我们描述了一个相对快速(30分钟)和现实的方法同时测量叶片导水率(<em> K</em<sub>叶</sub>)和气孔导度(<em> G</em<sub> S</sub>)蒸腾切除的叶子。该方法可以被修改,以测量的光和脱水反应的<em> K</em<sub>叶</sub>和<em> G</em<sub> S</sub>。
水是一种重要的资源,植物水分的运输系统设置上最大的生长及抗旱性的限制。当植物气孔打开他们的实现了高气孔导度(G)捕获二氧化碳进行光合作用,水失去了的蒸腾1,2。蒸发的水分从空域被替换的细胞壁,反过来取水的叶脉的木质部,依次绘制在根和茎的木质部。通过该系统,由于水是被拉到它经历液压阻力,创建整个系统的张力和低叶水势(Ψ 叶 )。叶在全厂系统本身是一个重要的瓶颈,占平均30%的植物液压阻力。叶液压电导(是ķ 叶 = 1 /叶液压阻力)的水的流速的比例是整个叶的水的电势梯度,并总结了一个复杂的系统行为:叶柄和几个数量进入维管束鞘的静脉,出口和通过或进入空域蒸发和蒸腾的气孔周围叶肉细胞的水穿过了浓厚的兴趣。K 叶作为重要的生理特征比较物种的,量化的有效性叶片结构和生理水路运输,以及一个关键的变量来研究其结构的变化之间的关系( 例如 ,在叶叶脉架构)和光合气体交换的影响。此外,K 叶回应强烈的内部和外部的叶3。辐射ķ 叶会显着增加显然是由于变化的表达和活化水通道蛋白,水上运输有关的蛋白质通过膜4, 钾 叶强劲下降博士应,由于气蚀和/或木质部导管和/或渗透损失,由于叶肉和维管束鞘细胞收缩或水通道蛋白失活5-10额外的木质部组织的崩溃。 由于 K 叶可以约束g s和光合速率在 正常浇水条件下,跨物种在干旱,从而限制全株表现,他们可能会决定物种的分布,尤其是旱灾增加的频率和严重程度11-14。
我们提出一个简单的同时测定的方法对离叶的 K 叶和 G s。甲蒸腾叶叶柄油管连接到水源上平衡运行。损失的水从天平上的记录来计算流速通过叶。当达到稳定状态蒸腾(E,毫摩尔•米-2 -1),G <sub> s是通过除以水汽压亏缺确定,和ķ 叶通过除以水使用的压力腔室(K 叶 = E / – Δψ 叶 ,兆帕)15确定的潜在的驱动力。
此方法可用于评估ķ 叶的反应不同的辐照度和脆弱性的 K 叶脱水14,16,17。
蒸发通量这里介绍的方法可以较快的在实验室同时测定气孔导度(30分钟)测定的叶片导水率。
EFM是迄今最密切的方法,该方法如下水在叶片的天然途径,鉴于叶空域和扩散从气孔15中的水蒸发。许多其他的 K 叶测定的实验方法存在25日 ,有三个是特别常见的。 (1)在高压流量的方法(HPFM)的,水被压在高压下通过叶15,26。然而,脆弱性曲线不能用这种方法获得的,因为施加的正压力可能会填充的栓子和补充水分叶肉组织。 (2)在复水动力学方法(RKM),K 叶计算补液,脱水叶之间的类比与CHarging的电容串联一个电阻27,28。这种方法是快速的,但不会重现整个系统的自然蒸腾途径在叶,不容易修改,以适应高光的叶子可以测量。 (3)在真空泵的方法(VPM)叶片被放置在一个腔室,其叶柄连接到一个水源上的平衡,而不同强度的真空被施加到从叶15,26叶驱动水分损失。这种方法可以很费时间。所有这三种方法的测量结果,使用已发现,得到一致的结果,15,28,29,从而在EFM是经常使用的给出其基于蒸腾水分运动,和其相对的速度,并在不同的条件下用于测量ķ 叶及其改性。
所有用于确定ķ 叶片的典型方法涉及的水平的不确定性在量化按urately蒸腾25对应的驱动力。在EFM中,ΔΨ 叶用于计算ķ 叶比真正的驱动力低,因为它是基于散装Ψ 叶后叶是平衡的压力炸弹。此时,堆积Ψ 叶并不一定代表细胞的水势的液压通路,结束在水蒸发后,而是相对较少的细胞低水势水的体积加权平均移动和蒸发,而对于更大量的细胞可以从蒸腾流中分离的高水势。 Ψ 叶的真正动力不同,取决于那里的水蒸发的叶。如果整个叶片的水分蒸发时,大部分Ψ 叶可能是接近的真正动力,如果水蒸发,只有相对少量C英语学习者的气孔附近,大部分Ψ 叶可能大大低估了的真正动力, 即这些细胞的水势实际上可能要低得多,因此,实际ķ 叶将低于与EFM确定。因此,度的 K 叶由EFM确定代表了真实的ķ 叶是敏感水流的途径,这仍然没有得到很好的理解。虽然在EFM提供了相匹配的数据的那些其他用于测量ķ 叶 (见上文)的方法,并且是用于比较使用优异,物种变化水流通路通过叶肉的可能性需要进一步调查。事实上,即使对于给定物种的叶片,这些水通路可能会有所不同在不同条件下, 例如 ,在不同的辐照度和热负荷4,30或不同水分状态(特定组织收缩)31。进一步认识水的运输途径,从而使EFM被用来解决影响整体叶水力输送的途径。
在EFM气孔导度的测量具有允许测定辐照度和脱水反应,并提供匹配G S的响应与 K 叶的优点。此外,后跟补液G S以前叶脱水的效果可以用这种方法进行评估。然而,该方法有两个潜在的缺点。首先,由本克 测量的离体叶片上,而不是一个完整的植物上,和第二,气孔导度的测定是根据气候测量一段距离,而不是从叶片附近的叶片在气孔计室的通风风扇叶,但叶表面与周围空气的平衡。对于某些种类,切除叶子可能会表现出不同的气孔反应比上一个完整的植物叶16,32。然而,对于几个物种G S估计使用的EFM是完整的植物与中期天Ψ 叶 16( 图2)的叶片的气孔计的测定值上相似。
的EFM可以应用于生理洞察力, 即 ,调查的 K 叶 ,其在结构和解剖学的基础,以及其对环境的响应的动态。此外,该方法可用于用来比较的植物生长在不同的条件下的给定的物种,或年龄的不同,或比较不同物种的植物,适应不同的环境。
通过构建叶脆弱性曲线,可以深入了解进入机制物种的公差干旱。在干旱,已经示出的气蚀和细胞崩溃发生在一些叶木质部物种,并在叶肉细胞收缩在脱水过程中也可能影响水的运动(审查14)。未来的研究将需要确定这些过程的相对重要性在驾驶的 K 叶片气孔关闭的下降。
辐照度也是一个重要的因素影响ķ 叶和高光下的测量的EFM是非常适合的。水通道蛋白的辐射和干旱的综合反应应该获得多大的兴趣。高辐照度导致增加通过活细胞允许更快的水流的水通道蛋白的表达和/或活化,增加K 叶 ,而脱水导致减少的表达和/或de-activatation的水通道蛋白,减少ķ 叶 。 日 K 叶光照和供水的综合影响,需要进一步调查4,10,16,33。
帐篷“>此外,跨物种,K 叶及其脆弱性的供应光水和其他资源3,13,24相关的物种分布的物种从干燥的地区往往表现出更大的阻力液压下降,面临更负面的土壤水势,和更多的负面水势保持了较高的K 叶 ,他们能保持高G S和,继续捕获CO 2进行光合作用13,14。因此,本研究的叶水力特性提供了见解的水平细胞,叶,全厂及其对环境反应,并在所有尺度上,可能会产生许多重要的新发现。The authors have nothing to disclose.
我们非常感谢四匿名审稿改善的手稿,以及美国国家科学基金会(批准IOS-0546784)的支持。