Name: Mesure de la conductance hydraulique foliaire et la conductance stomatique et de leurs réponses à dirradiance et de déshydratation en utilisant la méthode par évaporation Flux (EFM) (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2012-12-31T12:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 11 s
Description: Découvrez la méthode par évaporation Flux pour mesurer la conductance hydraulique foliaire et la conductance stomatique. Cette technique permet d'évaluer les réponses à la lumière et à la déshydratation chez les plantes.

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Nous sommes reconnaissants à quatre examinateurs anonymes pour améliorer le manuscrit, et de la National Science Foundation (Grant IOS-0546784) pour le support.

1. La conductance hydraulique pour mesurer Feuille Feuilles hydratés (K max) <ol><li> Recueillir des pousses de préférence le soir ou la nuit de telle sorte que les tensions du xylème sont faibles, couper dans l&#39;air et les placer dans un sac en plastique noir fourré avec du papier absorbant humide. Dans le laboratoire, recouper au moins deux noeuds de la fin de chaque prise de vue sous l&#39;eau. Laissez tourner réhydrater pendant la nuit dans de l&#39;eau pure, ou toute autre solution doit être utilisé pour les mesures de feuilles K. Eau ultra-pure est recommandée comme solution de flux de moins que les impacts des différentes solutions doivent être étudiées comme un facteur. </li><li> Couper la feuille de la pousse avec une lame de rasoir propre solution de flux de sous partiellement dégazé. Eau ultra-pure est recommandée comme solution de flux de moins que les impacts des différentes solutions doivent être étudiées comme un facteur. Nous vous recommandons de dégazage de la solution du jour au lendemain dans un flacon à l&#39;aide d&#39;une pompe à vide, mais d&#39;autres méthodes peuvent être employées. </li><li> Wrap pré-étiré autour du parafilm petioLe pour assurer une bonne étanchéité entre le pétiole et des tubes. Cette étape est particulièrement utile pour les non-rondes pétioles, que l&#39;emballage parafilm supplémentaire aidera autour du pétiole pour s&#39;adapter à l&#39;intérieur du tube. Pâte dentaire peut être appliquée à l&#39;emballage avant de le pétiole parafilm pour remplir des rainures dans les pétioles. </li><li> Branchez la feuille de tube en silicone sous l&#39;eau ultrapure pour empêcher l&#39;air entrant dans le système. Que la feuille est soulevée au-dessus de la source d&#39;eau, l&#39;eau dans le tube est sous pression sub-atmosphérique, et donc l&#39;étanchéité est bonne si aucun air est aspiré dans le tube pendant la mesure. Sinon pour sceller le pétiole directement dans le tube de silicone, un raccord à compression avec joint en caoutchouc peut être utilisé (par exemple, (Omnifit A2227 alésage adaptateur; Omnifit, Cambridge, Royaume-Uni); cette approche est utile pour pétioles avec des formes particulièrement complexes, ou pour les brins d&#39;herbe , qui peut être enroulé autour d&#39;une tige de verre et scellé avec le raccord à compression. Lorsque cela est possible, l&#39;étanchéité du pétiole directement dans sctubes licone a l&#39;avantage d&#39;être rapide et laissant une jonction pétiole-tube qui est transparent, ce qui permet bulles pour être plus facile à voir. Le tube relie la feuille de tuyau dur fonctionnant dans un cylindre gradué sur une balance (résolution ± 10 ug), qui enregistre les données toutes les 30 secondes à un ordinateur (par exemple en utilisant &quot;Lien Balance&quot; Logiciel; Mettler-Toledo GmbH, Greifensee, Suisse) pour le calcul de la vitesse d&#39;écoulement à travers la feuille. </li><li> Les feuilles doivent être tenus à la hausse de surface ventrale dans des cadres de bois enfilées avec une ligne de pêche au-dessus d&#39;un ventilateur grande boîte et sous une source de lumière (&gt; 1,000 mol • m 2 • s -1 rayonnement photosynthétique actif de haute irradiance mesures), légèrement au-dessus du niveau de le ménisque dans l&#39;éprouvette graduée. La feuille doivent être placées au-dessus de l&#39;eau dans la colonne graduée à faire en sorte que l&#39;eau en mouvement à la lame est entraînée par la transpiration, et ne pénètre pas dans la feuille sous pression due à la gravité, de même quele cas si la lame a été placée au-dessous du ménisque de l&#39;eau dans le cylindre. Les petits récipients remplis avec une serviette en papier humide sont placés à l&#39;intérieur de la chambre d&#39;équilibrage pour assurer l&#39;équilibre de l&#39;air dans l&#39;eau est saturé, ce qui évite l&#39;évaporation de la source d&#39;eau dans l&#39;atmosphère de la balance. Cette possibilité peut être vérifié en mettant fin à circuler dans la feuille à l&#39;aide d&#39;une vanne robinet à quatre voies dans le tube, et en vérifiant que la masse de la bouteille d&#39;eau sur la balance ne diminue pas. </li><li> Placez un récipient transparent rempli d&#39;eau Pyrex dessus de la feuille pour absorber la chaleur de la lampe. </li><li> Maintenir la température des feuilles entre 23 ° C et 28 ° C tout au long de l&#39;expérience en ajoutant plus d&#39;eau froide dans le récipient en Pyrex tels que la lampe chauffante ne chauffe pas le récipient en Pyrex suffisamment pour réchauffer l&#39;air autour de la feuille ci-dessous. </li><li> Laisser la feuille de transpirer sur l&#39;appareil pendant au moins 30 minutes, donnant ainsi suffisamment de temps pour s&#39;acclimater à fort ensoleillement, et pour l&#39;affichageonnellement jusqu&#39;à ce que le débit se stabilise, sans tendance à la hausse ou à la baisse, et avec un coefficient de variation &lt;5% pour au moins les mesures prises 5-10 à intervalles de 30 sec de débit. Il est essentiel pour le débit pour atteindre un état ​​d&#39;équilibre parce que cette méthode suppose une feuille stable Ψ. Des études antérieures, ces critères sont suffisants pour la stabilisation du débit (E), Ψ des feuilles et K; tests avec des périodes de mesure plus après écoulement stable a été créé n&#39;a montré aucune relation de la feuille de la maternelle à la durée de la mesure pour chacun des sept espèces d&#39;un large gamme de capacité feuilles 17,18. Stabilisation prend généralement 30 minutes ou moins, mais chez certaines espèces peuvent nécessiter plus d&#39;une heure pour certaines espèces. </li></ol> Remarque: Lorsque le débit est très faible (&lt;8 pg s -1), la stabilité peut être déterminée en utilisant la moyenne mobile des cinq derniers intervalles sec 30. </p&gt; <ol start="9"><li> Jeter des mesures si le débit change brusquement, que ce soit en raison de la fermeture des stomates soudaine, ou des fuites apparente du joint ou de blocage dans le système par des particules ou des bulles d&#39;air. </li><li> Lorsque le débit se stabilise, enregistrer la température des feuilles d&#39;un thermocouple. </li><li> Enlever rapidement la feuille de la tubulure, la limande sécher le pétiole et placer la feuille dans un sac refermable qui avait été précédemment expiré en, pour arrêter la transpiration. </li><li> Laissez la feuille de s&#39;équilibrer dans son sac pendant au moins 20 min. </li><li> La moyenne des 10 dernières mesures de débit. Ce sera votre mesure E. </li><li> Lorsque la feuille est équilibrée, mesurer le potentiel final de feuilles d&#39;eau (Ψ final) avec une chambre de pression. </li><li> Mesurer la surface foliaire avec un scanner à plat et un logiciel de traitement d&#39;image, ou avec un appareil de mesure de surface foliaire. </li><li> K feuilles est calculé comme E / ΔΨ-feuille (où ΔΨ feuille final = Ψ </sub&gt; - 0 MPa) et plus normalisée par la surface foliaire. Les unités sont en mmol m -2 s -1 MPa -1. Parce que la feuille est positionnée juste au-dessus du niveau de l&#39;eau dans la colonne graduée, l&#39;effet de la gravité dans la réduction de la pression de l&#39;eau entrant dans la feuille serait négligeable, notamment par rapport à la dernière Ψ, qui est toujours&gt; -0,1 MPa. </li><li> Pour corriger les variations de K feuille induite par la dépendance de la température 15,19,20 viscosité de l&#39;eau, de normaliser les valeurs K des feuilles de 25 ° C à l&#39;aide de l&#39;équation suivante: </li></ol><img alt="L&#39;équation 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> Conductance stomatique (g s) peut être déterminée en tant que E divisée par la différence feuille à la pression de vapeur de l&#39;air, ce qui équivaut à la vapeur pressudéficit re (VPD), déterminée à l&#39;aide d&#39;un capteur de température et d&#39;humidité relative adjacente à la lame. VPD est calculée en utilisant l&#39;équation 21 suivant </li></ol><img alt="Équation 2" src="/files/ftp_upload/4179/4179eq2.jpg" fo:content-width="1.67in" fo:src="/files/ftp_upload/4179/4179eq2highres.jpg" /> où RH est l&#39;humidité relative, VP est la pression de vapeur saturante de l&#39;air (en kPa, en fonction de la température, selon l&#39;équation Arden Buck 22), et la pression atmosphérique PA (en kPa). 2. Mesure de la conductance foliaire hydraulique pour feuilles déshydratées <ol><li> Recueillir des pousses de préférence le soir ou la nuit de telle sorte que les tensions du xylème sont faibles, couper dans l&#39;air et les placer dans des sacs en plastique remplis de sombres avec des serviettes de papier humides. Dans le laboratoire, recouper au moins deux noeuds de la fin de chaque prise de vue sous l&#39;eau. Laissez tourner réhydrater pendant la nuit dans de l&#39;eau pure, ou toute autre solution à utiliser pour le Kmesures af. Eau ultra-pure est recommandée comme solution de flux de moins que les impacts des différentes solutions doivent être étudiées comme un facteur. </li><li> Coupez les pousses en segments avec au moins trois feuilles sous l&#39;eau ultrapure et déshydrater pousses avec un ventilateur pour différentes périodes de temps à une plage de valeurs Ψ feuilles. </li><li> Une fois que les pousses sont déshydratés, placez sacs refermables (Whirl-Pak; Nasco, Fort Atkinson, WI, USA) qui ont été précédemment expiré en) autour de chaque feuille de la pousse, puis placez tout le tournage dans un grand sac refermable avec du papier humide serviette. </li><li> Laissez le tournage s&#39;équilibrer pendant au moins 30 min (pour les pousses fortement déshydratées temps d&#39;équilibrage plus longs peuvent être nécessaires). </li><li> Après équilibrage, la feuille d&#39;accise haut et en bas et de mesure initiale Ψ feuille (= Ψ o) à l&#39;aide d&#39;une chambre de pression. </li><li> Jeter le tournage, si la différence de la feuille Ψ de ces deux feuilles est supérieure à 0,1 MPa (de stronfeuilles gly déshydratés, cette gamme peut être étendue à 0,3 MPa). </li><li> La troisième feuille est ensuite utilisé pour déterminer K feuilles et g s avec l&#39;EFM, en suivant les étapes ci-dessus 1.2 -1.18. Notamment, l&#39;état d&#39;équilibre E peut être obtenu même pour les feuilles qui ont été sévèrement déshydratés feuilles, comme les stomates d&#39;ouvrir et de générer des valeurs sensiblement plus élevées que la conductance cuticulaire 17 g s. </li><li> Pour construire des courbes de vulnérabilité hydrauliques, calcul de feuille de K en utilisant la finale Ψ comme à l&#39;étape 1.16, puis des valeurs dans K feuilles contre celui qui est le plus faible, Ψ Ψ o ou final, à savoir la plus forte déshydratation subie par la feuille pendant l&#39;expérience (= Ψ plus bas). De même, la baisse de g s en réponse à la déshydratation des feuilles peut être déterminée en traçant g s contre plus bas Ψ. Des travaux antérieurs a sh<html> propre que la déshydratation induit au moins partiellement la baisse irréversibles K feuilles et g 14,16 s. </li><li> Nous vous recommandons d&#39;obtenir au moins 6 feuilles valeurs K par intervalles de 0,5 MPa de Ψ plus bas (cet intervalle peut être réduit à 0,25 MPa si les espèces avec lesquelles vous travaillez est vraiment vulnérable à la déshydratation). </li><li> Effectuer Dixon aberrant de test sur ​​les valeurs de K feuilles pour chaque intervalle de 0,5 MPa potentiel hydrique des plus faibles Ψ pour éliminer les valeurs aberrantes de votre courbe de vulnérabilité 23. </li><li> Parce que les espèces diffèrent dans leurs réponses de K foliaire et à la déshydratation g s 14,16, s&#39;adapter à des fonctions différentes pour chaque espèce et sélectionnez le maximum de vraisemblance (valeur la plus faible AIC, voir 14 pour les détails). Nous vous recommandons de montage au moins quatre fonctions précédemment utilisés dans la littérature: linéaire (pg &quot;fo: content-width =&quot; 1.4in &quot;fo: src =&quot; / files/ftp_upload/4179/4179eq3highres.jpg &quot;/&gt;), sigmoïde ( <img alt="L&#39;équation 4" src="/files/ftp_upload/4179/4179eq4.jpg" fo:content-width="1.483in" fo:src="/files/ftp_upload/4179/4179eq4highres.jpg"/> ), Logistique ( <img alt="L&#39;équation 5" src="/files/ftp_upload/4179/4179eq5.jpg" fo:content-width="1.7in" fo:src="/files/ftp_upload/4179/4179eq5highres.jpg"/> ) Et exponentiel ( <img alt="L&#39;équation 6" src="/files/ftp_upload/4179/4179eq6.jpg" fo:content-width="1.583in" fo:src="/files/ftp_upload/4179/4179eq6highres.jpg"/> ). </li></ol> 3. Les résultats représentatifs Le déclin de la conductance hydraulique feuille avec déshydratation varie fortement selon les espèces (Fig. 1). Espèces sensibles à la sécheresse expérience d&#39;un recul plus marqué à des potentiels moins négatifs d&#39;eau que les espèces plus tolérantes de sécheresse, lorsqu&#39;elle est mesurée sous fort éclairement (PAR&gt; 1,000 mol • m -2 • s -1). L&#39;eaupotentiel à 80% de perte de conductivité hydraulique (P 80) pour mésique plante Helianthus annuus était de 3 MPa moins négatif que celui de Heteromeles arbutifolia, originaire de Californie, chaparral. Heteromeles arbutifolia répondu de façon linéaire à la baisse du potentiel hydrique, tandis que Helianthus annuus ont montré une non linéaire déclin. Les deux conductance stomatique (g s) et la feuille de conductance hydraulique (K feuilles) peuvent aussi répondre de façon spectaculaire à irradiance (Fig. 2). Pour Raphiolepis indica, la conductance stomatique a fortement diminué avec la déshydratation des feuilles mesurées sous fort éclairement (PAR&gt; 1,000 mol • m -2 • s -1) et sous la lumière de laboratoire (PAR &lt;6 mol • m -2 • s -1). Sous fort éclairement, les feuilles mesurée avec l&#39;EFM qui a été déshydraté au potentiel de l&#39;eau qui est typique pour bien éclairé leaves sur les plantes intactes à la mi-journée a montré similaire g s comme des feuilles mesurées sur les plantes intactes avec une poromètre (étoile dans la Fig. 2). Notamment, pour les feuilles à une hydratation maximale, K feuille était quatre fois plus élevé pour les feuilles exposées au haut de faible éclairement (11 vs 2,8 mmol m -2 s -1 MPa -1), et donc K feuilles ont montré une réponse forte lumière dans bien feuilles hydratés que g s. En outre, en vertu de fort ensoleillement, K feuilles, a diminué plus fortement avec la déshydratation. Le P 80 était de 0,93 MPa moins négative sous haute de faible éclairement. <img alt="Figure 1" src="/files/ftp_upload/4179/4179fig1.jpg" /> Figure 1. Feuille courbes de vulnérabilité hydrauliques pour une période de sécheresse sensible (en haut) et un tolérantes à la sécheresse (en bas) les espèces (à partir de 14,24). Chaque point représente un péchégle de mesure de conductance hydraulique feuille (K feuilles) sur une feuille individuelle en utilisant le procédé par évaporation de flux (EFM). Les barres verticales représentent le potentiel de l&#39;eau à laquelle les espèces ont perdu 80% de la conductance foliaire hydraulique initiale (P 80). Meilleures fonctions d&#39;ajustement à l&#39;aide du maximum de vraisemblance sont tracées pour les deux espèces. <img alt="Équation 7" src="/files/ftp_upload/4179/4179eq7.jpg" fo:content-width="3.293in" fo:src="/files/ftp_upload/4179/4179eq7highres.jpg"/><img alt="Figure 2" src="/files/ftp_upload/4179/4179fig2.jpg" /> Figure 2. La réponse de la conductance stomatique (g s) et de la conductance foliaire hydraulique (K feuilles) à potentiel hydrique de la baisse des indicateurs mesurés dans Raphiolepis vs haute irradiance faible (de 16). (PAR&gt; 1.000 et &lt;6 mmol • m -2 • s-1). Chaque point représente une seule mesure sur une feuille individuelle en utilisant la méthode d&#39;évaporation de flux (EFM), avec des points blancs et noirs représentant des feuilles mesurées dans irradiance élevée et faible respectivement. Les équations des courbes de conductance stomatique à fort éclairement faible vs: <img alt="Équation 8" src="/files/ftp_upload/4179/4179eq8.jpg" fo:content-width="4.727in" fo:src="/files/ftp_upload/4179/4179eq8highres.jpg" /> et <img alt="Équation 9" src="/files/ftp_upload/4179/4179eq9.jpg" fo:content-width="2.26in" fo:src="/files/ftp_upload/4179/4179eq9highres.jpg"/> . Équations de courbes de vulnérabilité de l&#39;irradiation à haute vs basse: <img alt="Équation 10" src="/files/ftp_upload/4179/4179eq10.jpg" fo:content-width="2.7in" fo:src="/files/ftp_upload/4179/4179eq10highres.jpg"/> et <img alt="Équation 11" src="/files/ftp_upload/4179/4179eq11.jpg" fo:content-width="1.8in" fo:src="/files/ftp_upload/4179/4179eq11highres.jpg"/> . L&#39;étoile grise dans la partie supérieure représente la moyenne ± staerreur ndard pour g et le potentiel hydrique foliaire mesuré sur des feuilles de plantes intactes à la mi-journée avec un poromètre. Gris et noir barres verticales dans le panneau inférieur représentent le potentiel de l&#39;eau à laquelle les espèces ont perdu 80% de la conductance foliaire hydraulique initiale (P 80) sous irradiation haute et basse, respectivement.

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Aucun conflit d&#39;intérêt déclaré.

La méthode des flux d&#39;évaporation présenté ici permet relativement rapide (30 min) la détermination de la conductance foliaire hydraulique dans le laboratoire avec mesure simultanée de la conductance stomatique. L&#39;EFM est à ce jour la méthode qui suit de plus près la voie naturelle de l&#39;eau dans les feuilles, étant donné que l&#39;eau s&#39;évapore dans les espaces aériens des feuilles et se diffuse à partir des stomates 15. Un certain nombre d&#39;autres méthodes expérimentales pour la détermination de K existent feuille 25, trois étant particulièrement fréquente. (1) Dans la méthode des flux à haute pression (HPFM), l&#39;eau est poussée à travers la feuille sous haute pression 15,26. Cependant, les courbes de vulnérabilité ne peut pas être obtenu avec cette méthode parce appliquées pressions positives peuvent remplir embolies et réhydrater les tissus du mésophylle. (2) Dans la méthode de réhydratation cinétique (RKM), K feuille est calculée en utilisant l&#39;analogie entre la réhydratation des feuilles déshydratées avec le charging d&#39;un condensateur en série avec une des résistances 27,28. Cette méthode est rapide, mais ne reproduit pas l&#39;ensemble du système des voies naturelles de transpiration dans la feuille et n&#39;est pas facilement modifiées pour permettre la mesure des feuilles acclimatées à fort ensoleillement. (3) Dans le procédé de pompe à vide (VPM) de la feuille est placé dans une chambre, son pétiole relié à une source d&#39;eau à l&#39;équilibre, tandis que les aspirateurs d&#39;intensités différentes sont appliquées à la perte d&#39;eau d&#39;entraînement de feuille de la feuille 15,26. Cette méthode peut prendre beaucoup de temps. Mesures utilisant les trois méthodes ont été trouvés à donner des résultats cohérents 15,28,29, et donc l&#39;EFM est fréquemment utilisé étant donné son basé sur le mouvement de l&#39;eau par transpiration, et sa relative rapidité, et sa modification pour mesurer feuille de K dans des conditions différentes. Toutes les méthodes typiques utilisées pour déterminer feuille K comportent un degré d&#39;incertitude dans la quantification selonurately la force motrice correspondant à la transpiration 25. Dans l&#39;EFM, la feuille de calcul ΔΨ feuille K est inférieure à la force d&#39;entraînement réelle, car elle est basée sur la feuille après le nombre Ψ lame est équilibrée pour la bombe à pression. À ce stade, la feuille en vrac Ψ ne représentent pas nécessairement le potentiel hydrique des cellules à la fin de la voie hydraulique, où l&#39;eau s&#39;évapore, mais plutôt une moyenne pondérée par les volumes des cellules relativement peu de potentiel hydrique bas où l&#39;eau est le déplacement et l&#39;évaporation, et pour les cellules plus nombreuses du potentiel hydrique élevée qui peut être isolé à partir du flux de transpiration. Combien la feuille Ψ diffère de la véritable moteur dépend donc de l&#39;endroit où l&#39;eau s&#39;évapore dans la feuille. Si l&#39;eau s&#39;évapore à travers la feuille, la feuille en vrac Ψ peut être proche de la véritable moteur, et si l&#39;eau ne s&#39;évapore que de relativement peu de caunes près des stomates, la majeure partie de la feuille Ψ peut sous-estimer considérablement le véritable moteur, c&#39;est à dire, le potentiel hydrique de ces cellules peut en fait être beaucoup plus faible, et donc K feuilles réelle serait inférieure à celle déterminée avec l&#39;EFM. Ainsi, le degré cette feuille K déterminé par l&#39;EFM représente la feuille K vraie est sensible aux voies d&#39;écoulement des eaux, qui ne sont pas encore bien comprises. Alors que l&#39;EFM fournit des données qui correspondent à ceux des autres méthodes de mesure K foliaire (voir ci-dessus), et est excellent pour une utilisation comparative, la possibilité d&#39;une espèce de variation dans les voies d&#39;écoulement d&#39;eau à travers le mésophylle doit être approfondie. En effet, même pour des feuilles de même espèce, ces voies d&#39;eau peut varier dans des conditions différentes, par exemple, sous différents éclairements et 4,30 charges thermiques ou de statut différent de l&#39;eau (compte tenu de rétraction tissulaire) 31. Une connaissance plus approfondiedes voies de transport de l&#39;eau permettrait ainsi à l&#39;EFM pour être utilisé pour résoudre les effets de l&#39;évolution des voies de transport sur feuilles ensemble hydraulique. La mesure de la conductance stomatique à l&#39;EFM a l&#39;avantage de permettre la détermination des réponses aux irradiance et la déshydratation et apporter des réponses adaptées de g s à la feuille K. En outre, l&#39;effet de la déshydratation feuille précédente suivie d&#39;une réhydratation de g s peuvent être évalués avec cette méthode. Cependant, cette méthode présente deux inconvénients potentiels. Tout d&#39;abord, cette mesure g s est faite sur une feuille excisée, plutôt que sur une plante intacte, et la seconde, la détermination de la conductance stomatique est basée sur la mesure du climat certaine distance de la feuille, plutôt que de fermer à la feuille comme dans une chambre poromètre , si la ventilation de la feuille avec le ventilateur s&#39;équilibre avec la surface de la feuille entourant air. Pour certaines espèces, exciséeles feuilles peuvent présenter différentes réponses que pour les stomates des feuilles sur une plante intacte 16,32. Cependant, pour plusieurs espèces g s estimées en utilisant l&#39;EFM était similaire aux valeurs mesurées sur les plantes intactes avec un poromètre pour les feuilles à la mi-journée Ψ feuille 16 (figure 2). L&#39;EFM peuvent être appliquées pour des raisons physiologiques aperçu, c&#39;est à dire étudier la dynamique de K feuille, son fondement dans la structure et de l&#39;anatomie, et ses réponses aux facteurs environnementaux. En outre, la méthode peut être utilisée pour comparer les plantes de même espèce cultivées dans des conditions différentes, ou d&#39;âges différents, ou de comparer des plantes de différentes espèces adaptées à des environnements différents. En construisant des courbes de vulnérabilité des feuilles, on peut mieux comprendre les mécanismes de tolérance des espèces à la sécheresse. En période de sécheresse, la cavitation et de l&#39;effondrement des cellules ont été observé dans le xylème feuille de certains<html> espèces, et le retrait de cellules dans le mésophylle lors de la déshydratation pourrait également avoir une incidence mouvement de l&#39;eau (revue dans 14). Les futures études seront nécessaires pour déterminer l&#39;importance relative de chacun de ces processus dans la conduite du déclin de K foliaire et la fermeture des stomates. L&#39;irradiance est également un facteur majeur K feuilles et l&#39;EFM est particulièrement adapté pour des mesures sous fort éclairement. La réponse combinée des aquaporines à rayonnement et à la sécheresse devrait gagner beaucoup d&#39;intérêt. Éclairement élevé conduit à une expression accrue et / ou une activation des aquaporines qui permettent d&#39;écoulement rapide de l&#39;eau à travers les cellules vivantes, ce qui augmente feuille K, tandis que la déshydratation conduit à une expression réduite et / ou de-activatation des aquaporines, réduisant feuille K. Les effets combinés de l&#39;éclairement énergétique et l&#39;approvisionnement en eau sur une feuille K est indispensable d&#39;approfondir 4,10,16,33. tente &quot;&gt; En outre, à travers les espèces, K feuilles et sa vulnérabilité a été liée à la répartition des espèces à l&#39;égard de la fourniture d&#39;eau légère et d&#39;autres ressources 3,13,24. espèces des zones sèches ont tendance à montrer une plus grande résistance à la baisse hydraulique, face à plus négatifs potentiels hydriques du sol, et par le maintien d&#39;une feuille de K élevée à des potentiels plus négatifs de l&#39;eau, ils peuvent maintenir un niveau élevé g s et continuer la capture du CO 2 pour la photosynthèse 13,14. Ainsi, l&#39;étude de la feuille de propriétés hydrauliques donne un aperçu au niveau de des cellules végétales, des feuilles et tout et ses réponses à l&#39;environnement, et est susceptible de produire de nombreuses nouvelles découvertes importantes à toutes les échelles.

mesure de la conductance hydraulique foliaire et la conductance stomatique et de leurs réponses à d&#39;irradiance et de déshydratation en utilisant la méthode par évaporation flux (efm)

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

L&#39;eau est une ressource clé, et le système de transport usine d&#39;eau fixe des limites à la croissance maximale et tolérance à la sécheresse. Lorsque les plants ouvrir leurs stomates pour réaliser une forte conductivité stomatique (g s) de captage du CO 2 pour la photosynthèse, de l&#39;eau est perdue par transpiration 1,2. L&#39;eau s&#39;évapore des espaces aériens est remplacé à partir des parois cellulaires, à son tour, puisant de l&#39;eau dans le xylème des nervures des feuilles, en dessin tour de xylème dans les tiges et les racines. Comme l&#39;eau est aspirée à travers le système, il éprouve la résistance hydraulique, créant des tensions dans tout le système et un potentiel de feuilles d&#39;eau à basse (Ψ feuille). La feuille elle-même est un goulot d&#39;étranglement dans le système plante entière, ce qui représente en moyenne 30% de la résistance des plantes hydraulique 3. Conductance foliaire hydraulique (K = feuille de résistance 1 / feuilles hydraulique) est le rapport entre le débit d&#39;eau au gradient de potentiel hydrique à travers la feuille, et résume lescomportement d&#39;un système complexe:. l&#39;eau se déplace à travers le pétiole et par le biais de plusieurs ordres de veines, des sorties dans la gaine du faisceau et passe à travers ou autour des cellules du mésophylle avant de s&#39;évaporer dans l&#39;espace aérien et étant apparu à partir du stomates K est d&#39;un intérêt fort comme un importante particularité physiologique de comparer les espèces, la quantification de l&#39;efficacité de la structure de la feuille et de la physiologie pour le transport de l&#39;eau, et une variable clé pour enquêter de sa relation à la variation de la structure (par exemple, dans l&#39;architecture nervation foliaire) et de ses impacts sur les échanges gazeux photosynthétiques. De plus, K feuille réagit fortement à l&#39;environnement feuille interne et externe 3. Feuille K peut augmenter considérablement avec l&#39;irradiance apparemment due à des changements dans l&#39;expression et l&#39;activation des aquaporines, des protéines impliquées dans le transport de l&#39;eau à travers les membranes 4, et la feuille de K diminue fortement au cours de drdevrait, en raison de la cavitation et / ou l&#39;effondrement de conduits du xylème, et / ou la perte de la perméabilité dans les tissus extra-xylème en raison de mésophylle et le rétrécissement des cellules paquet gaine ou désactivation aquaporine 5-10. Parce que K foliaire peut restreindre g s et le taux de photosynthèse à travers les espèces dans des conditions bien arrosées et en période de sécheresse, et donc de limiter les performances de la plante entière, ils peuvent éventuellement déterminer la répartition des espèces d&#39;autant plus que les sécheresses augmenteront en fréquence et la gravité 11-14. Nous présentons une méthode simple pour la détermination simultanée de K feuilles et g s sur feuilles excisées. Une feuille transpirant est relié par son pétiole à tube en cours d&#39;exécution à une source d&#39;eau à l&#39;équilibre. La perte d&#39;eau à partir de la balance est enregistré pour calculer le débit à travers la feuille. Lorsque l&#39;état d&#39;équilibre de la transpiration (E, • m -2 mmol • s -1) est atteint, g <sub&gt; S est déterminé en divisant par le déficit de pression de vapeur, et la feuille de K en divisant par la force d&#39;entraînement de l&#39;eau potentiel déterminé à l&#39;aide d&#39;une chambre de pression (K feuille = E / - Δψ feuille, MPa) 15. Cette méthode peut être utilisée pour évaluer les réponses feuilles K pour différents éclairements et de la vulnérabilité de la feuille de la maternelle à la déshydratation 14,16,17.

Nous décrivons une méthode relativement rapide (30 min) et en même temps réaliste pour la mesure de la conductance hydraulique foliaire (<em&gt; K</em<sub&gt; Feuille</sub&gt;) Et la conductance stomatique (<em&gt; G</em<sub&gt; S</sub&gt;) Pour transpirants feuilles excisées. La méthode peut être modifiée pour mesurer les réponses à la lumière et de la déshydratation de<em&gt; K</em<sub&gt; Feuille</sub&gt; Et<em&gt; G</em<sub&gt; S</sub&gt;.

Mesure de la conductance hydraulique foliaire et la conductance stomatique et de leurs réponses à d&#39;irradiance et de déshydratation en utilisant la méthode par évaporation Flux (EFM)

L'eau est une ressource essentielle, et le système de transport de l'eau chez les plantes impose des limites à la croissance maximale et à la tolérance à la sécheresse. Lorsque les plantes ouvrent leurs stomates pour...

L'objectif général de l'expérience suivante est de mesurer l'efficacité du transport de l'eau à travers le feuille, également appelée conductance hydraulique foliaire K leaf. Cette méthode permet la détermination simultanée de la conductance foliaire pour une feuille à un niveau connu d'hydratation et d'irradiance. La K leaf est un facteur important régissant l'utilisation de l'eau par la plante, le taux de photosynthèse et la croissance, ainsi que l'adaptation écologique.Cette mesure est basée sur des pousses excisées de trois feuilles, déshydratées jusqu'à un potentiel hydrique foliaire donné, qui sera mesuré sur deux feuilles de la gaine à l'aide d'une chambre à pression, lors d'une deuxième étape. La troisième feuille restante sera utilisée pour mesurer K feuille par la méthode du flux évaporatif, sous un rayonnement donné, afin de déterminer d'abord le débit à travers la feuille. Ensuite, une fois le régime permanent atteint, le débit est enregistré et la feuille est placée dans la chambre à pression pour déterminer la force motrice en potentiel hydrique correspondant à ce débit.Cela nous permettra de calculer kle en divisant le débit par la force motrice du potentiel hydrique. La conductance stomatique S peut être obtenue en divisant le débit par la différence de pression de vapeur entre la feuille et l'air. Près de la feuille, les résultats obtenus montrent que la diminution de la conductance hydraulique foliaire et de la conductance stomatique S en fonction du potentiel hydrique dépend de l'irradiance et varie selon les espèces, ce qui a des implications importantes pour la physiologie, la performance de la plante entière et l'écologie.Un avantage majeur de cette technique par rapport à d'autres méthodes de mesure de l'hydraulique foliaire, comme le débitmètre à haute pression, la méthode des cinétiques de réhydratation ou la méthode de la pompe à vide, est que le déplacement de l'eau à travers la feuille suit les voies naturelles de la transpiration. Cette méthode peut aider à répondre à des questions clés dans les domaines de la physiologie végétale et de l'écologie, telles que la manière dont les feuilles sont conçues pour permettre une performance optimale des plantes dans des environnements donnés, et dans quelle mesure les espèces sont sensibles à des changements environnementaux comme la sécheresse. Récoltez les feuilles en fin de journée ou la nuit, puis placez-les dans un sac en plastique opaque rempli de serviettes en papier humides.Ensuite, en laboratoire, recouper sous l'eau au moins deux nœuds à l'extrémité de chaque tige, réhydrater toute la nuit dans de l'eau pure ou une autre solution destinée aux mesures de kle. Couper la feuille de la gaine avec une lame de rasoir neuve sous une solution partiellement dégazée. Ensuite, enrouler du param préétiré autour du pétiole pour assurer un bon joint entre le pétiole et le tube.Après avoir libéré les bulles et ouvert la vanne du système, reliez la feuille à un tube en silicone sous de l'eau ultrapure afin d'empêcher l'air de pénétrer dans le système. Lorsque la feuille est soulevée au-dessus de la source d'eau, l'eau à l'intérieur du tube se trouve alors sous une pression inférieure à la pression atmosphérique. Si aucun air n'est aspiré dans le tube, alors le joint est étanche.Alternativement, un raccord à compression équipé d'un joint en caoutchouc peut être utilisé pour les feuilles ayant des formes particulièrement complexes ou pour les lames de gazon, que l'on peut enrouler autour d'une tige en plastique et sceller à l'aide du raccord à compression. Remarquez que le tube provenant de la feuille passe par une seringue munie d'un robinet à trois voies, puis aboutit à un cylindre gradué placé sur une balance qui enregistre les données toutes les 30 secondes sur un ordinateur afin de calculer le débit à travers la surface foliaire ; les feuilles sont fixées par leur face axiale vers le haut dans des cadres en bois à l'aide d'un fil de pêche, placez la feuille et son cadre au-dessus d'un grand ventilateur et sous une source lumineuse fournissant un rayonnement actif pour la photosynthèse, positionnez les feuilles légèrement au-dessus du niveau du ménisque dans le cylindre gradué. Étant donné que la feuille est placée au-dessus de l'eau dans le cylindre gradué, toute absorption par la feuille est entraînée par la transpiration.Remarquez que de petits récipients remplis de serviettes en papier humides sont placés à l'intérieur de la chambre de la balance afin de garantir que l'air dans la balance soit saturé en eau. Avant de placer la feuille, vérifiez qu'aucune évaporation provenant de la source d'eau ne s'échappe dans l'atmosphère de la balance, arrêtez l'écoulement à l'aide d'une vanne à quatre voies dans le tube et vérifiez que la masse du cylindre d'eau sur la balance ne diminue pas. Un récipient en Pyrex transparent placé au-dessus de la feuille absorbera la chaleur de la lampe. Maintenez la température de la feuille entre 23 et 28 degrés Celsius tout au long de l'expérience en ajoutant de l'eau froide au récipient en Pyrex.Laissez la feuille transpirer sur le système pendant au moins 30 minutes, puis jusqu'à ce que le débit soit stabilisé avec au moins cinq mesures effectuées à des intervalles de flux 32e, et vérifiez un coefficient de variation inférieur à 5 %. Il est essentiel que le débit atteigne un état stationnaire. Écartez toute mesure si le flux dans la feuille varie, car cette méthode suppose une stabilité du potentiel. Cela pourrait être dû à une fermeture du xylème de la tige, à une fuite au niveau du joint ou à un bouchon dans le système provoqué par des particules ou des bulles d'air.Lorsque la feuille a atteint un état stable, procédez à l’enregistrement de sa température à l’aide d’un thermocouple. Retirez rapidement la feuille du tampon de tube, séchez-la et placez-la dans un sac hermétique préalablement soufflé dedans pour arrêter la transpiration, puis insérez le sac dans un second sac. Laissez la feuille s’équilibrer dans son sac pendant au moins 20 minutes.Faites la moyenne des 10 dernières mesures de débit. Ensuite, mesurez le potentiel hydrique foliaire final à l’aide d’une chambre à pression. Mesurez également la surface foliaire.Calculez maintenant la conductance hydraulique de la feuille et normalisez-la par la surface foliaire afin de corriger les variations induites par la température et la dépendance de la viscosité de l'eau. Standardisez les valeurs de K feuille à 25 degrés Celsius en utilisant le déficit de pression de vapeur provenant de la station météorologique. Déterminez la conductance stomatique comme décrit dans le texte accompagnant.Collecter les tiges le soir ou la nuit et les placer dans un sac en plastique opaque rempli de serviettes en papier humides. Ensuite, en laboratoire, recouper sous l'eau au moins deux nœuds à l'extrémité de chaque tige et les réhydrater toute la nuit dans de l'eau pure ou dans une autre solution destinée aux mesures de conductivité hydraulique foliaire (K leaf).Pour chaque nuit, la réhydratation et la mesure, nous recommandons l'eau, sauf si les effets de différentes solutions doivent être étudiés en tant que facteur. Sous eau ultrapure, couper les tiges en segments d'au moins trois feuilles. Puis, à l'aide d'un ventilateur, déshydrater les tiges pendant différentes durées.Pour obtenir une gamme de potentiels hydriques foliaires, expirez dans des sachets hermétiques et placez-les autour de chaque feuille de la goulotte. Ensuite, recouvrez l'ensemble de la goulotte avec un grand sachet hermétique, en incluant des serviettes en papier humides, et laissez équilibrer pendant au moins 30 minutes. Détachez la feuille supérieure et la feuille inférieure.Measurez le potentiel hydrique foliaire initial à l’aide d’une chambre à pression. Rejetez la tige. Si la différence de potentiel hydrique entre les deux feuilles est supérieure à 0,1 mke pour les feuilles fortement déshydratées, cette plage peut être étendue à 0,3 mega Pro. Passez à la troisième feuille pour déterminer le potentiel hydrique foliaire et la conductance stomatique.En suivant la méthode du flux évaporatif décrite précédemment, construisez des courbes de vulnérabilité hydraulique et tracez également la diminution de la conductance stomatique. En réponse à la déshydratation foliaire, nous recommandons d'obtenir au moins six valeurs de K feuille par intervalle de 0,5 mégapascal de potentiel hydrique foliaire. Cet intervalle peut être réduit à 0,25 mégapascal pour les espèces sensibles à la sécheresse.Ensuite, effectuez le test d'écarter de Dixon pour supprimer les valeurs aberrantes de la courbe de vulnérabilité. Comme les espèces diffèrent dans leurs réponses à la déshydratation, ajustez différentes fonctions pour chaque espèce et sélectionnez le modèle de vraisemblance maximale. Nous recommandons d'ajuster au moins quatre fonctions précédemment utilisées dans la littérature. La diminution de la conductance hydraulique foliaire avec la déshydratation D est très marquée entre les espèces.Sous un fort rayonnement, les espèces sensibles à la sécheresse subissent un déclin plus marqué à des potentiels hydriques moins négatifs que les espèces plus tolérantes à la sécheresse. Le potentiel hydrique correspondant à une perte de 80 % de la conductance hydraulique chez la plante herbacée Helianthus annuus était de trois mégapascals moins négatif que chez Heteromeles arbutifolia, originaire du chaparral californien. Curieusement, Heteromeles arbutifolia a répondu de manière linéaire à la diminution du potentiel hydrique.Alors que Helianthus annuus a montré un déclin non linéaire. Ici, la conductance stomatique et la conductance hydraulique foliaire réagissent fortement à l'irradiance. Chez Opuntia indica, la conductance stomatique diminue fortement en cas de déshydratation pour les feuilles mesurées sous forte irradiance, ainsi que sous lumière de laboratoire simulant les conditions de feuilles bien éclairées sur des plantes intactes.À midi, les données de FME indiquent que les feuilles placées sous un rayonnement élevé et déshydratées jusqu'au même potentiel hydrique foliaire présentent une conductance hydraulique similaire à celle des feuilles mesurées sur des plantes intactes avec un paramètre notable chez les feuilles bien hydratées : la conductance hydraulique montre une réponse lumineuse plus marquée que la conductance stomatique à l'hydratation maximale. La conductance hydraulique foliaire était quatre fois plus élevée pour les feuilles exposées à un rayonnement élevé par rapport à celles exposées à un faible rayonnement ; sous fort rayonnement, la conductance hydraulique foliaire diminuait plus fortement avec la déshydratation. Le potentiel hydrique correspondant à une perte de 80 % de la conductance hydraulique était de 0,93 mégapascal moins négatif sous fort rayonnement que sous faible rayonnement.Après avoir visionné cette vidéo, vous devriez bien comprendre comment mesurer la conductivité hydraulique maximale des feuilles et la conductivité hydraulique du bois, ainsi que comment établir des courbes de mortalité par dessiccation. Une fois maîtrisé l'usage du MEV, cette technique peut être correctement réalisée en moins d'une heure par feuille. N'oubliez pas de maintenir la solution d'écoulement très propre et d'éviter toute présence de bulles d'air.Nettoyez également le système au moins une fois par semaine, rincez l'ensemble du système de tubulures et de récipients avec une solution d'eau de Javel à 10 % pendant 20 minutes, puis rincez et remplissez avec la solution d'écoulement saturée en gaz. Cette technique permet aux physiologistes végétaux d'explorer comment et pourquoi les espèces diffèrent par leur conductance hydraulique foliaire et par leurs réponses à l'environnement, et ce pour un large éventail d'espèces végétales.

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Renouvellement de surface : une méthode micrométéorologique avancée pour mesurer et traiter les données de densité de flux d’énergie à l’échelle du champ

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Nous fournissons une méthode pour identifier les modulateurs de la transpiration foliaire par le criblage à grande échelle d'une bibliothèque composée.

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Ici, nous présentons une méthode simple d’observation directe et de mesure automatisée des réponses stomatiques à l’invasion bactérienne chez Arabidopsis thaliana. Cette méthode exploite un dispositif d’imagerie stomatique portable, ainsi qu’un pipeline d’analyse d’images conçu pour les images de feuilles capturées par l’appareil.

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Cet article présente une expérience d’évaporation simple à l’aide d’un instrument de propriété hydraulique pour un échantillon de sol. Grâce à des moyens efficaces, les mesures peuvent être prises sur une série de jours pour générer des données de haute qualité.

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Mesure de la conductance hydraulique foliaire et la conductance stomatique et de leurs réponses à dirradiance et de déshydratation en utilisant la méthode par évaporation Flux (EFM) (Vidéo) | JoVE Journal

Mesure de la conductance hydraulique foliaire et la conductance stomatique et de leurs réponses à d'irradiance et de déshydratation en utilisant la méthode par évaporation Flux (EFM)

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