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Tipo do documento: Tese
Título: Interactions between temperature, intercellular CO 2 concentration, light and a unifying conceptual model response in controlling leaf isoprene emission rates
Autor: Souza, Vinícius Fernandes de 
Primeiro orientador: Gonçalves, José Francisco de Carvalho
Resumo: Isoprene is an unsaturated and volatile hydrocarbon (formula C 5 H 8 ) more emitted by vegetation, with emphasis on tree species. This molecule plays a significant role in the modulation of the atmospheric composition besides conferring adaptive advantage to the emitting plants against biotic and abiotic stress. Biogenic emissions of isoprene are controlled by temperature, irradiance and CO 2 concentration ([CO 2 ]). Given the increase in temperature and [CO2], it is of crucial importance to develop more precise models of isoprene emission as regards their insertion in the process of global climate change. In this study, the main evidence of the origin and the different carbon sources that contribute to the synthesis of isoprene were reviewed from periodic high impact factor (Chapter 1). Supported and updated on the theme of the synthesis and emission of isoprene, experiments were conceived and carried out with the objective of investigating the prediction of emission rates. Establishing a comparison of the models obtained “in silico” with two other models well known in the literature (Chapter 2) and, finally, an experiment was conducted in order to examine the interactive effects of temperature and [CO 2 ] on the rates of emission of isoprene in two species: Inga edulis (a species of tropical climate) and Populus tremula (a species of temperate climate) (Chapter 3). In addition, we quantitatively represent the effect of different environmental conditions on the fraction of electrons allocated for carbon assimilation and for the synthesis of isoprene. The increase in temperature may counterbalance the suppression effect of high [CO 2 ] on the emission rates of isoprene and the extent of the combined effects of temperature and [CO 2 ] may be associated with the sensitivity of the photosynthetic mechanisms coupled to energy absorption and carbon assimilation between the species. In P. tremula, the CO 2 suppression effect decreased as temperature increased and disappeared under elevated temperatures as a result of the acceleration of isoprene synthase activity (EC 4.2.3.27 ). The reduction of net photosynthetic rates, V cmax , ETR e F v’ /F m’ in function to temperature led to a decrease in the concentration of dimethylallyl diphosphate (DMADP) above 35oC. The higher vulnerability of the photosynthetic processes will contribute to the greater electron supplementation in the isoprene synthesis, which reflected in a great loss of photosynthetic carbon as isoprene. In general, elevated [CO 2 ] attenuated the effect of temperature on photosynthesis in particular on the fluorescence parameters which contributed to the increase in DMADP pools. For tropical species, the positive effect of temperature on isoprene synthase activity did not reduce the inhibitory effect of high CO 2 . The suppression of viiiisoprene emission rates was related to changes in the availability of DMADP rather than changes in isoprene synthase activity per se. The best fit of the photosynthetic processes for high temperature contributed to the greater influx of electrons to the reactions in the Calvin- Benson cycle to support the higher carboxylation rates. In addition, from the A/C i curve was observed decrease in net photosynthesis and ETR under intercellular CO 2 concentration, suggesting a possible link between ATP limitation and changes in carbon partitioning with declining isoprene emissions. The model (energetic status model– Morfopoulos et al. 2014) was able to reproduce changes in the isoprene emission rates induced by changes in [CO 2 ] and irradiance. A trend to increase the isoprene/photosynthesis ratio was observed with increasing irradiance. In addition, the electron flow for photorespiration, photorespiration rate, parallel isoprene emission rates under all parallelized the emission rates of isoprene under all conditions studied. Our observations suggest that difference in the tolerance threshold between species for temperature increase may determine the extent to which the suppression effect by high [CO 2 ] may exert on the control points (electron flow, ATP and DMADP) in the synthesis of isoprene. Improving the understanding of the mechanistic basis of isoprene emissions and their importance in prediction models related to volatile organic compounds (VOC) emissions under different scales and environmental conditions.
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.
Palavras-chave: Amazônia. Espécies arbóreas. Fotossíntese,
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia
Sigla da instituição: INPA
Departamento: Coordenação de Pós Graduação (COPG)
Programa: Ciências de Florestas Tropicais (CFT)
Citação: Souza, Vinícius Fernandes de. Interactions between temperature, intercellular CO 2 concentration, light and a unifying conceptual model response in controlling leaf isoprene emission rates. 2017. 194 f. Tese( Ciências de Florestas Tropicais (CFT)) - Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia, Manaus .
Tipo de acesso: Acesso Embargado
Endereço da licença: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
URI: http://bdtd.inpa.gov.br/handle/tede/2396
Data de defesa: 7-Jun-2017
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