Meting van de Leaf Hydraulische geleiding en stomatale geleidbaarheid en hun reacties op Irradiance en uitdroging Met behulp van de adiabatische Flux Methode (EFM)

1. Het meten van Leaf Hydraulische Conductance voor Gehydrateerd Bladeren (K max) Verzamel schiet voorkeur 's avonds of' s nachts, zodat xyleem spanningen laag zijn, snijd in de lucht en plaats in een donkere plastic zak gevuld met natte papieren handdoeken. In het lab, Recut ten minste twee knooppunten van het einde van elke shoot onder water. Laat schieten rehydrateren nacht in zuiver water, of andere oplossing worden gebruikt voor K leaf metingen. Ultrapuur water wordt aanbevolen als een stroom oplossing, tenzij de effecten van verschillende oplossingen moeten worden onderzocht als een factor. Snijd het blad van de shoot met een vers scheermes onder gedeeltelijk ontgast stroom oplossing. Ultrapuur water wordt aanbevolen als een stroom oplossing, tenzij de effecten van verschillende oplossingen moeten worden onderzocht als een factor. We raden ontgassen van de oplossing overnacht in een kolf met een vacuümpomp, maar andere werkwijzen worden toegepast. Wrap pre-gestrekte parafilm rondom de petiole om een ​​goede afdichting tussen bladsteel en slangen te garanderen. Deze stap is vooral nuttig voor niet-ronde bladstelen, zoals inpakken extra parafilm zal helpen rond de bladsteel te passen in de slang. Dental pasta kan worden toegepast op de bladsteel regelbreedte de parafilm om groeven in bladstelen vullen. Sluit het blad te siliconenslang onder ultrapuur water naar lucht te voorkomen het invoeren van het systeem. Als het blad wordt opgetild boven de bron van water, het water in de buis onder atmosferische druk, en dus de afdichting goed als geen lucht wordt getrokken in de buis tijdens de meting. Als alternatief voor het afdichten van de bladsteel direct in silicone, kan een compressie armatuur met rubber afdichting worden gebruikt (bv, (Omnifit A2227 boring adapter; Omnifit, Cambridge, UK); deze aanpak is nuttig voor bladstelen met name complexe vormen, of voor grassprieten , dat kan worden gewikkeld rond een glazen staaf en verzegeld met de persfitting. Indien mogelijk, het afdichten van de bladsteel direct in silicone slang heeft het voordeel dat snelle en verlaten van een steel-tubing aansluiting die is transparant, zodat bellen gemakkelijker worden gezien. De buis verbindt het blad hard buis loopt naar een maatcilinder op evenwicht (± 10 ug resolutie), die gegevens registreert elke 30 sec naar een computer (bijv. met "Balance Link" Software, Mettler-Toledo GmbH, Greifensee, Zwitserland) voor de berekening van de stroomsnelheid door het blad. Bladeren moeten worden gehouden adaxiale oppervlak naar boven in houten frame bespannen met vislijn boven een grote doos ventilator en onder een lichtbron (> 1.000 mol • m 2 • s -1 fotosynthetisch actieve straling van hoge instraling metingen), iets boven het niveau van de de meniscus in de maatcilinder. Het blad moet boven het water in de maatcilinder opdat water verplaatsen naar het blad wordt aangedreven door transpiratie, en het niet blad onder druk door zwaartekracht, zoals zouhet geval wanneer het blad werden geplaatst onder de meniscus van het water in de cilinder. Kleine containers gevuld met natte papieren handdoek zijn geplaatst in de balans kamer om ervoor te zorgen de lucht in de balans is water-verzadigde en zo te voorkomen verdamping van het water bron om de sfeer in de balans. Deze mogelijkheid kan worden gecontroleerd door het stoppen stroom in het blad met een vier-wegkraan klep in de buis en het controleren dat de massa van het water cilinder op de balans niet afnemen. Een duidelijk Pyrex gevuld met water boven het blad aan de warmte van de lamp nemen. Handhaaf bladtemperatuur tussen 23 ° C en 28 ° C gedurende het experiment door meer koud water aan de Pyrex container zodat de warmtelamp niet de Pyrex container voldoende warmte aan de lucht onder verwarmen in het blad. Toestaan ​​het blad te transpireren op de inrichting gedurende ten minste 30 min, waardoor voldoende tijd wennen aan hoge instraling en addititionaal totdat debiet gestabiliseerd, zonder opwaartse of neerwaartse trend en een variatiecoëfficiënt <5% ten minste 5-10 metingen op 30 sec stroom intervallen. Het is essentieel voor het debiet naar een steady state te bereiken omdat deze methode wordt uitgegaan van een stabiele Ψ blad. Eerdere studies gevonden dat deze criteria voldoende stabilisatie van stroom (E), Ψ blad en K blad; proeven met langere meetperiodes na stabiele stroom werd geen relatie aantoonde van K blad naar meettijd voor elk van de zeven soorten van een brede scala van blad capaciteit 17,18. Stabilisatie duurt meestal 30 minuten of minder, maar bij sommige soorten kunnen meer dan een uur voor een aantal soorten. Opmerking: Wanneer debiet zeer laag (<8 ug s -1), stabiliteit kan worden bepaald met het lopende gemiddelde van de laatste vijf 30 seconde. </p> Gooi metingen als de stroom plotseling verandert, hetzij als gevolg van plotselinge stomatale sluiting, of schijnbare lekkage van de afdichting of blokkade in het systeem door deeltjes of luchtbellen. Wanneer stroom stabiliseert, opnemen bladtemperatuur met een thermokoppel. Verwijder snel het blad uit de slang, dep ze droog de bladsteel en plaats het blad in een afsluitbare zak, die was eerder uitgeademde in, om transpiratie tegen te gaan. Laat het blad in de zak equilibreren gedurende ten minste 20 minuten. Het gemiddelde van de laatste 10 debietmetingen. Dit zal uw e meting. Wanneer het blad in evenwicht is, meet het laatste blad waterpotentiaal (Ψ final) met een drukkamer. Meet bladoppervlak met een flatbed scanner en image processing software, of met een bladoppervlak meter. K blad wordt berekend als E /-ΔΨ blad (waar ΔΨ blad = Ψ laatste </sub> – 0 MPa) en verder genormaliseerd door bladoppervlak. Eenheden zijn in mmol m -2 s -1 MPa -1. Omdat het blad zich net boven het water in de cilinder, zal de zwaartekracht in het verminderen van de druk van water in het blad te verwaarlozen, vooral met betrekking tot de uiteindelijke Ψ, die altijd> -0,1 MPa. Om te corrigeren voor veranderingen in K blad geïnduceerd door temperatuurafhankelijkheid van water viscositeit 15,19,20, standaardiseren K blad waarden 25 ° C met behulp van de volgende vergelijking: Stomatale geleidbaarheid (g s) kan worden bepaald als E gedeeld door het blad-lucht dampdrukverschil, gelijk aan de damp drukniveaure tekort (VPD), bepaald met behulp van een temperatuur en relatieve vochtigheid sensor naast het blad. VPD wordt berekend met de volgende vergelijking 21 waarin RH is relatieve vochtigheid, VP de verzadigde dampdruk van de lucht (in kPa, een functie van de temperatuur, volgens de vergelijking Arden Buck 22) en AP de atmosferische druk (in kPa). 2. Het meten van Leaf Hydraulische Conductance voor Gedehydrateerde Leaves Verzamel schiet voorkeur 's avonds of' s nachts, zodat xyleem spanningen laag zijn, snijd in de lucht en plaats in een donkere plastic zakken gevuld met natte papieren handdoeken. In het lab, Recut ten minste twee knooppunten van het einde van elke shoot onder water. Laten schieten rehydrateren overnachting in zuiver water, of een andere oplossing om te worden gebruikt voor K leaf metingen. Ultrapuur water wordt aanbevolen als een stroom oplossing, tenzij de effecten van verschillende oplossingen moeten worden onderzocht als een factor. Snijd schiet in segmenten met ten minste drie bladeren onder ultrapuur water en uitdrogen schiet met een ventilator voor verschillende perioden tot een reeks Ψ blad waarden. Zodra scheuten uitgedroogd zijn, plaatst afsluitbare zakken (Whirl-Pak, Nasco, Fort Atkinson, WI, USA), die van tevoren uitgeademde in) rond elk blad van de shoot, en vervolgens de hele shoot plaats in een grote afsluitbare zak met nat papier handdoek. Laat de shoot equilibreren gedurende ten minste 30 min (voor sterk gedehydrateerde scheuten meer equilibratiebuffer kan soms nodig). Na equilibratie accijns de bovenste en onderste blad en eerste maatregel Ψ blad (Ψ = o) met een drukkamer. Gooi de spruit als het verschil in de Ψ blad van deze twee bladeren groter is dan 0,1 MPa (voor strongly gedehydrateerde bladeren, kan dit bereik uitgebreid tot 0,3 MPa). De derde blad wordt dan gebruikt om K blad en g s bepalen de EFM, 1.2 -1.18 volgende stappen hierboven. Met name kunnen de steady state E zelfs worden verkregen voor bladeren die zijn ernstig uitgedroogd bladeren, zoals huidmondjes nog open en het genereren van g s waarden aanzienlijk hoger dan cuticulair geleiding 17. Om hydraulische kwetsbaarheid curves te construeren, berekenen K blad met behulp van de Ψ laatste zoals in stap 1.16, en dan plot K blad waarden tegen welke het laagst is, Ψ o of Ψ laatste, dat wil zeggen, de sterkste uitdroging ervaren door het blad tijdens het experiment (= Ψ laagste). Evenzo kan de achteruitgang van g s in reactie op blad dehydratatie worden bepaald door het plotten tegen g s Ψ weer. Vorige werk sh eigen dat uitdroging induceert op zijn minst gedeeltelijk onomkeerbare daling van de K blad en g s 14,16. We raden verkrijgen van tenminste 6 K blad waarden per interval van 0,5 MPa Ψ laagste (dit interval kan worden gereduceerd tot 0,25 MPa als de species u met echt kwetsbaar voor uitdroging). Voer Dixon uitschieter test op K blad waarden voor elke 0,5 MPa water potentieel interval van Ψ laagste tot de uitschieters te verwijderen van uw kwetsbaarheid curve 23. Omdat soorten verschillen in hun antwoorden van K blad en g s om uitdroging 14,16, geschikt verschillende functies voor elke soort en selecteer de maximum likelihood (laagste AIC waarde; zie 14 voor details). We raden fitting tenminste vier functies eerder in de literatuur: lineair (pg "fo: inhoud-width =" 1.4in "fo: src =" / files/ftp_upload/4179/4179eq3highres.jpg "/>), sigmoïdale ( ), Logistieke ( ) En exponentiële ( ). 3. Representatieve resultaten De daling van het blad hydraulische geleidbaarheid met uitdroging varieert sterk tussen soorten (Fig. 1). Droogte gevoelige soorten ervaren een sterkere daling bij minder negatief water potentials dan meer droogte tolerante soorten, gemeten overeenkomstig hoge instraling (PAR> 1.000 mol • m -2 • s -1). Het waterpotentiële bij 80% verlies van hydraulische geleidbaarheid (P 80) voor mesic kruid Helianthus annuus was 3 MPa minder negatief dan die van Heteromeles arbutifolia, afkomstig uit Californië chaparral. Heteromeles arbutifolia gereageerd lineair aan de daling van het water potentieel, terwijl Helianthus annuus toonde een niet -lineaire daling. Beide stomatale geleidbaarheid (g s) en blad hydraulische geleiding (K blad) kan ook sterk reageren bestralingssterkte (Fig. 2). Voor Raphiolepis indica, de stomatale geleidbaarheid daalde sterk met uitdroging voor bladeren gemeten onder hoge instraling (PAR> 1.000 mol • m -2 • s -1) en onder laboratorium licht (PAR <6 pmol • m -2 • s -1). Onder hoge instraling, bladeren gemeten met de EFM dat was uitgedroogd aan het water potentieel dat typisch is voor goed verlichte leaves op intacte planten op midden op de dag toonde vergelijkbare g s als voor bladeren gemeten op intacte planten met een porometer (ster in Fig. 2). Met name voor bladeren bij maximale hydratatie, K blad was vier keer hoger voor bladeren blootgesteld aan hoge lichtintensiteit dan laag (11 vs 2,8 mmol m -2 s -1 MPa -1), dus K blad toonde een sterker licht in reactie goed gehydrateerd bladeren dan g s. Verder onder hoge instraling, K blad daalde sterker met uitdroging. De P 80 was 0,93 MPa minder negatief onder hoge dan lage instraling. Figuur 1. Leaf hydraulische kwetsbaarheid curves een droogte gevoelige (boven) en een droogte tolerant (onder) soorten (van 14,24). Elk punt vertegenwoordigt een zondegle meting van blad hydraulische geleidbaarheid (K blad) op een vrijstaande blad met behulp van de verdampings-flux methode (EFM). De verticale balken geven het water potentiaal waarbij de soort verloren 80% van de initiële blad hydraulische geleidbaarheid (P 80). Best passende functies met maximum likelihood weergegeven voor beide soorten. Figuur 2. De reactie van stomatale geleidbaarheid (g s) en van blad hydraulische geleidbaarheid (K blad) van dalende bladeren water potentieel voor Raphiolepis indica gemeten onder hoge versus lage instraling (vanaf 16). (PAR> 1.000 en <6 mmol • m -2 • s-1). Elk punt vertegenwoordigt een meting op een vrijstaande blad met behulp van de verdampings-flux methode (EFM), met witte en zwarte stippen die bladeren gemeten onder hoge en lage instraling respectievelijk. Vergelijkingen voor stomatale geleidbaarheid bochten bij hoge versus lage instraling: en . Vergelijkingen voor kwetsbaarheid bochten bij hoge versus lage instraling: en . De grijze ster in het bovenste paneel vertegenwoordigt het gemiddelde ± standard fout voor n en blad water potentiële gemeten op bladeren van intacte planten halverwege de dag met een porometer. Grijs en zwart verticale balken in het onderste paneel vertegenwoordigen het water potentiaal waarbij de soort 80% van de initiële blad hydraulische geleidbaarheid (P 80) verloren onder hoge en lage instraling respectievelijk.