Information

Ist die Photosyntheserate höher als die Atmungsrate?

Ist die Photosyntheserate höher als die Atmungsrate?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Bei der Photosynthese wird Kohlendioxid verbraucht und Sauerstoff produziert und gleichzeitig atmen auch Pflanzen. So wird Sauerstoff verbraucht und Kohlendioxid entsteht. Dann sollte der Netto-Gasaustausch Null sein. Wenn dem so ist, warum sagen wir dann, dass Pflanzen den Sauerstoff- und Kohlendioxidgehalt in der Atmosphäre aufrechterhalten?

Ist also die Photosyntheserate in einem Jahr (insgesamt) höher als die Atmungsrate der Pflanzen? Wie hoch ist der jährliche Netto-Gasaustausch?


Der Netto-Gasaustausch in jedem Gebiet wird je nach Anzahl der Pflanzen und um welche Pflanzen es sich handelt, unterschiedlich sein. Dies liegt daran, dass es von der Anzahl und Größe der Blätter abhängt und weil Chlorophyll für die Photosynthese unerlässlich ist, hängt es auch von der Menge an Chlorophyll in den Blättern ab. Daher ist dieser Teil der Frage sehr weit gefasst.

Insgesamt ist die Photosynthese (Sauerstoffproduktion) höher als die Atmungsrate der Pflanzen während eines Jahres.

Die aerobe Atmung setzt sich in Pflanzenzellen (bei Licht und Dunkelheit) ständig fort, verbraucht dabei Sauerstoff und produziert Kohlendioxid. Die Photosynthese hingegen läuft nur im Licht ab und verbraucht Kohlendioxid und produziert Sauerstoff. Je mehr Licht vorhanden ist, desto mehr Sauerstoff wird produziert.

Es gibt eine Lichtintensität, bei der sich Atmung und Photosynthese gegenseitig aufheben. Dies wird als Ausgleichspunkt bezeichnet. Unterhalb dieses Niveaus werden Kohlenhydrate verbraucht und die Pflanze kann nicht wachsen.

Dies und mehr können Sie in diesem Dokument der Royal Society of Chemistry nachlesen


2.2: Vorbereitungshinweise des Photosyntheselehrers

In diesem Abschnitt lernen die Schüler, die Methode der schwimmenden Blattscheibe zu verwenden, um die Nettophotosyntheserate (d. h. die Photosyntheserate minus der Zellatmungsrate) zu messen. Sie vergleichen die Nettophotosyntheserate in Wasser mit einer Natriumbicarbonatlösung. Die Fragen leiten die Studierenden bei der Überprüfung der relevanten Biologie und der Interpretation ihrer Ergebnisse. Dieser Abschnitt wird wahrscheinlich eine 45-50-minütige Laborphase erfordern. Um den Abschluss innerhalb einer Lab-Periode zu gewährleisten, können Sie Seite 1 und den oberen Teil von Seite 2 des Schülerhandouts als Vorpraktikum verwenden und/oder den unteren Teil von Seite 3 mit dem oberen Teil von Seite 4 als Nachbereitung verwenden.

Diese von den Schülern entworfene Untersuchung wird wahrscheinlich zwei bis drei 45-50 Minuten dauern, bis die Schüler:

  • Gestalten Sie die Untersuchung
  • Erhalten Sie Feedback zum Design ihrer Untersuchung und nehmen Sie alle erforderlichen Verbesserungen vor
  • Führen Sie die Untersuchung durch
  • Analysieren und interpretieren Sie die Ergebnisse
  • Erstellen Sie einen schriftlichen oder mündlichen Bericht
  • Nehmen Sie an einer Folgediskussion über Ergebnisse, Interpretationen und mögliche Verbesserungen des Versuchsdesigns und/oder Folgeuntersuchungen teil.

Zu die Unterrichtszeit reduzieren erforderlich, können Sie bei der Datenerhebung für Teil 1 von Ihren Studierenden die Frage 13 beantworten lassen und das Untersuchungsdesign als Hausaufgabe vorbereiten. Vielleicht möchten Sie auch, dass Ihre Schüler den Ergebnisbericht als Hausaufgabe erstellen. Wenn Sie machen nicht verfügen über genug Unterrichtszeit und/oder Ressourcen für diese Untersuchung können Ihre Schüler dennoch davon profitieren, Teil 1 als praktische Aktivität durchzuführen, die das Verständnis der Photosynthese und Zellatmung verbessert, und die Einführung in Teil 2 als Übung zur Gestaltung einer Untersuchung.

Vor Beginn In dieser Aktivität sollten die Schüler ein grundlegendes Verständnis der Photosynthese haben und wie Photosynthese und Zellatmung zusammenarbeiten, um ATP zu produzieren. Hierzu empfehlen wir die Analyse- und Diskussionsaktivität "Using Models to Understand Photosynthese" (http://serendip.brynmawr.edu/exchange/bioactivities/modelpho


Ellen D. Prastiwi

Gedankenfragen
Erklären Sie die Wissenschaft hinter den folgenden Gartenfragen:
1. Welche Auswirkungen hat es auf die Lufttemperaturen, wenn Einschränkungen bei der Landschaftsbewässerung zu trockenen Stadtlandschaften führen?

Die drei Hauptfunktionen, die für das Wachstum und die Entwicklung von Pflanzen grundlegend sind, sind:
• Photosynthese – Der Prozess der Aufnahme von Lichtenergie und deren Umwandlung in Zuckerenergie in Gegenwart von Chlorophyll unter Verwendung von Kohlendioxid und Wasser.
• Atmung – Der Prozess der Verstoffwechselung (Verbrennung) von Zucker, um Energie für Wachstum, Fortpflanzung und andere Lebensprozesse zu gewinnen.
• Transpiration – Der Verlust von Wasserdampf durch die Spaltöffnungen der Blätter.
Photosynthese
Ein Hauptunterschied zwischen Pflanzen und Tieren ist die Fähigkeit der Pflanze, ihre eigene Nahrung herzustellen. Bei der Photosynthese reagieren Kohlendioxid aus der Luft und Wasser aus dem Boden mit der Sonnenenergie, um Photosynthesen (Zucker, Stärke, Kohlenhydrate und Proteine) zu bilden und Sauerstoff als Nebenprodukt freizusetzen.

Photosynthese bedeutet wörtlich übersetzt mit Licht. Es kommt nur in den Chloroplasten vor, winzigen subzellulären Strukturen, die in den Zellen von Blättern und grünen Stängeln enthalten sind.

Dieser Prozess ist direkt abhängig von der Zufuhr von Wasser, Licht und Kohlendioxid. Die Einschränkung eines der Faktoren auf der linken Seite der Gleichung (Kohlendioxid, Wasser oder Licht) kann die Photosynthese unabhängig von der Verfügbarkeit der anderen Faktoren einschränken. Eine Folge von Dürre oder starken Einschränkungen der Landschaftsbewässerung ist eine Verringerung der Photosynthese und damit eine Verringerung der Pflanzenvitalität und des Wachstums.
In einem dicht geschlossenen Gewächshaus kann nur sehr wenig Frischluft eindringen und der Kohlendioxidgehalt kann einschränkend werden, wodurch das Pflanzenwachstum eingeschränkt wird. Im Winter liefern viele große kommerzielle Gewächshäuser zusätzliches Kohlendioxid, um das Pflanzenwachstum zu stimulieren.
Die Photosyntheserate ist etwas temperaturabhängig. Bei Tomaten zum Beispiel, wenn die Temperaturen über 96 °C steigen, steigt die Rate der Nahrungsaufnahme durch die Atmung über die Rate der Nahrungsproduktion durch Photosynthese. Das Pflanzenwachstum kommt zum Stillstand und das Produkt verliert seine Süße. Die meisten anderen Pflanzen sind ähnlich.

Atmung
Bei der Atmung wandeln Pflanzen (und Tiere) die Zucker (Photosynthese) wieder in Energie für Wachstum und andere Lebensprozesse (Stoffwechselprozesse) um. Die chemische Gleichung für die Atmung zeigt, dass die Photosynthese mit Sauerstoff kombiniert wird, wodurch Energie, Kohlendioxid und Wasser freigesetzt werden. Eine einfache chemische Gleichung für die Atmung ist unten angegeben. Beachten Sie, dass die Gleichung für die Atmung das Gegenteil von der für die Photosynthese ist.

Chemisch gesehen ähnelt der Prozess der Oxidation, die beim Verbrennen von Holz auftritt, wodurch Wärme entsteht. Wenn sich Verbindungen mit Sauerstoff verbinden, wird der Prozess oft als „Verbrennen“ bezeichnet, z. Je härter sie trainieren, desto mehr Zucker verbrennen sie und desto mehr Sauerstoff benötigen sie. Deshalb atmen sie bei voller Geschwindigkeit sehr schnell. Sportler nehmen Sauerstoff über die Lunge auf. Pflanzen nehmen Sauerstoff über die Spaltöffnungen in ihren Blättern und über ihre Wurzeln auf.
Auch hier ist die Atmung das Verbrennen von Photosynthesen, damit Energie wächst und die innere „Arbeit“ des Lebens verrichtet wird. Es ist sehr wichtig zu verstehen, dass sowohl Pflanzen als auch Tiere (einschließlich Mikroorganismen) Sauerstoff zur Atmung benötigen. Aus diesem Grund sind zu nasse oder gesättigte Böden schädlich für Wurzelwachstum und -funktion sowie für die Zersetzungsprozesse durch Mikroorganismen im Boden.
Für die Photosynthese und die Atmung gelten die gleichen Prinzipien bezüglich limitierender Faktoren.

Tabelle 1.
Vergleich von Photosynthese und Atmung
Photosynthese-Atmung
Produziert Zucker aus Lichtenergie
Speichert Energie
Tritt nur in Zellen mit Chloroplasten auf
Setzt Sauerstoff frei
Verwendet Wasser
Verwendet Kohlendioxid
Benötigt Licht Verbrennt Zucker für Energie
Gibt Energie frei
Tritt in den meisten Zellen auf
Verwendet Sauerstoff
Produziert Wasser
Produziert Kohlendioxid
Tritt bei Dunkelheit und Licht auf

Transpiration
Wasser in den Wurzeln wird durch Transpiration (Verlust von Wasserdampf durch die Spaltöffnungen der Blätter) durch die Pflanze gezogen. Die Transpiration verbraucht etwa 90 % des Wassers, das in die Pflanze gelangt. Die anderen 10% sind ein Bestandteil der Photosynthese und des Zellwachstums.
Die Transpiration erfüllt drei wesentliche Rollen:
• Bewegung von Mineralien von der Wurzel (im Xylem) und Zucker (Produkte der Photosynthese) durch die Pflanze (im Phloem). Wasser dient sowohl als Lösungsmittel als auch als Transportweg.
• Kühlung – 80 % der Kühlungswirkung eines Schattenbaums kommt von der Verdunstungskühlung der Transpiration. Davon profitieren sowohl Pflanzen als auch Menschen.
• Turgordruck – Wasser hält den Turgordruck in den Zellen ähnlich wie Luft einen Ballon aufbläst und den nicht holzigen Pflanzenteilen Form verleiht. Die Turgidität ist wichtig, damit die Pflanze steif und aufrecht bleiben kann und einen Wettbewerbsvorteil beim Licht erlangt. Turgidität ist auch wichtig für die Funktion der Schließzellen, die die Spaltöffnungen umgeben und den Wasserverlust und die Kohlendioxidaufnahme regulieren. Turgidität ist auch die Kraft, die Wurzeln durch den Boden drückt.
Die Wasserbewegung in Pflanzen ist auch ein Faktor des osmotischen Drucks und der Kapillarwirkung. Osmotischer Druck ist definiert als Wasser, das durch eine durchlässige Membran in Richtung höherer Salzkonzentrationen fließt. Wasser fließt weiter in Richtung der höchsten Salzkonzentration, bis die Salze soweit verdünnt sind, dass die Konzentrationen auf beiden Seiten der Membran gleich sind.
Ein klassisches Beispiel ist das Gießen von Salz auf eine Schnecke. Da die Salzkonzentration außerhalb der Schnecke am höchsten ist, durchquert das Wasser aus dem Körper der Schnecke die Membran, die seine „Haut“ ist. Die arme Schnecke wird dehydriert und stirbt. Stellen Sie sich dasselbe Szenario vor, wenn Sie das nächste Mal mit Salzwasser gurgeln um die Bakterien abzutöten, die Ihre Halsschmerzen verursachen.
Düngerverbrennungen und Hundeurinflecken in einem Rasen sind Beispiele für Salzprobleme. Der Salzgehalt im Bodenwasser wird höher als in den Wurzeln, und Wasser fließt von den Wurzeln in das Bodenwasser, um die Konzentration zu verdünnen. Was also tun, wenn Sie versehentlich zu viel Dünger auf Ihren Rasen auftragen?
Kapillarwirkung bezieht sich auf die chemischen Kräfte, die Wasser als einen kontinuierlichen Film und nicht als einzelne Moleküle bewegen. Wassermoleküle im Boden und in der Pflanze klammern sich aneinander und lassen sich nur ungern wieder los. Sie haben dies beobachtet, wie Wasser auf einer Münze oder einem Glasrand einen Meniskus bildet. Wenn also ein Molekül den Pflanzenstamm hochzieht, zieht es ein anderes mit. Diese Kräfte, die Wassermoleküle miteinander verbinden, können durch die Schwerkraft überwunden werden.


Mutualistische Riffbarsche induzieren höhere Photosyntheseraten in ihren Wirtskorallen

Korallenriffe gehören zu den vielfältigsten Ökosystemen der Erde, in denen komplexe interspezifische Wechselwirkungen allgegenwärtig sind. Ein Beispiel für solche Interaktionen ist die wechselseitige Beziehung zwischen Riffbarschen und verzweigten Korallen im nördlichen Roten Meer, wo die Fische Korallen als Unterschlupf nutzen und sie mit Nährstoffen versorgen, den Fluss zwischen ihren Ästen verbessern und sie vor Raubtieren schützen. Durch die Verbesserung des Flusses zwischen den Korallenästen belüften die Fische die innere Zone der Korallen und mildern hypoxische Bedingungen, die sich sonst in dieser Zone während der Nacht entwickeln. Hier haben wir zum ersten Mal die Wirkung der Riffbarsche getestet Dascyllus marginatus über Photosynthese und Atmung in der Wirtskoralle Stylophora pistillata Laborexperimente mit einem intermittierenden Fluss-Repirometer zeigten, dass die Anwesenheit von Fischen zwischen den Korallenästen unter Lichtbedingungen die Photosyntheserate der Korallen erhöhte. Unter dunklen Bedingungen wurde keine Auswirkung auf die Atmung der Korallen gefunden. Wenn ein Fisch in die innere Zone eines toten Korallenskeletts eindringen durfte, war seine Atmung höher als bei einer lebenden Koralle. Feldbeobachtungen zeigten, dass Riffbarsche zwischen den Korallenästen 18-34% der Zeit tagsüber und zu jeder Zeit während der Nacht vorhanden waren. Betrachtet man die durch die Fische induzierten Veränderungen zusammen mit dem Zeitanteil, in dem sie zwischen Korallenästen im Feld gefunden wurden, betrug die Wirkung der Fische eine Steigerung von 3-6% der täglichen Photosynthese der Korallen. Unsere Ergebnisse zeigen einen bisher unbekannten positiven Beitrag von korallenbewohnenden Fischen zur Photosynthese ihres Wirts.

Schlüsselwörter: Dascyllus Mutualism Physiologie Rotes Meer Atmung Stylophora.

© 2017. Herausgegeben von The Company of Biologists Ltd.

Interessenkonflikt-Erklärung

Konkurrierende InteressenDie Autoren geben keine konkurrierenden oder finanziellen Interessen an.


Diskussion

Es gab vierfache Variation in EINsatt, Blatt RD, Wurzel RD und N-Aufnahmerate unter Setzlingen von Baumarten, die in borealen Ökotonstandorten in Nordamerika gemeinsam vorkommen. Die Variation dieser Merkmale war eng mit Artenunterschieden in RGR, Blatt- und Wurzelstruktur, Sukzessionsnische, Samengröße und Blattlebensdauer verbunden [unterstützende Hypothese (1)]. Die Ergebnisse dieser Studie stimmten mit den Trends für mehr massenbasierte EINsatt, Blatt RD, Wurzel RD und/oder N-Aufnahme bei Arten, die eher schattenintolerant als tolerant sind ( 1 Walters et al. 1993) [unterstützende Hypothese (2)], eher früh als spät sukzessive (Bazzar 1979 24 ) und von eher kurzer als langer Blattlebensdauer ( 22 25 ).

Ein Vergleich mit der Arbeit von F. S. Chapin und Kollegen kann nützlich sein, da fünf derselben Arten untersucht wurden und ihre Wachstumsraten-Rangfolge der vorliegenden Studie ähnlich war. Im Früh- und Hochsommer im Gebiet von Alaska Blatt N und RD Preise waren höher in Bevölkerung und Betula als in Picea glauca oder Picea mariana ( 5 ) und unsere Gewächshausergebnisse für diese Artenkontraste sind vergleichbar. Allerdings feine Wurzel RD Die Raten in Alaska, die während der Saison bei einer gemeinsamen Temperatur gemessen wurden, waren am höchsten für Larix, vergleichbar für Picea sp. und Betula, und niedrigste für Bevölkerung ( 5 ). Somit sind unsere Daten, in denen root RD Preise genau spiegeln Blatt RD Preise und waren am höchsten in Bevölkerung, stimmen nicht mit diesen früheren Berichten überein. In einer Laborstudie mit Sämlingen wurde Phosphat pro Einheit herausgeschnittener Feinwurzelmasse um . schneller resorbiert Populus tremuloides und B. Papyriferen als durch P.mariana ( 6 ). Es wurden keine Daten zur Ammonium- und Nitrataufnahme für die Nadelbäume vorgelegt, aber es wurde festgestellt, dass die Nitrataufnahme bei allen Arten, offensichtlich einschließlich der Nadelbäume, gering und nicht unterscheidbar war. In unserer Studie hatten die immergrünen Koniferen eine niedrigere Gesamt-N-Aufnahmerate pro Einheit Wurzelmasse. Angesichts der unterschiedlichen Messungen (unsere Ergebnisse liefern eine Schätzung der N-Akkumulation durch eine intakte Gesamtsystemwurzel im Vergleich zu direkten Messungen der Nährstoffaufnahmeraten durch herausgeschnittene Feinwurzeln) können diese gegensätzlichen Ergebnisse nicht leicht in Einklang gebracht werden.

NETTO CO2 WECHSELKURS IN BEZUG AUF SCHATTENTOLERANZ UND RGR

Die Daten unserer Studie von neun borealen Arten unterscheiden sich auch von Ergebnissen anderer früherer Studien. Erstens, entweder bei 23% oder 2% des vollen Lichts, maximale Netto-Photosynthese und Blatt RD Raten von 13 tropischen Baumarten standen im Allgemeinen nicht in Zusammenhang mit der Artenvariation in der Schattentoleranz ( 13 ). Im Gegensatz dazu gab es eine Korrelation zwischen der Farbtoleranz und beiden massebasierten EINsatt und RD für die neun borealen Arten, im Einklang mit den Ergebnissen für fünf sympatrische gemäßigte Laubbäume, die sich in der Schattentoleranz unterscheiden ( 33 ). Massenbasiert EINsatt war für 13 tropische Arten positiv mit RGR verwandt, wenn sie in 23% Licht gezüchtet wurden (R = 0,71), aber nicht bei 2% Licht, während in unserer borealen Artengruppe diese Beziehung sowohl bei 25% (R = 0,97) und bei 5% Licht (R = 0·86). In unserer Studie gebietsbezogen EINsatt korrelierte besser mit RGR für Pflanzen mit starkem Licht als für Pflanzen mit schwachem Licht (Tabelle 3), ähnlich den Ergebnissen von 13) und 33).

Die konsequente Feststellung eines stärkeren Gesamtzusammenhangs zwischen massenbasierten EINsatt und RGR als flächenbasiert EINsatt und RGR in dieser und anderen ( 19 33 13 ) weisen auf eine direktere Beziehung zwischen RGR und CO . hin2 pro investierter Masseeinheit gewonnen als pro angezeigter Flächeneinheit. Die bessere Gesamtbeziehung zwischen masse- als flächenbezogener EINsatt und RGR unterstützt auch die Idee, dass massenbasierte Gasaustauschraten für Messungen der Anlagenenergetik relevanter sind als flächenbezogene ( 22 Walters et al. 1993). Die kleineren Unterschiede zwischen den Arten in flächenbezogener als in massenbezogener Form EINsatt resultiert aus dem großen Gradienten in einem koordinierten Satz von Blattmerkmalen (SLA, Blattlebensdauer, Nährstoffkonzentrationen) unter den neun borealen Arten, wie in anderen Artengruppen nachgewiesen wurde ( 22 , 23 ). Es wurde gezeigt, dass SLA mit zunehmender Blattlebensdauer und abnehmendem massebasiertem N und abnimmt EINsatt und dass eine abnehmende SLA diese ausgleicht, um zu einem kleineren Gradienten bei flächenbasierter als bei massenbasierter zu führen EINsatt zwischen den Arten ( 22 24 25 ).

Mehrere Autoren haben festgestellt, dass es keine Beziehung zwischen Photosynthesekapazität und Pflanzenproduktivität oder Wachstumsrate gibt (z. B. 10 30 ). Natürlich hängt die Gültigkeit dieser Aussage von den gemachten Kontrasten ab, aber solche Aussagen wurden vielleicht aus dem Zusammenhang gerissen, um darauf hinzuweisen, dass es insgesamt nur eine geringe Beziehung zwischen Photosyntheserate und Wachstum gibt. Studien über Populationen oder Behandlungskontraste innerhalb von Arten finden häufig wenig Unterstützung für eine solche Beziehung. In breiten Artenvergleichen wurde jedoch klar gezeigt, dass RGR junger Sämlinge unter kontrollierten Bedingungen (diese Studie, auch Poorter et al. 1990 22 33 13 32 ) und Höhenwachstum von jungen einzeln gewachsenen Feldbäumen ( 22 ) korrelieren stark mit der Photosyntheserate, insbesondere auf Massenbasis. Flächenbasierte Photosynthese kann auch signifikant mit RGR korreliert sein (in dieser Studie Pflanzen bei starkem, aber nicht schwachem Licht), obwohl diese Beziehung oft nicht gilt (33 13).

Wir fanden heraus, dass schattentolerante Arten bei einer üblichen Pflanzengröße eine niedrigere Spross- und Wurzelatmungsrate aufweisen als intolerante Arten [unterstützende Hypothese (2)], im Einklang mit einer lange vertretenen, oft zitierten und schlecht getesteten Hypothese (11), die bereits grenzt trotz fehlender empirischer Belege an ein Paradigma (siehe aber 9 7 ). Es ist auch nicht bekannt, ob Pflanzen aller Arten eine niedrigere Atmungsrate aufweisen, wenn sie in niedrigen vs hohes Licht [Hypothese (4)]. Diese seit langem gehegte Hypothese legt nahe, dass sich alle Arten an das Wachstum bei schwachem Licht durch Herunterregulierung der Atmungsraten akklimatisieren, was theoretisch die Kohlenstoffverluste in dieser ressourcenarmen Umgebung reduzieren würde. Es gibt in der Literatur nur sehr wenige Daten, um diese Frage zu beantworten. In dieser Studie unterstützten die Daten diese Hypothese nicht: Für jede Art waren die Atmungsraten für Pflanzen vergleichbarer Größe ähnlich, unabhängig davon, ob sie bei starkem oder schwachem Licht angebaut wurden.

VERBINDUNGEN VON PFLANZENMERKMALE

Es lohnt sich, die Fragen der direkten und indirekten Ursache und Wirkung im Zusammenhang mit den starken Korrelationen zwischen den Arten in so vielen Gewebe- und Ganzpflanzenmerkmalen zu berücksichtigen (Tabelle 3). Mehrere sind wahrscheinlich indirekt miteinander verbunden: Zum Beispiel kann die Variation der Samenmasse zwischen den Arten mit dem Netto-CO . von Wurzeln, Blättern und ganzen Pflanzen in Verbindung gebracht werden2 Austausch, Morphologie und Wachstum als Ergebnis paralleler Selektion. Mit kleinen oder großen Samen und hohem oder niedrigem SLA, NUR, EINsatt und RGR können für Arten vorteilhaft sein, die an bestimmte Arten von Regenerationsmikrohabitaten angepasst sind. Andere Korrelationen sind das direkte Ergebnis der Aggregation von Gewebemerkmalen von Organen auf die gesamte Pflanze: LAR ist eine direkte Funktion von SLA × LWR, RLR ist eine direkte Funktion von SRL × RWR und Netto-CO . der gesamten Pflanze2 Wechselkurse sind eine direkte Funktion des Netto-CO . des Gewebes2 Wechselkurse × proportionale Biomassezuweisung zu jedem Gewebetyp.

Ein dritter Korrelationstyp ist jedoch funktionell, mit entweder direkten ein- oder zweiseitigen Ursache-Wirkungs-Beziehungen oder indirekten Beziehungen, die auf der Ebene des Organsystems oder der gesamten Pflanze vermittelt werden. Ein Beispiel für ersteres wäre die Beziehung von Gewebe N mit Blatt- und Wurzel-CO .2 Wechselkurse. Es ist allgemein bekannt, dass diese Beziehungen von grundlegender Bedeutung sind, da N-haltige Proteine ​​eine wichtige biochemische Rolle bei der Photosynthese und Atmung spielen. Beziehungen zwischen EINsatt, Blatt RD, SLA und Blattlebensdauer sind weniger direkt, aber nicht weniger grundlegend oder weit verbreitet und beinhalten sowohl die physikalisch-chemischen als auch die evolutionären Einschränkungen der Photosynthese und Atmung im Zusammenhang mit Blattstruktur und Langlebigkeit ( 22 ). Schließlich deutet die enge Korrelation zwischen Struktur, Chemie und Funktion von Blättern und Wurzeln bei den neun Arten darauf hin, dass die Selektion nach Blatt- und Wurzelmerkmalen bei borealen Baumarten parallel verläuft: Bäume haben sich so entwickelt, dass sie beide Blätter haben und Wurzeln mit feinerer Struktur und höherer %N-Konzentration, Atmungsraten und Ressourcenaufnahmeraten (EINsatt und N-Aufnahme) oder der umgekehrte Satz von Merkmalen. Ob dieses Muster bei Bäumen oder anderen Pflanzenarten weit verbreitet ist, ist derzeit nicht bekannt, da die Charakterisierung von Wurzelmerkmalen über große Artenzahlen hinweg für solche Vergleiche unzureichend ist.

NETTO CO2 WECHSELKURS IN BEEINFLUSSUNG VON LICHTSTÄNDEN, N-KONZENTRATIONEN UND AUSDRUCKART

Auf Massenbasis sind N und EINsatt waren bei schwachem als starkem Licht bei den neun borealen Arten gleich oder etwas größer, ähnlich wie etwas höhere massebasierte EINsatt für Zuckerahorn und Hybridpappel, die experimentell zu 7% angebaut wurdenvs 45 % des vollen Sonnenlichts ( 31 ) und für fünf Hartholzbaumarten werden 15 % angebautvs 75% des vollen Sonnenlichts ( 33 ). Bei ausgewachsenem Zuckerahorn im Freiland wachsen Blätter an Zweigen im tiefen Schatten (C. 2–10 % des vollen Lichts) hatten ähnliche Blätter %N und EINsatt als Blätter, die bei höherem Licht an Ästen wachsen (25–60% des vollen Lichts) (8). Im Gegensatz dazu hatten natürliche Zuckerahorn-Sämlinge, die in einer Lücke (15% des vollen Lichts) wuchsen, einen höheren Blatt-%N und einen höheren Massenanteil EINsatt als Sämlinge in sehr tiefem Schatten (2% des vollen Lichts) ( 7 ) und tropische Baumsämlinge, ob schattentolerant oder intolerant, hatten eine größere Massebasis EINsatt wenn bei 23 als 2% Licht gezüchtet ( 13 ).

Neben der vorliegenden Arbeit haben mehrere artenübergreifende Studien signifikante Korrelationen zwischen der Blattatmung und der N-Konzentration gefunden, auch bei im Freiland gewachsenen Bäumen ( 29 Reich et al. 1996 Reich, Walters et al. 1997). 19 ) berichteten von einem höheren Gewebe-%N und RD für schnellwüchsige als für langsamwüchsige Kräuter, aber es war nicht klar, ob RD und %N waren signifikant verwandt. Innerhalb der Arten, Beziehungen zwischen %N und RD wurden oft, aber nicht immer gefunden ( 3 14 20 26 ). Angesichts des größeren Bereichs von sowohl %N als auch RD zwischen als innerhalb der Arten, so sollte es nicht verwundern, dass auch auf dieser Grundlage eine stärkere Beziehung zwischen den beiden gefunden wird.

Wie vergleichen sich diese Sämlingsergebnisse mit Daten von ausgewachsenen Bäumen? Rankings unter den Arten von EINsatt und RD waren für im Gewächshaus angebaute Sämlinge ähnlich wie für im Freiland angebaute Bäume (25, unveröffentlichte Daten), und das Verhältnis von EINsatt blättern RD (basierend auf der Steigung der Regression zwischen den beiden) beträgt sowohl für Sämlinge (diese Studie) als auch für ausgewachsene Bäume (Reich, Walters et al. 1997). Blatt-N-Konzentrationen, SLA, EINsatt und RD waren jedoch bei im Gewächshaus aufgezogenen Sämlingen höher als bei im Freiland gewachsenen Bäumen. Die Steigungen des massebasierten EINsatt-Blatt N und RD-N-Beziehungen waren auch bei Sämlingen höher als bei feldgewachsenen Bäumen ( 21 , 26 25 29 ), was mit Daten übereinstimmt, die eine steilere Neigung solcher Beziehungen für Pflanzen mit höherem mittleren SLA und %N ( 23 25 ) zeigen.

Manchmal wurden unterschiedliche Ergebnisse berichtet, wenn Vergleiche von Massen- vs Flächenbasierte Photosyntheseraten. In dieser Studie hatten unter den neun borealen Arten die schneller wachsenden Arten eine höhere massenbasierte Photosyntheserate, aber ähnliche flächenbasierte Photosyntheseraten als langsam wachsende Arten, ähnlich wie bei einigen anderen Vergleichen mehrerer Arten (19 22). In anderen Datensätzen wurde jedoch festgestellt, dass selbst auf Flächenbasis, EINsatt ist bei schnell wachsenden, früh sukzessiven Arten im Labor ( 33 ) oder im Freiland ( 24 ) höher.

Wie lassen sich diese Unterschiede in Einklang bringen? Es scheint, dass interspezifische Unterschiede in der SLA (die innerhalb von Arten als Funktion des Pflanzenalters und der Mikroumgebung stark plastisch ist) immer die proportionalen Unterschiede zwischen den Arten in Großgruppenkontrasten verringern, wenn Vergleiche von EINsatt oder RD werden auf Flächen- und nicht auf Massenbasis hergestellt (19 Reich et al. 1992 33 24 25 Reich, Walters et al. 1997 diese Studie). Ob deutliche flächenbezogene Artenunterschiede auftreten oder nicht, hängt von den Besonderheiten der jeweiligen Studie ab. Bei Laubholzsämlingen ( 33 ) und tropischen Bäumen ( 24 ) zeigen sich beispielsweise ähnliche Muster interspezifischer Unterschiede in EINsatt wurden sowohl auf Flächen- als auch auf Massenbasis beobachtet, da die SLA-Unterschiede klein genug waren, dass sie die Artenunterschiede auf Flächenbasis verringerten, aber nicht beseitigten EINsatt. Bei krautigen Sämlingen (19), holzigen Sämlingen (wenig Licht, diese Studie) oder Bäumen der gemäßigten Klimazone (25) gleichen interspezifische Unterschiede in der SLA die Unterschiede in massebasierten . vollständig aus EINsatt, so dass keine Unterschiede in der flächenbezogenen EINsatt artenübergreifend aufgetreten. Die Schlussfolgerungen, die gezogen werden können, sind: (1) massenbasiert EINsatt variiert je nach Art in Bezug auf Habitataffinität und Unterschiede in der Wachstumsrate, (2) flächenbezogen EINsatt entlang solcher Artengradienten sind die Unterschiede immer geringer und (3) das Auftreten von flächenbezogenen Mustern zwischen Arten kann als schwaches allgemeines Phänomen angesehen werden.


Danksagung

Diese Studie wurde unterstützt von der National Natural Science Foundation (41430967 41120164007), der State Oceanic Administration (SOA, GASI-03-01-02-04), dem Joint Project of NSFC und der Provinz Shandong (Grant No. U1406403) und dem Strategic Priority Research Program der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (Grant No. XDA11020302). JBs Besuch in Xiamen wurde von der Universität Xiamen unterstützt. SC wird von einem Forschungsstipendium der Royal Society (Großbritannien) unterstützt und ihr Besuch in Xiamen wurde von MEL unterstützt. Wir danken den vier anonymen Gutachtern für ihre aufschlussreichen Kommentare zum Manuskript.

Photosynthetische Kohlenstofffixierung.

Tabelle S1. Parameter der Carbonatchemie von LCL-, HC- und HCL-Medien. Diese Parameter wurden aus pCO . berechnet2 und pH mit CO2SYS-Software. Die unterschiedlichen hochgestellten Buchstaben weisen auf signifikante Unterschiede zwischen den Medien hin P < 0,05.

Tabelle S2. Spezifische Wachstumsraten von LCL- und HCL-Populationen und die Signifikanzniveaus der Unterschiede in der Wachstumsrate zwischen den beiden Populationen für jeden gemessenen Wachstumszyklus. Signifikante Unterschiede wurden mit unabhängigen Stichproben analysiert T-Tests, und die Freiheitsgrade waren 4. Fett gedruckte und unterstrichene Werte zeigen, wo es einen signifikanten Unterschied in der Wachstumsrate zwischen den beiden Populationen gab.

Tabelle S3. Mittlere Zellgrößen von LCL- und HCL-Populationen und die Signifikanzniveaus von Unterschieden in der Zellgröße zwischen den beiden Populationen für jeden gemessenen Wachstumszyklus. Signifikante Unterschiede wurden mit unabhängigen Stichproben analysiert T-Tests und die Freiheitsgrade waren 4. Fettgedruckte und unterstrichene Werte zeigen, wo es einen signifikanten Unterschied in der Zellgröße zwischen zwei Populationen gab.

Abbildung S1. Photosynthetische Kohlenstofffixierungsraten (pg-Zelle −1 h −1 ) für Phaeodactylum tricornutum Zellen aus LCL (schwarzer Balken) und HCL (grauer Balken) Populationen an Tag 558 und 588. LCL, langfristige Umgebungsluftexposition HCL, langfristig erhöhter CO .-Wert2 Exposition. Die Werte sind Mittelwerte ± SD von dreifachen Kulturen aus jeder Population (n =3). Die verschiedenen Buchstaben weisen auf signifikante Unterschiede zwischen den Populationen hin P < 0,05.

Bitte beachten Sie: Der Herausgeber ist nicht verantwortlich für den Inhalt oder die Funktionalität der von den Autoren bereitgestellten unterstützenden Informationen. Alle Anfragen (außer fehlenden Inhalten) sollten an den entsprechenden Autor des Artikels gerichtet werden.


Kann das Engineering von Pflanzen mit hoher Energienutzungseffizienz Ertragsverluste durch hohe Temperaturen reduzieren?

Niedrige Atemfrequenzen sind im Allgemeinen mit hohen Ernteerträgen korreliert (Nunes-Nesi et al., 2005 Hauben et al., 2009), aber sehr niedrige Atemfrequenzen reichen möglicherweise nicht aus, um die Energieproduktion aufrechtzuerhalten (De Block und Van Lijsebettens, 2011). Daher ist eine verbesserte Effizienz der Energienutzung sofort erforderlich, um die Ernteerträge in einem Hochtemperaturklima zu steigern. Tatsächlich verringert eine höhere Atmung der Pflanzen nicht immer die Ansammlung von Biomasse. Eine kürzlich durchgeführte Metaanalyse zeigte, dass ein Hochtemperaturklima die Biomasse über alle Landpflanzen signifikant um 12,3 % erhöhte, und dieser Effekt änderte sich nicht mit dem mittleren Jahresniederschlag, der Versuchsdauer, CO2 Anreicherung oder Zugabe von Stickstoff, Trockenheit oder Bewässerung (Lin et al., 2010). Ebenso wurde der Getreideertrag gesteigert, wenn Pflanzen nur in Wachstumskammern hohen Nachttemperaturen ausgesetzt waren (Glaubitz et al., 2014). Interessanterweise hatten Indica-Sorten bei hohen Nachttemperaturen höhere Atmungsraten als Japonica-Sorten. Auch Indica-Sorten zeigten einen signifikanten Anstieg der Biomasse im Vergleich zu Kontrollen, während Japonica-Sorten einen leichten Rückgang aufwiesen (Peraudeau et al., 2015). Dies deutete darauf hin, dass die Sorten mit erhöhter Biomasseansammlung und höheren Atmungsraten bei hohen Nachttemperaturen eine höhere Energieeffizienz hatten. Der Wachstumsatmung wurde mehr Energie zugewiesen als der Erhaltungsatmung und sogar den anderen vergeblichen Prozessen (Abbildung 2Ba). Daher ist es ein gangbares Mittel, um Ertragsverluste durch hohe Temperaturen zu reduzieren, indem die Pflanzen mit hoher Energieeffizienz im Atmungsprozess ausgeführt werden.

Am Atmungsstoffwechsel sind zahlreiche Stoffwechselwege beteiligt, die von mehreren Genen moduliert werden, die mit allen Facetten der Pflanzenphysiologie und des Pflanzenwachstums zusammenhängen (Amthor et al., 2019). Es ist daher schwierig, die Sorten mit niedrigem Energieverbrauch unter Verwendung konventioneller Züchtungsmethoden zu erhalten. Jetzt ist es jedoch möglich, die spezifischen molekularen Ziele zu lokalisieren, um eine höhere Atmungseffizienz zu erzielen und CO . zu minimieren2 Verlust. Eine Reihe von Prozessen wurden als Ziele für die Entwicklung energieeffizienter Pflanzen vorgeschlagen, wie z , mitochondriale alternative Oxidaseaktivität, Saccharosesynthese und -abbau und F6P/F16BP-Zyklus (Amthor et al., 2019). Diese Prozesse stehen im Zusammenhang mit der Energieerzeugung und dem Verbrauch in Pflanzen. Allerdings sind die Wechselwirkungen zwischen diesen Prozessen und ihren spezifischen Funktionen bei der Energieerzeugung und dem Verbrauch von Pflanzen noch nicht vollständig charakterisiert. Die Entwicklung der hochenergieeffizienten Sorten durch die Verbesserung dieser Prozesse zur Steigerung der Erträge unter einem Hochtemperaturklima ist eine lohnende, aber herausfordernde Aufgabe.

Eine weitere vielversprechende Strategie ist das Engineering von Pflanzen mit niedrigeren BVOCs und CH4 -Emissionen (Abbildung 2Bb). Solche Pflanzen hätten nicht nur eine bessere Energienutzungseffizienz, einen geringeren Kohlenstoffverlust und höhere Erträge, sondern würden auch dazu beitragen, die Treibhausgasproduktion bei zunehmender globaler Erwärmung zu reduzieren. Bei Cyanobakterien wurde über das Engineering der Isopren-Synthese berichtet (Chaves und Melis, 2018), Escherichia coli (Liu et al., 2019 Lee et al., 2020) und Saccharomyces cerevisiae (Lv et al., 2016), jedoch nicht in Feldfrüchten.


Reaktion der gesamten Nachtatmung auf Unterschiede in der gesamten täglichen Photosynthese für Blätter in a Quercus rubra L. Canopy: Implikationen für die Modellierung von Canopy CO2 Austausch

Messungen der Photosynthese und Atmung wurden an Blättern im Sommer in a . durchgeführt Quercus rubra L. Baldachin in etwa stündlichen Abständen während 5 Tagen und Nächten. Die Blätter wurden im oberen Blätterdach bei vollständiger Sonneneinstrahlung (oben) und im unteren Blätterdach (unten) ausgewählt. Darüber hinaus wurden die Blätter im oberen Blätterdach schattiert (obere Schattierung), um die Photosyntheserate zu verringern. Die Daten wurden verwendet, um die Hypothese zu testen, dass die gesamte nächtliche Atmung von der gesamten Photosynthese während des Vortages abhängt und dass die Reaktion durch Änderungen der Speicherung in Kohlenhydratpools vermittelt wird. Measurements were made on clear sunny days with similar solar irradiance and air temperature, except for the last day when temperature, especially at night, was lower than that for the previous days. Maximum rates of photosynthesis in the upper leaves (18.7 μmol m −2 s −1 ) were approximately four times higher than those in the lower leaves (4.3 μmol m −2 s −1 ) and maximum photosynthesis rates in the upper shaded leaves (8.0 μmol m −2 s −1 ) were about half those in the upper leaves. There was a strong linear relationship between total night-time respiration and total photosynthesis during the previous day when rates of respiration were normalized to a fixed temperature of 20°C, removing the effects of temperature from this relationship. Measurements of specific leaf area, nitrogen and chlorophyll concentration and calculations of the maximum rate of carboxylation activity, Vcmax, were not significantly different between upper and upper shaded leaves 5 days after the shading treatment was started. There were small, but significant decreases in the rate of apparent maximum electron transport at saturating irradiance, Jmax (P>0.05), and light use efficiency, ɛ (P<0.05), for upper shaded leaves compared with those for upper leaves. This suggests that the duration of shading in the experiment was sufficient to initiate changes in the electron transport, but not the carboxylation processes of photosynthesis. Support for the hypothesis was provided from analysis of soluble sugar and starch concentrations in leaves. Respiration rates in the upper shaded leaves were lower than those expected from a relationship between respiration and soluble sugar concentration for fully exposed upper and lower leaves. However, there was no similar difference in starch concentrations. This suggests that shading for the duration of several days did not affect sugar concentrations but reduced starch concentrations in leaves, leading to lower rates of respiration at night. A model was used to quantify the significance of the findings on estimated canopy CO2 exchange for the full growing season. Introducing respiration as a function of total photosynthesis on the previous day resulted in a decrease in growing season night-time respiration by 23% compared with the value when respiration was held constant. This highlights the need for a process-based approach linking respiration to photosynthesis when modelling long-term carbon exchange in forest ecosystems.


VII. Future directions

Looking forward, we see exciting opportunities for ways in which the five principles outlined in this review could be used to rationalize future experiments. In the following sections, we outline three examples of how the principles can guide researchers with interests in understanding and modelling biochemical pathways in crop breeding, where there is a need to know the limits of respiratory behaviour and relationships between respiration and other traits and in designing experiments to help improve parameterization of respiration in ecosystem and climate models.

Biochemical modelling

The need to understand regulatory mechanisms within respiration is central to the development of metabolic models that predict C fluxes throughout the respiratory network under a given physiological and environmental condition. Such models open the door to improved metabolic engineering of respiratory traits, such as increased ATP yield and the diversion of C towards desired end products. However, it is difficult to understand which of the many potential regulatory mechanisms are most relevant to changing the behaviour of the respiratory network.

One solution is to identify differences in the regulatory properties of respiration that have coevolved in nature along with other traits and to attempt to categorize this variation or place it along a spectrum (Principle 5). This approach has been taken with regard to different modes of photosynthesis (e.g. C3 vs C4). More specifically, variation in the catalytic properties of Rubisco and PEP carboxylase has been identified among photosynthesis subtypes and causally related to differing photosynthetic performance (Sharwood et al., 2016). To apply this approach to respiration, one could look for natural genetic variation in catalytic and regulatory properties of individual respiratory enzymes between species and ask whether the occurrence of enzyme variants relates to differences in respiratory performance. Furthermore, different respiration subtypes probably occur within the same plant under different situations, and could be related to expression of specific isozymes with relevant properties. Key respiratory enzymes encoded by small gene families with catalytic and regulatory properties known to vary within and among species include AOX and PEP carboxylase (O'Leary et al., 2011 Florez-Sarasa et al., 2016 Selinski et al., 2018). Once it is understood which regulatory mechanisms are needed to produce different types of respiratory behaviour seen in nature, such as for thermogenesis in aroid flowers (Wagner et al., 2008 ), mass organic acid exudation in proteoid roots (Shane et al., 2004 ) or rapid biosynthesis of oil and protein from sugars in oilseeds (Plaxton & O'Leary, 2012 ), these properties can be reproduced or avoided elsewhere to the advantage of metabolic engineering.

Crop improvement

Is respiration a wasteful process that should be selected against to improve C-use efficiency in crops? The answer to this question depends on how exactly respiration is functioning, which may differ between tissues. As outlined in Principle 1, increased respiration can be linked to increased rates of biosynthesis, which would generally be beneficial for growth. Alternatively, increased respiration may accompany stress and redox imbalance in the metabolic network not linked to biosynthesis and leading to lower C-use efficiency. How can we sort the good from the bad?

To observe variation in respiratory functionality, it will be necessary to further develop experimental approaches that integrate multiple measurements. Examining differences in single gas exchange rates (e.g. CO2 production) provides limited information about the biochemical nature of respiratory variation. However, combinations of gas exchange with other measurements can be interpreted with regard to, for example, the operation of alternative pathways or the correlation between tissue respiration and yield. Existing combined measurements include O2 isotope fractionation to determine cytochrome vs alternative pathway flux, and calorespirometry to determine CO2 and heat production rates however, practical improvements in both measurement techniques should be pursued to improve ease of use (Ribas-Carbo et al., 2005 Kruse et al., 2008 Scafaro et al., 2017 ). Other potential measurements can be drawn from techniques used to resolve respiratory variation in the animal field. One example is the simultaneous analysis of glycolytic flux and mitochondrial oxygen consumption, which in animal cells can distinguish the relative contribution of each pathway to total ATP production, thereby revealing different energetic modes of respiration, some associated with stress (Wu et al., 2007). Additional techniques include the use of fluorescent protein sensors to provide subcellular measurements of the ATP : ADP ratio and cellular redox status (Berg et al., 2009 Albrecht et al., 2014 ), thereby providing a novel opportunity to assess whether respiration is operating efficiently. The challenge will be to adapt the use of these multiparameter metabolic measurements, both theoretically and practically, to plant tissues so that they can provide precise phenotypic data in a relatively high-throughput manner (Schwarzlander et al., 2008 Uslu & Grossmann, 2016 ). Fortunately, owing to the recent advent of high-throughput methodology, tissue respiration rates can now be included in large multivariable studies, which examine correlations between plant metabolic/physiological properties and yield or other assessments of plant performance (Scafaro et al., 2017 ).

Ecosystem/climate modelling

Most plant, ecosystem and terrestrial biosphere models represent plant respiration using the growth and maintenance paradigm (McCree, 1970 Thornley, 1970 Amthor, 2000 ), relating respiration rate (CO2 efflux rate) to temperature and some combination of mass, N, photosynthetic capacity, photosynthetic C gain and growth rate (Gifford, 2003 Atkin et al., 2017 ). The models are used to estimate and predict respiration rate of an individual or a group of individuals at a site under past, current and future environmental conditions. The parameters currently used in these model frameworks are taken from empirical relationships (consistent with Principle 5) that describe general trends often observed among species and between variables measured at differing points in time. Looking forward, one option is simply to expand the availability of data to further improve the generality of empirical relationships used to predict patterns of plant respiration. Although useful for assessing current patterns, such an approach may not be sufficiently predictive for future, novel climates or apply to all species. An alternative is to use our understanding of the five principles to design experiments that will enable a more principles-based prediction of variability in respiratory rates.

Principle 1 (three functions) and Principle 4 (enzymatic control of acclimation) suggest that the predictive ability of empirical relationships may be greater if the large variation around the relationships is explained in terms of the knowledge of the three functions and enzyme capacity of respiratory metabolism. Respiration models based on the growth and maintenance paradigm largely assume that the relative contributions of the functions are at equilibrium and that enzyme capacities do not change with time (Cannell & Thornley, 2000 ) hence, the quantity of ATP generated and CO2 released should be constant for a given amount and composition of existing and newly generated biomass. This assumption remains poorly examined across space and through time, but studies probing these relations are becoming increasingly possible with the introduction of high-throughput methods of O2 uptake (O'Leary et al., 2017 Scafaro et al., 2017 ) and developments in our capacity to quantify engagement of phosphorylating and nonphosphorylating electron transport pathways (Millar et al., 1998 Ribas-Carbo et al., 2005 Armstrong et al., 2008 Kornfeld et al., 2012). Principles 1 and 4 also suggest that empirical relationships may be considered general if the relative contributions of each function and enzymatic capacities to respiration rate are at equilibrium, or reach an equilibrium relatively quickly. We suggest that future work should focus, in part, on assessing over what timescales equilibrium of the three distinct functions (Principle 1) is, and is not, achieved when plants experience sustained changes in temperature and other environmental factors (particularly daily photon input and soil moisture).

The interdependence of respiratory supply and demand illustrated in Principle 3 suggests that respiratory models merit greater confidence if they adequately represent feedback loops (e.g. coupling between respiration and photosynthesis, and with growth and demand). Principle 3 indicates that the flexibility of respiratory metabolism is constrained through those feedback loops. Importantly, when incorporating Principle 3 into future models, there will need to be an allowance for metabolic flexibility (Principle 2) that is, the coefficients that are used to scale respiration to supply and demand need to be flexible to allow for variability through time, space and among contrasting genotypes. Such models may describe all of the necessary mechanisms of feedback loops (but noting that complexity can make such models more difficult to deploy) or use optimization principles such as those developed for stomatal conductance (Cowan & Farquhar, 1977 Prentice et al., 2014 Lin et al., 2015 ).

Abschluss

This review has attempted to organize the major concepts in respiratory variation in plants so that conceptual links between different fields of study can be more easily achieved. Observations of variation in plant respiration at different biological scales of size and time should be describable in terms of one or more of the principles outlined here. The principles, in turn, arise from the interactions of mechanisms that determine respiratory rate and function under the constant influence of the environment. In the future, it may be necessary to modify or extend the principles and mechanisms introduced here and we welcome such discussion.


Schau das Video: Einfluss der Lichtintensität auf die Fotosyntheserate (Kann 2022).