Interactions between temperature, intercellular CO 2 concentration, light and a unifying conceptual model response in controlling leaf isoprene emission rates

Abstract

O isopreno é um hidrocarboneto insaturado e volátil (formula C 5 H 8 ) mais emitido pela vegetação, com ênfase em espécies arbóreas. Esta molécula desempenha significativo papel na modulação da composição atmosférica além de conferir vantagem adaptativa as plantas emissoras contra estresse biótico e abiótico. As emissões biogênicas de isopreno são controladas por temperatura, irradiância e concentração de CO 2 ([CO 2 ]). Dado ao aumento na temperatura e da [CO 2 ] é de crucial importância o desenvolvimento de modelos mais precisos de emissão de isopreno no que concerne sua inserção no processo de mudanças climáticas globais. Nesse estudo, as principais evidências da origem e das diferentes fontes de carbono que contribuem na síntese de isopreno foram revisadas a partir de periódicos de alto fator de impacto (Capítulo 1). Embasado e atualizado sobre a temática da síntese e emissão de isopreno, experimentos foram idealizados e realizados com o objetivo de investigar a predição das taxas de emissão, estabelecendo um comparativo dos modelos obtidos ̈in silico ̈ com dois outros modelos já bem conhecidos na literatura (capítulo 2) e, por último, um experimento foi realizado com objetivo de analisar o efeito interativo da temperatura e da [CO 2 ] sobre as taxas de emissão de isopreno em duas espécies: Inga edulis (uma espécie de clima tropical) e Populus tremula (uma espécie de clima temperado) (Capítulo 3). Além disso, nós representamos quantitativamente o efeito de diferentes condições ambientais sobre a fração de elétrons alocada para assimilação de carbono e para a síntese de isopreno. O aumento da temperatura pode contrabalancear o efeito supressão da alta [CO 2 ] sobre as taxas de emissão de isopreno e a extensão dos efeitos combinados da temperatura e [CO 2 ] podem estar associados a sensibilidade dos mecanismos fotossintéticos acoplados a absorção de energia e assimilação do carbono entre as espécies. Em P. tremula, o efeito supressão do CO 2 diminuiu a medida que a temperatura aumentou e desapareceu sob elevadas temperaturas, como resultado da aceleração da atividade da isopreno sintase (EC 4.2.3.27 ). A redução dos valores de fotossíntese líquida, V cmax , ETR e F v’ /F m’ em função da temperatura levaram ao decréscimo na concentração de DMADP acima de 35oC. A maior vulnerabilidade dos processos fotossintéticos contribuiupara maior suplementação de elétrons na síntese de isopreno o que refletiu em grande perda de carbono fotossintético como isopreno. De forma geral, elevadas [CO 2 ] atenuaram o efeito da temperatura sobre a fotossíntese, em particular, sobre os parâmetros de fluorescência, nos quais contribuíram para aumento nos pools de DMADP. Para a espécies tropical, o efeito positivo da temperatura sobre a atividade da isopreno sintase não reduziu o efeito inibitório do alto CO 2 . A supressão sobre as taxas de emissão de isopreno xfoi relacionado às mudanças na disponibilidade de DMADP em vez de mudanças na atividade da isopreno sintase em si. O melhor ajuste dos processos fotossintéticos para alta temperatura contribuiu para maior influxo de elétrons para as reações no ciclo de Calvin-Benson para dar suporte as maiores taxas de carboxilação. Adicionalmente, a partir da curva A/C i foi observado decréscimo da fotossíntese líquida e ETR sob concentração intercelular de CO 2 , sugerindo possível ligação entre limitação por ATP e mudanças no particionamento de carbono com declínio das emissões de isopreno. O model (energetic status model– Morfopoulos et al. 2014) foi capaz de reproduzir as mudanças nas taxas de emissão de isopreno induzida por alterações nas [CO 2 ] e irradiância. Uma tendência de aumento da razão entre isopreno/fotossíntesefoi observadacom o aumento da irriadiância. Em adição, o fluxo de elétrons para fotorrespiração, taxa de fotorrespiração alteraram paralelamente as taxas de emissão de isopreno sob todas as condições estudadas. Nossas observações sugerem que diferença no limiar de tolerância entre as espécies para o aumento da temperatura pode determinar a extensão no qual o efeito da supressão por alto [CO 2 ] pode exercer sobre os pontos de controle (fluxo de elétrons, ATP e DMADP) na síntese de isopreno. Melhorando a compreensão sobre a base mecanicista das emissões de isopreno e sua importância nos modelos de predições relacionados as emissões de compostos orgânicos voláteis (COV) emissions sob diferentes escalas e condições ambientais.