Intraspecific variation in drought response of Populus cathayana grown under ambient and enhanced UV-B radiation

Abstract• The effects of drought, enhanced UV-B radiation and their combination on plant growth and physiological traits were investigated in a greenhouse experiment in two populations of Populus cathayana Rehder originating from high and low altitude in south-west China. • In both populations, drought significantly decreased biomass accumulation and gas exchange parameters, including net CO2 assimilation rate (A), stomatal conductance (gs), transpiration rate (E) and photosynthetic nitrogen use efficiency (PNUE). However, instantaneous water use efficiency (WUEi), transpiration efficiency (WUET), carbon isotope composition (δ13C) and nitrogen (N) content, as well as the accumulation of soluble protein, UV-absorbing compounds and abscisic acid (ABA) significantly increased in response to drought. On the other hand, cuttings from both populations, when kept under enhanced UV-B radiation, showed very similar changes, as under drought, in all above-mentioned parameters. • Compared with the low altitude population, the high altitude population was more tolerant to drought and enhanced UV-B, as indicated by the higher level of biomass accumulation, gas exchange, water-use efficiency, ABA concentration and UV-absorbing compounds. • After one growing season of exposure to different UV-B levels and watering regimes, the decrease in biomass accumulation and gas exchange, induced by drought, was more pronounced under the combination of UV-B and drought. Significant interactions between drought and UV-B were observed in WUEi, WUET, δ13C, soluble protein, UV-absorbing compounds, ABA and in the leaf and stem N, as well as in the leaf and stem C:N ratio. • Our results showed that UV-B acts as an important signal allowing P. cathayana seedlings to respond to drought and that the combination of drought and UV-B may cause synergistically detrimental effects on plant growth. Résumé• Les effets d’une sécheresse, d’une augmentation du rayonnement UV-B et de leur combinaison ont été étudiés sur la croissance et les caractéristiques physiologiques de plants de deux populations de Populus cathayana Rehder originaires de haute et basse altitude dans le sud-ouest de la Chine. • Dans les deux populations, la sécheresse a réduit de manière significative l’accumulation de biomasse et les échanges gazeux foliaires, y compris l’assimilation nette (A) de CO2, la conductance stomatique (gs), la transpiration (E) et l’efficience photosynthétique d’utilisation de l’azote (PNUE). Toutefois, l’efficience instantanée d’utilisation de l’eau (WUEi), l’efficience de transpiration (WUET), la composition isotopique du carbone (δ{si13}C) et le contenu en azote (N), ainsi que l’accumulation de protéines solubles, des composés absorbant les UV et de l’acide abscissique (ABA) ont présenté une augmentation significative en réponse à la sécheresse. D’autre part, des boutures des deux populations, quand elles ont été conservées sous un rayonnement UV-B renforcé, ont montré des changements de tous les paramètres mentionnés ci-dessus, similaires à ceux induits par la sécheresse. • Par rapport à la population de faible altitude, la population de haute altitude, était plus tolérante à la sécheresse et au renforcement du rayonnement UV-B ; cela s’est traduit par le niveau plus élevé d’accumulation de biomasse, d’échanges gazeux, de l’efficience d’utilisation de l’eau, de la concentration d’ABA et des composés absorbant les UV. • Après une saison de croissance, la diminution de l’accumulation de biomasse et des échanges gazeux induite par la sécheresse, était plus prononcée dans le cadre de la combinaison du rayonnement UV-B et de la sécheresse. Des interactions significatives entre sécheresse et UV-B ont été observées pour WUEi, WUET, δ13C, les protéines solubles, les composés absorbant les UV, l’ABA et l’azote des feuilles et des tiges, ainsi que pour le rapport C/N des feuilles et des tiges. • Nos résultats ont montré que les UV-B agissent comme un signal important en permettant aux jeunes plants de P. cathayana de faire face à la sécheresse et que la combinaison de la sécheresse et des UV-B peut causer par synergie des effets néfastes pour la croissance des plants.