Issue
Agronomie
Volume 19, Number 8, 1999
Page(s) 677 - 687
DOI http://dx.doi.org/10.1051/agro:19990803
Agronomie 19 (1999) 677-687
DOI: 10.1051/agro:19990803

Interactive effects of elevated CO2, O3, and soil water deficit on spring wheat (Triticum aestivum L. cv. Nandu)

Colleen Hudaka, Jürgen Benderb, Hans-Joachim Weigelb and Joseph Millera

a  USDA-ARS, Air Quality - Plant Growth and Development Research, 3908 Inwood Road, Raleigh, NC 27603, USA
b  Institute of Agroecology, Federal Agricultural Research Center (FAL), Bundesallee 50, D-38116 Braunschweig, Germany

Abstract - This study investigated the interactive effects of elevated carbon dioxide (CO2), ozone (O3), and soil water deficit on spring wheat (Triticum aestivum L. cv. Nandu). Plants were grown in open-top chambers (OTCs) which were arranged in a 2 x 2 factorial design consisting of two O3 levels (ambient and 1.5-times ambient) in combination with two CO2 levels (ambient and ambient plus 320 μmol mol-1 CO2). Subplots in each OTC were subjected to two levels of watering, well-watered and restricted water supply. Total leaf conductance (gL), growth and biochemical analyses were determined to assess plant responses. The relative reduction in gL due to CO2, soil water deficit and/or O3 depended on plant growth stage. However, complex interactions between the experimentally controlled factors occurred on many days. Reduced water supply resulted in growth reduction but provided some protection against the loss in dry weight caused by O3. Elevated CO2 stimulated plant growth, but no interactive effects between CO2, soil water deficit and/or O3 were observed, suggesting that elevated CO2 reduced the adverse effects of O3 and/or soil water deficit in an additive manner. The complex nature of the multiple stress interactions involved was also illustrated by the responses of specific biochemical variables (carbohydrates, proline, pigments). © 1999 Inra/Éditions scientifiques et médicales Elsevier SAS


Résumé - Effets interactifs d'une élévation de la concentration en CO2 et en O3 et du déficit hydrique du sol sur le blé de printemps (Triticum aestivum L. cv. Nandu). Les plantes ont été cultivées dans des enceintes à toit ouvert (OTC) selon un plan factoriel 2 x 2 comprenant deux niveaux d'ozone (niveau ambiant (n.a.) et n.a. x 1,5) combinés à deux niveaux de CO2 (n.a. et n.a. + 320 μL mol-1 CO2). Dans chaque OTC des sous-ensembles ont reçu soit un arrosage suffisant, soit une alimentation hydrique restreinte. La conductance totale des feuilles (gL), des mesures de la croissance et des analyses biochimiques ont été effectuées de manière à estimer la réponse des plantes. La réduction relative de gL due au CO2, au déficit hydrique du sol et/ou à l'ozone dépend du stade de croissance des plantes. Cependant, des interactions complexes entre les facteurs contrôlés expérimentalement se sont produites au cours de nombreuses journées. La réduction de l'alimentation en eau a entraîné une diminution de la croissance mais a fourni également une certaine protection contre la perte de poids de matière sèche causée par l'ozone. L'élévation de la concentration en CO2 a stimulé la croissance des plantes, mais aucun effet interactif n'a été observé entre le CO2, le déficit hydrique du sol et/ou l'ozone, suggérant ainsi que la forte concentration en CO2 réduit les effets négatifs de l'ozone et/ou du déficit hydrique de manière additive. La nature complexe des interactions des multiples contraintes étudiées a aussi été illustrée par la réponse de variables biochimiques spécifiques (hydrates de carbone, proline, pigments). © 1999 Inra/Éditions scientifiques et médicales Elsevier SAS


Key words: carbon dioxide / ozone / soil water deficit / multiple stress interaction / wheat

Mots clés : gaz carbonique / ozone / déficit hydrique du sol / interaction de contraintes multiples / blé