Photosynthesis, CO2 and temperature – an approach to analyse the constraints to acclimation of trees to increasing CO2 concentration
Juurola E. (2005). Photosynthesis, CO2 and temperature – an approach to analyse the constraints to acclimation of trees to increasing CO2 concentration. https://doi.org/10.14214/df.4
Tiivistelmä
Tutkimuksen tavoitteena oli analysoida lämpötilan ja hiilidioksidipitoisuuden vaikutuksia fotosynteesiin ja siihen liittyviin prosesseihin ottaen huomioon lajille tyypillinen lehden kolmiulotteinen rakenne. Lehden rakenne vaikuttaa sekä hiilidioksidin kulkeutumiseen että valon absorptioon lehteen ja siten viherhiukkasten fotosynteesitehokkuuteen. Työssä yhdistetään fotosynteesiin vaikuttavia fysikaalisia ja biologisia tekijöitä. Puiden mukautumista ilman kohoavaan hiilidioksidipitoisuuteen tutkittiin kokeellisesti männyllä ja rauduskoivulla ja tuloksia tulkittiin suhteessa lehden ja neulasen rakenteellisiin eroihin. Tutkimuksessa kehitettiin rauduskoivun lehden kolmiulotteista rakennetta yksityiskohtaisesti kuvaava malli, jonka avulla hiilidioksidin kulkeutumista ja valon absorptiota lehden sisällä voitiin analysoida. Lämpötilan vaikutusta hiilidioksidin sitoutumiseen lehdessä tutkittiin aluksi määrittämällä kokeellisesti fotosynteesin tärkeimpien reaktioiden lämpötilariippuvuus boreaalisella vyöhykkeellä kasvavalle rauduskoivulle. Tässä käytettiin hyväksi perinteistä fotosynteesireaktioita kuvaavaa mallia. Näitä riippuvuuksia hyväksi käyttäen voitiin kolmiulotteisella mallilla analysoida fysikaalisten tekijöiden vaikutuksia lehden fotosynteesin lämpötilariippuvuuteen. Kehitetty malli osoittautui hyväksi työkaluksi kun tutkitaan hiilidioksidin sitoutumista eri lajeilla. Tulosten perusteella määritettiin uudet fotosynteesireaktioiden lämpötilariippuvuudet, joissa lehden rakenteen ja fysikaalisten tekijöiden vaikutus otettiin huomioon. Tulosten perusteella voidaan sanoa että lehden rakenteelliset ominaisuudet vaikuttavat selvästi lehtitasolla mitatun fotosynteesin lämpötilariippuvuuteen. Tällä on merkitystä kun tarkastellaan lajien välisiä eroja muuttuvassa ympäristössä. Kolmiulotteisen mallianalyysin perusteella voitiin myös todeta, että muiden vaikuttavien tekijöiden lisäksi lehden rakenteella voi olla huomattava vaikutus siihen miten kasvi mukautuu ilman kohoavaan hiilidioksidipitoisuuteen. Puiden mukautumista tutkittiin kahdella eri puulajilla, ja tulosten perusteella voidaan sanoa että mukautuminen ilman kohoavaan hiilidioksidipitoisuuteen eroaa puulajien välillä. Mänty hitaasti kasvavana ikivihreänä puuna suuntaa käytettävissä olevia resursseja fotosynteesin lisäksi myös esimerkiksi talviaikaiseen suojautumiseen ja kuivuuteen mukautumiseen, kun taas koivu nopeasti kasvavana lehtipuuna voi käyttää resurssejaan fotosynteesinopeuden hetkelliseen maksimointiin. Nämä puulajien väliset erot näkyvät myös mukautumisessa muuttuvaan ympäristöön. Hiilidioksidipitoisuuden noustessa saattaa jopa käydä niin, että mänty hyötyy pitoisuuden noususta ainakin väliaikaisesti enemmän kuin rauduskoivu.
Avainsanat
hiilidioksidin diffuusio;
ilmastonmuutos;
lehden rakenne;
lämpötilariippuvuus;
mallinnus
-
Juurola,
University of Helsinki, Department of Forest Ecology
Sähköposti
eija.juurola@helsinki.fi
Julkaistu 2.9.2005
Katselukerrat 4032
Saatavilla https://doi.org/10.14214/df.4 | Lataa PDF
Osajulkaisut
Aalto, T. & Juurola, E. 2001. Parametrization of a biochemical CO2 exchange model for birch (Betula pendula Roth.). Boreal Environment Research 6: 53–64.
http://www.borenv.net/BER/pdfs/ber6-053s.pdf
Aalto, T. & Juurola, E. 2002. A three dimensional model of CO2 transport in airspaces and mesophyll cells of a silver birch leaf. Plant, Cell and Environment 25: 1399–1409.
https://doi.org/10.1046/j.0016-8025.2002.00906.x
Juurola, E., Aalto, T., Thum, T., Vesala, T. & Hari, P. 2005. Temperature dependence of leaf-level CO2 fixation: revising biochemical coefficients through analysis of leaf three-dimensional structure. New Phytologist 166: 205–215.
https://doi.org/10.1111/j.1469-8137.2004.01317.x
Juurola, E. 2003. Biochemical acclimation patterns of Betula pendula Roth. and Pinus sylvestris seedlings to elevated carbon dioxide concentrations. Tree Physiology 23: 85–95.
http://heronpublishing.com/tree/summaries/volume23/a23-85.html
