Name: Measurement of Leaf hydraulische Leitfähigkeit und stomatäre Leitfähigkeit und ihre Antworten auf Bestrahlungsstärke und Dehydration Mit dem Evaporative Flux-Methode (EFM) (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2012-12-31T12:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 11 s
Description: Erfahren Sie die Messung der Blatthydraulik und stomatären Leitfähigkeit mit der Evaporative-Flux-Methode. Diese Technik ermöglicht die Untersuchung von Pflanzenreaktionen auf Licht und Dehydratation.

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Wir sind dankbar, dass vier anonymen Gutachtern für die Verbesserung des Manuskripts und der National Science Foundation (Grant IOS-0546784) für Unterstützung.

Ein. Mess-Blatt Hydraulische Leitfähigkeit für Hydrated Leaves (K max) <ol><li> 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. </li><li> 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. </li><li> 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. </li><li> 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 &quot;Balance Link&quot; Software; Mettler-Toledo GmbH, Greifensee, Schweiz) für die Berechnung der Fließgeschwindigkeit durch das Blatt. </li><li> Blätter sollten adaxial Oberfläche nach oben in Holzrahmen mit Angelschnur über einer großen Box-Fan und unter einer Lichtquelle (&gt; 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. </li><li> Legen Sie eine klare Pyrex Behälter mit Wasser über das Blatt gefüllt, um die Hitze der Lampe absorbieren. </li><li> 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. </li><li> 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 &lt;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. </li></ol> Hinweis: Bei Durchflüssen sehr niedrig (&lt;8 ug s -1) ist, der Stabilität kann anhand der laufende Durchschnitt der letzten fünf 30 Sekunden-Intervallen werden. </p&gt; <ol start="9"><li> Verwerfen Messungen, wenn der Fluss plötzlich ändert, entweder durch plötzliche Stomata oder scheinbare Leckage der Dichtung oder Verstopfungen im System durch Partikel oder Luftblasen. </li><li> Wenn die Strömung stabilisiert, notieren Blatt Temperatur mit einem Thermoelement. </li><li> 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. </li><li> Lassen Sie das Blatt in seiner Tasche Gleichgewicht für mindestens 20 min. </li><li> Den Durchschnitt der letzten 10 Durchflussmessungen. Dies wird Ihre E Messung. </li><li> Wenn das Blatt äquilibriert ist, messen die endgültige Blattwasserpotentials (Ψ final) mit einer Druckkammer. </li><li> Messen Blattfläche mit einem Flachbettscanner und Bildverarbeitungs-Software oder mit einer Blattfläche Meter. </li><li> K Blatt wird als E /-ΔΨ Blatt (wo ΔΨ Blatt = Ψ endgültigen Berechnung </sub&gt; - 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&gt; -0,1 MPa. </li><li> 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: </li></ol><img alt="Gleichung 1" fo:content-width="3.863in" fo:src="/files/ftp_upload/4179/4179eq1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/4179/4179eq1.jpg" /><ol start="18"><li> 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 </li></ol><img alt="Gleichung 2" src="/files/ftp_upload/4179/4179eq2.jpg" fo:content-width="1.67in" fo:src="/files/ftp_upload/4179/4179eq2highres.jpg" /> 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 <ol><li> 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. </li><li> 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. </li><li> 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. </li><li> Lassen Sie das Shooting für mindestens 30 min (für stark dehydriert Triebe mehr Äquilibrierungszeiten kann notwendig sein) ausgleichen. </li><li> Nach der Äquilibrierung verbrauchsteuerpflichtigen die obere und untere Blatt und Maßnahme anfänglichen Ψ Flügels (= Ψ o) unter Verwendung einer Druckkammer. </li><li> 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). </li><li> 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. </li><li> 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<html> Eigene dass Dehydration induziert zumindest teilweise irreversible Rückgänge in K Blatt und g s 14,16. </li><li> 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). </li><li> 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. </li><li> 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 &quot;fo: content-width =&quot; 1.4in &quot;fo: src =&quot; / files/ftp_upload/4179/4179eq3highres.jpg &quot;/&gt;), sigmoidal ( <img alt="Gleichung 4" src="/files/ftp_upload/4179/4179eq4.jpg" fo:content-width="1.483in" fo:src="/files/ftp_upload/4179/4179eq4highres.jpg"/> ), Logistik ( <img alt="Gleichung 5" src="/files/ftp_upload/4179/4179eq5.jpg" fo:content-width="1.7in" fo:src="/files/ftp_upload/4179/4179eq5highres.jpg"/> ) Und exponentielle ( <img alt="Gleichung 6" src="/files/ftp_upload/4179/4179eq6.jpg" fo:content-width="1.583in" fo:src="/files/ftp_upload/4179/4179eq6highres.jpg"/> ). </li></ol> 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&gt; 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&gt; 1.000 mol • m -2 • s -1) und unter Laborbedingungen leicht (PAR &lt;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. <img alt="Abbildung 1" src="/files/ftp_upload/4179/4179fig1.jpg" /> 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. <img alt="Gleichung 7" src="/files/ftp_upload/4179/4179eq7.jpg" fo:content-width="3.293in" fo:src="/files/ftp_upload/4179/4179eq7highres.jpg"/><img alt="Abbildung 2" src="/files/ftp_upload/4179/4179fig2.jpg" /> 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&gt; 1.000 und &lt;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: <img alt="Gleichung 8" src="/files/ftp_upload/4179/4179eq8.jpg" fo:content-width="4.727in" fo:src="/files/ftp_upload/4179/4179eq8highres.jpg" /> und <img alt="Gleichung 9" src="/files/ftp_upload/4179/4179eq9.jpg" fo:content-width="2.26in" fo:src="/files/ftp_upload/4179/4179eq9highres.jpg"/> . Gleichungen für Sicherheitslücke Kurven in hohem vs geringer Einstrahlung: <img alt="Gleichung 10" src="/files/ftp_upload/4179/4179eq10.jpg" fo:content-width="2.7in" fo:src="/files/ftp_upload/4179/4179eq10highres.jpg"/> und <img alt="Gleichung 11" src="/files/ftp_upload/4179/4179eq11.jpg" fo:content-width="1.8in" fo:src="/files/ftp_upload/4179/4179eq11highres.jpg"/> . 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.

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Keine Interessenskonflikte erklärt.

Die Verdunstungskühlung Fluss hier vorgestellte Methode ermöglicht eine relativ schnelle (30 min) Bestimmung des Blattes hydraulische Leitfähigkeit im Labor mit gleichzeitiger Messung stomatäre Leitfähigkeit. Der EFM ist bislang die Methode, die am ehesten den natürlichen Weg des Wassers in den Blättern, da Wasser verdunstet in den Blatt Lufträume und diffundiert aus der Spaltöffnungen 15. Eine Reihe von anderen experimentellen Methoden zur Bestimmung K Blatt existiert 25, mit drei wobei besonders häufig. (1) In der Hochdruckströmung Verfahren (HPFM) wird Wasser durch das Blatt unter Hochdruck 15,26 geschoben. Allerdings können Schwachstellen Kurven mit dieser Methode nicht, weil angewendet positive Drücke können füllen Embolien und rehydrieren Mesophyllgewebe. Erhältlich (2) In der Rehydratisierung Kinetik-Methode (RKM) ist K Blatt unter Verwendung der Analogie zwischen der Rehydratation von dehydrierten Blätter mit dem charging eines Kondensators in Reihe mit Widerständen 27,28. Diese Methode ist schnell, jedoch nicht reproduzieren das gesamte System der natürlichen transpirational Pfade im Blatt und ist nicht leicht modifiziert werden, um die Messung von Blättern akklimatisiert hohen Bestrahlungsstärke ermöglichen. (3) In der Vakuumpumpe Verfahren (VPM) das Blatt in einer Kammer platziert ist, dessen Stiel an einer Wasserquelle auf einer Waage verbunden ist, während Vakuum von unterschiedlichen Intensitäten zu dem Blatt Antreiben Wasserverlust aus dem Blatt 15,26 aufgebracht. Diese Methode kann sehr zeitaufwendig sein. Messungen mit allen drei Methoden haben sich konsistente Ergebnisse 15,28,29 und damit die EFM wird häufig aufgrund ihrer wobei auf transpirational Wasserbewegung Basis verwendet, und seine relative Geschwindigkeit, und dessen Modifikation zum Messen K Blatt unter verschiedenen Bedingungen. All die typischen Methoden zur Bestimmung K Blatt verwendet beinhalten eine Unsicherheit bei der Quantifizierung nachurately die treibende Kraft entspricht Transpiration 25. In dem EFM eingesetzte ΔΨ Blatt zu berechnen K Blattes niedriger ist als die wahre Antriebskraft, wie er auf dem Schüttgut Ψ Blattes bezogen wird, nachdem das Blatt ist äquilibriert der Druckbombe. An diesem Punkt wird der Großteil Ψ Blatt nicht unbedingt dem Wasser Potential der Zellen am Ende des Hydraulik-Stoffwechselweg, wo das Wasser verdampft, sondern eine Volumen-gewichteten Durchschnitt der relativ wenige Zellen mit niedriger Wasserpotential wo Wasser Bewegen und Verdampfen, und für die weitere zahlreiche Zellen mit hohem Wassergehalt, das sich aus dem Transpirationsstrom isoliert werden können. Wie viel die Ψ Blatt aus dem wahren Antriebskraft unterscheidet hängt somit von wo das Wasser in dem Blatt Verdampfen. Wenn Wasser verdampft während des Blattes kann das Bulk-Ψ Blatt in der Nähe der wahren Antriebskraft sein, und wenn Wasser verdunstet nur aus relativ wenigen cEllen nahe der Spaltöffnungen, kann der der Großteil Ψ Blatt wesentlichen unterschätzen die wahre Antriebskraft, also das Wasser Potential dieser Zellen kann tatsächlich viel niedriger sein, und damit K tatsächlichen Blattes niedriger wäre als die mit dem EFM bestimmt. Somit ist der Grad, dass K Blatt durch die EFM bestimmt die wahre K Blatt repräsentiert empfindlich auf die Wasserströmung Signalwege, die immer noch nicht gut verstanden. Während die EFM liefert Daten, die von anderen Methoden zur Messung K Blatt (siehe oben) entsprechen, und ist für die vergleichende Einsatz ausgezeichnet, die Möglichkeit der Arten-Variante in Wasser Fließwege durch die Mesophyll bedarf weiterer Untersuchungen. Tatsächlich, sogar für Blätter der gegebenen Spezies könnten diese Wasserwegen unter unterschiedlichen Bedingungen, beispielsweise variieren, unter verschiedenen Wärmelasten Bestrahlungsstärken und 4,30 oder verschiedener Gewässerzustands (gegeben Gewebeschrumpfung) 31. Weitere Kenntnisseder Wasser Transportwege ermöglichen würde somit das EFM verwendet werden, um die Auswirkungen der Änderung auf die allgemeine Wege Blatt hydraulischen Transport zu lösen. Die Messung der Leitfähigkeit in der Stomata EFM hat die Vorteile ermöglichen die Bestimmung von Antworten auf Bestrahlungsstärke und Dehydratisierung, und Bereitstellen abgestimmt Reaktionen g n mit K Blatt. Zusätzlich kann die Auswirkung vorheriger Blatt Dehydratisierung durch Rehydratisierung auf g s folgte mit diesem Verfahren untersucht werden. Jedoch hat dieses Verfahren zwei möglichen Nachteile. Erstens, dieses g s Messung an einem ausgeschnittenen Blatt gemacht wird, anstatt auf einer intakten Pflanze, und zweitens wird die Bestimmung der stomatäre Leitfähigkeit auf Klima-Messung in einiger Entfernung von dem Blatt, anstatt nahe dem Blatt wie in einem Porometer Kammer basiert , obwohl die Belüftung des Blattes mit dem Lüfter äquilibriert die Blattoberfläche mit Umgebungsluft. Für einige Arten, herausgeschnittenBlätter können zeigen unterschiedliche Reaktionen der Stomata als für Blätter auf einer intakten Pflanze 16,32. Jedoch für einige Arten g s unter Verwendung der EFM war ähnlich zu Werten an intakten Pflanzen mit einer Porometer für Blätter am Mittag Ψ Blatt 16 (Fig. 2) gemessen. Der EFM können für physiologische Einsicht, dh angewendet werden, die Untersuchung der Dynamik von K Blatt, dessen Basis in der Struktur und der Anatomie, und seine Reaktionen auf Umweltfaktoren. Zusätzlich kann das Verfahren verwendet werden, um Pflanzen der bestimmten Art unter verschiedenen Bedingungen gezüchtet vergleichen oder verschiedenen Alters oder Pflanzen verschiedener Arten an unterschiedliche Umgebungen verglichen werden. Mit dem Bau Blatt Schwachstelle Kurven kann ein Einblick in die Mechanismen der Arten Toleranzen gegen Dürre zu gewinnen. Während Dürre, haben Kavitation und Zell Zusammenbruch wurde gezeigt, dass in dem Blatt Xylem einiger auftreten<html> Arten und Zellschrumpfung im Mesophyll während der Dehydratisierung könnte auch Auswirkungen Bewegung des Wassers (Übersicht in 14). Zukünftige Studien werden benötigt, um die relative Bedeutung eines jeden dieser Prozesse in Fahrt den Niedergang der K Blatt und Stomata bestimmen. Bestrahlungsstärke ist auch ein starker Faktor K Blatt und der EFM ist sehr für Messungen unter hohem Bestrahlungsstärke geeignet. Die kombinierte Antwort der Aquaporine um Bestrahlungsstärke und Dürre sollte gewinnen viel Interesse. Hohe Bestrahlungsstärke führt zu einer erhöhten Expression und / oder Aktivierung von Aquaporine, die schneller Wasserfluss ermöglichen durch lebende Zellen, wodurch K Blatt, während Dehydration führt zu einer verminderten Expression und / oder de-activatation der Aquaporine, wodurch K Blatt. Die kombinierten Auswirkungen der Bestrahlungsstärke und Wasserversorgung auf K Blatt erfordern weitere Untersuchungen 4,10,16,33. Zelt &quot;&gt; Weitere, über Arten, hat K Blatt und seine Verwundbarkeit wurde im Zusammenhang mit Arten Ausschüttungen in Bezug auf die Versorgung mit Licht Wasser und anderen Ressourcen 3,13,24. Arten aus trockenen Gebieten tendenziell größere Widerstandsfähigkeit gegen hydraulische Rückgang zeigen, mit Blick auf negativeren Bodenwasser Potentiale und durch Aufrechterhaltung eines hohen K Blatt bei negativeren Potentialen Wasser, können sie behalten hohe g s und weiterhin CO 2-Abtrennung für die Photosynthese 13,14. Somit stellt die Untersuchung von Blatt hydraulischen Eigenschaften Erkenntnisse auf der Ebene der Zelle, Blatt, und ganze Pflanze und ihre Reaktionen auf die Umwelt, und es ist wahrscheinlich, zahlreiche wichtige neue Entdeckungen auf allen Skalen ergeben.

measurement of leaf hydraulische leitfähigkeit und stomatäre leitfähigkeit und ihre antworten auf bestrahlungsstärke und dehydration mit dem evaporative flux-methode (efm)

Measurement of Leaf Hydraulic Conductance and Stomatal Conductance and Their Responses to Irradiance and Dehydration Using the Evaporative Flux Method (EFM)

Wasser ist eine wichtige Ressource, und die Pflanze Wasser-Transport-System setzt Grenzen für maximales Wachstum und die Toleranz gegenüber Trockenheit. Wenn die Pflanzen die Spaltöffnungen öffnen, um eine hohe stomatäre Leitfähigkeit (g s) erreichen, um CO 2 für die Photosynthese zu erfassen, wird das Wasser durch Transpiration 1,2 verloren. Verdampfende Wasser aus den Lufträumen von Zellwänden ersetzt, die wiederum Wasser aus dem Xylem Blattadern wiederum Zeichnung aus Xylem in den Stängeln und Wurzeln. Als Wasser durch das System gezogen wird, erfährt es hydraulische Widerstand, wodurch Spannung im gesamten System und eine niedrige Blattwasserpotentials (Ψ Blatt). Das Blatt selbst ist ein kritischer Engpass in der gesamten Pflanze Systems Anteil von durchschnittlich 30% der Anlage hydraulischen Widerstand 3. Blatt hydraulischen Leitwert (K blatt = 1 / Blatt hydraulischen Widerstand) ist das Verhältnis der Wassermenge zu dem Wasser Potentialgradient über dem Blatt, und fasst dasVerhalten eines komplexen Systems:. bewegt sich das Wasser durch die Blattstiel und durch mehrere Aufträge von Venen, Ausfahrten in die Bündelscheide und durchläuft oder um Mesophyllzellen vor dem Verdampfen in den Luftraum und aus der Spaltöffnungen durchsickerte K Blatt ist von großem Interesse als wichtige physiologische Eigenschaft zu Spezies zu vergleichen, Quantifizierung der Wirksamkeit der Blattanordnung und Physiologie für den Wassertransport, und ein Schlüssel für Variable, um ihre Beziehung zu Schwankungen in der Struktur (beispielsweise in Blattrippen Architektur) und ihre Auswirkungen auf photosynthetischen Gasaustausch untersuchen. Ferner reagiert K Blatt fest an der inneren und äußeren Umgebung Blatt 3. Blatt K drastisch erhöhen kann mit Bestrahlungsstärke offenbar aufgrund von Änderungen in der Expression und Aktivierung von Aquaporine, die Proteine ​​in Wassertransport durch Membranen 4 beteiligt, und K blatt lehnt stark während drsollten, durch Kavitation und / oder Zusammenbruch des Xylem Leitungen und / oder Verlust der Durchlässigkeit in den extra-Xylem Gewebe aufgrund Mesophyll und Bündelscheide Zellschrumpfung oder Aquaporin Deaktivierung 5-10. Da K Blatt kann g s und photosynthetische Rate über Arten in gut bewässert Bedingungen und während der Dürre zu beschränken, und damit zu begrenzen ganzen Anlagenleistung sie möglicherweise bestimmen Arten Distributionen insbesondere Dürren in Häufigkeit und Schwere von 11 bis 14 zu erhöhen. Wir präsentieren Ihnen eine einfache Methode zur simultanen Bestimmung von K Blatt und g s am herausgeschnitten Blätter. Ein transpirierende Blatt wird durch seine Blattstiel zum Schlauch verbunden läuft mit einer Wasserquelle auf einer Waage. Der Verlust von Wasser aus dem Gleichgewicht wird aufgezeichnet, um die Strömungsrate durch das Blatt zu berechnen. Beim stationären Transpiration (E, mmol • m -2 • s -1) erreicht ist, g <sub&gt; S ist durch Dividieren durch Dampfdruckdefizit bestimmt und K Blatt durch Dividieren durch den Wasserpotential Antriebskraft bestimmt mit einem Druckraum (K = leaf E / - Δψ Blatt, MPa) 15. Diese Methode kann verwendet werden, um K Blatt Reaktionen auf verschiedene Bestrahlungsstärken und die Anfälligkeit der K Blatt zu Dehydratation 14,16,17 beurteilen.

Wir beschreiben ein relativ schnelles (30 min) und realistische Verfahren zur gleichzeitigen Messung von blatt hydraulischen Leitwert (<em&gt; K</em<sub&gt; Blatt</sub&gt;) Und stomatäre Leitfähigkeit (<em&gt; G</em<sub&gt; S</sub&gt;) Für transpiring herausgeschnitten Blätter. Das Verfahren kann modifiziert werden, um die leichte und die Dehydratisierung Reaktionen zu messen<em&gt; K</em<sub&gt; Blatt</sub&gt; Und<em&gt; G</em<sub&gt; S</sub&gt;.

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

Wasser ist eine Schlüsselressource, und das Wassertransportsystem der Pflanzen setzt die Grenzen für das maximale Wachstum und die Trockentoleranz. Wenn Pflanzen ihre Stomata öffnen, um ...

Das übergeordnete Ziel des folgenden Experiments besteht darin, die Effizienz des Wassertransports durch das Blatt, auch bekannt als die hydraulische Leitfähigkeit des Blattes Kleaf, zu messen. Diese Methode ermöglicht die gleichzeitige Bestimmung der stomatären Leitfähigkeit für ein Blatt bei bekanntem Hydratationszustand und bekannter Bestrahlungsstärke. Kleaf ist eine wichtige bestimmende Größe für den Wasserverbrauch der Pflanze, die photosynthetische Rate und das Wachstum sowie die ökologische Anpassung.Diese Messung basiert auf ausgeschnittenen Trieben mit drei Blättern, die auf ein bestimmtes Blattwasserpotential entwässert werden, das in einem zweiten Schritt an zwei Blättern des Triebes mithilfe einer Druckkammer gemessen wird. Das verbleibende dritte Blatt wird zunächst zur Bestimmung der Flussrate durch das Blatt mit der Verdunstungsflussmethode unter definierter Bestrahlungsstärke auf Kleaf gemessen. Anschließend, sobald der stationäre Fluss erreicht ist, wird die Flussrate aufgezeichnet und das Blatt in die Druckkammer gebracht, um das entsprechende Wasserpotential als treibende Kraft für diese Flussrate zu bestimmen.Dies ermöglicht es uns, kle zu berechnen, indem wir die Durchflussrate durch die wasserpotentielle treibende Kraft dividieren. Die stomatäre Leitfähigkeit S kann ermittelt werden, indem die Durchflussrate durch die Dampfdruckdifferenz zwischen Blatt und Luft dividiert wird. In der Nähe des Blattes erhält man Ergebnisse, die zeigen, dass die Abnahme der hydraulischen Leitfähigkeit des Blattes und der stomatären Leitfähigkeit S mit dem Wasserpotential von der Bestrahlungsstärke abhängt und zwischen Arten variiert, was wichtige Konsequenzen für die Physiologie, die Gesamtleistung der Pflanze und die Ökologie hat.Ein wesentlicher Vorteil dieser Technik gegenüber anderen Methoden zur Messung der Blatt-Hydraulik, wie dem Hochdruck-Durchflussmessgerät, der Rehydratationskinetik-Methode oder der Vakuumpumpen-Methode, besteht darin, dass die Wasserbewegung durch das Blatt den natürlichen Transpirationswegen folgt. Diese Methode kann helfen, zentrale Fragen in den Bereichen Pflanzenphysiologie und Ökologie zu beantworten, beispielsweise wie Blätter so gestaltet sind, dass sie eine optimale Pflanzenleistung in bestimmten Umgebungen ermöglichen, und wie empfindlich Arten gegenüber Umweltveränderungen wie Trockenheit sind. Sammeln Sie die Blattspreiten am Abend oder in der Nacht und legen Sie sie in eine dunkle Plastiktüte, die mit feuchten Papiertüchern gefüllt ist.Dann im Labor unter Wasser mindestens zwei Knoten vom Ende jedes Triebes erneut abschneiden, über Nacht in reinem Wasser oder einer anderen Lösung, die für KLE-Messungen verwendet werden soll, rehydrieren. Das Blatt mit einer frischen Rasierklinge unter teilweise entgaster Fließlösung aus der Hülle schneiden. Anschließend den vorgedehnten Param um das Blatt umwickeln, um eine gute Abdichtung zwischen Blatt und Schlauch zu gewährleisten.Nachdem die Blasen freigesetzt und das Ventil im System geöffnet wurde, verbinden Sie das Blatt unter Ultrapurem Wasser mit einer Silikonleitung, um zu verhindern, dass Luft in das System gelangt. Wenn das Blatt über die Wasserquelle angehoben wird, befindet sich das Wasser innerhalb der Leitung unter einem Unterschreitenden Atmosphärendruck. Wenn keine Luft in die Leitung gesaugt wird, ist die Dichtung gut.Alternativ kann eine Pressverbindung mit Gummidichtung für Blätter mit besonders komplexen Formen oder für Grashalme verwendet werden, die um eine Kunststoffstange gewickelt und mit der Pressverbindung abgedichtet werden. Beachten Sie, dass der Schlauch vom Blatt über eine Spritze mit Hahn zu einem Messzylinder auf einer Waage führt, der alle 30 Sekunden Daten an einen Computer zur Berechnung der Durchflussrate durch die Blattoberfläche weiterleitet. Die Blätter werden mit Angelschnur in Holzrahmen mit der axialen Fläche nach oben gerichtet angebracht. Positionieren Sie das Blatt und den Rahmen über einem großen Standventilator und unter einer Lichtquelle, die photosynthetisch aktive Strahlung bereitstellt. Die Blätter werden dabei leicht oberhalb der Ebene des Meniskus im Messzylinder platziert. Da das Blatt oberhalb des Wassers im Messzylinder angeordnet ist, wird jegliche Aufnahme in das Blatt durch Transpiration angetrieben.Beachten Sie, dass sich kleine Behälter mit feuchten Papiertüchern im Waagenkammer befinden, um sicherzustellen, dass die Luft in der Waage wassergesättigt ist. Bevor das Blatt platziert wird, überprüfen Sie, dass keine Verdunstung aus der Wasserquelle in die Atmosphäre der Waage entweicht, indem Sie den Durchfluss mithilfe eines Vierwegehahnventils in der Schlauchleitung stoppen und kontrollieren, ob die Masse des Wasserzylinders auf der Waage nicht abnimmt. Ein durchsichtiger Pyrex-Behälter, der über dem Blatt platziert wird, nimmt die Wärme der Lampe auf. Halten Sie die Blatttemperatur während des gesamten Experiments zwischen 23 und 28 Grad Celsius, indem Sie kaltes Wasser in den Pyrex-Behälter geben.Lassen Sie das Blatt mindestens 30 Minuten lang am System transpirieren und anschließend so lange, bis die Durchflussrate stabil ist, wobei mindestens fünf Messungen in 32stel-Durchfluss-Abständen durchgeführt werden; überprüfen Sie einen Variationskoeffizienten von weniger als 5 %. Es ist entscheidend, dass die Durchflussrate den stationären Zustand erreicht. Da diese Methode eine stabile Flüssigkeitsströmung voraussetzt, verwerfen Sie alle Messungen, wenn sich der Fluss im Blatt verändert. Dies könnte auf eine Schließung des Stiels, eine Undichtigkeit in der Dichtung oder eine Verstopfung im System durch Partikel oder Luftblasen zurückzuführen sein.Wenn das Blatt den stationären Zustand erreicht hat, messen Sie die Blatttemperatur mit einem Thermoelement. Entfernen Sie das Blatt schnell von der Tubing-Dab, trocknen Sie die Poren und legen Sie das Blatt in einen verschließbaren Beutel, in den zuvor ausgeatmet wurde, um die Transpiration zu stoppen, und platzieren Sie den Beutel in einem zweiten Beutel. Lassen Sie das Blatt mindestens 20 Minuten lang im Beutel ausgleichen.Mitteln Sie die letzten 10 Durchflussmessungen. Anschließend messen Sie das endgültige Blattwasserpotential mit einer Druckkammer. Messen Sie außerdem die Blattfläche.Berechnen Sie nun die hydraulische Leitfähigkeit des Blattes und normieren Sie diese auf die Blattfläche, um Änderungen aufgrund der Temperaturabhängigkeit der Viskosität des Wassers zu korrigieren. Standardisieren Sie die K-Blatt-Werte auf 25 Grad Celsius unter Verwendung der Dampfdruckdefizite der Wetterstation. Bestimmen Sie die Stomataleitfähigkeit, wie im begleitenden Text beschrieben.Sammeln Sie die Triebe am Abend oder in der Nacht und legen Sie sie in eine dunkle Plastiktüte, die mit feuchten Papiertüchern gefüllt ist. Schneiden Sie im Labor unter Wasser mindestens zwei Knoten vom Ende jedes Triebes an und lassen Sie diese über Nacht in reinem Wasser oder einer anderen Lösung, die für K-Blatt-Messungen verwendet werden soll, rehydrieren.Für jede Nacht, die Rehydratation und Messung betreffend, empfehlen wir Wasser, es sei denn, die Auswirkungen verschiedener Lösungen sollen als Faktor untersucht werden. Unter Verwendung von ultrareinem Wasser schneiden Sie die Triebe in Segmente von mindestens drei Blättern. Anschließend trocknen Sie die Triebe mithilfe eines Ventilators für unterschiedliche Zeiträume aus.Um eine Bandbreite von Blattwasserpotentialen zu erhalten, atmen Sie in verschließbare Beutel und platzieren Sie diese um jedes Blatt der Rutsche. Anschließend decken Sie die gesamte Rutsche mit einem großen verschließbaren Beutel ab, einschließlich feuchter Papiertücher, und lassen Sie mindestens 30 Minuten lang akklimatisieren. Entfernen Sie das oberste und unterste Blatt.Messen Sie das anfängliche Blattwasserpotential mit einer Druckkammer. Verwerfen Sie den Trieb. Wenn der Unterschied im Wasserpotential der beiden Blätter größer als 0,1 mke ist, kann bei stark dehydrierten Blättern dieser Bereich auf 0,3 mega Pro erweitert werden. Fahren Sie mit dem dritten Blatt fort, um das Blattwasserpotential und die stomatale Leitfähigkeit zu bestimmen.Nach der zuvor beschriebenen Methode des Verdunstungsflusses werden hydraulische Anfälligkeitssurven erstellt, die ebenfalls den Abfall der Stomataleitfähigkeit darstellen. Als Reaktion auf die Blattentwässerung empfehlen wir, mindestens sechs K_leaf-Werte pro 0,5 Megapascal-Intervall des Blattpotentials zu ermitteln. Dieses Intervall kann für trockenheitsempfindliche Arten auf 0,25 Megapascal reduziert werden.Führen Sie als Nächstes den Dixon-Ausreißertest durch, um Ausreißer aus der Anfälligkeitkurve zu entfernen. Da sich Arten in ihren Austrocknungsreaktionen unterscheiden, passen Sie für jede Art unterschiedliche Funktionen an und wählen Sie das Modell mit der maximalen Likelihood. Wir empfehlen, mindestens vier Funktionen anzupassen, die bereits in der Literatur verwendet wurden. Der Rückgang der hydraulischen Leitfähigkeit der Blätter mit zunehmender Austrocknung ist zwischen den Arten sehr stark ausgeprägt.Bei hoher Bestrahlungsstärke zeigen wasserdargekoppelte Arten einen stärkeren Rückgang bei weniger negativen Wasserpotentialen im Vergleich zu wasserdargekoppelteren Arten. Das Wasserpotential bei 80 % Verlust der hydraulischen Leitfähigkeit für die Pflanze Hetus Annuus war drei Megapascal weniger negativ als das von Heteros are Beau Folia, die im kalifornischen Chaparral beheimatet ist. Interessanterweise reagierte Heteros are Beuti Folia linear auf den Rückgang des Wasserpotentials.Während Helianthus annuus einen nichtlinearen Rückgang zeigte, reagieren hier Stomataleitfähigkeit und Blattwasserleitfähigkeit deutlich auf die Bestrahlungsstärke. Bei Opuntia indica nimmt die stomatale Leitfähigkeit stark mit der Austrocknung ab, und zwar sowohl bei Blättern unter hoher Bestrahlung als auch unter Laborbeleuchtung, die die Bedingungen gut beleuchteter Blätter an intakten Pflanzen nachahmt.Zur Mittagszeit zeigen die EFM-Daten, dass Blätter, die bei hoher Bestrahlungsstärke platziert und auf das gleiche Blattwasserpotential dehydriert wurden, eine ähnliche Okeoma-Leitfähigkeit aufweisen wie Blätter an intakten Pflanzen. Bei einem Parameter, der bei gut hydratisierten Blättern bemerkenswert ist, zeigt die hydraulische Leitfähigkeit eine stärkere Lichtreaktion als die Stoat-Leitfähigkeit bei maximaler Hydrierung. Die hydraulische Leitfähigkeit der Blätter war viermal höher bei Blättern, die hoher Bestrahlungsstärke ausgesetzt waren, im Vergleich zu niedriger Bestrahlungsstärke; bei hoher Bestrahlungsstärke nahm die hydraulische Leitfähigkeit der Blätter mit fortschreitender Dehydrierung stärker ab. Das Wasserpotential bei 80 % Verlust der hydraulischen Leitfähigkeit war unter hoher Bestrahlungsstärke um 0,93 Megapascal weniger negativ als unter niedriger Bestrahlungsstärke.Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie man die maximale hydraulische Leitfähigkeit von Blättern und die metallische Leitfähigkeit von Stielen misst sowie letale Mobilitätskurven erstellt. Wenn man das EFM einmal beherrscht, kann diese Methode pro Blatt in weniger als einer Stunde korrekt durchgeführt werden. Achten Sie darauf, dass die Flüssigkeitslösung sehr sauber bleibt und vermeiden Sie Luftblasen.Reinigen Sie das System außerdem mindestens einmal pro Woche, spülen Sie das gesamte System aus Schläuchen und Behältern 20 Minuten lang mit 10 %iger Bleichlösung aus und spülen Sie es anschließend mit der belüfteten Fließlösung nach. Diese Technik ermöglicht es Pflanzenphysiologen, zu untersuchen, wie und warum sich Arten hinsichtlich der hydraulischen Leitfähigkeit der Blätter und deren Reaktionen auf die Umwelt für eine breite Palette von Pflanzenarten unterscheiden.

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Biology

Biologie

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

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

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