Desentrañar cómo se vinculan la fisiología y morfología permite una comprensión más profunda del funcionamiento mecanicista de hojas de la planta. Se presenta tanto un procedimiento para derivar los parámetros de la regulación de los estomas de las mediciones de la conductancia estomática y correlaciones con rasgos tradicionales de hojas funcionales.
Rasgos funcionales de la hoja son importantes porque reflejan las funciones fisiológicas, como la transpiración y asimilación de carbono. En particular, las características morfológicas de las hojas tienen el potencial para resumir las estrategias de las plantas en términos de eficiencia del uso del agua, el patrón de crecimiento y uso de los nutrientes. El espectro de la hoja de la economía (LES) es un marco reconocido en ecología vegetal funcional y refleja un gradiente de aumentar la superficie específica de la hoja (SLA), hoja de nitrógeno, fósforo y contenido de cationes, y la disminución de la hoja de contenido de materia seca (CMSH) y la relación de nitrógeno de carbono ( CN). El LES se describen diferentes estrategias que van desde la de las hojas de vida corta con alta capacidad fotosintética por masa de hojas de hojas de larga vida con bajas tasas de asimilación de carbono a base de masa. Sin embargo, los rasgos que no están incluidos en el LES pueden proporcionar información adicional sobre la fisiología de la especie, como los relacionados con el control de los estomas. Protocolos se presentan para una amplia gama de hoja functiorasgos nales, incluyendo rasgos de la LES, sino también rasgos que son independientes de la LES. En particular, un nuevo método se introduce que relaciona el comportamiento de regulación de las plantas en la conductancia estomática a déficit de presión de vapor. Los parámetros resultantes de la regulación de los estomas a continuación, se pueden comparar con el LES y otras características funcionales de plantas. Los resultados muestran que los rasgos de hojas funcionales de la LES también fueron predictores válidos para los parámetros de la regulación de los estomas. Por ejemplo, la concentración de la hoja de carbono estaba positivamente relacionado con el déficit de presión de vapor (DPV) en el punto de inflexión y el máximo de la curva de la conductancia vpd. Sin embargo, los rasgos que no están incluidos en el LES añaden información en la explicación de los parámetros de control de los estomas: la vpd en el punto de inflexión de la curva de la conductancia vpd fue menor para las especies con mayor densidad de estomas y más alto índice de estomas. En general, los estomas y la vena rasgos fueron predictores más potentes para explicar la regulación de los estomas trasgos de han utilizado en el LES.
Para avanzar en la comprensión funcional de hojas de las plantas, muchos estudios recientes han intentado relacionar morfológicos, anatómicos y los rasgos de la hoja química a las respuestas fisiológicas, como la conductancia estomática (g S) 4.1. Además, a los rasgos de la hoja, la conductancia estomática se ve fuertemente afectado por las condiciones ambientales, como la densidad de flujo de fotones fotosintéticamente activa, temperatura del aire y vpd 5. Se han propuesto diversas formas de Modelo GS – VPD 6-8 curvas que se basan principalmente en la regresión lineal de gs en VPD 6. En contraste, el modelo presentado en este estudio retrocede los logits de conductancia estomática relativa (es decir, la proporción de g S a la conductancia máxima g estomas SMAX) en vpd y representa la no linealidad añadiendo vpd como término regresor cuadrática.
En comparación con otros modelos, el nuevo modelo permite derivar parámetros que describenel vpd a la que g S es el regulado en virtud de la escasez de agua. Del mismo modo, se obtiene el VPD en la que g S es máxima. Como se puede esperar que este tipo de parámetros fisiológicos estar estrechamente vinculada a la asimilación de carbono 9,10 una estrecha relación entre estos parámetros del modelo y las características de la hoja clave para la asignación de los nutrientes y los recursos que se reflejan en el LES se debe esperar 3,11. En consecuencia, debe haber también una estrecha relación entre las estrategias de regulación estomática con rasgos LES. Se espera que tal una relación, en particular, para la hoja de hábito (de hoja perenne contra caducifolio) como hoja hábito está tanto en correlación con el LES y con un uso eficiente del agua 12,13. Especies de hoja perenne tienden a crecer más lentamente, pero son más eficientes en ambientes pobres en nutrientes 14. Por lo tanto, hoja hábito debería traducirse en diferentes patrones de regulación de los estomas, con una estrategia de uso del agua más conservadoras que las especies de hoja caduca.
Comparación un gran conjunto de especies de árboles de hoja ancha en una situación jardín común, las siguientes hipótesis fueron probadas: 1) Los parámetros del modelo de g S – modelos VPD están conectados a los rasgos foliares relacionadas con el espectro de la hoja de la economía. 2) especies de hoja perenne tienen valores promedio más baja g S y g SMAX que las especies de hoja caduca.
Los parámetros de la regulación de los estomas extraídos por el método presentado en este trabajo ponen de relieve la importancia de los rasgos de los estomas, tales como la densidad de estomas y el índice de estomas. Estas nuevas relaciones demuestran el potencial de vincular los parámetros de los modelos fisiológicos para morfológicas, anatómicas y de la hoja química rasgos de 20. En comparación con otros métodos, el presente enfoque tiene la ventaja de capturar un valor vpd única e inequívoca en la que la conductancia estomática es el regulado de la mitad de la g modelado s máximo.
De todos los pasos descritos en el protocolo de las más críticas son las mediciones de conductancia estomática. Debido a la regulación multifactorial de las condiciones climáticas de la conductancia ambiente estomas tienen una fuerte influencia en g S. Mediciones de conductancia estomática a alta humedad relativa y baja intensidad de luz pueden ser poco fiables 21-23. Con respecto a morfológicas y anatrasgos omical, el protocolo siempre deben ser adaptados a las especies objetivo incluidas en el estudio. En particular en el análisis de la densidad de la vena, la duración de la decoloración y la tinción de las hojas debe ser variada, dependiendo de la estructura de la hoja y tenacidad. Posibles limitaciones del método incluyen especies, para los que son imposibles o complicado y propenso a errores debido a formas de hojas extraordinarias mediciones de conductancia estomática. Esto puede incluir coníferas y pastos con láminas foliares muy estrechos.
Nuestros resultados confirman en parte la primera hipótesis de una relación entre los parámetros de la conductancia estomática y rasgos de la hoja del espectro de la hoja de la economía (LES), que corresponde a varios otros estudios. Por ejemplo, Poorter y Bongers (2006) 24 informaron de una estrecha relación entre g S y rasgos representadas por la LES, por ejemplo, con g S disminuye con el aumento de la vida útil de la hoja. En consecuencia, Schulze et al. (1994) 1 demonstvínculos claros nominales entre el contenido de nitrógeno foliar y g SMAX. Del mismo modo, Juhrbandt et al. (2004) 25 encontraron relaciones significativas entre g SMAX y el área foliar y la hoja de nitrógeno contenido.
Nuestra segunda hipótesis de diferencias claras con respecto a la hoja de hábito no pudo ser confirmada. La alta variación en los parámetros y características medidas dentro de hoja perenne y de hoja caduca hábito hoja indican que la hoja hábito no es un buen descriptor del LES. Brodribb y Holbrook (2005) 26 discuten que las estrategias fisiológicas hábito de la hoja y de la hoja no se pueden conectar, inevitablemente, ya que la variación amplia rasgo es común en todos los tipos de hoja hábito.
El enfoque se puede extender a los rasgos y las características fisiológicas de los órganos de la planta que no sean hojas, por ejemplo, a los rasgos relacionados con la hidráulica del xilema como xilema específica conductividad hidráulica y madera microscopía rasgos de 27. Del mismo modo, otrotipos de rasgos de la hoja que se deriven de la microscopía como la estructura de parénquima en empalizada y la estructura de capa de cera epicuticular podrían incluirse 28.
En resumen, este estudio confirma la estrecha relación entre el LES y la regulación de los estomas. Además, el método presentado aquí reveló facetas de patrones de regulación de estomas que no están relacionados con el LES. Especialmente rasgos específicos de la hoja tales como el tamaño de los estomas, densidad y el índice así como la longitud de la vena futuro merecen atención en los estudios de plantas funcionales.
The authors have nothing to disclose.
We are indebted to Xuefei Yang, Sabine Both, Lin Chen and Kaitian Wang for coordinating the fieldwork and establishing the BEF-China experiment. We are also grateful to the whole BEF-China research group for their general support. BEF-China is mainly funded by the German Research Foundation (DFG FOR 891/1 and 2) and funding for this particular project was provided by the German Research Foundation to H.B. (DFG BR 1698/9-2). We are also thankful for the travel grants and summer schools financed by the Sino-German Centre for Research Promotion in Beijing (GZ 524, 592, 698, 699 and 785). In addition we would like to thank David Eichenberg, Michael Staab, Katja Grotius, Silvana Tornack, Lin Chen, and Shouren Zhang for their support in the field and in the lab.
SC 1 Porometer | Decagon | NA | Any other porometer is suitable |
Cable ties to mark leaves | NA | NA | NA |
Plastic sample bags | NA | NA | NA |
Paper sample bags | NA | NA | NA |
Hygrometer | Trotec | NA | Any other is suitable |
Nail polish | NA | NA | NA |
Axioskop 2 plus | Zeiss | NA | Any other is suitable |
Ethanol | NA | NA | NA |
Bleach | NA | NA | NA |
5% NaOH | NA | NA | NA |
10% KOH | NA | NA | NA |
25% H2O2 | NA | NA | NA |
Malachite green | NA | NA | NA |
Safranine | NA | NA | NA |