Low apoplastic water potential in trees - dehydration stress on living cells and embolism in xylem
Lindfors L. (2017). Low apoplastic water potential in trees - dehydration stress on living cells and embolism in xylem. https://doi.org/10.14214/df.235
Tiivistelmä
Puiden toiminta muuttuu kun veden määrä niissä vähenee. Veden määrän vähetessä elävät solut puun sisällä voivat kokea kuivuusstressiä ja puun kyky kuljettaa vettä vähenee kun ksyleemi-solukkoon alkaa kertymä ilmaa ilmiössä, jota kutsutaan embolisaatioksi. Veden määrä vähenee puissa niiden kokiessa kuivuutta tai kun ne jäätyvät. Jäätymisen tapauksessa, nestemäisen veden määrä puun sisällä alenee tyypillisesti erittäin nopeasti jäätymisen alettua ja jään kemiallisista ominaisuuksista johtuen jää myös kuivattaa eläviä soluja erittäin tehokkaasti vetämällä nestemäistä vettä puoleensa. Veden liikettä puissa kuvataan usein vesipotentiaalin avulla. Vesipotentiaali alenee paineen laskiessa ja osmoottisen konsentraation noustessa, josta seuraa että vesi kulkee kohti alhaisempaa vesipotentiaalia.
Tässä väitöskirjassa pyrittiin ymmärtämään vesipotentiaalin vaikutuksia puiden elävin soluihin ja ksyleemin hydrauliseen vedenjohtavuuteen alentamalla vesipotentiaalia; kuivuuden ja jäädyttämisen keinoin ja nostamalla osmoottista potentiaalia apoplastisessa tilassa. Apoplastisella tilalla tarkoitetaan tilaa joka käsittää ksyleemin putkilot ja muun tilan elävien solujen ulkopuolella. Vaikutuksia tutkittiin käyttämällä läpimitanmuutos-, lämpötila- ja kaasunvaihtomittauksia.
Alhaisen vesipotentiaalien vaikutuksia eläviin soluihin tutkittiin ksyleemin parenkyymi- ja lehtien mesofyllisolujen tapauksessa. Puiden paksuuskasvua ja veden kuljetusta on tutkittu paljon mittaamalla rungon läpimitanmuutoksia ajan suhteen. Parenkyymisoluilla on yleisesti uskottu olevan vain marginaalinen vaikutus ksyleemin läpimitanmuutoksiin, mutta tämän väitöskirjan tuloksista ilmenee että niillä on merkittävä vaikutus, erityisesti puiden jäätyessä. Mesofyllisoluissa tapahtuvan fotosynteesin tiedetään alentuvan lämpötilan painuessa nolla asteen alapuolelle. Tässä väitöskirjassa näytetään ensimmäistä kertaa miten fotosynteesi nopeus alenee nopeasti jäätymisen alettua puissa ja kuinka se tapahtuu samaan tahtiin elävien solujen kokeman kuivuusstressin kanssa.
Väitöskirjassa tutkittiin myös alhaisen vesipotentiaalin, embolisaation ja jäätymisen vaikutuksia ksyleemin hydrauliseen johtavuuteen ja puiden kykyä havaita ja aktiivisesti kontrolloida embolisaation kehittymistä. Väitöskirja paljasti kuinka jäätyminen ja embolisaatio voi saada aikaan paineen nousuja ksyleemissä, jolla voi olla pitkäkestoisia seurauksia puiden toimintaan ja ksyleemin hydrauliseen konduktanssiin ja joilla voi olla myös suuria ekologisia seurauksia. Kaiken kaikkiaan väitöskirja osoitti miten vesipotentiaalin ja sen vaikutusten keskinäinen suhde ei ole niin yksinkertainen ja lineaarinen kun tieteen alalla on yleisesti ymmärretty.
Avainsanat
fotosynteesi;
kuivuminen;
puu;
vesipotentiaali;
jäätyminen;
embolismi;
läpimitanmuutos
-
Lindfors,
University of Helsinki, Department of Forest Sciences
Sähköposti
lauri.lindfors@helsinki.fi
Julkaistu 5.4.2017
Katselukerrat 4407
Saatavilla https://doi.org/10.14214/df.235 | Lataa PDF
Osajulkaisut
Hölttä T., Juurola E., Lindfors L., Porcar-Castell A. (2012). Cavitation induced by a surfactant leads to a transient release of water stress and subsequent ‘run away’ embolism in Scots pine (Pinus sylvestris) seedlings. Journal of Experimental Botany 63(2): 1057-1067.
https://doi.org/10.1093/jxb/err349
Lintunen A., Lindfors L., Kolari P., Juurola E., Nikinmaa E., Hölttä T. (2014). Bursts of CO2 released during freezing offer a new perspective on avoidance of winter embolism in trees. Annals of Botany 114(8): 1711-1718.
https://doi.org/10.1093/aob/mcu190
Lindfors L., Hölttä T., Lintunen A., Porcar-Castell A., Nikinmaa E., Juurola, E. (2015). Dynamics of leaf gas exchange, chlorophyll fluorescence and stem diameter changes during freezing and thawing of Scots pine seedlings. Tree Physiology 35(12): 1314-1324.
https://doi.org/10.1093/treephys/tpv095
Lintunen A., Lindfors L., Nikinmaa E., Hölttä T. (2016). Xylem diameter changes during osmotic stress, desiccation and freezing in Pinus sylvestris and Populus tremula. Tree Physiology 1-10.
