertilisation accroît le taux de saturation lumineuse de la photosynthèse (A max ) et le niveau d'efficience de l'eau (WUE, évalué par la composition isotropique du carbone), (2) une plus grande concentration de N et de rubisco explique que la fertilisation accroît A max et WUE. Deux années après l'application de la fertilisation, la hauteur de P. pinaster était significativement plus grande dans les placeaux où P avait été ajouté (127 ± 7 cm, moyenne ± SE de 3 répétitions), comparativement à ceux sans addition de P (70 ± 10 cm) mais n'était pas affectée par l'addition de N et K. La fraction de N présente sous la forme de rubisco variait entre 4 et 18 % et n'était pas expliquée par les concentrations en N, mais était positivement expliqué par les concentrations en P et K. A max et δ 13 ne variaient pas significativement avec le traitement et n'était pas reliés aux concentrations en rubisco, N, P ou K. On conclue que l'application d'un fertilisant deux ans auparavant a peu d'effet sur les valeurs actuelles de A max et δ 13 C de P. pinaster et alors les effets rapportés auparavant des fertilisants sur les échanges gazeux sont probablement éphémères. azote / phosphore / potassium / photosynthèse / rubisco Abbreviations: A max , maximum rate of light-saturated photosynthesis at ambient CO 2 ; CE, capillary electrophoresis; C i , intercellular CO 2 concentration; Chl, chlorophyll; g s , stomatal conductance; LAI, leaf area index; PPFD, photosynthetic photon flux density; Rubis...