Ответ фотосинтеза и устьичной проводимости на повышение концентрации CO₂: механизмы и взаимодействие с факторами среды

В этом обзоре обобщены современные представления о механизмах, лежащих в основе реакции фотосинтеза и устьичной проводимости на повышение концентрации углекислого газа ([CO₂]), а также рассмотрено, как последующие процессы и ограничения, обусловленные факторами среды, регулируют эти две фундаментальные реакции. С помощью метаанализа обобщены результаты экспериментов со свободным воздухообменным обогащением CO₂ (FACE), чтобы количественно оценить средние изменения устьичных и фотосинтетических параметров при повышенной [CO₂]. В экспериментах FACE повышение [CO₂] снизило устьичную проводимость на 22%, однако это снижение не сопровождалось сопоставимым изменением плотности устьиц. Повышенная [CO₂] стимулировала светонасыщенный фотосинтез (Asat) у C3-растений, выращенных в условиях FACE, в среднем на 31%. Однако величина прироста Asat зависела от функциональной группы и условий среды. Функциональные группы, у которых при повышенной [CO₂] фотосинтез ограничивался рибулозо-1,5-бисфосфаткарбоксилазой/оксигеназой (Rubisco), обладали большим потенциалом увеличения Asat, чем группы, у которых при повышенной [CO₂] фотосинтез ограничивался рибулозо-1,5-бисфосфатом (RubP). Обеспеченность азотом и ёмкость стока ассимилятов регулировали реакцию фотосинтеза на повышенную [CO₂], влияя на акклимацию карбоксилирующей способности. Более глубокое понимание молекулярных и биохимических механизмов реакции растений на повышенную [CO₂], а также обратного влияния факторов среды на эти механизмы позволит точнее прогнозировать реакцию экосистем на рост [CO₂] и повысить возможности адаптации сельскохозяйственных культур и управляемых экосистем к будущим концентрациям CO₂ в атмосфере.