Effect of Light On Water Balance Through Gas Exchange

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-6150-5
Title: Effect of Light On Water Balance Through Gas Exchange
Author: Wang, Fang
Other contributor: Helsingin yliopisto, bio- ja ympäristötieteellinen tiedekunta
Helsingfors universitet, bio- och miljövetenskapliga fakulteten
University of Helsinki, Faculty of Biological and Environmental Sciences
Kasvitieteen tohtoriohjelma
Doktorandprogrammet i botanik
Doctoral Program in Plant Sciences
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2020-06-11
Language: en
URI: http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-6150-5
http://hdl.handle.net/10138/315008
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: Introduction Plants must maintain a balanced water budget to support fundamental processes. Light, on the other hand, is the ultimate energy source and therefore vital in the plants’ energy balance. To use light or to use water efficiently represents a trade-off that persists throughout a plant’s life, but is especially important during the establishment of a seedling. Control of gas exchange is required to attain the optimal balance between the fluxes of carbon dioxide and water vapour. This is achieved by regulating the degree of stomatal opening. Individual leaf gas-exchange measurements allow the assessment of the trade-off in stomatal conductance at a point in time while repeated measurements over an extended period can provide diurnal time-courses which are useful to evaluate the strategies that plants employ to control water use efficiency. Tree seedlings exposed to shade or sunlight require a strategy for water use that accommodates both light conditions. Under the current changing of climate, droughts in many regions increasingly threaten seedling survival, providing the context for the research in this thesis. Objectives The main objective is to improve our understanding of the effect of light quality and irradiance on water relations. To achieve this, it is necessary to link sensory and physiological mechanisms that control gas exchange to adaptation and acclimation of whole plants. Conclusions Light can affect plant water relations by regulating the rate and magnitude of stomatal movement. Blue-light photoreceptors play important roles in this movement under blue and green light, with their contributions to stomatal control changing through the photoperiod (I). When plants grow in shade, the response of stomatal conductance to long-term water-deficit may become more conservative (III). Under drought, related species within the same genus can have different water-use strategies, including the regulation of stomatal conductance (II). Differences in water use are correlated with local climate and help to explain the geographic distribution of related species (II) and variation among local populations (III). My findings broaden our understanding of the mechanisms behind maintenance of a favourable water balance in plants. I achieved this by connecting photoreceptor function to stomatal regulation at different times of the day, and stomatal regulation to the tradeoff between water use efficiency and maintenance of hydraulic conductivity. Much remains to be done before these connections can be validated over the full range environmental gradients that occur in nature. The roles of photoreceptors in diurnal regulation of water relations during a drought period are far from clear; neither are their roles in acclimation and adaptation of different species and populations to the dynamic light environments of natural habitats. Further research will be required to understand the roles played by photoreceptors in different water-use strategies and at different time scales spanning from days to seasons.Kasvien tulee ylläpitää tasapainotettua vesitaloutta tukeakseen perustoimintojaan kuten hiilensidontaa, ravinteiden kuljetusta, kasvua ja energian varastointia, ja viime kädessä selviytymistä ja lisääntymistä varten. Toisaalta valo on perimmäinen energian lähde ja siten elintärkeä tekijä kasvien energiatasapainossa. Useimmat valoa hyödyntävät tapahtumasarjat tarvitsevat myös vettä, josta aiheutuu kasveille ristiriitaa veden hukan minimoimiseksi esimerkiksi silloin kun vettä on vähän käytettävissä. Vaihtoehto valon tai veden käytön välillä edustaa valintaa, joka jatkuu kasvin koko elämän ajan, mutta on erityisen tärkeää taimivaiheen vakiintumisen aikana. Päätavoitteena on parantaa ymmärrystämme valon laadun ja sen voimakkuuden vaikutusta vesisuhteisiin. Saavuttaaksemme tämän, on tarpeellista yhdistää ne aistittavat ja fysiologiset mekanismit, jotka ohjaavat kaasujenvaihtoa johtaen sekä tilapäiseen että pysyvään sopeutumiseen koko kasvissa. Tässä väitöskirjatyössä päättelen seuraavaa: valo voi vaikuttaa kasvien vesisuhteisiin säätelemällä ilmaraon liikettä nopeuden ja voimakkuuden suhteen (I). Näissä ilmarakojen liikkeissä, sinistä valoa vastaanottavilla valoreseptoreilla on tärkeä ohjaustehtävä muuttuvan vuorokautisen valojakson aikana, kun valon aallonpituus on sinistä ja vihreää (I). Kun kasvit kasvavat varjossa, ilmarakojen johtavuuden reagointi pitkäaikaiseen vesivajeeseen saattaa muuttua vasteettomaksi (III). Saman suvun samankaltaisilla lajeilla saattaa kuivuudessa olla erilaisia toimintatapoja veden käytön suhteen mukaan lukien ilmarakojen johtavuuden säätely (II). Vedenkäytön eroavaisuudet ovat yhteydessä paikallisilmastoon mikä auttaa selittämään samankaltaisten lajien maantieteellistä jakautumista (II) ja paikallisten populaatioiden vaihtelua (III). Tulokseni laajentavat ymmärrystämme niistä mekanismeista, jotka ylläpitävät kasveille suotuisaa vesitasetta. Saavutin nämä tulokset yhdistämällä valoreseptorien tehtävän ilmarakojen säätelyyn päivän eri aikoina, ja ilmarakojen säätelyn valinnan vedenkäytön tehokkuuden sekä hydraulisen johtavuuden ylläpidon välillä. Paljon jää tutkittavaa ennen kuin nämä yhteydet voidaan vahvistaa ympäristön kaikille yksityiskohtaisille vaihteluväleille, joita luonnossa esiintyy. On edelleen epäselvää, mikä merkitys valoreseptoreilla on vesisuhteiden päivittäisessä säätelyssä kuivuusjakson aikana; myöskään ei ole selvää, mikä on valoreseptorien merkitys muuttuvissa valoympäristöissä eri lajien ja populaatioiden tilapäiseen ja pysyvään sopeutumiseen niiden luontaisilla kasvupaikoilla. Lisätutkimuksia edellytetään, jotta ymmärrys valoreseptorien tehtävistä eri vedenkäytön toimintatavoista ja eri aikaskaaloista ulottuen päivistä vuodenaikoihin paranisi.
Subject: plant Biology
Rights: Julkaisu on tekijänoikeussäännösten alainen. Teosta voi lukea ja tulostaa henkilökohtaista käyttöä varten. Käyttö kaupallisiin tarkoituksiin on kielletty.


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
FangWang-2020-E-Thesis.pdf 12.47Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record