Compte tenu des changements climatiques annoncés, les végétaux risquent d'être confrontés, dans un proche avenir, à des épisodes de sécheresse sévères de plus en plus fréquents. Afin de prédire l'impact de telles contraintes sur la productivité et le rendement des plantes cultivées, il convient d'étudier l'effet du manque d'eau sur l'activité photosynthétique, le transport et l'accumulation des sucres. Dans un premier temps, la croissance, le développement, la biomasse et la photosynthèse de huit écotypes d'Arabidopsis thaliana ont été caractérisés. Trois de ces écotypes (Col-0, Mt-0 et Shahdara) ont ensuite été soumis à une période de déficit hydrique. Une chute du contenu relatif en eau des rosettes (RWC), de la conductance stomatique (gs) et de l'assimilation nette (AN) a été observée précocement chez Mt-0, écotype initialement caractérisé par une très faible efficience de l'utilisation de l'eau (AN/E). En réponse au stress, l'analyse des courbes AN/Ci de chaque écotype montrait que la limitation stomatique s'accompagne rapidement de limitations métaboliques (baisse de la Vcmax). En fin de stress hydrique, une diminution des réserves en amidon a conduit dans tous les cas à une accumulation de saccharose dans les feuilles. Les expressions des gènes codant les principaux transporteurs foliaires de sucres (polyols, hexoses et saccharose) étaient quant à eux différemment affectés par le manque d'eau. Shahdara, qui est parvenu à conserver un RWC relativement élevé, est l'écotype qui a le mieux toléré la contrainte hydrique. À l'opposé, Mt-0 présentait, en fin de stress, une inhibition de l'AN couplée à des altérations majeures et irréversibles des photosystèmes II (chutes de qP et de Fv/Fm). / Considering the predicted climate changes, plants are likely to face, in the future, severe and frequent droughts. In order to evaluate the impact of such stress on productivity and crop yield, the effect of water shortage on photosynthetic activity, sugar transport and accumulation was investigated. Firstly, growth, development, biomass and photosynthesis of eight Arabidopsis thaliana ecotypes have been characterised. Secondly, three of them (Col-0, Mt-0 and Shahdara) were subjected to drought stress. The relative water content (RWC), the stomatal conductance (gs) and the net assimilation (AN) decreased early in rosette leaves of Mt-0 which was initially characterized by a very low water use efficiency (AN/E). In response to drought, AN/Ci curves analysis for each ecotype showed that stomatal limitation was quickly related with metabolic limitations (lower Vcmax). At the end of the stress, reduced starch content always led to a sucrose accumulation in leaves. The expression of genes encoding the main leaf sugar carriers (polyols, hexoses and sucrose) was differently impaired by the water shortage. Shahdara, that managed to maintain a relatively high RWC, was the most tolerant ecotype to water stress. In contrast, at the end of the stress, Mt-0 exhibited an AN inhibition together with significant and irreversible photosystem II alterations (drop of both qP and Fv/Fm).

Le biome boréal, emmagasinant d’importantes quantités de carbone en son sol et recouvrant une majorité du territoire alaskien, fennoscandien et russe, contribue grandement au système climatique. Toutefois, les variabilités climatiques et les propriétés de l’écosystème, notamment en ce qui a trait à la présence ou l’absence de pergélisol, complexifient la quantification de la variabilité des bilans de carbone du biome boréal, au sein duquel se retrouvent des écosystèmes forestiers, lentiques et de zones humides. Ces bilans de carbone sont grandement influencés par le début et la fin de la saison de croissance photosynthétique, étant à leur tour dépendants de plusieurs variables environnementales telles que la température de l’air et du sol, le contenu du sol en eau, les stades de développement de la végétation, etc. Cette recherche vise à quantifier l’impact de ces variabilités environnementales sur la variabilité des moments où se produisent le début et la fin de la saison de croissance photosynthétique, en distinguant les forêts boréales avec et sans pergélisol. La saison de croissance photosynthétique est caractérisée à partir de la productivité primaire brute dérivée de mesures covariance des turbulences provenant de 40 sites-années d’observation à travers la forêt boréale nord-américaine où l’épinette noire est l’espèce d’arbre dominante. Les variables environnementales considérées étaient les températures de l’air et du sol, les stades de développement de la végétation, le couvert nival, le rayonnement photosynthétiquement actif et le contenu du sol en eau. Le cadre statistique choisi incluait le calcul des coefficients de corrélations de Pearson, l’analyse des points communs et la modélisation par équations structurelles. Les résultats de cette étude montrent que la variabilité du début de la saison de croissance dans les sites sans pergélisol est contrôlée directement par la variabilité annuelle des stades de développement de la végétation ainsi que par le moment où survient le dégel du sol. Ce résultat souligne ainsi l’importance de l’accès à l’eau liquide du sol afin que la végétation initie la photosynthèse. Aucune variable environnementale ne pouvait significativement expliquer le contrôle du début de la photosynthèse au sein des sites avec pergélisol. À l’automne, le contenu du sol en eau ainsi que le début du couvert nival influencent directement la variabilité de la fin de la saison de croissance photosynthétique. Il est alors montré que la disponibilité de l’eau peut mener à une cessation plus hâtive de la photosynthèse à l’automne. L’effet de l’apparition du couvert nival est quant à lui opposé dans les sites avec et sans pergélisol. Son retard dans les sites sans pergélisol témoigne d’une température de l’air suffisamment élevée pour que les précipitations tombent sous forme liquide, prolongeant ainsi les activités photosynthétiques. Son retard dans les sites avec pergélisol signifie plutôt des précipitations neigeuses moindres, retardant ainsi l’apparition d’une couche isolante pour le sol, qui aurait pu allonger la saison de croissance photosynthétique. Cette étude contribue à clarifier les processus contrôlant le début et la fin de la saison de croissance photosynthétique et aidera à améliorer la compréhension des effets des changements climatiques sur la force du puits de carbone de la forêt boréale nord-américaine. / The boreal forest, storing large amounts of carbon in its soil and covering a majority of the Alaskan, Canadian, Fennoscandian and Russian territory, is an integral part of the climate system. However, climatic variability and ecosystem properties, particularly with regards to the presence or absence of permafrost, limits our understanding of the carbon balance variability in the boreal biome, which comprises forest, lake and wetland ecosystems. The boreal carbon sink-source strength is greatly influenced by phenological events, including the start and end of the photosynthetic growing season, which are themselves dependent on several environmental variables such as air and soil temperature, soil water content, vegetation development stages, etc. This research aims to provide new insights on the influence of environmental variability on the variability in the timing of the photosynthetic growing season, by broadly distinguishing between boreal forests with and without permafrost. The photosynthetic growing season is characterized using gross primary productivity derived from eddy covariance measurements of net ecosystem carbon dioxide exchange. Data from 40 black spruce- dominated site-years of observation across the North American boreal forest are used. The considered environmental predictors were air and soil temperatures, vegetation development stages, snow cover, photosynthetically active radiation and soil water content. The statistical framework included the calculation of Pearson correlation coefficients, commonality analyses and structural equation modeling. This study shows that the variability in the start of the growing season in permafrost-free sites is directly controlled by the variability in vegetation development stage as well as by the thawing of seasonally frozen ground. This result thus emphasizes the importance of access to liquid soil water for the vegetation to initiate photosynthesis. No environmental variable could significantly explain photosynthesis recovery in sites with permafrost. In fall, the soil water content as well as the start of snow cover directly influence the variability in the end of the photosynthetic growing season. These results suggest that the availability of water can limit photosynthesis in the fall. The effect of snow cover is opposite in sites with and without permafrost. A delay in the appearance of continuous snow cover in sites without permafrost indicates that the air temperature is high enough for precipitation to fall in liquid form and for photosynthesis to continue. In contrast, its delay in sites with permafrost indicates less snowfall, thus delaying the appearance of an insulating layer for the soil, which could have lengthened the photosynthetic growing season. This study sheds light on the controls of the annual variation of the timing of the photosynthetic growing season and will help understanding of the effects of climate change on the strength of the North American boreal forest carbon sink.

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Les dinoflagellés sont des eucaryotes unicellulaires retrouvés dans la plupart des écosystèmes aquatiques du globe. Ces organismes amènent une contribution substantielle à la production primaire des océans, soit en tant que membre du phytoplancton, soit en tant que symbiontes des anthozoaires formant les récifs coralliens. Malheureusement, ce rôle écologique majeur est souvent négligé face à la capacité de certaines espèces de dinoflagellés à former des fleurs d'eau, parfois d'étendue et de durée spectaculaires. Ces floraisons d'algues, communément appelées "marées rouges", peuvent avoir de graves conséquences sur les écosystèmes côtiers, sur les industries de la pêche et du tourisme, ainsi que sur la santé humaine. Un des facteurs souvent corrélé avec la formation des fleurs d'eau est une augmentation dans la concentration de nutriments, notamment l’azote et le phosphore. Le nitrate est un des composants principaux retrouvés dans les eaux de ruissellement agricoles, mais également la forme d'azote bioaccessible la plus abondante dans les écosystèmes marins. Ainsi, l'agriculture humaine a contribué à magnifier significativement les problèmes associés aux marées rouges au niveau mondial. Cependant, la pollution ne peut pas expliquer à elle seule la formation et la persistance des fleurs d'eau, qui impliquent plusieurs facteurs biotiques et abiotiques. Il est particulièrement difficile d'évaluer l'importance relative qu'ont les ajouts de nitrate par rapport à ces autres facteurs, parce que le métabolisme du nitrate chez les dinoflagellés est largement méconnu. Le but principal de cette thèse vise à remédier à cette lacune. J'ai choisi Lingulodinium polyedrum comme modèle pour l'étude du métabolisme du nitrate, parce que ce dinoflagellé est facilement cultivable en laboratoire et qu'une étude transcriptomique a récemment fourni une liste de gènes pratiquement complète pour cette espèce. Il est également intéressant que certaines composantes moléculaires de la voie du nitrate chez cet organisme soient sous contrôle circadien. Ainsi, dans ce projet, j'ai utilisé des analyses physiologiques, biochimiques, transcriptomiques et bioinformatiques pour enrichir nos connaissances sur le métabolisme du nitrate des dinoflagellés et nous permettre de mieux apprécier le rôle de l'horloge circadienne dans la régulation de cette importante voie métabolique primaire. Je me suis tout d'abord penché sur les cas particuliers où des floraisons de dinoflagellés sont observées dans des conditions de carence en azote. Cette idée peut sembler contreintuitive, parce que l'ajout de nitrate plutôt que son épuisement dans le milieu est généralement associé aux floraisons d'algues. Cependant, j’ai découvert que lorsque du nitrate était ajouté à des cultures initialement carencées ou enrichies en azote, celles qui s'étaient acclimatées au stress d'azote arrivaient à survivre près de deux mois à haute densité cellulaire, alors que les cellules qui n'étaient pas acclimatées mourraient après deux semaines. En condition de carence d'azote sévère, les cellules arrivaient à survivre un peu plus de deux semaines et ce, en arrêtant leur cycle cellulaire et en diminuant leur activité photosynthétique. L’incapacité pour ces cellules carencées à synthétiser de nouveaux acides aminés dans un contexte où la photosynthèse était toujours active a mené à l’accumulation de carbone réduit sous forme de granules d’amidon et corps lipidiques. Curieusement, ces deux réserves de carbone se trouvaient à des pôles opposés de la cellule, suggérant un rôle fonctionnel à cette polarisation. La deuxième contribution de ma thèse fut d’identifier et de caractériser les premiers transporteurs de nitrate chez les dinoflagellés. J'ai découvert que Lingulodinium ne possédait que très peu de transporteurs comparativement à ce qui est observé chez les plantes et j'ai suggéré que seuls les membres de la famille des transporteurs de nitrate de haute affinité 2 (NRT2) étaient réellement impliqués dans le transport du nitrate. Le principal transporteur chez Lingulodinium était exprimé constitutivement, suggérant que l’acquisition du nitrate chez ce dinoflagellé se fondait majoritairement sur un système constitutif plutôt qu’inductible. Enfin, j'ai démontré que l'acquisition du nitrate chez Lingulodinium était régulée par la lumière et non par l'horloge circadienne, tel qu'il avait été proposé dans une étude antérieure. Finalement, j’ai utilisé une approche RNA-seq pour vérifier si certains transcrits de composantes impliquées dans le métabolisme du nitrate de Lingulodinium étaient sous contrôle circadien. Non seulement ai-je découvert qu’il n’y avait aucune variation journalière dans les niveaux des transcrits impliqués dans le métabolisme du nitrate, j’ai aussi constaté qu’il n’y avait aucune variation journalière pour n’importe quel ARN du transcriptome de Lingulodinium. Cette découverte a démontré que l’horloge de ce dinoflagellé n'avait pas besoin de transcription rythmique pour générer des rythmes physiologiques comme observé chez les autres eukaryotes. / Dinoflagellates are unicellular eukaryotes found in most aquatic ecosystems of the world. They are major contributors to carbon fixation in the oceans, either as free-living phytoplankton or as symbionts to corals. Dinoflagellates are also infamous because some species can form spectacular blooms called red tides, which can cause serious damage to ecosystems, human health, fisheries and tourism. One of the factors often correlated with algal blooms are increases in nutrients, particularly nitrogen and phosphorus. Nitrate is one of the main components of agricultural runoffs, but also the most abundant bioavailable form of nitrogen in marine environments. Thus, agricultural activities have globally contributed to the magnification of the problems associated with red tides. However, bloom formation and persistence cannot be ascribed to human pollution alone, because other biotic and abiotic factors are at play. Particularly, it is difficult to assess the relative importance of nitrate addition over these other factors, because nitrate metabolism in dinoflagellate is mostly unknown. Filling part of this gap was the main goal of this thesis. I selected Lingulodinium polyedrum as a model for studying nitrate metabolism, because this dinoflagellate can easily be cultured in the lab and a recent transcriptomic survey has provided an almost complete gene catalogue for this species. It is also interesting that some molecular components of the nitrate pathway in this organism have been reported to be under circadian control. Thus, in this project, I used physiological, biochemical, transcriptomic and bioinformatic approaches to enrich our understanding of dinoflagellate nitrate metabolism and to increase our appreciation of the role of the circadian clock in regulating this important primary metabolic pathway. I first studied the particular case of dinoflagellate blooms that occur and persist in conditions of nitrogen depletion. This idea may seems counterintuitive, because nitrogen addition rather than depletion, is generally associated with algal blooms. However, I discovered that when nitrate was added to nitrogen-deficient or nitrogen-sufficient cultures, those that had been acclimated to nitrogen stress were able to survive for about two months at high cell densities, while non-acclimated cells died after two weeks. In conditions of severe nitrogen limitation, cells could survive a little bit more than two weeks by arresting cell division and reducing photosynthetic rates. The incapacity to synthesize new amino acids for these deprived cells in a context of on-going photosynthesis led to the accumulation of reduced carbon in the form of starch granules and lipid bodies. Interestingly, both of these carbon storage compounds were polarized in Lingulodinium cells, suggesting a functional role. The second contribution of my thesis was to identify and characterize the first nitrate transporters in dinoflagellates. I found that in contrast to plants, Lingulodinium had a reduced suite of nitrate transporters and only members of the high-affinity nitrate transporter 2 (NRT2) family were predicted to be functionally relevant in the transport of nitrate. The main transporter was constitutively expressed, which suggested that nitrate uptake in Lingulodinium was mostly a constitutive process rather than an inducible one. I also discovered that nitrate uptake in this organism was light-dependent and not a circadian-regulated process, as previously suggested. Finally, I used RNA-seq to verify if any transcripts involved in the nitrate metabolism of Lingulodinium were under circadian control. Not only did I discovered that there were no daily variations in the level of transcripts involved in nitrate metabolism, but also that there were no changes for any transcripts present in the whole transcriptome of Lingulodinium. This discovery showed that the circadian timer in this species did not require rhythmic transcription to generate biological rhythms, as observed in other eukaryotes.

Moderne Präzisionsgartenbaulicheproduktion schließt hoch technifizierte Gewächshäuser, deren Einsatz in großem Maße von der Qualität der Sensorik- und Regelungstechnik abhängt, mit ein. Zu den Regelungsstrategien gehören unter anderem Methoden der Künstlichen Intelligenz, wie z.B. Künstliche Neuronale Netze (KNN, aus dem Englischen). Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Eignung KNN-basierter Modelle als Bauelemente von Klimaregelungstrategien in Gewächshäusern. Es werden zwei Modelle vorgestellt: Ein Modell zur kurzzeitigen Voraussage des Gewächshausklimas (Lufttemperatur und relative Feuchtigkeit, in Minuten-Zeiträumen), und Modell zur Einschätzung von phytometrischen Signalen (Blatttemperatur, Transpirationsrate und Photosyntheserate). Eine Datenbank, die drei Kulturjahre umfasste (Kultur: Tomato), wurde zur Modellbildung bzw. -test benutzt. Es wurde festgestellt, dass die ANN-basierte Modelle sehr stark auf die Auswahl der Metaparameter und Netzarchitektur reagieren, und dass sie auch mit derselben Architektur verschiedene Kalkulationsergebnisse liefern können. Nichtsdestotrotz, hat sich diese Art von Modellen als geeignet zur Einschätzung komplexer Pflanzensignalen sowie zur Mikroklimavoraussage erwiesen. Zwei zusätzliche Möglichkeiten zur Erstellung von komplexen Simulationen sind in der Arbeit enthalten, und zwar zur Klimavoraussage in längerer Perioden und zur Voraussage der Photosyntheserate. Die Arbeit kommt zum Ergebnis, dass die Verwendung von KNN-Modellen für neue Gewächshaussteuerungstrategien geeignet ist, da sie robust sind und mit der Systemskomplexität gut zurechtkommen. Allerdings muss beachtet werden, dass Probleme und Schwierigkeiten auftreten können. Diese Arbeit weist auf die Relevanz der Netzarchitektur, die erforderlichen großen Datenmengen zur Modellbildung und Probleme mit verschiedenen Zeitkonstanten im Gewächshaus hin. / One facet of the current developments in precision horticulture is the highly technified production under cover. The intensive production in modern greenhouses heavily relies on instrumentation and control techniques to automate many tasks. Among these techniques are control strategies, which can also include some methods developed within the field of Artificial Intelligence. This document presents research on Artificial Neural Networks (ANN), a technique derived from Artificial Intelligence, and aims to shed light on their applicability in greenhouse vegetable production. In particular, this work focuses on the suitability of ANN-based models for greenhouse environmental control. To this end, two models were built: A short-term climate prediction model (air temperature and relative humidity in time scale of minutes), and a model of the plant response to the climate, the latter regarding phytometric measurements of leaf temperature, transpiration rate and photosynthesis rate. A dataset comprising three years of tomato cultivation was used to build and test the models. It was found that this kind of models is very sensitive to the fine-tuning of the metaparameters and that they can produce different results even with the same architecture. Nevertheless, it was shown that ANN are useful to simulate complex biological signals and to estimate future microclimate trends. Furthermore, two connection schemes are proposed to assemble several models in order to generate more complex simulations, like long-term prediction chains and photosynthesis forecasts. It was concluded that ANN could be used in greenhouse automation systems as part of the control strategy, as they are robust and can cope with the complexity of the system. However, a number of problems and difficulties are pointed out, including the importance of the architecture, the need for large datasets to build the models and problems arising from different time constants in the whole greenhouse system.

Der Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Untersuchung von photoinduzierten Energietransferprozessen (EET) und Elektronentransferprozessen (ET) in Modellsystemen, die als potentiell geeignet für eine Nutzung in der artifiziellen Photosynthese angesehen werden. Den beiden wesentlichen Zugängen zur Architektur artifizieller Photosynthese-Systeme entsprechend wurden vergleichend kovalente und sich selbst organisierende Systeme untersucht. In beiden Zugängen wurden ähnliche chemische Komponenten als optisch aktive Moleküle eingesetzt, insbesondere Phthalocyanine mit einem Silizium-Zentralatom (SiPc). Durch eine Kombination von stationären und zeitaufgelösten optisch-spektroskopischen Methoden konnten die lichtinduzierten ET- und EET-Prozesse identifiziert und quantifiziert werden. Im ersten Teil der Arbeit wurden mehrere kovalent gebundene Triaden und eine Pentade untersucht. In allen Systemen finden sehr effiziente ET und EET Prozesse statt. Es wurde gezeigt, dass das Lösungsmittel großen Einfluss auf die photophysikalischen Eigenschaften der Systeme ausübt. Die Lebensdauer des ladungsseparierten Zustandes variiert von 1,7 ns in Toluol bis 30 ps in DMF. Im zweiten Teil der Arbeit wurde erstmals gezeigt, dass sich in wässriger Lösung ein supramolekularer Komplex, bestehend aus einem Beta-Cyklodextrin (CD), einem konjugierten Subphthylocyanin (SubPc), einem Porphyrin (Por) und einem SiPc bilden kann. Letzteres wurde über unterschiedliche Ketten an zwei CDs kovalent gebunden. Die Selbstorganisation wird über hydrophobe Wechselwirkungen vermittelt und die Bildung der Komplexe ist sehr effizient. Nach selektiver Anregung von SubPc finden sequenzielle ET- und EET-Prozesse von SubPc zu SiPc statt. Das Por spielt die Rolle einer energetischen und elektronischen Brücke und ermöglicht die ET und EET-Prozesse von SubPc zu SiPc. Die Ladungsrekombination in den Grundzustand geschieht innerhalb von 1,7 ns. / The main objective of the present thesis was to conduct investigations of photo-induced electron transfer (ET) and excitation energy transfer (EET) processes in model compounds that are considered potentially appropriate for use in artificial photosynthesis. Two approaches have been used to construct the artificial photosynthetic systems, namely covalent and supramolecular approach. In both systems similar optically active molecules have been employed, particularly silicon-based phthalocyanines (SiPc). A comparative study between the covalently-linked and self-assembled systems had been conducted. For these purposes, thorough spectroscopic measurements in the UV/Vis range had been performed on these conjugates. A combination of steady-state and time-resolved experiments allowed an identification and quantification of the photo-induced ET and EET processes. In the first part of the work several covalently bound triads and a pentad bearing a central SiPc unit were studied. In all systems highly efficient ET and EET processes take place. It was found that the solvent exerts great influence on the photophysical properties of the systems. The lifetime of the charge-separated state varied from 1.7 ns (toluene) down to 30 ps (DMF). In the second part of the thesis, for the first time the formation of ternary supramolecular complexes consisting of a beta-cyclodextrin (CD), a conjugated subphthalocyanine (SubPc), a porphyrin (Por) and a series of SiPcs substituted axially with two CDs via different spacers was shown. These components are held in water by host-guest interactions and the formation of these host-guest complexes was found to be very efficient. Upon excitation of the SubPc-part of the complex sequential ET and EET processes from SubPc to SiPc take place. The Por dye acts as a transfer bridge enabling these processes. The probability of ET is controlled by the linker between CD and SiPc. Charge recombination to the ground state occurs within 1.7 ns.

Amb l'objectiu d'analitzar com la biodiversitat i l'adaptació al clima mediterrani es tradueixen en una diversitat de trets ecofisiològics i la seva resposta a la sequera, i d'estudiar si aquesta diversitat està relacionada amb formes de creixement i amb la història evolutiva de les espècies, es van seleccionar 24 espècies mediterrànies de les Illes Balears. Es va analitzar la capacitat germinativa, els efectes de la sequera en el creixement de plàntules, respostes ecofisiològiques a la sequera a nivell foliar i l'adaptació de l'especificitat de la Rubisco. Es va observar una elevada variabilitat entre espècies, la meitat de la qual associada a les diferents formes de creixement. No s'observà cap diferenciació entre les espècies endèmiques i les no endèmiques. Aquesta elevada diversitat en els trets ecofisiològics i la seva resposta a la sequera suposa un recurs potencial per identificar caràcters adaptatius i un banc genètic per millorar la productivitat de cultius. / Con el objetivo de analizar como la biodiversidad y la adaptación al clima mediterráneo se traducen en una diversidad de caracteres ecofisiológicos y su respuesta a la sequía, y de estudiar si esta diversidad está relacionada con formas de crecimiento y con la historia evolutiva de las especies, se seleccionaron 24 especies mediterráneas de las Islas Baleares. Se analizaron la capacidad germinativa, los efectos de la sequía sobre el crecimiento de las plántulas, las respuestas ecofisiológicas a la sequía a nivel foliar y la adaptación de la especificidad de la Rubisco. Se observó una elevada variabilidad entre especies, la mitad de la cual asociada a las diferentes formas de crecimiento. No se encontraron diferencias entre las especies endémicas y las no endémicas. Esta elevada biodiversidad en respuesta a la sequía supone un recurso potencial para identificar caracteres adaptativos y un banco genético para la mejora de la productividad de cultivos. / The objectives of this work were to analyze how biodiversity and adaptation to Mediterranean climate is reflected in a diversity of ecophysiological traits and their responses to drought, and to study whether such diversity was related to growth forms and endemicity. The analysis covered the germination capacity, the effects of drought on seedling growth, the leaf ecophysiological responses to drought, and the adaptation of Rubisco specificity, in 24 Mediterranean species from the Balearic Islands. A wide range of variation has been observed among the species, with about half of this variability associated to different growth forms. However, no differentiation was found between endemic and non-endemic species of the Balearic Islands. The high diversity in the ecophysiological traits and their responses to drought found among Mediterranean species must be considered as a 'resource' to identify target adaptive traits for breeding plans, but also as a genetic bank to improve crop productivity.

Les performances du végétal et des arthropodes dont il constitue le microhabitat dépendent des températures de surface foliaire. Celles-ci peuvent dévier fortement de la température de l’air et présenter des niveaux d’hétérogénéité différents selon l'échelle spatiale considérée. La feuille atténue les températures extrêmes en rapprochant son amplitude de variation journalière de celle de la température de l’air. Cependant, cette réponse diminue l’hétérogénéité des températures de surface foliaire et les capacités de thermorégulation comportementale des arthropodes à l'échelle de la feuille. Les températures moyennes de surface foliaire atténuent peu le réchauffement, et déterminent localement la performance photosynthétique du végétal. De l’échelle de la feuille à celle de la canopée, les plantes montrent des réponses différentes au réchauffement. Ce type de changement d'échelle est primordial pour améliorer notre compréhension de l'impact des changements climatiques. / Plant performance and leaf-dwelling arthropods are impacted by leaf surface temperatures. Leaf surface temperatures can show important deviation from air temperature and present different levels of heterogeneity depending on the spatial scale. The leaf buffers temperature extremes by getting closer in amplitude to air temperature. However, this physiological response decreases the heterogeneity of temperatures at the leaf surface and the opportunities for arthropods to behavioraly thermoregulate in this microclimate. Mean temperatures at the leaf surface show low buffering abilities in response to warming and locally determine photosynthetic performance. From the leaf to the canopy scale, plants show different responses to warming and scaling is crucial to increase our understanding of the impact of global warming.

Auto-fluorescence emission of plant tissues can be a powerful reporter on plant biochemistry and physiology since it originates in substances inherent to primary or secondary metabolism. Plant bodies contain a plethora of intrinsic fluorescent compounds emitting practically all wavelengths of visible light. Moreover, the spectrum of fluorescent reporter signals was recently extended by a variety of fluorescent proteins that provide a new tool to mark whole cells or sub-cellular structures, study protein localization and monitor gene expression and molecule interactions. The imaging of such fluorescence signals reveals a possibility to acquire the information from as many as millions of points simultaneously, in vivo and in a non-invasive way thereby preserving integrity of cells and whole organisms. Imaging is particularly suited to visualize heterogeneity such as a localized immune response to invading pathogens. It can be applied both at macro- as well as micro-scales in two and three dimensions. The recent advancement in microscopy, the multi-photon microscopy, has made possible to monitor fluorescence signals, such as NAD(P)H fluorescence from intact leaf interior, that have been hidden to single-photon techniques.

Northern Canadian peatlands contain vast deposits of carbon. It is with growing urgency that we seek a better understanding of their assimilative capacity. Assimilative capacity and peat accumulation in raised bogs are linked to primary productivity of resident Sphagnum species. Understanding moisture-mediated photosynthesis of Sphagnum spp. is central to understanding peat production rates. The relationship between depth to water table fluctuation and spectral reflectance of Sphagnum moss was investigated using multispectral imaging at a recovering raised bog on the southwest coast of British Columbia, Canada. Burns Bog is a temperate oceanic ombrotrophic bog. Three ecohydrological indicator species of moss were chosen for monitoring: S. capillifolium, S. papillosum, and S. cuspidatum. Three spectral vegetation indices (SVIs) were used to characterize Sphagnum productivity: the normalized difference vegetation index 660, the chlorophyll index, and the photochemical reflectance index. In terms of spectral sensitivity and the appropriateness of SVIs to species and field setting, we found better performance for the normalized difference vegetation index 660 in the discrimination of moisture mediated species-specific reflectance signals. The role that spatiotemporal scale and spectral mixing can have on reflectance signal fidelity was tested. We were specifically interested in the relationship between changes in the local water table and Sphagnum reflectance response, and whether shifting between close spatial scales can affect the statistical strength of this relationship. We found a loss of statistical significance when shifting from the species-specific cm2 scale to the spectrally mixed dm2 scale. This spatiospectral uncoupling of the moisture mediated reflectance signal has implications for the accuracy and reliability of upscaling from plot based measurements. In terms of species-specific moisture mediated reflectance signals, we were able to effectively discriminate between the three indicator species of Sphagnum along the hummock-to-hollow gradient. We were also able to confirm Sphagnum productivity and growth outside of the vascular growing season, establishing clear patterns of reflectance correlated with changes in the local moisture regime. The strongest relationships for moisture mediated Sphagnum productivity were found in the hummock forming species S. capillifolium. Each indicator Sphagnum spp. of peat has distinct functional traits adapted to its preferred position along the ecohydrological gradient. We also discovered moisture mediated and species-specific reflectance phenologies. These phenospectral characteristics of Sphagnum can inform future monitoring work, including the creation of a regionally specific phenospectral library. It’s recommended that further close scale multispectral monitoring be carried out incorporating more species of moss, as well as invasive and upland species of concern. Pervasive vascular reflectance bias in remote sensing products has implications for the reliability of peatland modelling. Avoiding vascular bias, targeted spectral monitoring of Sphagnum indicator species provides a more reliable measure for the modelling of peatland productivity and carbon assimilation estimates. / Graduate