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Previous issue date: 2017-06-07 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Amazonas - FAPEAM / O isopreno é um hidrocarboneto insaturado e volátil (formula C 5 H 8 ) mais emitido pela
vegetação, com ênfase em espécies arbóreas. Esta molécula desempenha significativo papel
na modulação da composição atmosférica além de conferir vantagem adaptativa as plantas
emissoras contra estresse biótico e abiótico. As emissões biogênicas de isopreno são
controladas por temperatura, irradiância e concentração de CO 2 ([CO 2 ]). Dado ao aumento na
temperatura e da [CO 2 ] é de crucial importância o desenvolvimento de modelos mais precisos
de emissão de isopreno no que concerne sua inserção no processo de mudanças climáticas
globais. Nesse estudo, as principais evidências da origem e das diferentes fontes de carbono
que contribuem na síntese de isopreno foram revisadas a partir de periódicos de alto fator de
impacto (Capítulo 1). Embasado e atualizado sobre a temática da síntese e emissão de
isopreno, experimentos foram idealizados e realizados com o objetivo de investigar a predição
das taxas de emissão, estabelecendo um comparativo dos modelos obtidos ̈in silico ̈ com dois
outros modelos já bem conhecidos na literatura (capítulo 2) e, por último, um experimento foi
realizado com objetivo de analisar o efeito interativo da temperatura e da [CO 2 ] sobre as taxas
de emissão de isopreno em duas espécies: Inga edulis (uma espécie de clima tropical) e
Populus tremula (uma espécie de clima temperado) (Capítulo 3). Além disso, nós
representamos quantitativamente o efeito de diferentes condições ambientais sobre a fração de
elétrons alocada para assimilação de carbono e para a síntese de isopreno. O aumento da
temperatura pode contrabalancear o efeito supressão da alta [CO 2 ] sobre as taxas de emissão
de isopreno e a extensão dos efeitos combinados da temperatura e [CO 2 ] podem estar
associados a sensibilidade dos mecanismos fotossintéticos acoplados a absorção de energia e
assimilação do carbono entre as espécies. Em P. tremula, o efeito supressão do CO 2 diminuiu
a medida que a temperatura aumentou e desapareceu sob elevadas temperaturas, como
resultado da aceleração da atividade da isopreno sintase (EC 4.2.3.27 ). A redução dos valores
de fotossíntese líquida, V cmax , ETR e F v’ /F m’ em função da temperatura levaram ao decréscimo
na concentração de DMADP acima de 35oC. A maior vulnerabilidade dos processos
fotossintéticos contribuiupara maior suplementação de elétrons na síntese de isopreno o que
refletiu em grande perda de carbono fotossintético como isopreno. De forma geral, elevadas
[CO 2 ] atenuaram o efeito da temperatura sobre a fotossíntese, em particular, sobre os
parâmetros de fluorescência, nos quais contribuíram para aumento nos pools de DMADP.
Para a espécies tropical, o efeito positivo da temperatura sobre a atividade da isopreno sintase
não reduziu o efeito inibitório do alto CO 2 . A supressão sobre as taxas de emissão de isopreno
xfoi relacionado às mudanças na disponibilidade de DMADP em vez de mudanças na atividade
da isopreno sintase em si. O melhor ajuste dos processos fotossintéticos para alta temperatura
contribuiu para maior influxo de elétrons para as reações no ciclo de Calvin-Benson para dar
suporte as maiores taxas de carboxilação. Adicionalmente, a partir da curva A/C i foi
observado decréscimo da fotossíntese líquida e ETR sob concentração intercelular de CO 2 ,
sugerindo possível ligação entre limitação por ATP e mudanças no particionamento de
carbono com declínio das emissões de isopreno. O model (energetic status model–
Morfopoulos et al. 2014) foi capaz de reproduzir as mudanças nas taxas de emissão de
isopreno induzida por alterações nas [CO 2 ] e irradiância. Uma tendência de aumento da razão
entre isopreno/fotossíntesefoi observadacom o aumento da irriadiância. Em adição, o fluxo de
elétrons para fotorrespiração, taxa de fotorrespiração alteraram paralelamente as taxas de
emissão de isopreno sob todas as condições estudadas. Nossas observações sugerem que
diferença no limiar de tolerância entre as espécies para o aumento da temperatura pode
determinar a extensão no qual o efeito da supressão por alto [CO 2 ] pode exercer sobre os
pontos de controle (fluxo de elétrons, ATP e DMADP) na síntese de isopreno. Melhorando a
compreensão sobre a base mecanicista das emissões de isopreno e sua importância nos
modelos de predições relacionados as emissões de compostos orgânicos voláteis (COV)
emissions sob diferentes escalas e condições ambientais. / Isoprene is an unsaturated and volatile hydrocarbon (formula C 5 H 8 ) more emitted by
vegetation, with emphasis on tree species. This molecule plays a significant role in the
modulation of the atmospheric composition besides conferring adaptive advantage to the
emitting plants against biotic and abiotic stress. Biogenic emissions of isoprene are controlled
by temperature, irradiance and CO 2 concentration ([CO 2 ]). Given the increase in temperature
and [CO2], it is of crucial importance to develop more precise models of isoprene emission as
regards their insertion in the process of global climate change. In this study, the main
evidence of the origin and the different carbon sources that contribute to the synthesis of
isoprene were reviewed from periodic high impact factor (Chapter 1). Supported and updated
on the theme of the synthesis and emission of isoprene, experiments were conceived and
carried out with the objective of investigating the prediction of emission rates. Establishing a
comparison of the models obtained “in silico” with two other models well known in the
literature (Chapter 2) and, finally, an experiment was conducted in order to examine the
interactive effects of temperature and [CO 2 ] on the rates of emission of isoprene in two
species: Inga edulis (a species of tropical climate) and Populus tremula (a species of
temperate climate) (Chapter 3). In addition, we quantitatively represent the effect of different
environmental conditions on the fraction of electrons allocated for carbon assimilation and for
the synthesis of isoprene. The increase in temperature may counterbalance the suppression
effect of high [CO 2 ] on the emission rates of isoprene and the extent of the combined effects
of temperature and [CO 2 ] may be associated with the sensitivity of the photosynthetic
mechanisms coupled to energy absorption and carbon assimilation between the species. In P.
tremula, the CO 2 suppression effect decreased as temperature increased and disappeared
under elevated temperatures as a result of the acceleration of isoprene synthase activity
(EC 4.2.3.27 ). The reduction of net photosynthetic rates, V cmax , ETR e F v’ /F m’ in function to
temperature led to a decrease in the concentration of dimethylallyl diphosphate (DMADP)
above 35oC. The higher vulnerability of the photosynthetic processes will contribute to the
greater electron supplementation in the isoprene synthesis, which reflected in a great loss of
photosynthetic carbon as isoprene. In general, elevated [CO 2 ] attenuated the effect of
temperature on photosynthesis in particular on the fluorescence parameters which contributed
to the increase in DMADP pools. For tropical species, the positive effect of temperature on
isoprene synthase activity did not reduce the inhibitory effect of high CO 2 . The suppression of
viiiisoprene emission rates was related to changes in the availability of DMADP rather than
changes in isoprene synthase activity per se. The best fit of the photosynthetic processes for
high temperature contributed to the greater influx of electrons to the reactions in the Calvin-
Benson cycle to support the higher carboxylation rates. In addition, from the A/C i curve was
observed decrease in net photosynthesis and ETR under intercellular CO 2 concentration,
suggesting a possible link between ATP limitation and changes in carbon partitioning with
declining isoprene emissions. The model (energetic status model– Morfopoulos et al. 2014)
was able to reproduce changes in the isoprene emission rates induced by changes in [CO 2 ] and
irradiance. A trend to increase the isoprene/photosynthesis ratio was observed with increasing
irradiance. In addition, the electron flow for photorespiration, photorespiration rate, parallel
isoprene emission rates under all parallelized the emission rates of isoprene under all
conditions studied. Our observations suggest that difference in the tolerance threshold
between species for temperature increase may determine the extent to which the suppression
effect by high [CO 2 ] may exert on the control points (electron flow, ATP and DMADP) in the
synthesis of isoprene. Improving the understanding of the mechanistic basis of isoprene
emissions and their importance in prediction models related to volatile organic compounds
(VOC) emissions under different scales and environmental conditions.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:localhost:tede/2396 |
| Date | 07 June 2017 |
| Creators | Souza, Vinícius Fernandes de |
| Contributors | Gonçalves, José Francisco de Carvalho |
| Publisher | Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia, Ciências de Florestas Tropicais (CFT), INPA, Brasil, Coordenação de Pós Graduação (COPG) |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do INPA, instname:Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia, instacron:INPA |
| Rights | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/, info:eu-repo/semantics/embargoedAccess |
| Relation | 1133217029758845732, 600, 600, 600, 3806999977129213183, -4671505905809893211 |
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