Low apoplastic water potential in trees - dehydration stress on living cells and embolism in xylem

Visa fullständig post

Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-651-560-4
Titel: Low apoplastic water potential in trees - dehydration stress on living cells and embolism in xylem
Author: Lindfors, Lauri
Medarbetare: Helsingfors universitet, agrikultur-forstvetenskapliga fakulteten, institutionen för skogsvetenskaper
Nivå: Doktorsavhandling (sammanläggning)
Tillhör serie: Dissertationes Forestales - URN:ISSN:1795-7389
Abstrakt: Low apoplastic water potentials can affect trees by decreasing the hydraulic conductivity of xylem due to embolism and by causing dehydration stress in living cells. Low apoplastic water potentials regularly occur in trees during summer and winter. These can either be caused by loss of water due to transpiration or by freezing due to the chemical properties of ice. In this thesis the effects of low apoplastic water potential on trees were studied by causing low water potentials with three different methods: desiccation, freezing and by adjusting the osmotic concentration of xylem sap. Tree responses in this thesis were measured with stem diameter changes, leaf gas exchange, tree temperature and xylem water potential. Living parenchyma cells are thought to have negligible effect on xylem diameter changes but this thesis shows that the role of parenchyma can, in fact, be much more significant. Evidence for the major role of parenchyma cells in the diameter changes of frozen xylem also supported the theory of extracellular freezing. Furthermore, mesophyll cells were shown to react to freezing with a rapid depression of photosynthesis. It was also studied how a pressure increase in the xylem conduits, resulting from low water potentials, affects tree water relations during embolism formation and ice propagation. A gas burst was detected emerging from the tree stem during freezing. A decrease in the amount of gases in the xylem conduit can benefit trees in avoiding winter embolism. It was also experimentally confirmed that the formation of embolism in trees can temporarily even help relieve water stress due to the so called ´capacitive effect´. Low apoplastic water potential affects both the xylem and living cells in trees, and the interconnectedness of these responses are also shown in this thesis.Puiden toiminta muuttuu kun veden määrä niissä vähenee. Veden määrän vähetessä elävät solut puun sisällä voivat kokea kuivuus stressiä ja puun kyky kuljettaa vettä vähenee kun ksyleem-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 konsetraation 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 käsittä 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 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.
Permanenta länken (URI): URN:ISBN:978-951-651-560-4
http://hdl.handle.net/10138/178896
Datum: 2017-04-21
Subject: metsätieteet
Rights: Publikationen är skyddad av upphovsrätten. Den får läsas och skrivas ut för personligt bruk. Användning i kommersiellt syfte är förbjuden.


Filer under denna titel

Total number of downloads: Loading...

Filer Storlek Format Granska
low_apop.pdf 949.4Kb PDF Granska/Öppna

Detta dokument registreras i samling:

Visa fullständig post