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Immediate and potential long-term effects of consecutive heat waves on the photosynthetic performance and water balance in Douglas-fir

連続した熱波がベイマツの光合成能力と水収支に及ぼす即時的および潜在的な長期影響

Duarte, A. G.*; 堅田 元喜; 星加 康智*; Hossain, M.*; Kreuzwieser, J.*; Arneth, A.*; Ruehr, N. K.*

Duarte, A. G.*; Katata, Genki; Hoshika, Yasutomo*; Hossain, M.*; Kreuzwieser, J.*; Arneth, A.*; Ruehr, N. K.*

世界規模で増加が予測されている熱波などの極端気象は、生態系の水・炭素循環に大きな影響を及ぼす。気温上昇によって森林樹木は熱ストレスにさらされる可能性があるが、これに対する森林生態系の長期的な応答は未解明である。本研究では、大規模温室における複数回の熱波処理によってベイマツの光合成特性と水収支がどのような影響を受けるかを調べた。樹木の光合成カルボキシル効率はほとんど影響を受けないが、光飽和環境での電子伝達速度および光合成速度は大きく低下し、その影響は最後の熱波処理の6週間後まで継続した。また、熱による蒸散速度、最小気孔コンダクタンス、および夜間気孔コンダクタンスの抑制も同様に継続していた。気孔コンダクタンスモデルを用いた解析により、気孔の閉鎖やクチクラワックスの変化などの葉の形態変化が引き起こされたことがわかった。これらの結果は、ベイマツが熱ストレスに対して光合成性能を低下させる代わりに水分の消費を抑えるように応答することを示しており、熱波によって長期的な樹木成長が阻害される可能性が示唆された。

The frequency and intensity of climatic extremes, such as heat waves, are predicted to increase globally, with severe implications for terrestrial carbon and water cycling. Temperatures may rise above critical thresholds that allow trees to function optimally, with unknown long-term consequences for forest ecosystems. In this context, we investigated how photosynthetic traits and the water balance in Douglasfir are affected by exposure to three heat waves. Photosynthetic carboxylation efficiency was mostly unaffected, but electron transport and photosynthetic rates under saturating light were strongly influenced by the heat waves, with lagging limitations on photosynthesis still being observed six weeks after the last heat wave. We also observed lingering heat-induced inhibitions on transpiration, minimum stomatal conductance, and nighttime stomatal conductance. Results from the stomatal models used to calculate minimum stomatal conductance were similar to gs-night and indicated changes in leaf morphology, such as stomatal occlusions and alterations in epicuticular wax. Our results show Douglas-fir's ability to restrict water loss following heat stress, but at the price of reduced photosynthetic performance. Such limitations indicate potential long-term restrictions that heat waves can impose on tree development and functioning under extreme climatic conditions.

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パーセンタイル:77.16

分野:Plant Sciences

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