Seasonal variations and acclimation potential of the thermostability of photochemistry in four Mediterranean conifers

Thermostability of photosynthesis was studied in four Mediterranean conifer species growing in southern France, namely Cedrus atlantica and Pinus nigra growing usually on mid elevation areas, and Cupressus sempervirens and Pinus halepensis from coastal areas. Chlorophyll a fluorescence was used and lead to two indices assessing the degree of thermostability of the photosynthetic apparatus: the critical temperature at ground fluorescence breakpoint (Tc) and the temperature threshold inducing a 15% decrease in photochemical efficiency (T15). The two indices were correlated and yielded similar rankings among species, although mean values of T15 were 6.5 °C lower than that of Tc. Values of Tc were in the range 44 to 52 °C and clear interspecific differences were detected. C. atlantica consistently displayed higher Tc than the other species (1–1.5 °C difference during a seasonal time course). Among the three other species (C. sempervirens, P. nigra and P. halepensis), the differences were smaller and not always significant. Tc also displayed a large intraspecific plasticity, with: (i) a seasonal time-course showing significant increases during summer and lower values during Spring and Autumn; and (ii) large responses to ambient temperatures, with 5–6 °C increases in response to a gradual rise of temperature from 10 to 35 °C. The amplitude of the rise was of the same magnitude in all species. Therefore records of thermostability of photosynthesis, whatever the parameter used (Tc or T15) need to take into account the large plasticity in this parameter when comparing species or genotypes. The degree of plasticity in response to given changes in micro-environment could be an important functional trait for the tolerance to environmental stresses.Variations saisonnières et potentiel d’acclimatation de la thermostabilité de la photochimie de quatre conifères méditerranéens. Nous avons analysé la thermostabilité de la photosynthèse de quatre conifères méditerranéens de la forêt française, le cèdre de l’Atlas (Cedrus atlantica ) et le pin noir d’Autriche (Pinus nigra) qui occupent habituellement des zones de montagne, et le cyprès (Cupressus sempervirens) et le Pin d’Alep (Pinus halepensis) qui sont plus spécifiques des zones côtières. La fluorescence de la chlorophylle a a permis d’estimer deux indices de thermostabilité de l’appareil photosynthétique : la température critique à la quelle la fluorescence de base augmente brutalement (Tc), et le seuil de température induisant une baisse de 15 % du rendement quantique de la photochimie (T15). Ces deux indices étaient fortement corrélés et ont conduit au même classement des espèces, bien que les valeurs de T15 étaient en moyenne plus faibles de 6,5 °C que celles de Tc. Les valeurs de Tc couvraient la gamme de 44 à 52 °C et des différences interspécifiques significatives ont été détectées. C atlantica présentait des valeurs de Tc systématiquement supérieures à celles des autres espèces, avec une différence de l’ordre de 1–1.5 °C au cours d’une dynamique saisonnière. Parmi les 3 autres espèces (C. sempervirens, P. nigra et P. halepensis), les différences étaient plus faibles et pas toujours significatives. Tc présentait aussi une très grande plasticité intra-spécifique, avec: (i) une dynamique saisonnière très marquée présentant une augmentation significative au cours de l’été ainsi que des valeurs plus faibles pendant l’automne et le printemps ; et (ii) une forte réponse à la température ambiante, avec une augmentation de l’ordre de 5–6 °C en réponse à une graduelle augmentation de la température ambiante de 10 à 35 °C. L’amplitude de cette augmentations était similaire dans toutes les espèces. De ce fait, la caractérisation de la thermostabilité de la photosynthèse d’une espèce ou d’un génotype, quelque soit l’indice de thermostabilité utilisé (Tc or T15) doit prendre en compte la large plasticité de cette propriété. Le degré de plasticité de ce caractère, en réponse à des modifications du micro-climat, pourrait en soi constituer un trait fonctionnel important pour expliquer la tolérance des plantes à des contraintes environnementales, et particulièrement la chaleur