Paulina A. Rajewicz

Methodological and mechanistic context for the interpretation of leaf-level spectral chlorophyll-a fluorescence

Rajewicz P. A. (2022). Methodological and mechanistic context for the interpretation of leaf-level spectral chlorophyll-a fluorescence. https://doi.org/10.14214/df.330

Tiivistelmä

Pohjoinen havumetsävyöhyke on avainasemassa ilmakehän hiilidioksidin sidonnassa ja täten globaalissa hiilenkierrossa. Havupuiden yhteyttämisdynamiikan seuranta on haastavaa perinteisillä kasvien vihreyttä mittaavilla kasvillisuusindekseillä. Klorofyllifluoresenssin (ChlF), eli klorofylli–a molekyylin lähettämän punaisella aallonpituudella havaittavan heikon säteilyn, potentiaalista havupuuvaltaisten ekosysteemien yhteyttämisdynamiikan seuraamisessa on jatkuvasti enemmän näyttöä. Ennen kuin on mahdollista saada irti kaikki informaatio ChlF – signaalista, on tärkeää ymmärtää ne mekanismit joilla mitattu ChlF kytkeytyy yhteyttämiseen eri mittakaavoilla.

Käsittelen tässä väitöskirjassa niitä monia haasteita, jotka estävät meitä hyödyntämästä ChlF-signaalin koko potentiaalia ja rakennan teoreettisen suunnitelman kohti kokonaisvaltaisempaa tulkintaa ChlF-signaalista. Suurin painoarvo asetetaan niille haasteille, jotka käsittelevät ChlF-signaalia metodologisessa ja mekanistisessa kontekstissa. Tämä väitöskirja edesauttaa ChlF-aineiston tulkitsemista käsittelemällä niitä vaikutuksia, joita metodologisilla ja mekanistisilla tekijöillä on ChlF-signaaliin lehtitason mittauksissa. Väitöskirjassa analysoidaan mittausgeometrian ja mittausjärjestelyiden metodologisten tekijöiden vaikutusta ChlF-signaaliin eri mittausasetelmissa havunneulasilla ja lehtipuiden lehdillä. Tulokset osoittavat, että käytettäessä havuneulasmattoja, ChlF-signaalin muoto on vähemmän riippuvainen mittausgeometriasta kuin signaalin vahvuudesta, ja neulasmattoja mitattaessa, mittausgeometria ei vähennä eri näytejärjestelyjä käyttävien tutkimusten vertailtavuutta. Väitöskirjassa tutkitaan miten eri mekaaniset tekijät vaikuttavat ChlF-signaalin muutoksiin ja huomioitiin fysikaaliset tekijät, kuten lehden morfologia, ja fysiologiset tekijät, kuten pitkäkestoinen ei-fotokemiallinen sammutus. Huomattiin, että ekosysteemin sisäinen vaihtelu lajeissa ja valo-olosuhteissa tuotti sekä muuttumattoman variaation ChlF-signaalin perustasoon, että poikkeamia yhteyttämisen kausittaisen sopeutumisen malleihin.

Tämän väitöskirjan tulosten tukemana perustelen tarvetta huomioida sekä metodologiset, että mekanistiset kontekstit ChlF-signaalin tulkinnassa.

Avainsanat
fotosynteesi; havupuu; Ei-fotokemiallinen sammutus; Havumetsävyöhyke; Lehtien morfologia; Lehtipigmentit

Julkaistu 28.10.2022

Katselukerrat 3018

Saatavilla https://doi.org/10.14214/df.330 | Lataa PDF

Osajulkaisut

Rajewicz PA, Atherton JM., Alonso L, Porcar-Castell A (2019). Leaf-level spectral fluorescence measurements: Comparing methodologies for broadleaves and needles. Remote Sensing 11(5), article id 532.

https://doi.org/10.3390/rs11050532

Rajewicz PA, Zhang C, Atherton JM, Van Wittenberghe S, Riikonen A, Magney T, Fernandez-Marín B, Garcia Plazaola JI, Porcar-Castell A. The photosynthetic response of spectral chlorophyll fluorescence differs across species and light environments in a boreal forest ecosystem. Manuscript.

https://doi.org/10.2139/ssrn.4170451

Porcar-Castell A, Malenovský Z, Magney T, Van Wittenberghe S, Fernández-Marín B, Maignan F, Zhang Y, Maseyk K, Atherton J, Albert LP, Robson TM, Zhao F, Garcia-Plazaola JI, Ensminger I, Rajewicz PA, Grebe S, Tikkanen M, Kellner JR, Ihalainen JA, Rascher U, Logan B (2021). Chlorophyll-a fluorescence: illuminating the path connecting plant molecular biology to Earth-system science. Nature Plants 7: 998–1009.

https://doi.org/10.1038/s41477-021-00980-4

---