Acclimation of stomatal structure and function in tree canopy: effect of light and CO2 concentration

Abstract

Acclimation of stomatal structure and function in tree canopy: effect of light and CO2 concentration

Studying the links between stomatal structure and function reveal how plants are acclimated to their environment along a range of spatial and temporal scales. The aim of my study the relationship between stomatal structure and function, and also determine how light intensity and CO2 concentration influence stomatal physiological and morphological traits in deciduous tree species. The stomatal density was a stomatal morphological trait that consistently changed along the canopy height profile in broad-leaved tree species, but stomatal dimensions decreased, increased or remained unchanged between canopy positions. Stomatal aperture approached a maximum in top leaves, whereas stomata were only half-open at the crown base. We can conclude that stomatal structure determines approximately 30% of the variation in stomatal conductance. In poplar, stomatal density was lower under elevated CO2 during the first and second years of the first rotation, but there were differences between the treatments neither during the third growing season nor during any year of the second rotation. A 3-15 fold variation in light intensity along the vertical canopy profile resulted in maximum photosynthetic rate 2-4 times higher for the upper-canopy leaves, while calculated stomatal conductance (using stomatal dimensions) varied only half as much in all studied species (1-1.9 fold); irrespective of tree age and height. It seems that photosynthetic rate acclimates to light availability more flexibly than stomatal morphology.

Õhulõhede struktuuri ja funktsiooni kohanemine valgusega ja kõrgendatud CO2 kontsentratsiooniga lehtpuude võras

Uurides õhulõhede struktuuri ja funktsiooni vahelisi seoseid, saame informatsiooni, kuidas taimed on kohanenud oma kasvukeskkonnaga nii ajalises kui ruumilises skaalas. Minu doktoritöö eesmärgiks oli uurida õhulõhede ehituse ja funktsioneerimise vahelisi seoseid, ning välja selgitada kuidas valguse intensiivsus ja kõrgendatud CO2 kontsentratsioon mõjutavad õhulõhede füsioloogilisi ja morfoloogilisi tunnuseid heitlehistel puuliikidel. Töö tulemused näitasid, et õhulõhede tihedus on kõige olulisem õhulõhede morfoloogiline parameeter, mis võra vertikaalprofiilis muutub, samal ajal kui õhulõhede mõõtmed uuritud liikidel kas vähenesid, suurenesid või jäid muutumatuks. Mõõdetud ja arvutatud õhulõhede juhtivuse võrdlusest selgus, et valguslehtedel töötavad õhulõhed maksimaalsele avatusele väga lähedal, seevastu varjulehtede õhulõhed on vaid pooleldi avatud. Leiti, et õhulõhede struktuur määrab ligikaudu 30% õhulõhede juhtivuse varieeruvusest. Kõrgendatud CO2 tingimustes oli papliliikidel õhulõhede juhtivus ~20% madalam, samas kui õhulõhede tihedus vähenes ainult kahel esimesel aastal ning järgnevatel aastatel õhulõhede arvus ega mõõtmetes muutusi ei täheldatud. Valguse intensiivsuse vähenedes lehestikus ~3–15 korda, langes maksimaalse fotosünteesi tase (fotosünteesivõime) 2–4 korda, samas kui maksimaalne õhulõhede juhtivus varieerus kaks korda vähem (vähenemine 1–1.9 korda). Vaatamata puu vanusele ja kõrgusele, kohaneb fotosünteesi kiirus paindlikumalt valguse kättesaadavusega kui õhulõhede morfoloogia.