Measurement of Leaf hydraulische Leitfähigkeit und stomatäre Leitfähigkeit und ihre Antworten auf Bestrahlungsstärke und Dehydration Mit dem Evaporative Flux-Methode (EFM)

Ein. Mess-Blatt Hydraulische Leitfähigkeit für Hydrated Leaves (K max) Sammle Triebe vorzugsweise am Abend oder in der Nacht, so dass Xylem Spannungen gering sind, schneiden in der Luft und in dunklen Plastiktüte mit nassen Papiertüchern gefüllt. Im Labor nachgeschnitten mindestens zwei Knoten von dem Ende jeder Aufnahme unter Wasser. Lassen Sie schießen rehydrieren Nacht in reinem Wasser oder einer anderen Lösung für K Blatt Messungen verwendet werden. Reinstwasser wird als Flow-Lösung empfohlen, wenn die Auswirkungen der verschiedenen Lösungen als Faktor untersucht werden sollen. Schneiden Sie das Blatt aus dem Shooting mit einer frischen Rasierklinge unter teilweise entgaste Flow Lösung. Reinstwasser wird als Flow-Lösung empfohlen, wenn die Auswirkungen der verschiedenen Lösungen als Faktor untersucht werden sollen. Wir empfehlen Entgasen der Lösung über Nacht in einem Kolben unter Verwendung einer Vakuumpumpe, aber auch andere Verfahren können eingesetzt werden. Wrap vorgereckt Parafilm um die petiole, um eine gute Abdichtung zwischen Blattstiel und Schläuche zu gewährleisten. Dieser Schritt ist besonders hilfreich für unrunde Blattstiele, als Umhüllung zusätzliche Parafilm helfen rund um die Blattstiel im Inneren des Schlauchs passen. Dental Paste kann der Blattstiel, bevor das Einwickeln der Parafilm Nuten in Blattstiele füllen angewendet werden. Schließen Sie das Blatt zu Silikonschlauch unter Reinstwasser Luft zu verhindern in das System. Als das Blatt über der Quelle von Wasser angehoben wird, ist das Wasser in der Rohrleitung unter Unterdruck und damit die Dichtung ist gut, wenn keine Luft in den Schlauch während der Messung erstellt. Alternativ zur Abdichtung der Blattstiel direkt in Silikonschlauch, kann eine Klemmverschraubung mit Gummidichtung verwendet werden (zB (Omnifit A2227 Bohrung Adapter werden; Omnifit, Cambridge, UK); dieser Ansatz ist nützlich für Blattstiele mit besonders komplexen Formen oder Grashalme , die können um einen Glasstab gewickelt und versiegelt mit der Klemmverschraubung. Wenn möglich, Abdichtung der Blattstiel direkt in silicone Schläuche hat den Vorteil, dass eine schnelle und Zurücklassen eines Blattstiel-Tubing-Übergang, der transparent ist, so dass Luftblasen leichter gesehen. Der Schlauch verbindet das Blatt zu harten Rohre laufen zu einem Meßzylinder auf einer Waage (± 10 pg Auflösung), welcher Daten protokolliert alle 30 sec mit einem Computer (zB mit "Balance Link" Software; Mettler-Toledo GmbH, Greifensee, Schweiz) für die Berechnung der Fließgeschwindigkeit durch das Blatt. Blätter sollten adaxial Oberfläche nach oben in Holzrahmen mit Angelschnur über einer großen Box-Fan und unter einer Lichtquelle (> 1.000 mol • m 2 • s -1 photosynthetisch aktive Strahlung für High-Bestrahlungsstärke Messungen), leicht über dem Niveau des aufgereiht gehalten werden der Meniskus im Messzylinder. Das Blatt sollte über dem Wasser in dem graduierten Zylinder angeordnet werden, um sicherzustellen, daß Wasser in Bewegung zu dem Blatt durch Transpiration angetrieben wird, und nicht in das Blatt unter Druck aufgrund der Schwerkraft, ebenso wieder Fall, wenn das Blatt unterhalb des Meniskus des Wassers im Zylinder platziert wurden. Kleincontainer mit nassen Papiertuch gefüllt sind im Inneren der Ausgleichskammer angeordnet, um sicherzustellen, dass die Luft im Gleichgewicht ist wassergesättigt, wodurch Verdampfung von der Wasserquelle zu der Atmosphäre im Gleichgewicht. Diese Möglichkeit kann durch Anhalten Strömung in dem Blatt unter Verwendung eines Vier-Wege-Absperrventil in dem Rohrstrang, und Überprüfen, dass die Masse des Wassers Zylinder auf der Waage nicht ablehnen überprüft werden. Legen Sie eine klare Pyrex Behälter mit Wasser über das Blatt gefüllt, um die Hitze der Lampe absorbieren. Pflegen Blatt Temperatur zwischen 23 ° C und 28 ° C während des gesamten Experiments, indem mehr kaltes Wasser an die Pyrex Container, so dass die Wärmelampe heizt nicht die Pyrex Behälter ausreichend, um die Luft um das Blatt unter erwärmen. Lassen Sie das Blatt zu schwitzen auf dem Gerät für mindestens 30 min, also lange genug Zeit, um hohe Bestrahlungsstärke akklimatisieren und additional bis Flußrate stabilisiert haben, ohne Trend nach oben oder unten, und mit einem Variationskoeffizienten <5% für mindestens 5-10 Messungen bei 30 sec Intervallen fließen. Es ist wesentlich für die Fließgeschwindigkeit einen stationären Zustand zu erreichen, da diese Methode setzt eine stabile Ψ Blatt. Frühere Studien fanden diese Kriterien als ausreichend zur Stabilisierung der Strömungsrate (E), Ψ Blatt und K Blatt; Tests mit längeren Messperioden nach stabile Strömung eingerichtet zeigte keine Beziehung K Blatt zu Meßzeit für jede der sieben Arten eines breiten Bereich von Blatt Kapazität 17,18. Stabilisierung dauert in der Regel 30 Minuten oder weniger, aber bei einigen Arten kann mehr als eine Stunde für einige Arten erfordern. Hinweis: Bei Durchflüssen sehr niedrig (<8 ug s -1) ist, der Stabilität kann anhand der laufende Durchschnitt der letzten fünf 30 Sekunden-Intervallen werden. </p> Verwerfen Messungen, wenn der Fluss plötzlich ändert, entweder durch plötzliche Stomata oder scheinbare Leckage der Dichtung oder Verstopfungen im System durch Partikel oder Luftblasen. Wenn die Strömung stabilisiert, notieren Blatt Temperatur mit einem Thermoelement. Schnelles Entfernen Sie das Blatt aus dem Schlauch, trocknen dab die Blattstiel und legen Sie das Blatt in einem verschließbaren Beutel das zuvor in der ausgeatmeten, um die Transpiration zu stoppen. Lassen Sie das Blatt in seiner Tasche Gleichgewicht für mindestens 20 min. Den Durchschnitt der letzten 10 Durchflussmessungen. Dies wird Ihre E Messung. Wenn das Blatt äquilibriert ist, messen die endgültige Blattwasserpotentials (Ψ final) mit einer Druckkammer. Messen Blattfläche mit einem Flachbettscanner und Bildverarbeitungs-Software oder mit einer Blattfläche Meter. K Blatt wird als E /-ΔΨ Blatt (wo ΔΨ Blatt = Ψ endgültigen Berechnung </sub> – 0 MPa) und weitere normalisierten von Blattfläche. Die Einheiten sind in mmol m -2 s -1 MPa -1. Da das Blatt gerade über dem Niveau des Wassers in dem graduierten Zylinder positioniert wird, würde die Wirkung der Schwerkraft bei der Verringerung des Drucks von Wasser ein, das Blatt vernachlässigbar, insbesondere relativ zu der endgültigen Ψ, der immer> -0,1 MPa. Um Änderungen in K Blatt durch Temperaturabhängigkeit Wasserviskosität 15,19,20 induziert korrigieren, zu standardisieren K Blattwerte bis 25 ° C unter Verwendung der folgenden Gleichung: Stomatäre Leitfähigkeit (g n) bestimmt als E durch die Blatt-Luft-Dampf-Druckdifferenz, äquivalent zu dem Dampf pressu einteilenre Defizit (VPD), bestimmt mit einem Temperatur und relativer Feuchte-Sensor benachbart zu dem Blatt. VPD wird anhand der folgenden Gleichung 21 wobei RH die relative Luftfeuchtigkeit ist, VP der Sättigungsdampfdruck der Luft (in kPa, eine Funktion der Temperatur gemäß der Gleichung Arden Buck 22) und AP der atmosphärische Druck (in kPa). 2. Mess-Blatt Hydraulische Leitfähigkeit für Dehydrated Leaves Sammle Triebe vorzugsweise am Abend oder in der Nacht, so dass Xylem Spannungen gering sind, schneiden in der Luft und in dunklen Plastiktüten mit nassen Papiertüchern gefüllt. Im Labor nachgeschnitten mindestens zwei Knoten von dem Ende jeder Aufnahme unter Wasser. Lassen Sie schießen rehydrieren Nacht in reinem Wasser oder einer anderen Lösung für K le verwendet werdenaf Messungen. Reinstwasser wird als Flow-Lösung empfohlen, wenn die Auswirkungen der verschiedenen Lösungen als Faktor untersucht werden sollen. Triebe in Segmente geschnitten mit mindestens drei Blättern unter Reinstwasser und dehydratisieren Triebe mit einem Gebläse für unterschiedliche Zeiträume auf einen Bereich von Ψ Blattwerte. Sobald Triebe dehydriert sind, legen verschließbaren Beutel (Whirl-Pak; Nasco, Fort Atkinson, WI, USA), die zuvor in der ausgeatmeten) um jedes Blatt des Drehs, und legen Sie dann das ganze Shooting in einem großen Beutel mit nassem Papier Handtuch. Lassen Sie das Shooting für mindestens 30 min (für stark dehydriert Triebe mehr Äquilibrierungszeiten kann notwendig sein) ausgleichen. Nach der Äquilibrierung verbrauchsteuerpflichtigen die obere und untere Blatt und Maßnahme anfänglichen Ψ Flügels (= Ψ o) unter Verwendung einer Druckkammer. Verwerfen der Aufnahmen, wenn die Differenz in der Ψ blatt dieser beiden Blätter größer als 0,1 MPa (für strongly dehydrierten Blättern, kann dieser Bereich bis 0,3 MPa verlängert werden). Das dritte Blatt wird dann verwendet, um K Blatt und g s mit dem EFM zu bestimmen, folgende Schritte 1,2 -1,18 oben. Insbesondere kann steady state E auch für Blätter, die stark dehydriert Blätter haben, wie Spaltöffnungen noch öffnen und erzeugen g s-Werte deutlich höher als Kutikula Leitwert 17 erhalten werden. Um hydraulische Anfälligkeit Kurven konstruieren, berechnen K Blatt unter Verwendung des endgültigen Ψ wie in Schritt 1.16, und dann K Plot Blattwerte gegen je nachdem, welcher am niedrigsten ist, Ψ o oder Ψ endgültige, dh die stärkste Dehydratisierung durch das Blatt während des Experiments erlebt (= Ψ niedrigste). Ebenso kann der Rückgang der g s in Reaktion auf Blatt Dehydratisierung durch Plotten g s gegen Ψ niedrigsten bestimmt werden. Frühere Arbeiten haben sh Eigene dass Dehydration induziert zumindest teilweise irreversible Rückgänge in K Blatt und g s 14,16. Wir empfehlen den Erhalt mindestens 6 K Blattwerte pro 0,5 MPa Intervall von Ψ niedrigsten (dieses Intervall kann bis 0,25 MPa reduziert werden, wenn die Spezies mit dem Sie arbeiten ist wirklich anfällig für Dehydration). Führen Dixon Ausreißer-Test auf K Blatt Werte für jede 0,5 MPa Wasser potenziellen Intervall von Ψ niedrigsten Ausreißer aus Ihrem Schwachstelle Kurve 23 zu entfernen. Weil Arten in ihren Antworten von K Blatt und g s unterscheiden, um eine Dehydratation 14,16 passen unterschiedliche Funktionen für jede Art und wählen Sie den Maximum-Likelihood (niedrigste AIC-Wert, siehe 14 für Details). Wir empfehlen passende mindestens vier Funktionen, die zuvor in der Literatur verwendet: linear (pg "fo: content-width =" 1.4in "fo: src =" / files/ftp_upload/4179/4179eq3highres.jpg "/>), sigmoidal ( ), Logistik ( ) Und exponentielle ( ). 3. Repräsentative Ergebnisse Der Rückgang des Blattes hydraulische Leitfähigkeit mit Dehydratation variiert stark in Arten (Abb. 1). Dürre empfindliche Arten erleben einen stärkeren Rückgang bei weniger negativen Wasser Potentiale als Trockenheit tolerante Arten, wenn sie unter hohen Bestrahlungsstärke gemessen (PAR> 1.000 mol • m -2 • s -1). Das WasserPotenzial bei 80% Verlust der hydraulischen Leitfähigkeit (P 80) für mesic Kraut Helianthus annuus war 3 MPa weniger negativ als die Heteromeles arbutifolia, native nach Kalifornien chaparral. Heteromeles arbutifolia reagiert linear auf die Verschlechterung der Wasserqualität Potenzial, während Helianthus annuus zeigten eine nicht linearen Rückgang. Beide stomatäre Leitfähigkeit (g s) und Blatt hydraulische Leitfähigkeit (K Blatt) können ebenfalls dramatisch zu reagieren Bestrahlungsstärke (Abb. 2). Für Raphiolepis indica, sank die stomatäre Leitfähigkeit stark mit Dehydration für Blätter unter hohen Bestrahlungsstärke gemessen (PAR> 1.000 mol • m -2 • s -1) und unter Laborbedingungen leicht (PAR <6 mmol • m -2 • s -1). Unter hoher Bestrahlungsstärke, Blätter mit dem EFM, die entwässerte dem Wasser Potenzial, das typisch für gut beleuchtete lea ist gemessen hattenves an intakten Pflanzen am Mittag zeigten ähnliche g s für Blätter auf intakte Anlagen mit einer Porometer (Stern in Abb. 2) gemessen. Insbesondere für Blätter am maximale Hydratation, war K Blatt vierfach höher für Blätter, die hohen als geringer Einstrahlung (11 vs 2,8 mmol m -2 s -1 MPa -1), und daher K Blatt zeigte eine stärkere Reaktion Licht in gut hydratisiert Blätter als g s. Ferner wurde unter hoher Bestrahlungsstärke sank K Blatt stärker mit Austrocknung. Die P 80 war 0,93 MPa weniger negativ unter hohem als geringer Einstrahlung. Abbildung 1. Blatt hydraulische Verwundbarkeit Kurven für eine Dürre sensitive (oben) und einer Dürre tolerant (unten) Arten (von 14,24). Jeder Punkt repräsentiert eine Sündegle Messung des Blattes hydraulische Leitfähigkeit (K Blatt) auf einem detached leaf mit der Verdunstungskühlung Flux-Methode (EFM). Die vertikalen Balken stellen das Wasser Potential, bei dem die Spezies verloren 80% der ursprünglichen Blatt hydraulische Leitfähigkeit (P 80). Best fit Funktionen mit maximaler Wahrscheinlichkeit für beide Arten aufgetragen. Abbildung 2. Die Reaktion der Stomata Leitwert (g s) und des Blattes hydraulische Leitfähigkeit (K Blatt) zu sinkenden Blattwasserpotential für Raphiolepis indica unter hohem vs geringer Einstrahlung (ab 16) gemessen. (PAR> 1.000 und <6 mmol • m -2 • s-1). Jeder Punkt stellt eine einzelne Messung an einem detached leaf mit der Verdunstungskühlung Flux-Methode (EFM), mit weißen und schwarzen Punkten repräsentiert Blätter unter hohen und niedrigen Bestrahlungsstärke gemessen sind. Gleichungen für stomatäre Leitfähigkeit Kurven in hohem vs geringer Einstrahlung: und . Gleichungen für Sicherheitslücke Kurven in hohem vs geringer Einstrahlung: und . Der graue Star in der oberen Platte stellt den Mittelwert ± standard Fehler für g s und Blattwasserpotential auf Blättern intakter Pflanzen in der Mitte der Tag mit einem Porometer gemessen. Graue und schwarze senkrechte Balken in der unteren Platte stellen die Wasser Potential, bei dem die Spezies verloren 80% der ursprünglichen Blatt hydraulische Leitfähigkeit (P 80) unter hohen und niedrigen Bestrahlungsstärke sind.