Xiao Zhou

Seasonal responses of photosynthesis and growth of a bioenergy crop (Phalaris arundinacea L.) to climatic change under varying water regimes

Zhou X. (2011). Seasonal responses of photosynthesis and growth of a bioenergy crop (Phalaris arundinacea L.) to climatic change under varying water regimes. https://doi.org/10.14214/df.127

Tiivistelmä

Väitöskirjatyössä tutkittiin, miten ruokohelven (Phalaris arundinacea L.) fotosynteesi ja kasvu reagoivat ilmastonmuutokseen (kohotettu lämpötila, kohotettu hiilidioksidipitoisuus) ja veden saatavuuteen. Kasvihuoneessa tehdyssä faktorikokeessa ruokohelpiä kasvatettiin kahtena kasvukautena (2009–2010) neljänä toistona olosuhteissa, joissa lämpötila edusti joko kasvihuoneen ulkopuolella vallinnutta lämpötilaa tai kohottamalla tätä 3,5 °C: lla. Hiilidioksidipitoisuus oli puolestaan sama kuin kasvihuoneen ulkopuolella (380 ppm) tai liki kaksinkertainen (700 ppm) tähän verrattuna. Samaan aikaan kasvualustan (turve) kosteus osakasvustoittain oli hyvin kostea (100 % tilavuudesta), tavanomainen (50 %) tai kuiva (30 %). Kohotettu lämpötila nopeutti fotosynteesiä ja kasvua kasvukauden alkupuolella sekä nopeutti kasvun etenemistä, jolloin fotosynteesi ja kasvu hidastuivat aikaisemmin kuin kohottamattomassa lämpötilassa. Fotosynteesissä tapahtuneet muutokset olivat yhteydessä fotosynteesin biokemiassa tapahtuviin muutoksiin: kasvukauden alkupuolella kohotettu kasvatuslämpötila hidasti fotosynteesin entsymaattisia reaktiota ja valon sidontaa alhaisessa mittauslämpötilassa verrattuna tilanteeseen, jossa kasvatuslämpötilaa ei kohotettu. Korkeissa mittauslämpötiloissa tilanne oli päinvastainen. Kasvukauden loppupuolella fotosynteesin entsymaattiset reaktiot hidastuivat ja valon sidontaa väheni kaikissa mittauslämpötiloissa, jos kasvatuslämpötilaa kohotettiin. Hiilidioksidipitoisuuden kohottaminen puolestaan nopeutti kaikissa mitattuuslämpötiloissa fotosynteesiä, jos kohta fotosynteesiin entsymaattiset reaktiot ja valon sidonta hidastuivat korkeassa hiilidioksidi-pitoisuudessa kasvaneissa kasveissa. Samalla klorofyllin määrää ja typpipitoisuus vähenivät lehdissä. Veden niukka saatavuus vähensi selkeästi ruokohelven fotosynteesiä ja kasvua sekä hiilen sitoutumista kasveihin. Vaikutus oli erityisen suuri silloin, kun ruokohelpi kasvoi kohotetussa lämpötilassa. Toisaalta hiilidioksidipitoisuuden kohottaminen kompensoi kuivuuden vaikutusta, mikä vähensi korkean lämpötilan ja kuivuuden aiheuttamaa stressiä. Tutkimus osoitti, että ruokohelpi hyötyy ilmastonmuutoksesta (kohonnut lämpötila, kohonnut hiilidioksidipitoisuus), jos veden saatavuus on riittävän hyvä. Yli kasvukauden ulottuneet mittaussarjat tuottivat puolestaan aineistoa estimoida ruokohelven fysiologiaa ja kasvua kuvaavien keskeisten parametrien dynamiikkaa suhteessa kasvuolosuhteiden muutokseen, jossa lämpötila ja hiilidioksidin kohoavat mutta vaihtelevat kasvukauden eri vaiheissa. Tällaista aineistoa voidaan käyttää hyväksi mm. laadittaessa mekanistisia malleja ruokohelven kasvun simuloimiseksi vaihtelevissa olosuhteissa yli koko kasvukauden

Avainsanat
ilmastonmuutos; fotosynteesi; Phalaris arundinacea L.; veden saatavuus; hiilen sitoutuminen

Julkaistu 5.9.2011

Katselukerrat 4441

Saatavilla https://doi.org/10.14214/df.127 | Lataa PDF

Osajulkaisut

Zhou, X., Ge, Z.M., Kellomäki, S., Wang, K.Y., Martikainen, P., Lemettinen, M., Hassinen, A., Ikonen, R. & Peltola, H. 2011. Multi-objective environment chamber system for studying plant responses to climate change under boreal conditions. Photosynthetica. In press.

http://www.springer.com/life+sciences/plant+sciences/journal/11099

Zhou, X., Ge, Z.M., Kellomäki, S., Wang, K.Y., Peltola, H., Biasi, C., Shurpali, N. & Martikainen, P. 2011. Effects of elevated CO2 concentration and temperature on photosynthesis of a bioenergy crop (Phalaris arundinacea L.) subjected to different water levels in boreal conditions. Manuscript.

Ge, Z.M., Zhou, X., Kellomäki, S., Wang, K.Y., Peltola, H. & Martikainen, P. 2011. Responses of leaf photosynthesis, pigments and chlorophyll fluorescence within canopy position in a boreal grass (Phalaris arundinacea L.) to elevated temperature and CO2 under varying water regimes. Photosynthetica 49: 172-184.

Zhou, X., Ge, Z.M., Kellomäki, S., Peltola, H., Wang, K.Y. & Martikainen, P. 2011. Seasonal acclimation of photosynthesis, carboxylation efficiency and electron transport capacity of a boreal grass (Phalaris arundinacea L.) to elevated temperature and CO2 under different water availability. Manuscript.

Zhou, X., Ge, Z.M., Kellomäki, S., Wang, K.Y., Peltola, H. & Martikainen, P. 2011. Effects of elevated CO2 and temperature on leaf characteristics, photosynthesis and carbon storage in above-ground biomass of a boreal bioenergy crop (Phalaris arundinacea L.) under varying water regimes. Global Change Biology Bioenergy 3: 223-234.

---