Perturbation hydrique et altération des surfaces dans les aiguilles d'épicéas (Picea abies L) du Jura en fonction de leur âge et de l'état de dépérissement des arbres

L'étude du contenu hydrique des aiguilles et l'observation en microscopie électronique à balayage des surfaces foliaires ont été effectuées sur un large échantillon d'épicéas sains et d'épicéas dépérissants afin de caractériser l'actuel dépérissement de cette essence dans le Jura français. Les variations de la teneur moyenne en eau sont étroitement liées à l'état de défoliation des arbres : les aiguilles des arbres fortement défoliés présentent une réduction sensible de la teneur moyenne en eau par rapport aux aiguilles des arbres non défoliés. Les aiguilles des arbres dépérissants sont également caractérisées par des modifications du nombre et de la structure des cires épicuticulaires et des cires substomatiques. A un âge donné, les aiguilles des arbres dépérissants présentent des teneurs en eau voisines de celles enregistrées un an plus tard chez les arbres sains. Le dépérissement des épicéas du Jura français se traduirait ainsi par une sénescence prématurée des aiguilles.Perturbation of water content and surface alteration in needles of spruce trees (Picea abies L) from the French Jura according to their age and to the health status of the trees. Measurements of needle water content and scanning electron microscopy studies of leaf surfaces were carried out on a large number of declining and healthy spruce trees in order to characterize the decline of this species in the French Jura. Variations in water content were closely correlated with the health status of the trees: needles of damaged trees displayed a marked decrease in leaf water content. Moreover, the number and structure of the epicuticular waxes and also the substomatal waxes were modified. At a given age, the needles of declining trees had the same water content as those displayed one year later by needles of the healthy trees. Thus, the decline of spruce trees in the French Jura appears to correspond to an early ageing of the needles

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

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 CO2 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 CO2 assimilation was associated with a maintenance of the CO2 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 CO2 mole fraction at the site of carboxylation in the chloroplast, which decreased significantly in the Ca-deficient leaves. This result suggests that a lower CO2 availability at the carboxylation site was the major factor limiting CO2 assimilation under calcium deficiency.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 supérieurs à ceux des plantes témoins. En revanche, les conductances stomatiques en présence de lumière ainsi que l'assimilation nette de CO2 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 organique 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 efficience photochimique maximale du PS II en fin de nuit. La concentration chloroplastique en CO2, calculée 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 carencées. Ces résultats suggèrent qu'une baisse de la disponibilité en CO2 dans le chloroplaste était le principal facteur limitant de l'assimilation nette de CO2 en situation de carence calcique

Dépérissement forestier et perturbations minérales aux niveaux histologique et cellulaire dans les aiguilles de Picea abies L. Étude par microanalyse X

Des jaunisements foliaires liés à des carences minérales sont observés dans les arbres dépérissants. Pour comprendre les causes de ce phénomène et pour évaluer son impact physiologique, nous avons étudié dans des aiguilles vertes d'épicéas dépérissants, les concentrations en éléments minéraux aux niveaux histologique et cellulaire, grâce à l'utilisation d'une microsonde électronique. La microanalyse des différents éléments indique que globalement, dans les aiguilles, les effets des facteurs du dépérissement sont équivalents, sur la composition minérale, à un vieillissement accéléré de celles-ci. En effet on observe que ces facteurs, comme le vieillissement, entraînent en particulier une baisse de potassium et une augmentation de calcium et de manganèse dans les différents tissus. Cependant nous mettons en évidence, grâce à cette technique précise, que suivant les tissus le vieillissement ou les facteurs du dépérissement occasionnent des modifications ioniques différentes. Si les effets du vieillissement se manifestent surtout par des perturbations ioniques plus fortes au niveau des faisceaux libéro-ligneux, en revanche dans le cas de ce dépérissement, la baisse du potassium est particulièrement accentuée dans l'épiderme et les stomates. Parallèlement, nous détectons dans les complexes stomatiques une accumulation plus importante de calcium et de manganèse. Ces fortes variations ioniques, mises en évidence dans les tissus voisins de la surface des aiguilles d'épicéas dépérissants, suggèrent une participation non négligeable de paramètres atmosphériques (ozone, dépôts acides secs et humides) dans le phénomène du dépérissement. En particulier en perturbant le fonctionnement des stomates, ils pourraient être une des causes des déficits hydriques que plusieurs auteurs ont constaté dans les aiguilles.Forest decline and ionic disturbances at the histological and cellular levels in the needles of Picea abies. An X-ray microanalysis study. Foliar yellowing in relation to mineral deficiencies has been observed in declining Norway spruce. To determine the causes of this phenomenon and to assess its physiological impact, the element contents at the histological and cytological level in green needles from declining spruce were studied by electron micro-probe. The microanalysis of different elements shows that at the whole needle level the effects of decline on the mineral content resemble premature senescence. Decline as well as ageing lead to a decrease in potassium and an increase in calcium and manganese in the different tissues. This accurate technique indicates that at the cellular level, ageing or decline cause different ionic disturbances. Ageing mainly leads to high ionic disturbances at the vascular tissue level; however decline results in high decrease in potassium in the epidermis and stomata. At the same time a greater accumulation of calcium and manganese is observed in the stomatal complexes. The high ionic disturbances detected in the tissues situated near the surface of needles from declining spruce, provide good evidence that atmospheric parameters are involved (ozone, wet or dry acid deposition) in the forest decline phenomenon. In particular, by disturbing the stomatal movements these ionic modifications might be one of the causes involved in the decrease in water content observed by several authors in these needles

Influence of marine salts on the localization and accumulation of surfactant in the needles of Pinus halepensis Mill

To simulate the conditions of polluted sea sprays during storms, trees were exposed to a short pollution episode. Two-year-old pines (Pinus halepensis Mill) were dipped for a short time in a water or saline solution of [35S] linear dodecyl benzene sulfonate. The surfactant was absorbed by plants to a greater extent in synthetic sea water than in distilled water. This greater absorption raised the level of pollution in plants growing close to the seashore. The surfactant accumulated mainly in the epicuticular wax of the needles, and this accumulation was two times higher when the pollutant was supplied in a saline solution than in distilled water. Rapid alterations to the epicuticular wax structure were confirmed by scanning electron microscopy.Influence des sels marins sur la localisation et l'accumulation des tensioactifs dans les aiguilles de Pinus halepensis Mill. Afin de simuler des conditions de pollution par les embruns marins pollués lors de tempêtes, les arbres sont exposés à de courts épisodes de pollution. Des pins agés de 2 ans (Pinus halepensis Mill) sont trempés dans une solution saline de [35S] dodécyle benzène sulfonate linéaire. Le tensioactif en solution dans l'eau de mer est davantage retenu par les plants qu'en solution dans l'eau distillée. Cette plus grande rétention élève le niveau de pollution des plants près des côtes du bord de mer. Le tensioactif s'accumule principalement dans les cires épicuticulaires des aiguilles et l'accumulation est deux fois plus importante quand le polluant est appliqué par le biais d'une solution saline plutôt que dans de l'eau distillée. Des altérations rapides de la structure des cires épicuticulaires sont confirmées par microscopie électronique à balayage

Distribution and variations of potassium and calcium in different cross sections of Picea abies (L) Karst needles and Fagus sylvatica (L) leaves exposed to ozone and mild water stress

Two clones of 8-year-old Norway spruce trees, and beech trees, planted directly into the soil in open-top chambers, were exposed to elevated ozone concentrations and subjected to a mild soil drought stress. The nutrient partitioning and intertreatment differences in nutrient levels were studied. In elevated ozone, both clones had increased potassium and calcium levels, whereas in beech, ozone-treated trees had decreased potassium levels. Drought caused decreases in these nutrients for all species. The effect of combining the 2 stresses was more complex, however, and the previously observed effects were not obtained in all cell tissues. Furthermore, they showed both interspecific and interclonal differences. The hypothesis that ozone affects the root nutrition and cell membrane permeability is discussed.Répartition et variations du potassium et du calcium dans différentes coupes transversales d'aiguilles de Picea abies (L) Karst et de feuilles de Fagus sylvatica (L) soumis à de l'ozone et à une sécheresse modérée. Deux clones d'épicéas âgés de 8 ans et des hêtres ont été plantés directement dans le sol dans des chambres à ciel ouvert ; ils ont été soumis à des concentrations élevées d'ozone et à un stress hydrique modéré. Les variations et la répartition des éléments minéraux ont été étudiées. Les teneurs en potassium et calcium chez les 2 clones augmentent dans les traitements de fumigation ; en revanche chez le hêtre les teneurs en potassium diminuent. La sécheresse appliquée fait diminuer ces teneurs pour tous les arbres. L'application combinée de ces 2 stress est plus complexe et les observations faites auparavant ne se retrouvent pas dans tous les compartiments foliaires et sont différentes entre clones et espèces. L'hypothèse que l'ozone affecte la nutrition minérale racinaire et la perméabilité membranaire des cellules est discutée