Impact de divers rapports NH₄⁺ ˸NO₃⁻ dans une solution nutritive sur la composition en isotopique (¹³C/¹²C) du CO₂ respiré par les feuilles et les racines et les substrats respiratoires putatifs chez les plantes C₃

Impact of varying NH₄⁺˸NO₃⁻ ratios in nutrient solution on C-isotope composition of leaf- and root-respired CO₂ and putative respiratory substrates in C₃ plants

• Auteur / Autrice : Yang Xia
• Direction : Jaleh Ghashghaie
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie
• Date : Soutenance le 23/07/2019
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences du végétal : du gène à l'écosystème (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Écologie, systématique et évolution (Orsay, Essonne ; 2002-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
• Jury : Président / Présidente : Jacqui Shykoff
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jaleh Ghashghaie, Jacqui Shykoff, Daniel Epron, Enrico Brugnoli, Lisa Wingate
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Daniel Epron, Enrico Brugnoli

Mots clés

Mots clés contrôlés

Isotopes stables en physiologie végétale

Carbone -- Isotopes

Plantes -- Respiration

Effets de l'ammonium

Plantes

Plantes -- Effets des nitrates

Plantes -- Effets de l'azote

Mots clés libres

Différent NH4+ : NO3–

Métabolisme respiratoire

Isotopes stables du carbone

Voie anaplérotique

Various NH4+:NO3–

Respiratory metabolism

Carbon stable isotopes

Anaplerotic pathway

Résumé

La composition isotopique (¹³C/¹²C) du CO₂ respiré par les feuilles et les racines dans l'obscurité et celle des substrats respiratoires putatifs, y compris les sucres solubles et les acides organiques (malate et citrate), l'activité de la PEPc ainsi que les échanges gazeux des feuilles ont été déterminés sur le haricot (Phaseolus vulgaris L.) et l’épinards (Spinacia oleracea L.) cultivés dans du sable avec différents rapports NH₄⁺: NO₃⁻ dans N fourni. Le CO₂ respiré par les feuilles était enrichi en ¹³C sous NO₃⁻ s’appauvrissant progressivement avec l’augmentation de la fraction de NH₄⁺ dans le N fourni, tandis que la composition isotopique du CO₂ issu de la respiration des racines restait inchangée quel que soit le rapport NH₄⁺: NO₃⁻. Nous avons suggéré qu'une plus grande quantité de pools enrichis en ¹³C fixés par la PEPc via la voie anaplérotique contribuait à la respiration foliaire sous NO₃⁻. Cependant, un effet similaire dans les racines attendu sous NH₄⁺ a été masqué en raison d'une refixation (par la PEPc) du CO₂ respiré (appauvrie en ¹³C). De manière inattendue, les modifications de la composition isotopique du C des métabolites individuels, leurs quantités, ainsi que l'activité de l’enzyme PEPc, présentaient des profils différents entre les deux espèces étudiées. Des expériences de double marquage (¹³C et ¹⁵N) sont nécessaires pour mieux comprendre l’impact de la plasticité métabolique du TCA sur l’écart isotopique entre le malate et le citrate et sur la composition isotopique du CO₂ respiré chez différentes espèces sous différentes formes d’azote.

C-isotope composition of leaf- and root-respired CO₂ in the dark and that of putative respiratory substrates including soluble sugars and organic acids (malate and citrate), PEPc activity, as well as leaf gas exchanges were determined on bean (Phaseolus vulgaris L.) and spinach (Spinacia oleracea L.) plants grown in sand with varying ratios of NH₄⁺: NO₃⁻ in supplied N. Leaf-respired CO₂ was ¹³C enriched under NO₃⁻ nutrition and became progressively ¹³C depleted with increasing amount of NH₄⁺ in supplied N, while C-isotope composition of root-respired CO₂ remained unchanged across N-type gradient. We suggested that a higher amount of ¹³C enriched C-pools fixed by PEPc through anaplerotic pathway contributed to respired CO₂ in leaves under NO₃⁻ nutrition. However, a similar effect in roots expected under NH4+ nutrition was masked because of a rather ¹³C depleted C source (respired CO₂) refixation by PEPc. Unexpectedly, the changes in C-isotope composition of individual metabolites and their amounts as well as PEPc activity exhibited different patterns between the two species. Double labelling experiments (¹³C and ¹⁵N) are needed for better understanding the impact of metabolic plasticity of TCA on isotopic gap between malate and citrate and on C-isotope composition of respired CO₂ in different species under varying N-type nutrition.