Účinky zvýšené koncentrace CO2 na asimilační procesy

Bc. Šárka BORSKÁ

Master's thesis

Effects of elevated CO2 concentration on the assimilation processes

Abstract:

Pětileté sazenice smrku ztepilého (Picea abies L. Karst.) a buku lesního (Fagus sylvatica L.) byly vystaveny krátkodobému (13?23 dnů) a dlouhodobému (4?6 měsíců) působení přirozené (375 ?mol mol-1, AC) a zvýšené koncentrace CO2 (700 ?mol mol-1, EC). Měření probíhalo na lokalitě Bílý Kříž v Moravskoslezských Beskydech. Fotosyntetické charakteristiky byly měřeny gazometrickou a fluorescenční technikou. Měření byla prováděna jak v ustálených (světelná a CO2 křivka) tak dynamických (indukční křivky) podmínkách. V rámci experimentu byla testována hypotéza, že zvýšená [CO2] vede k rychlejší indukci asimilace CO2. Krátkodobé působení zvýšené [CO2] vyvolalo zvýšení maximální rychlosti asimilace CO2 (Amax; o 70?80%) při saturační intenzitě fotosynteticky aktivního záření (1400 ?mol m-2 s-1) u obou druhů dřevin. Statisticky průkazný vliv EC podmínek na maximální vodivost průduchů (GSmax) nebyl pozorován. U obou druhů dřevin byla v EC variantě pozorována rychlejší indukce asimilace (T90(A)) i stomatální vodivosti (T90(GS)). T90 představuje čas potřebný pro dosažení 90% Amax či GSmax z temnotně deaktivovaného stavu. Uvedená hypotéza tedy platí pro oba druhy dřevin. Dlouhodobé působení zvýšené [CO2] vedlo ke zvýšení Amax (11?52%) a snížení jak GSmax (40?57%) tak maximální rychlosti fotorespirace (RLmax; o 11?68%) obou druhů dřevin. Dlouhodobý vliv EC podmínek na indukci fotosyntézy se jevil jako druhově specifický. Zatímco u smrku byly pozorovány nižší hodnoty T90(A) v EC variantě, u buku byl pozorován nárůst T90(A). Z toho vyplývá, že uvedená hypotéza neplatí obecně a závisí na druhu dřeviny (platí pro smrk, neplatí pro buk). Možným vysvětlením je nárůst časové konstanty pro aktivaci enzymu Rubisco, který byl pozorován pro buk pěstovaný v EC podmínkách.

Abstract:

Five-year-old seedlings of Norway spruce (Picea abies [L.] Karst.) and European beech (Fagus sylvatica L.) were exposed to short-term effect (13-23 days) and long-term effect (4-6 months) of ambient (375 ?mol mol-1, AC) and elevated CO2 concentration (700 ?mol mol-1, EC). Measurements took place on the locality Bílý Kříž in Moravskoslezské Beskydy Mountains. The photosynthetic characteristics were measured by gas-exchange and fluorescence techniques. The measurements were done both in steady-state (light response curve and CO2 response curve) and dynamic (induction curve) conditions. Within the experiment, the hypothesis was tested that elevated CO2 concentration leads to faster induction of CO2 assimilation. Short-term effect of elevated CO2 concentration induced increases of maximum rate of CO2 assimilation (Amax; about 70-80%) at saturating intensity of photosynthetically active radiation (FAR; 1400 ?mol m-2 s-1) in both species of woody plants. Statistically significant effects of EC conditions on maximum stomatal conductance (GSmax) were not observed. In both woody plants species, faster induction of CO2 assimilation (T90(A)) and stomatal conductance (T90(GS)) were observed in EC variation. T90 represents time required to reach 90% of Amax (GSmax) from fully dark deactivated state. I.e., the initial hypothesis was confirmed in both tree species. Long-term effect of elevated CO2 concentration led to the increase of Amax (11-52%) and reduction of GSmax (40-57%) as well as maximum rate of photorespiration (RLmax; about 11-68%) in both tree species. Long-term effect of EC conditions on induction of photosynthesis appeared as species-specific. While in Norway spruce lower values of T90(A) were observed in EC variation, T90(A) increased in European beech under EC conditions. It is possible to conclude that the tested hypothesis is not valid in general and it seems to be species-specific (it was confirmed in Norway spruce; however, it is not valid in European beech). Increase of time constant for Rubisco activation, observed in beeches grown under EC conditions, is discussed as a potential explanation of the observed phenomenon.

Keywords

smrk ztepilý (Picea abies), buk lesní (Fagus sylvatica), zvýšená koncentrace CO2, fotosyntetické parametry, indukční křivky

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 16. 4. 2008

Accessible from:: 16. 4. 2008

Thesis defence

• Date of defence: 21. 8. 2008
• Supervisor: Mgr. Otmar Urban

University of Ostrava

Faculty of Science

Master programme / field:
Applied Physics / Biophysics