"Eesti Teadusfondi uurimistoetus" projekt ETF7645
ETF7645 "Konstitutiivne ja indutseeritud lenduvate isoprenoidide emissioon metsapuudel (1.01.2008−31.12.2011)", Ülo Niinemets, Eesti Maaülikool, Põllumajandus- ja keskkonnainstituut.
ETF7645
Konstitutiivne ja indutseeritud lenduvate isoprenoidide emissioon metsapuudel
Constitutive and induced emission of volatile isoprenoids in forest trees
1.01.2008
31.12.2011
Teadus- ja arendusprojekt
Eesti Teadusfondi uurimistoetus
ETIS klassifikaatorAlamvaldkondCERCS klassifikaatorFrascati Manual’i klassifikaatorProtsent
1. Bio- ja keskkonnateadused1.4. Ökoloogia, biosüstemaatika ja -füsioloogiaB310 Soontaimede füsioloogia 1.5. Bioteadused (bioloogia, botaanika, bakterioloogia, mikrobioloogia, zooloogia, entomoloogia, geneetika, biokeemia, biofüüsika jt50,0
1. Bio- ja keskkonnateadused1.5. MetsandusteadusB430 Metsakasvatus, metsandus, metsandustehnoloogia4.1. Põllumajandus, metsandus, kalandus ja nendega seonduvad teadused (agronoomia, loomakasvatus, kalakasvatus, metsakasvatus, aiandus jne.)50,0
PerioodSumma
01.01.2008−31.12.2008348 000,00 EEK (22 241,25 EUR)
01.01.2009−31.12.2009334 080,00 EEK (21 351,60 EUR)
01.01.2010−31.12.2010334 080,00 EEK (21 351,60 EUR)
01.01.2011−31.12.201121 351,60 EUR
86 296,05 EUR

Taimsed lenduvad isoprenoidid (isopreen ja terpeenid) mängivad tähtsat rolli osooni ja aerosoolide moodustumisel troposfääris. Kuigi taimsed emissioonid mõjutavad olulisel määral õhukvaliteeti, on lenduvate isoprenoidide emissioonimehhanismid senini puudulikult tuntud. Kõigi maismaataimede genoomis on lenduvate isoprenoidide süntaaside geenid, ent ainult teatud liikidel toimub nende geenide pidev (konstitutiivne) ekspressioon lehtedes. Lisaks konstitutiivsele emissioonile, indutseeritakse enamikul taimedel lenduvate isoprenoidide süntees vastuseks biootilistele ja abiootilistele stressidele. Kuna taimed on looduslikes stressirikastes kooslustes pidevalt eri stressorite mõju all, võib taimne isoprenoidide emissioon suures osas olla määratud indutseeritud emissioonide poolt. Projekti eesmärkideks on mõista: (1) mis määrab konstitutiivse ja indutseeritud lenduvate isoprenoidide vahekorra? (2) mis määrab emiteeritavate ühendite koosseisu? (3) kui suurel määral stress võimendab emissiooni kiirust? (4) kui suure hulga süsinikku kaotavad emiteerivad liigid emissiooni tõttu praeguses ja globaalselt muutuvas kliimas? (5) kas erinevused konstitutiivse ja indutseeritud isoprenoidide vahekorras ja koguhulgas mõjutavad taimede produktiivsust? Töö käigus kontrollitakse hüpoteese, (1) et madalama konstitutiivse lenduvate ühendite sünteesiga liikidel toimub isoprenoidide sünteesi induktsioon kiiremini ning suuremal määral kui kõrgema konstitutiivse sünteesiga liikidel ning (2) et stressirikastes keskkondades on konkurentsieelis suurema konstitutiivse emissiooniga liikidel, sporaadiliselt esinevate stressitingimuste korral aga plastilisema indutseeritud emissiooniga liikidel. Antud projekt annab unikaalset informatsiooni emissioonimudelite täiustamiseks ning erinevate isoprenoidide sünteesi ajaliste mustrite (konstitutiivne vs. indutseeritud) samuti emissioonide koostise (ühendite vahekord) mõistmiseks. Esmakordselt antakse kvantitatiivne hinnang indutseeritud emissioonide olulisusele. Taimsete emissioonide kvantitatiivne (koguhulk) ja kvalitatiivne (eri reaktiivsusega ühendite hulk) ennustamine võimaldab usaldusväärsemate õhukvaliteedi prognooside tegemist. Metsanduse seisukohast annab projekt detailse hinnangu bioenergiakultuuride (haavahübriidid, pajud) mõjust õhukvaliteedile ning annab tähtsat informatsiooni stressitolerantsemate metsapuude selektsiooniks (produktiivsuse sõltuvus emissiooni kiirusest stressitingimustes, konstitutiivse ja indutseeritud emissioonide vahekord).
Plant-generated volatile isoprenoid emissions play crucial role in ozone and aerosol formation in troposphere, and thus, understanding plants emissions is of major significance in predicting atmospheric quality. The genome of the majority of land plants has volatile isoprenoid synthase genes, but only in a few species, the expression of these genes is constitutive. In addition to the constitutive emissions, synthesis of volatile isoprenoids is induced in many species in response to abiotic and biotic stresses. Because plants in natural environments often experience stress, plant emissions may largely be determined by induced emissions. Current project addresses the following main questions: (1) what determines the ratio between constitutive and induced emissions? (2) what determines the composition of emissions? (3) to what extent stress amplifies the rate of emissions? (4) what is the fraction of photosynthetic carbon the plants lose due to volatile isoprenoid emissions in current and globally changing climates? (5) do the differences in the relative contribution of induced and constitutive emissions and total amount affect plant productivity? We test the hypotheses that (1) the induction of isoprenoid synthesis occurs faster and the induced emissions reach a higher level in species with lower potential for constitutive isoprenoid emission than in species with larger constitutive emissions; and that (2) in stressful environments, plants with higher constitutive emissions have a competitive advantage, while in environments with sporadic stresses, plants with more plastic induced emission have the advantage. This project provides unique information for developing and improving the emission models, and for understanding different temporal emission patterns (constitutive vs. induced) and emission compositions. First time the significance of induced emissions is quantitatively assessed. Understanding and quantitative (total amount) and qualitative (composition of compounds with varying reactivity) prediction of emissions is of key significance for atmospheric quality projections. From a forestry perspective, the project provides a detailed assessment of the influence of main bioenergy species (poplar hybrids, willows) on air quality and provides relevant information (dependence of productivity on the emission rate under different stresses and share of induced and constitutive emissions) for selection of more stress-tolerant species and varieties for forestry.