Down-regulation of PS II in needles of silver fir (Abies alba MILL.) seedlings growing under the canopy of European larch and Norway spruce

• Autorzy: Robakowski P. , Wyka T.

Warianty tytułu

PL

Obniżenie wydajności PS II w igłach sadzonek jodły pospolitej (Abies alba MILL.) rosnących pod okapem modrzewia europejskiego i świerka pospolitego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

We studied the down-regulation of PS II in saplings of the shade tolerant tree Abies alba Mill. growing under light-permeable canopy of Larix decidua characterised by high canopy openness (ca 40%) and under dense canopy formed by Picea abies of low openness (ca 18%) in the Karkonosze National Park. The seasonal pattern of maximum (dark adapted) quantum yield of PS II (FV/Fm) during the 2001 season, as well as the diurnal course of quantum yield of PS II (ФPSII) in August 2002 were determined. In spring 2001, FV/Fm in fir needles was reduced in both stands but recovered during the summer to near optimal values. This early-season decline indicating a long term down-regulation of PS II was consistently stronger under Larix canopy. Diurnal variation of ФPSII in August 2002 closely and inversely tracked the incident light level, with the declines more pronounced under Larix, where light flecks were more frequent and intense. Recoveries of ФPSII were, however, immediate and thus no evidence of light-fleck induced photoinhibition was apparent. In response to comparable light intensity, however, down-regulation of PS II was higher under the canopy of Picea than under Larix (two- to three-fold difference in regression slopes), suggesting an acclimation to higher light in firs growing under the Larix canopy. Thus, two time scales of PS II down-regulation were evident: long-term, seasonal down-regulation related probably to temperature (interacting with light) and short-term diurnal down-regulation influenced mainly by light conditions.

PL

Odwracalny proces fotoinhibicji w okresie wegetacyjnym i w ciągu dnia został zbadany przy zastosowaniu pomiarów fluoresceucji chlorofilu a w igłach bieżących przyrostów sadzonek jodły pospolitej (Abies alba MILL.) rosnących cztery lata pod okapem modrzewia europejskiego o wysokiej ażurowości (ca 40%) i okapem świerka pospolitego o niskiej ażurowości (ca 18%) w Karkonoskim Parku Narodowym. Wiosną, maksymalna wydajność kwantowa PS II (FV/Fm) w zaadoptowanych do ciemności igłach jodłowych była obniżona w obu drzewostanach, ale w ciągu lata powróciła do optymalnej wartości (powyżej 0,83). To przejściowe, jednak stosunkowo długotrwałe obniżenie Fv/Fm w ciągu roku świadczy o wystąpieniu fotoinhibicji, która w kwietniu i w czerwcu była silniejsza pod okapem modrzewia. Młode jodły w drzewostanie modrzewiowym były lepiej zaaklimatyzowane do światła niż w drzewostanie świerkowym. Wartości ФPSII w sierpniu 2002 malały wraz ze wzrostem poziomu światła. Większe obniżenie ФPSII nastąpiło w drzewostanie modrzewiowym, gdzie plamy świetlne (światło mozaikowe) występowały częściej i intensywniej. Nie stwierdzono jednak fotoinhibicji spowodowanej działaniem światła mozaikowego, gdyż obniżenie ФPSII było krótkotrwałe. W ciągu dnia sadzonki pod okapem świerka wykazały wyższe średnie godzinne wartości ФPSII. Przy takim samym poziomie światła, obniżenie wydajności PS II określone na podstawie porównania współczynników kierunkowych prostych regresji między wartościami PPFD a względnymi wartościami obniżenia wydajności PS II było jednak dwu- trzykrotnie większe (w zależności od zachmurzenia) pod okapem świerka, co wskazuje na większą podatność sadzonek rosnących w silnym ocienieniu na fotoinhibicję w porównaniu do tych, które były przystosowane do wysokiego poziomu światła pod okapem modrzewiowym. W igłach młodych jodeł rosnących pod okapem dojrzałych drzew stwierdzono dwa rodzaje obniżenia maksymalnej i rzeczywistej wydajności kwantowej PS II ze względu na ich występowanie w czasie i najważniejszy czynnik indukcji: długotrwałe, fotoinhibicyjne obniżenie wydajności PS II w ciągu roku spowodowane przez niskie temperatury powietrza oraz krótkotrwałe obniżenie wydajności PS II w ciągu dnia regulowane głównie przez promieniowanie świetlne docierające do dna lasu przez okap drzewostanu.

• Wydawca: -
• Czasopismo: Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych
• Rocznik: 2004
• Tom: 496
• Numer: 2
• Opis fizyczny: p.421-431,fig.,ref.

Twórcy

autor

Robakowski P.

• Department of Forestry, Agricultural University, Wojska Polskiego 69, 60-625 Poznan, Poland

autor

Wyka T.

• Department of Biology, General Botany Laboratory, Adam Mickiewicz University, Poznan, Poland

Bibliografia

• Adams III W.W., Demming-Adams B. 1994. Carotenoid composition and down regulation of photosystem II in three conifer species during the winter. Physiol. Plant. 92: 451-458.
• Barker D.H., Adams III W.W., Demmig-Adams B., Loga B.A., Verhoeven A.S., Smith S.D. 2002. Nocturnally retained zeaxanthin does not remain engaged in a state primed for energy dissipation during the summer in two Yucca species growing in the Mojave Desert. Plant Cell Environ. 25: 95-103.
• Bergh J., Linder S. 1999. Effects of soil warming during spring on photosynthetic recovery in boreal Norway spruce stands. Global Change Biology 5: 245-253.
• Blennow K., Lang G.R.A., Dunne P., Ball C.M. 1998. Cold-induced photoinhibition and growth of seedling snow gum (Eucalyptus pauciflora) under differing temperature and radiation regimes in fragmented forests. Plant Cell Environ. 21: 407-416.
• Genty B., Briantais J-M., Baker N.R. 1989. The relationship between the quantum yield of photosynthetic electron transport and quenching of chlorophyll fluorescence. Biochim. Biophys. Acta 990: 87-92.
• Germino J. M., Smith K.W. 1999. Sky exposure, crown architecture, and low-temperature photoinhibition in conifer seedlings at alpine treeline. Plant Cell Environ. 22: 407-415.
• Groom J.Q., Baker R.N., Long P.S. 1991. Photoinhibition of holly (Ilex aquifolium) in the field during the winter. Physiol. Plant. 83: 585-590.
• Ishida A., Nakano T., Matsumoto Y., Sakoda M., Hoe Ang L. 1999. Diurnal changes in leaf gas exchange and chlorophyll fluorescence in tropical tree species with contrasting light requirements. Ecol. Res. 14: 77-88.
• Jifon L.J., Syversten P.J. 2003. Moderate shade can increase net gas exchange and reduce photoinhibition in citrus leaves. Tree Physiol. 23: 119-127.
• Kitao M., Lei T.T., Koike T., Tobita H., Maruyama Y. 2000. Susceptibility to photoinhibition of three deciduous broadleaf tree species with different successional traits raised under various light regimes. Plant Cell Environ. 23: 81-89.
• Krause H.G., Koroleva Y.O., Dalling W.J., Winter K. 2001. Acclimation of tropical tree seedlings to excessive light in simulated tree-fall gaps. Plant Cell Environ. 24: 1345-1352.
• Lambers H., Stuart Chapin III F., Pons L.T. 1998. Plant Physiological Ecology. Springer: 34 pp.
• Lemon P.E. 1957. A new instrument for measuring forest overstory density. J. Forestry 55(9): 667-668.
• Lovelock E.C., Kursar A.T., Skillman B.J., Winter K. 1998. Photoinhibition in tropical forest understorey species with short- and long-lived leaves. Funct. Ecol. 12: 553-560.
• Maxwell K., Johnson N.G. 2000. Chlorophyll fluorescence - a practical guide. J. Exp. Bot. 51(345): 659-668.
• Müller P., Li X.-P., Niyogi K.K. 2001. Non-photochemical quenching. A response to excess light energy. Plant Physiol. 125: 1558-1566.
• Pocock H.T., Hurry V., Savitch V.L., Huner A.P.N. 2001. Susceptibility to low-temperature photoinhibition and the acquisition of freezing tolerance in winter and spring wheat: The role of growth temperature and irradiance. Physiol. Plant. 113: 499-506.
• Robakowski P., Wyka T. 2003. Acclimation of silver fir (Abies alba Mill.) seedlings to irradiance conditions under canopies of different tree species in Sudety Mts. Polish Journal of Ecology, in press.
• Rosenqvist E., Wingsle G., Örgen E. 1991. Photoinhibition of photosynthesis in intact willow leaves in response to moderate changes in light and temperature. Physiol. Plant. 83: 390-396.
• Senevirathna K.W.M.A., Stirling M.C., Rodrigo L.H.V. 2003. Growth, photosynthetic performance and shade adaptation of rubber (Hevea brasiliensis) grown in natural shade. Tree Physiol. 23: 705-712.
• Verhoeven S.A., Adams III W.W., Demming-Adams B. 1996. Close relationship between the state of xanthophyll cycle pigments and photosystem II efficiency during recovery from winter stress. Physiol. Plant. 96: 567-576.