Régulation de la photosynthèse dans trois cépages différents en situation de déficit hydrique

REGULATION OF PHOTOSYNTHESIS DURING WATER
DEFICIT IN THREE GRAPEVINE CULTIVARS

Abstract

The main limitation imposed by water deficit on photosynthesis is a decreased CO2 diffusion to the chloroplast mediated by stomatal closure. However, a decrease in mesophyll conductance, electron transport rate through photosystem II or a relative increase in photorespiration have also been observed in different studies. The degree of importance of these processes to photosynthesis limitation under water deficit may be different depending on its intensity and on the cultivar-specific response. In this study, we analyzed the effect of water deficit in different mechanisms (e.g. stomata closure, mesophyll diffusion, biochemistry) that limit photosynthesis in three grapevine cultivars. For this aim, we established an experiment in Mendoza (Argentina) in one year old potted grapevines of Syrah, Malbec, and Bonarda. Irrigation treatments consisted of fully irrigated vines (100% of their daily consumption) and deficit irrigated vines which were submitted to progressive drought by withholding irrigation during a month. We measured leaf water potential and soil water content. Combined measurements of chlorophyll fluorescence and gas exchange were used to calculate mesophyll conductance, efficiency of photosystem II (FPSII), electron transport rate (ETR) and non-photochemical quenching. Finally, we performed a quantitative limitation analysis in order to evaluate the different limitations to photosynthesis. Our results showed a steep decrease in leaf water potential and soil water content after a month of water deficit. At the beginning, stomatal conductance was rapidly affected, whereas mesophyll conductance and photosynthesis were only moderately regulated. Only when drought became severe, mesophyll conductance, FPSII and ETR were highly affected. Our findings showed that under severe water stress, diffusion within the mesophyll and biochemical impairment limited photosynthesis.

Keywords : mesophyll and stomatal conductance, metabolic impairment, water use efficiency, genetic variability

Résumé

La principale limitation imposé sur la photosynthèse par une contrainte hydrique c’est une diminution dans la diffusion de CO2 dans les chloroplastes produite par une fermeture stomatique. Néanmoins, une diminution de la conductance du mésophile, du taux de transport d’électrons dans le photosystème II ou une augmentation relative de la photorespiration ont été aussi observé dans plusieurs études. L’importance relative de ces processus dans la limitation à la photosynthèse sous contrainte hydrique peut être différente selon l’intensité de la contrainte et le répons spécifique du cépage étudié. Dans cette étude, on a analysé l’effet du déficit hydrique sur différents mécanismes (fermeture stomatique, diffusion dans le mésophile et réactions biochimiques) imposant une limitation dans la photosynthèse sur trois cépages différents. On a établi une expérimentation à Mendoza (Argentine) sur des plantes d’une année cultivées en pots de Syrah, Malbec, et Bonarda. Les traitements d’irrigation ont compris des plantes sans contrainte (100% de la consommation journalière) et plantes soumis à un déficit progressif pendant un mois. On a mesuré le potentiel hydrique foliaire et le contenu hydrique du sol. Avec des mesures combinées d’échanges gazeux et de florescence de la chlorophylle on a calculé la conductance du mésophile, l’efficience du photosystème II (FPSII), le taux de transport d’électrons (ETR) et le non-photochemical quenching. Finalement, on a réalisé une analyse quantitative des limitations pour évaluer les différentes limitations à la photosynthèse. Les résultats ont montré après un mois des traitements, une diminution du potentiel hydrique foliaire et du contenu hydrique du sol. Au début, la conductance stomatique a été rapidement affectée, tandis que la conductance du mésophile et la photosynthèse ont été régulés de façon modérée. Quand le déficit hydrique était très sévère, la conductance du mésophile, FPSII et ETR ont été très affectés. Nos résultats montrent que dans une situation de contrainte hydrique sévère, des limitations dans la diffusion de CO2 au travers le mésophile et dans les réactions biochimiques peuvent limiter la photosynthèse.

Mots-clés : conductance du mésophile et stomatique, limitation métabolique, efficience d’utilisation de l’eau, variabilité génétique