Informatie

Kunnen hogere kooldioxidegehaltes gunstig zijn voor planten?


C4-planten nemen ATP-dure routes om ervoor te zorgen dat fotorespiratie niet optreedt. Ze minimaliseren de zuurstofconcentratie in cellen waar de Krebs-cyclus plaatsvindt en brengen koolstofdioxide in dezelfde cellen. Om het te eenvoudig te maken, verhogen ze de kooldioxideconcentratie en verlagen ze de zuurstofconcentratie in deze cellen.

Ondanks de ATP kost dit hen enorm veel succes (in ieder geval in warme gebieden).

Zou, gezien dit, door de mens veroorzaakte kooldioxide-emissies, d.w.z. een verhoogde concentratie in koolstofdioxide in het milieu, gunstig zijn voor planten?

Gezien de opmerking van @Cell: ik bedoel gunstig vanuit het 'oogpunt van de plant', d.w.z. de plant kan sneller groeien - zich eerder of minder fotorespiratie voortplanten; vanwege het hogere gehalte aan koolstofdioxide. Ik denk dat we de verzuring van de oceaan voorlopig buiten beschouwing kunnen laten, klimaatverandering is relavent, maar misschien kan het in eerste instantie buiten beschouwing worden gelaten? Vooral omdat klimaatverandering verschillende gebieden verschillend beïnvloedt.

Let op: ik ben niet het aanmoedigen of ondersteunen van door mensen veroorzaakte koolstofemissies; dit is een oprechte vraag uit nieuwsgierigheid.


Hogere kooldioxidegehaltes zorgen voor meer plantengroei, maar minder voedingsstoffen

COLUMBUS, Ohio - Het lijkt misschien dat er een voordeel is aan de stijgende niveaus van koolstofdioxide in de atmosfeer. Planten groeien sneller.

Bij veel plantensoorten is kwantiteit echter geen kwaliteit. De meeste planten groeien sneller, maar ze bevatten gemiddeld meer zetmeel, minder eiwitten en minder belangrijke vitamines, zegt James Metzger, een professor en voorzitter van het Department of Horticulture and Crop Science aan de Ohio State University's College of Food, Agricultural, en Milieuwetenschappen (CFAES).

Deze verandering vindt plaats omdat het huidige niveau van kooldioxide in de atmosfeer 400 delen per miljoen is, bijna het dubbele van wat het was in het midden van de 18e eeuw, het begin van de industriële revolutie. En het blijft stijgen, aangespoord door de verbranding van brandstoffen.

Door kooldioxide en licht op te nemen, vormt een plant eerst suikers en zetmeel, daarna andere voedingsstoffen, waaronder eiwitten, vetten en antioxidanten. Hoewel kooldioxide nodig is voor planten om te leven, kan te veel kooldioxide de hoeveelheid waardevolle voedingsstoffen die de plant produceert, waaronder ijzer, zink en vitamine C, verminderen.

"Het verlies van voedingsstoffen, met name eiwitten, is ernstig", zei Metzger. "Dat helpt niet bij de inspanning voor mensen om evenwichtiger te eten en hun voeding te verhogen."

Dierlijk vlees en zuivelproducten zijn een belangrijke bron van eiwitten voor de mens. Dus als dieren niet voldoende eiwitten uit planten halen, heeft dat invloed op wat ze als voedsel kunnen produceren.

Wat er gebeurt, is dat een hoger niveau van koolstofdioxide in de atmosfeer de hoeveelheid fotorespiratie die in planten voorkomt, vermindert. Tijdens fotorespiratie nemen planten zuurstof uit de omgeving op, geven ze koolstofdioxide af en produceren ze afvalproducten, waaronder glycolzuur, die een plant niet kan gebruiken. Om ervoor te zorgen dat de plant het glycolzuur kan omzetten in een product dat het kan gebruiken, moet de plant meer fotosynthese doen, het proces waarbij planten zonlicht, water en koolstofdioxide gebruiken om glucose te maken, een vorm van suiker die planten nodig hebben om te overleven .

Lage snelheden van fotorespiratie, veroorzaakt door de grotere hoeveelheden koolstofdioxide, worden geassocieerd met lage stressniveaus in planten, wat ironisch genoeg geen goede zaak is. Dat komt omdat gestresste planten reageren door antioxidanten zoals vitamine C en E te produceren, evenals hogere eiwitniveaus. Dus naarmate het kooldioxidegehalte in de atmosfeer stijgt, is er minder fotorespiratie en dus minder stress op planten. En de verminderde stress betekent meer groei, maar tegen een prijs, een afname van de voedingskwaliteit van de planten.

"Dit is waargenomen bij veel verschillende soorten planten," zei Metzger.

Als de plant niet genoeg antioxidanten produceert, is dat niet alleen minder gezond voor mensen die de plant later eten, maar ook voor het vermogen van de plant om ziektes af te weren, aldus Metzger. Planten kunnen kwetsbaarder worden voor ziekten en insecten. Met minder voedingsstoffen in de planten, moeten de insecten er meer van eten om dezelfde voedingswaarde te krijgen.

Niet alle planten reageren op dezelfde manier op het stijgende kooldioxidegehalte. Sommige gewassen, waaronder maïs en suikerriet, nemen niet af in voedingswaarde te midden van hogere koolstofdioxidegehaltes. Dat komt omdat hun fotosyntheseproces verschilt van dat van de meeste andere planten.

Temperatuur is ook een factor. Afhankelijk van de temperatuur kunnen planten op verschillende manieren reageren op hoge kooldioxidegehaltes. De stijgende koolstofdioxideniveaus die meer fotosynthese veroorzaken, kunnen de groei belemmeren van sommige planten die worden gekweekt bij temperaturen onder 59 graden Fahrenheit, zoals wintertarwe, zei Katrina Cornish, Ohio Research Scholar en Endowed Chair in Bio-based Emergent Materials met CFAES.

Planten die in warme weersomstandigheden worden gekweekt, kunnen ook worden gehinderd door verhoogde koolstofdioxide. Bij hoge temperaturen blijven veel planten koel door de poriën aan de onderkant van hun bladeren wijd te openen. Maar in een atmosfeer met veel koolstofdioxide gaan de poriën niet zo wijd open, dus planten kunnen zichzelf niet koel houden, zei Cornish. Dit kan ertoe leiden dat "de planten knapperige beestjes worden en sterven, wanneer ze in orde waren bij lagere koolstofdioxidegehalten", zei ze.

“Planten hebben tijd nodig om zich aan te passen aan de toename van het kooldioxidegehalte. En de toename gaat zo snel dat planten geen kans krijgen om zich aan te passen.”

Op korte termijn kan de extra fotosynthese die wordt gestimuleerd door hogere koolstofdioxidegehalten, een kleine winst opleveren in de hoeveelheid bladeren, stengel en scheuten die door een gewas worden geproduceerd, maar niet noodzakelijkerwijs in het deel van het gewas dat kan worden geoogst. En op de lange termijn zal het planten meer kwaad dan goed doen, zei Cornish.

"Er zal een omslagpunt zijn en dat omslagpunt is voor elk gewas anders", zei Cornish.

Het is al aangetoond dat rijstplanten die in verhoogde kooldioxide worden gekweekt, meer uitlopers produceren, waaronder de stengels en bladeren van de plant, maar minder en kleinere korrels.

Een manier om te voorkomen dat de hogere koolstofdioxidegehaltes de groei en opbrengst van planten beïnvloeden, is door middel van plantenkruising en genmanipulatie, merkte Metzger op. Beide kunnen leiden tot het ontstaan ​​van plantenrassen waarvan de groei en het voedingsniveau minder worden beïnvloed door de grotere hoeveelheden koolstofdioxide in het milieu.

Er is meer onderzoek nodig om erachter te komen hoe een plant antioxidanten produceert, zei Metzger.

"Ik denk dat het belangrijk is dat we wat moeite doen om echt te begrijpen hoe die biochemische routes worden gecontroleerd en hoe we ze kunnen manipuleren zonder schadelijke effecten op de plant."


Hoge niveaus

Symptomen van hoge kooldioxidegehaltes in het bloed zijn als volgt:

  • Lethargie
  • Hoofdpijn
  • Blozen/blozen van de huid (de huid wordt blauw op sommige delen van het lichaam)
  • Tachycardie of verhoogde hartslag
  • Korte of krachtige ademhaling
  • Verhoogde bloeddruk
  • Onwillekeurige spiercontractie

Een test genaamd ABG (arterieel bloedgas) is door de artsen voorgeschreven om de niveaus van kooldioxide en zuurstof in het bloed te controleren. ABG-test controleert ook de longactiviteit op basis van de hoeveelheid ingeademde zuurstof en de hoeveelheid uitgeademde koolstofdioxide uit de longen, evenals de pH-waarde van het bloed. Arterieel bloed heeft de voorkeur voor de test omdat het bloed via de slagader naar de weefsels en cellen stroomt. De exacte hoeveelheid kooldioxide en zuurstof kan worden bepaald met behulp van een bloedgasanalysator.


Klimaat verklaard: waarom hogere kooldioxidegehaltes geen goed nieuws zijn, zelfs niet als planten sneller groeien

Vergeleken met het pre-industriële niveau zal de concentratie van koolstofdioxide (CO₂) in de atmosfeer in ongeveer 20 tot 30 jaar verdubbeld zijn, afhankelijk van hoeveel CO₂ we de komende jaren uitstoten. Meer CO₂ leidt over het algemeen tot hogere fotosynthesesnelheden en minder waterverbruik in planten.

Op het eerste gezicht lijkt het erop dat meer CO₂ alleen maar gunstig kan zijn voor planten, maar de zaken zijn een stuk complexer dan dat.

Laten we eens kijken naar het eerste deel van de vraag.

Sommige planten groeien sneller onder verhoogde CO₂-niveaus in de atmosfeer, maar dit gebeurt meestal in gewassen en jonge bomen, en over het algemeen niet in volgroeide bossen.

Zelfs als planten twee keer zo snel groeien onder verdubbelde CO₂-niveaus, betekent dit niet dat ze twee keer zoveel CO₂ uit de atmosfeer halen. Planten nemen koolstof uit de atmosfeer terwijl ze groeien, maar die koolstof gaat rechtstreeks terug via natuurlijke ontbinding wanneer planten sterven of wanneer ze worden geoogst en geconsumeerd.

In het beste geval maait u uw gazon misschien twee keer zo vaak of oogst u uw aangeplante bossen eerder.

Het belangrijkste aspect is hoe lang de koolstof opgesloten blijft van de atmosfeer - en dit is waar we een duidelijk onderscheid moeten maken tussen verhoogde koolstofflux (snellere groei) of een toenemende koolstofpool (feitelijke koolstofvastlegging). Uw bankrekening is een nuttige analogie om dit verschil te illustreren: geldstromen zijn overboekingen, pools zijn tegoeden.

Het wereldwijde koolstofbudget

Van de bijna 10 miljard ton (gigaton, of Gt) koolstof die we jaarlijks uitstoten door de verbranding van fossiele brandstoffen, hoopt slechts ongeveer de helft zich op in de atmosfeer. Ongeveer een kwart komt in de oceaan terecht (ongeveer 2,4 Gt), en de rest (ongeveer 3 Gt) wordt ingenomen door terrestrische planten.

Hoewel de oceaan en de atmosferische putten relatief eenvoudig te kwantificeren zijn, is de terrestrische gootsteen dat niet. In feite kan de 3 Gt meer worden gezien als een niet-verantwoord residu. Uiteindelijk moet de uitgestoten koolstof ergens heen gaan, en als het niet de oceaan of de atmosfeer is, moet het het land zijn.

Dus ja, het aardse systeem neemt een aanzienlijk deel van de koolstof in beslag die we uitstoten, maar de toewijzing van deze goot aan verhoogde CO₂-niveaus is moeilijk. Dit komt omdat veel andere factoren kunnen bijdragen aan de koolstofput van het land: stijgende temperatuur, toegenomen gebruik van kunstmest en atmosferische stikstofdepositie, veranderd landbeheer (inclusief landverlating) en veranderingen in de soortensamenstelling.

Volgens de huidige schattingen is ongeveer een kwart van dit land te wijten aan verhoogde CO₂-niveaus, maar schattingen zijn zeer onzeker.

Samengevat leidt stijgende CO₂ tot snellere plantengroei - soms. En deze toegenomen groei draagt ​​slechts ten dele bij aan het vastleggen van koolstof uit de atmosfeer. De belangrijke vragen zijn hoe lang deze koolstof van de atmosfeer wordt opgesloten en hoe lang de momenteel waargenomen landzinking zal voortduren.

Het tweede deel van de vraag verwijst naar een neveneffect van stijgende CO₂-niveaus in de lucht: het feit dat planten hierdoor water kunnen besparen.

Planten reguleren de uitwisseling van koolstofdioxide en waterdamp door kleine poriën, huidmondjes genaamd, op het oppervlak van hun bladeren te openen of te sluiten. Bij hogere concentraties CO₂ kunnen ze de opening van deze poriën verkleinen, waardoor ze minder water verliezen.

Dit vermindert droogtestress in toch al droge gebieden. Maar nogmaals, de kwestie is complexer omdat CO₂ niet de enige parameter is die verandert. Ook worden droge gebieden warmer waardoor er meer water verdampt en dit compenseert vaak het waterbesparende effect.

Over het algemeen heeft de stijgende CO₂ tot op zekere hoogte bijgedragen aan de vergroening van de aarde, maar het is waarschijnlijk dat deze trend zich niet zal voortzetten onder de veel complexere combinatie van aanjagers van wereldwijde verandering, met name in droge gebieden.

Sebastian Leuzinger is hoogleraar aan de Technische Universiteit van Auckland.

Openbaarmakingsverklaring: Sebastian Leuzinger ontvangt financiering van de Royal Society.


Hogere kooldioxidegehaltes zorgen voor meer plantengroei, maar minder voedingsstoffen

Het lijkt misschien dat er een voordeel is aan de stijgende niveaus van koolstofdioxide in de atmosfeer. Planten groeien sneller.

Bij veel plantensoorten is kwantiteit echter geen kwaliteit. De meeste planten groeien sneller, maar ze bevatten gemiddeld meer zetmeel, minder eiwitten en minder belangrijke vitamines, zegt James Metzger, een professor en voorzitter van het Department of Horticulture and Crop Science aan de Ohio State University's College of Food, Agricultural, en Milieuwetenschappen (CFAES).

Deze verandering vindt plaats omdat het huidige niveau van kooldioxide in de atmosfeer 400 delen per miljoen is, bijna het dubbele van wat het was in het midden van de 18e eeuw, het begin van de industriële revolutie. En het blijft stijgen, aangespoord door de verbranding van brandstoffen.

Door kooldioxide en licht op te nemen, vormt een plant eerst suikers en zetmeel, daarna andere voedingsstoffen, waaronder eiwitten, vetten en antioxidanten. Hoewel kooldioxide nodig is voor planten om te leven, kan te veel kooldioxide de hoeveelheid waardevolle voedingsstoffen die de plant produceert, waaronder ijzer, zink en vitamine C, verminderen.

"Het verlies van voedingsstoffen, met name eiwitten, is ernstig", zei Metzger. "Dat helpt niet bij de inspanning voor mensen om evenwichtiger te eten en hun voeding te verhogen."

Dierlijk vlees en zuivelproducten zijn een belangrijke bron van eiwitten voor de mens. Dus als dieren niet voldoende eiwitten uit planten halen, heeft dat invloed op wat ze als voedsel kunnen produceren.

Wat er gebeurt, is dat een hoger niveau van koolstofdioxide in de atmosfeer de hoeveelheid fotorespiratie die in planten voorkomt, vermindert. Tijdens fotorespiratie nemen planten zuurstof uit de omgeving op, geven ze koolstofdioxide af en produceren ze afvalproducten, waaronder glycolzuur, die een plant niet kan gebruiken. Om ervoor te zorgen dat de plant het glycolzuur kan omzetten in een product dat het kan gebruiken, moet de plant meer fotosynthese doen, het proces waarbij planten zonlicht, water en koolstofdioxide gebruiken om glucose te maken, een vorm van suiker die planten nodig hebben om te overleven .

Lage snelheden van fotorespiratie, veroorzaakt door de grotere hoeveelheden koolstofdioxide, worden geassocieerd met lage stressniveaus in planten, wat ironisch genoeg geen goede zaak is. Dat komt omdat gestresste planten reageren door antioxidanten zoals vitamine C en E te produceren, evenals hogere eiwitniveaus. Dus naarmate het kooldioxidegehalte in de atmosfeer stijgt, is er minder fotorespiratie en dus minder stress op planten. En de verminderde stress betekent meer groei, maar tegen een prijs, een afname van de voedingskwaliteit van de planten.

"Dit is waargenomen bij veel verschillende soorten planten," zei Metzger.

Als de plant niet genoeg antioxidanten produceert, is dat niet alleen minder gezond voor mensen die de plant later eten, maar ook voor het vermogen van de plant om ziektes af te weren, zei Metzger. Planten kunnen kwetsbaarder worden voor ziekten en insecten. Met minder voedingsstoffen in de planten, moeten de insecten er meer van eten om dezelfde voedingswaarde te krijgen.

Niet alle planten reageren op dezelfde manier op het stijgende kooldioxidegehalte. Sommige gewassen, waaronder maïs en suikerriet, nemen niet af in voedingswaarde te midden van hogere koolstofdioxidegehaltes. Dat komt omdat hun fotosyntheseproces verschilt van dat van de meeste andere planten.

Temperatuur is ook een factor. Afhankelijk van de temperatuur kunnen planten op verschillende manieren reageren op hoge kooldioxidegehaltes. De stijgende koolstofdioxideniveaus die meer fotosynthese veroorzaken, kunnen de groei belemmeren van sommige planten die worden gekweekt bij temperaturen onder 59 graden Fahrenheit, zoals wintertarwe, zei Katrina Cornish, Ohio Research Scholar en Endowed Chair in Bio-based Emergent Materials met CFAES.

Planten die in warme weersomstandigheden worden gekweekt, kunnen ook worden gehinderd door verhoogde koolstofdioxide. Bij hoge temperaturen blijven veel planten koel door de poriën aan de onderkant van hun bladeren wijd te openen. Maar in een atmosfeer met veel koolstofdioxide gaan de poriën niet zo wijd open, dus planten kunnen zichzelf niet koel houden, zei Cornish. Dit kan ertoe leiden dat "de planten knapperige beestjes worden en sterven, wanneer ze in orde waren bij lagere koolstofdioxidegehalten", zei ze.

“Planten hebben tijd nodig om zich aan te passen aan de toename van het kooldioxidegehalte. En de toename gaat zo snel dat planten geen kans krijgen om zich aan te passen.”

Op korte termijn kan de extra fotosynthese die wordt gestimuleerd door hogere koolstofdioxidegehalten, een kleine winst opleveren in de hoeveelheid bladeren, stengel en scheuten die door een gewas worden geproduceerd, maar niet noodzakelijkerwijs in het deel van het gewas dat kan worden geoogst. En op de lange termijn zal het planten meer kwaad dan goed doen, zei Cornish.

"Er zal een omslagpunt zijn en dat omslagpunt is voor elk gewas anders", zei Cornish.

Het is al aangetoond dat rijstplanten die in verhoogde kooldioxide worden gekweekt, meer uitlopers produceren, waaronder de stengels en bladeren van de plant, maar minder en kleinere korrels.

Een manier om te voorkomen dat de hogere koolstofdioxidegehaltes de groei en opbrengst van planten beïnvloeden, is door middel van plantenkruising en genmanipulatie, merkte Metzger op. Beide kunnen leiden tot het ontstaan ​​van plantenrassen waarvan de groei en het voedingsniveau minder worden beïnvloed door de grotere hoeveelheden koolstofdioxide in het milieu.

Er is meer onderzoek nodig om erachter te komen hoe een plant antioxidanten produceert, zei Metzger.

"Ik denk dat het belangrijk is dat we wat moeite doen om echt te begrijpen hoe die biochemische routes worden gecontroleerd en hoe we ze kunnen manipuleren zonder schadelijke effecten op de plant."


Dikkerbladige tropische planten kunnen bloeien als CO2 stijgt, wat goed kan zijn voor het klimaat

Hoe planten het zullen doen als het kooldioxidegehalte blijft stijgen, is een lastig probleem en, zeggen onderzoekers, vooral vervelend in de tropen. Sommige aspecten van het overleven van planten kunnen gemakkelijker worden, sommige delen zullen moeilijker worden en er zullen winnaars en verliezers van soorten zijn. De resulterende verschuivingen in vegetatie zullen de toekomstige richting van klimaatverandering helpen bepalen.

Om de vraag te onderzoeken, werd in een studie onder leiding van de Universiteit van Washington gekeken hoe tropische bossen, die grote hoeveelheden koolstofdioxide absorberen, zich zouden kunnen aanpassen naarmate de CO2 blijft stijgen. Hun resultaten laten zien dat meerdere veranderingen in de bladeren van planten en concurrentie tussen soorten het vermogen van deze ecosystemen om koolstofdioxide uit de atmosfeer te absorberen, kunnen behouden. Het resulterende artikel werd op 16 januari gepubliceerd in Wereldwijde biogeochemische cycli.

"Onze bevindingen suggereren dat planten met bepaalde soorten reacties, zoals het dikker maken van hun bladeren, uiteindelijk beter zullen groeien in tropische bossen dan hun concurrenten", zegt senior auteur Abigail Swann, universitair hoofddocent atmosferische wetenschappen en biologie. “Als deze beter groeiende planten vaker voorkomen in het bos, zou de totale snelheid van water- en koolstofuitwisseling dichter bij wat ze nu zijn.'

Een eerdere studie door de groep van Swann toonde aan dat bladeren van tropische planten die dikker worden naarmate de CO2 stijgt, de klimaatverandering zou verergeren, omdat dikkere bladeren ook kleiner zouden kunnen zijn. Planten zouden dan minder zonlicht opvangen voor fotosynthese, minder koolstofdioxide uit de lucht opnemen en minder waterdamp uitstoten, wat allemaal de opwarming door klimaatverandering verergert.

Het nieuwe werk breidt de reikwijdte van deze vraag uit met concurrentie tussen plantensoorten en de verhouding van koolstof en stikstof in hun bladeren. Hogere koolstofdioxide in de atmosfeer maakt het voor planten een beetje gemakkelijker om te fotosynthetiseren. Maar als stikstof het niet kan bijhouden, wordt de plant minder efficiënt in het produceren van energie.

“Hoewel het wordt waargenomen, is het nog steeds niet duidelijk waarom planten dikkere bladeren krijgen onder hoge CO2,' zei Swann. De nieuwe modelstudie suggereert een verklaring: “Dikkere bladeren kunnen de stikstof concentreren, zodat de fotosynthesesnelheid per bladoppervlak hoog is.”

De auteurs voerden simulaties uit voor Barro Colorado Island, een bebost tropisch eiland in Panama waar het model goed was getest tegen de omstandigheden op de grond. De simulaties omvatten een of twee soorten breedbladige groenblijvende tropische bomen, zoals wilde cashew en Ecuador-laurier. De bomen waren geprogrammeerd om verschillende reacties op de hogere koolstofdioxide te hebben en met elkaar te concurreren om ruimte.

Bomen die waren geprogrammeerd om meer koolstof in verhouding tot stikstof in hun bladeren te hebben, werden minder efficiënt in fotosynthese, wat hen helpt te groeien, en stootten minder waterdamp uit, waardoor bomen koel blijven. Maar boomsoorten waarvan de bladeren ook dikker werden, waren beter in het opnemen van koolstof en het produceren van waterdamp, waardoor ze groter werden en koel bleven, en ze konden ook hun buren overtreffen.

"Ons werk suggereert dat door te verschuiven welke planten in het bos groeien, er minder ernstige gevolgen van hogere CO2 kunnen zijn dan andere studies hebben gesuggereerd," zei Swann. “Er is veel dat we nog steeds niet weten over hoe planten reageren op klimaatverandering. — Dit werk levert echt een aantal beste gissingen op over welke planten het beste zullen groeien in toekomstige tropische bossen die we kunnen testen met meer waarnemingen.& #8221

Dit onderzoek werd gefinancierd door de National Science Foundation en het Amerikaanse ministerie van Energie. Hoofdauteur was UW-afgestudeerde student Marlies Kovenock co-auteurs zijn Charles Koven en Ryan Knox van het Lawrence Berkeley National Laboratory en Rosie Fisher van het National Center for Atmospheric Research.

Neem voor meer informatie contact op met Swann via [email protected]

Media contact
Hannah Hickey
[e-mail is beveiligd]

Originele bron

https://www. Washington. edu/ nieuws/ 2021/ 03/ 31/ dikker-bladige-tropische-planten-kunnen-bloeien-onder-klimaatverandering-wat-goed-nieuws-voor-klimaat-kan-zijn/


Hoe planten het zullen doen als het kooldioxidegehalte blijft stijgen, is een lastig probleem en, zeggen onderzoekers, vooral vervelend in de tropen. Sommige aspecten van het overleven van planten kunnen gemakkelijker worden, sommige delen zullen moeilijker worden en er zullen winnaars en verliezers van soorten zijn. De resulterende verschuivingen in vegetatie zullen de toekomstige richting van klimaatverandering helpen bepalen.

Om de vraag te onderzoeken, werd in een studie onder leiding van de Universiteit van Washington gekeken hoe tropische bossen, die grote hoeveelheden koolstofdioxide absorberen, zich zouden kunnen aanpassen naarmate de CO2 blijft stijgen. Hun resultaten laten zien dat meerdere veranderingen in de bladeren van planten en concurrentie tussen soorten het vermogen van deze ecosystemen om koolstofdioxide uit de atmosfeer te absorberen, kunnen behouden. Het resulterende artikel werd op 16 januari gepubliceerd in Wereldwijde biogeochemische cycli.

"Onze bevindingen suggereren dat planten met bepaalde soorten reacties, zoals het dikker maken van hun bladeren, uiteindelijk beter zullen groeien in tropische bossen dan hun concurrenten", zegt senior auteur Abigail Swann, universitair hoofddocent atmosferische wetenschappen en biologie. “Als deze beter groeiende planten vaker voorkomen in het bos, zou de totale snelheid van water- en koolstofuitwisseling dichter bij wat ze nu zijn.'

Een eerdere studie door de groep van Swann toonde aan dat bladeren van tropische planten die dikker worden naarmate de CO2 stijgt, de klimaatverandering zou verergeren, omdat dikkere bladeren ook kleiner zouden kunnen zijn. Planten zouden dan minder zonlicht opvangen voor fotosynthese, minder koolstofdioxide uit de lucht opnemen en minder waterdamp uitstoten, wat allemaal de opwarming door klimaatverandering verergert.

Het nieuwe werk breidt de reikwijdte van deze vraag uit met concurrentie tussen plantensoorten en de verhouding van koolstof en stikstof in hun bladeren. Hogere koolstofdioxide in de atmosfeer maakt het voor planten een beetje gemakkelijker om te fotosynthetiseren. Maar als stikstof het niet kan bijhouden, wordt de plant minder efficiënt in het produceren van energie.

'Hoewel het wordt waargenomen, is het nog steeds niet duidelijk waarom planten dikkere bladeren krijgen onder hoge CO2,' zei Swann. De nieuwe modelstudie suggereert een verklaring: “Dikkere bladeren kunnen de stikstof concentreren, zodat de fotosynthesesnelheid per bladoppervlak hoog is.”

De auteurs voerden simulaties uit voor Barro Colorado Island, een bebost tropisch eiland in Panama waar het model goed was getest tegen de omstandigheden op de grond. De simulaties omvatten een of twee soorten breedbladige groenblijvende tropische bomen, zoals wilde cashew en Ecuador-laurier. De bomen waren geprogrammeerd om verschillende reacties op de hogere koolstofdioxide te hebben en met elkaar te concurreren om ruimte.

Bomen die waren geprogrammeerd om meer koolstof in verhouding tot stikstof in hun bladeren te hebben, werden minder efficiënt in fotosynthese, wat hen helpt te groeien, en stootten minder waterdamp uit, waardoor bomen koel blijven. Maar boomsoorten waarvan de bladeren ook dikker werden, waren beter in het absorberen van koolstof en het produceren van waterdamp, waardoor ze groter werden en koel bleven, en ze konden ook hun buren overtreffen.

"Ons werk suggereert dat door te verschuiven welke planten in het bos groeien, er minder ernstige gevolgen van hogere CO2 kunnen zijn dan andere studies hebben gesuggereerd," zei Swann. “Er is veel dat we nog steeds niet weten over hoe planten reageren op klimaatverandering. — Dit werk levert echt een aantal beste gissingen op over welke planten het beste zullen groeien in toekomstige tropische bossen die we kunnen testen met meer waarnemingen.& #8221


Hogere koolstofdioxidegehaltes betekenen een slechtere tarwekwaliteit

Stijgende niveaus van kooldioxide in de atmosfeer hebben een negatieve invloed op het eiwitgehalte van tarwekorrels en dus op de voedingskwaliteit. Dit is de bevinding van onderzoekers van de Universiteit van Göteborg, Zweden, in een recent gepubliceerde studie in het tijdschrift Global Change Biologie.

Verhoogde niveaus van atmosferisch koolstofdioxide stimuleren de fotosynthese en groei van de meeste planten. Echter, tenzij planten hun opname van voedingsstoffen in een overeenkomstige mate verhogen, zullen hun opbrengsten een lagere voedingswaarde hebben. Een lager gehalte van de voedingsstof stikstof resulteert in een lager eiwitgehalte en dus een slechtere voedingskwaliteit.

"Het eiwitgehalte is het belangrijkste kwaliteitsaspect voor gewassen, met gevolgen voor zowel de voedingswaarde als de bakeigenschappen van het graan", legt Håkan Pleijel uit, hoogleraar milieuwetenschappen aan de afdeling biologische en milieuwetenschappen van de Universiteit van Göteborg.

Onderzoekers Håkan Pleijel en Johan Uddling hebben de manier samengevat waarop experimenteel verhoogde kooldioxidegehaltes de oogstindex en het eiwitgehalte van tarwe beïnvloeden. De studie omvat 43 veldexperimenten met 17 verschillende tarwevariëteiten, uitgevoerd in tien landen op vier continenten. De resultaten van het onderzoek zijn eenduidig:

"Verhoogde kooldioxidegehaltes verhogen vaak de grootte van de graanopbrengst, maar leiden ook tot kwaliteitsvermindering in de vorm van een lager eiwitgehalte", zegt professor Pleijel.

Tarwe is - samen met rijst - 's werelds belangrijkste gewas in kwantitatieve termen. Tarwekorrel is ook ongewoon rijk aan eiwitten, en tarwe is het gewas dat de mensheid voorziet van de meeste eiwitten. Een verlaagd eiwitgehalte als gevolg van een verhoogd kooldioxidegehalte is daarom een ​​ernstig negatief gevolg van aanhoudende atmosferische veranderingen.

Een reden waarom het eiwitgehalte van tarwekorrels daalt naarmate het kooldioxidegehalte stijgt, is dat de stikstofopname geen gelijke tred houdt met de toegenomen groei van de tarwekorrel - een soort verdunningseffect. Verhoogde kooldioxidegehaltes verminderen echter het eiwitgehalte van tarwe, zelfs als de grootte van de tarweopbrengst niet wordt beïnvloed.

"Dit geeft aan dat kooldioxide een negatief effect heeft op het vermogen van planten om stikstof op te nemen", vervolgt professor Pleijel. "Dit is een nieuwe en onverwachte bevinding, en het is iets dat we dieper moeten bestuderen om de oorzaken te begrijpen."

Laboratoriumstudies hebben aangetoond dat verhoogde kooldioxidegehaltes het proces kunnen verstoren waarbij planten het anorganische stikstofmolecuul nitraat omzetten in de vormen van stikstof die in eiwitten worden aangetroffen.

Johan Uddling en professor Pleijel onderzoeken momenteel of de effecten die ze hebben aangetoond in tarwe ook in andere gewassen worden gezien.

"Onze resultaten geven aan dat een verlaagd stikstof- en eiwitgehalte als gevolg van verhoogde kooldioxidegehalten een algemene reactie is in gewassen en niet eenvoudig kan worden tegengegaan door meer bemesting", voegt Uddling toe.

Het algehele positieve effect van een verhoogd kooldioxidegehalte op de graanopbrengst heeft dus een keerzijde in de vorm van een vermindering van de voedingskwaliteit van ons belangrijkste levensmiddel.

"Dit is een ernstig gevolg van de snel stijgende wereldwijde koolstofdioxidegehaltes op de wereldwijde voedselzekerheid", concludeert professor Pleijel.


Insecten nemen een grotere hap uit planten in een wereld met meer koolstofdioxide

Atmosferische kooldioxidegehaltes stijgen in een alarmerend tempo, en nieuw onderzoek geeft aan dat de afweer van sojabonen naar beneden gaat als CO2 gaat omhoog. Verhoogde CO2 schaadt volgens het rapport een belangrijk onderdeel van de afweer van de plant tegen bladetende insecten.

Ontbossing en het verbranden van fossiele brandstoffen hebben sinds het einde van de 18e eeuw de kooldioxidegehaltes aanzienlijk verhoogd, zei professor plantbiologie en afdelingshoofd Evan DeLucia, een auteur van het onderzoek.

"Momenteel, CO2 in de atmosfeer is ongeveer 380 delen per miljoen," zei DeLucia. "Aan het begin van de industriële revolutie was het 280 delen per miljoen, en het was daar al minstens 600.000 jaar - waarschijnlijk enkele miljoenen jaren daarvoor."

De huidige voorspellingen zijn dat koolstofdioxide in de atmosfeer tegen het jaar 2050 550 delen per miljoen zal bereiken, zei DeLucia, en de snelle industrialisatie van India en China kan dat tijdschema zelfs versnellen.

De nieuwe studie, geleid door entomologieprofessor en afdelingshoofd May Berenbaum, maakte gebruik van de Soybean Free Air Concentration Enrichment (Soy FACE) -faciliteit in Illinois. Dit openluchtonderzoekslab kan de planten in een sojabonenveld blootstellen aan een verscheidenheid aan atmosferische CO2 en ozonniveaus -- zonder de planten te isoleren van andere omgevingsinvloeden, zoals regenval, zonlicht en insecten.

Van een hoog koolstofdioxidegehalte in de atmosfeer is bekend dat het de snelheid van fotosynthese versnelt. Het verhoogt ook het aandeel koolhydraten ten opzichte van stikstof in plantenbladeren.

De onderzoekers wilden weten hoe deze veranderde koolstof-stikstofverhouding invloed had op de insecten die zich met de planten voedden. Ze voorspelden dat de insecten meer bladeren zouden eten om aan hun stikstofbehoefte te voldoen.

Toen ze het sojabonenveld blootstelden aan verhoogde kooldioxidegehalten, zagen de onderzoekers het verwachte effect: sojabonen in het proefveld vertoonden meer tekenen van insectenschade dan die in nabijgelegen percelen. Bij nadere inspectie bleek dat sojabonen geteeld bij verhoogde CO2 trokken veel meer volwassen Japanse kevers, westerse maïswortelwormen en, tijdens uitbraken van Aziatische sojabladluizen, meer hiervan dan sojabonen op andere percelen.

Rupsen en andere insectenlarven hebben stikstof nodig om te groeien en nieuwe weefsels op te bouwen, maar volwassen insecten kunnen overleven en zich voortplanten op een koolhydraatrijk dieet. Het was dus logisch dat meer volwassenen zouden migreren naar de hoge CO2 planten, zei DeLucia.

But did the higher sugar levels in the leaves explain the whole effect? To find the answer, the team allowed beetles to live out their lives in one of three conditions: on a high CO2 plant, on a low CO2 plant outside the Soy FACE plot, or on a low CO2 plant grown outside the test plot but which had its sugar content artificially boosted.

"What we discovered was startling," DeLucia said.

The beetles on the high CO2 soybean plants lived longer, and as a result produced more offspring, than those living outside the Soy FACE plot. Even those fed a supplemental diet of sugars did not see their life span extended.

"So here we were thinking that sugars were the main thing causing the beetles to feed more on these high CO2 leaves," DeLucia said. "And that still may be true, but sugars aren't what's causing them to live longer and have more breeding events and offspring."

The team turned its attention to the hormonal signaling pathways of the plants, focusing on a key defensive chemical the plants produced to ward off an insect attack. When insects eat their leaves, soybeans and other plants produce a hormone, jasmonic acid, that starts a chain of chemical reactions in the leaves that boost their defenses. Normally this cascade leads to the production of high levels of a compound called a protease inhibitor. When the insects ingest this enzyme, it inhibits their ability to digest the leaves.

"What we discovered is that leaves grown under high CO2 lose their ability to produce jasmonic acid, and that whole defense pathway is shut down," Delucia said. "The leaves are no longer adequately defended."

The higher carbohydrate content of the leaves and the lack of chemical defenses allowed the adult insects to feast and live longer and produce more offspring.

"This study demonstrates that global environmental change is multifaceted," Berenbaum said. "The impact of elevated carbon dioxide on crippling the capacity of the plant to respond to insect damage is exacerbated by the presence of invasive insect pests in soybean fields. The Japanese beetle, as the name suggests, is a relatively recent arrival in Illinois soybean fields. It is causing considerable damage now but this study suggests that its ability to inflict damage will only increase over time."

The researchers, both of whom also are affiliated with the university's Institute for Genomic Biology, will now seek to determine whether the same process occurs in other plants.

The University of Illinois study appears online in the Proceedings of the National Academy of Sciences.

Verhaalbron:

Materialen geleverd door University of Illinois at Urbana-Champaign. Opmerking: inhoud kan worden bewerkt voor stijl en lengte.


Effects of high CO2 levels on dynamic photosynthesis: carbon gain, mechanisms, and environmental interactions

Understanding the photosynthetic responses of terrestrial plants to environments with high levels of CO2 is essential to address the ecological effects of elevated atmospheric CO2. Most photosynthetic models used for global carbon issues are based on steady-state photosynthesis, whereby photosynthesis is measured under constant environmental conditions however, terrestrial plant photosynthesis under natural conditions is highly dynamic, and photosynthetic rates change in response to rapid changes in environmental factors. To predict future contributions of photosynthesis to the global carbon cycle, it is necessary to understand the dynamic nature of photosynthesis in relation to high CO2 levels. In this review, we summarize the current body of knowledge on the photosynthetic response to changes in light intensity under experimentally elevated CO2 conditions. We found that short-term exposure to high CO2 enhances photosynthetic rate, reduces photosynthetic induction time, and reduces post-illumination CO2 burst, resulting in increased leaf carbon gain during dynamic photosynthesis. However, long-term exposure to high CO2 during plant growth has varying effects on dynamic photosynthesis. High levels of CO2 increase the carbon gain in photosynthetic induction in some species, but have no significant effects in other species. Some studies have shown that high CO2 levels reduce the biochemical limitation on RuBP regeneration and Rubisco activation during photosynthetic induction, whereas the effects of high levels of CO2 on stomatal conductance differ among species. Few studies have examined the influence of environmental factors on effects of high levels of CO2 on dynamic photosynthesis. We identified several knowledge gaps that should be addressed to aid future predictions of photosynthesis in high-CO2 environments.

trefwoorden: Carbon dioxide Dynamic photosynthesis Elevated CO2 Fluctuating irradiance Lightfleck Sunfleck.


Bekijk de video: Грунтовка развод маркетологов? ТОП-10 вопросов о грунтовке. (December 2021).