Mass- and area-based contents in nitrogen, proteins, and chlorophyll within crowns of balsam fir (Abies balsamea) and black spruce (Picea mariana) trees located along a temperature gradient

Abstract

The variation in nitrogen, insoluble and soluble proteins, and chlorophyll concentrations (mg·g⁻¹) and contents per unit leaf area (mg·cm⁻²) as a function of specific leaf area (SLA) was examined in leaves sampled at the bottom, middle, and upper sections of the crowns of balsam fir (Abies balsamea) and black spruce (Picea mariana) trees located along a temperature gradient in Quebec, Canada. Differences in needle dimensions, mass, surface, and SLA among crown sections and needle age were more pronounced for balsam fir than for black spruce. Relationships of foliage nitrogen, insoluble and soluble proteins, and chlorophyll content per unit leaf area as a function of SLA were generally more significant than those based on concentration. However, the different variables varied little along a temperature gradient. The higher significance of area-based relationships in comparison with mass-based relationships was attributed to the change in leaf morphology in response to light availability within the crown. Yet, nitrogen availability most likely restricted light acclimation to changes in morphology, since there was very limited modulation of nitrogen partitioning among the different protein fractions as a function of light environment.

Résumé

Les variations de la concentration (mg·g⁻¹) et de la quantité par unité de surface foliaire (mg·cm⁻²) d'azote, de protéines insolubles et solubles et de chlorophylle en fonction de la surface foliaire spécifique (SFS) ont été mesurées dans des feuilles échantillonnées dans les sections du bas, du milieu et du haut de la cime de sapins baumiers (Abies balsamea) et d'épinettes noires (Picea mariana) le long d'un gradient de température au Québec, Canada. Les différences dans la taille, la masse, la surface et la SFS des aiguilles entre les sections de la cime et en fonction de l'âge des aiguilles étaient plus prononcées pour le sapin baumier que pour l'épinette noire. Les relations de la quantité d'azote, de protéines insolubles et solubles et de chlorophylle par unité de surface foliaire en fonction de la SFS étaient généralement plus significatives que celles basées sur la concentration. Cependant, les variables différaient peu le long du gradient de température. Le fait que les relations basées sur la surface étaient plus significatives que celles basées sur la masse a été attribué à un changement dans la morphologie des feuilles en réponse à la disponibilité de la lumière dans la cime. Néanmoins, la disponibilité en azote limitait fort probablement l'acclimatation à la lumière à des changements morphologiques puisqu'il y avait très peu de modulation dans l'allocation de l'azote entre les différentes fractions de protéines en fonction de la lumière.

Keywords:

• chlorophyll
• needle dimensions
• nitrogen partitioning
• proteins
• specific leaf area
• temperature gradient

Mots-clés:

• allocation de l'azote
• chlorophylle
• gradient de température
• protéines
• surface foliaire spécifique
• taille des aiguilles