Name: Misurazione della Leaf conduttanza idraulica e conduttanza stomatica e le loro risposte ad irraggiamento e disidratazione con il metodo del flusso evaporativo (EFM) (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2012-12-31T12:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 11 s
Description: Scopri come misurare la conduttanza idraulica fogliare e la conduttanza stomatica con il metodo del flusso evaporativo. Questa tecnica permette di valutare le risposte alla luce e alla disidratazione nelle piante.

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1. Foglia di misurazione della conduttanza idraulica per Leaves idrate (K max) <ol><li> Raccogliere spara preferibilmente la sera o di notte in modo tale che le tensioni xilema sono basse, tagliate in aria e il luogo nel buio sacchetto di plastica pieno con tovaglioli di carta bagnati. In laboratorio, ripassare almeno due nodi dalla fine di ogni ripresa sott&#39;acqua. Lasciate sparare reidratarsi durante la notte in acqua pura, o altra soluzione da utilizzare per le misure foglia K. Acqua ultrapura è raccomandato come una soluzione di flusso a meno che gli impatti delle diverse soluzioni devono essere indagato come un fattore. </li><li> Tagliare la foglia dal germoglio con una lametta nuova soluzione sotto flusso parzialmente degasato. Acqua ultrapura è raccomandato come una soluzione di flusso a meno che gli impatti delle diverse soluzioni devono essere indagato come un fattore. Si consiglia degasaggio della soluzione durante la notte in un pallone con una pompa a vuoto, ma altri metodi possono essere impiegati. </li><li> Wrap pre-stirato parafilm tutto il Petiole per garantire una buona tenuta tra il picciolo e il tubo. Questo passaggio è particolarmente utile per i non-rotonde piccioli, come da imballaggio parafilm in più aiuterà intorno al picciolo per adattarsi all&#39;interno del tubo. Pasta dentale può essere applicato al picciolo prima di avvolgere il parafilm per riempire scanalature piccioli. </li><li> Collegare la foglia di tubo in silicone sotto l&#39;acqua ultrapura per evitare che l&#39;aria che entra nel sistema. Come la foglia viene sollevata sopra la fonte di acqua, l&#39;acqua nel tubo è sotto pressione subatmosferica, e quindi la tenuta è buona se non viene aspirata aria nel tubo durante la misurazione. In alternativa alla sigillatura del picciolo direttamente nel tubo di silicone, un raccordo a compressione con guarnizione in gomma può essere utilizzata (ad esempio, (Omnifit A2227 adattatore foro; Omnifit, Cambridge, UK), questo approccio è utile per i piccioli con forme particolarmente complesse o per fili d&#39;erba , che può essere avvolto intorno a una bacchetta di vetro e sigillato con il raccordo a compressione. Quando possibile, sigillando il picciolo direttamente in SItubo licone ha il vantaggio di essere rapida e lasciando un picciolo-tubo di giunzione che è trasparente, permettendo bolle di essere più facilmente visibile. Il tubo si collega la foglia di tubo rigido in esecuzione di un cilindro graduato su una bilancia (± 10 mcg risoluzione), che registra i dati ogni 30 secondi a un computer (ad esempio, l&#39;utilizzo di &quot;Balance Link&quot; Software, Mettler-Toledo GmbH, Greifensee, Svizzera) per il calcolo della portata attraverso la foglia. </li><li> Le foglie dovrebbe essere tenuto verso l&#39;alto di superficie adaxial in telai di legno legati con filo da pesca sopra un ventilatore grande scatola e sotto una fonte di luce (&gt; 1.000 mmol m • 2 • s -1 radiazione fotosinteticamente attiva per l&#39;alta irradianza misure), leggermente al di sopra del livello di il menisco nel cilindro graduato. La foglia deve essere collocato sopra l&#39;acqua nel cilindro graduato per garantire che l&#39;acqua di passare alla foglia è guidato dalla traspirazione, e non entrando la foglia sotto pressione a causa della gravità, come sarebbeil caso se la foglia sono stati posti sotto del menisco dell&#39;acqua nel cilindro. Piccoli recipienti riempiti con un tovagliolo di carta umido sono posizionati all&#39;interno della camera di equilibrio per assicurare l&#39;aria in equilibrio è saturo d&#39;acqua, evitando così l&#39;evaporazione dalla fonte di acqua all&#39;atmosfera in equilibrio. Questa possibilità può essere controllato da arrestare il flusso nella foglia utilizzando una valvola a quattro vie rubinetto nel tubo, e verificando che la massa del cilindro acqua sulla bilancia non si riduca. </li><li> Posizionare un contenitore trasparente Pyrex riempito di acqua sopra la foglia di assorbire il calore della lampada. </li><li> Mantenere la temperatura della foglia tra 23 ° C e 28 ° C per tutto l&#39;esperimento con l&#39;aggiunta di acqua più fredda al contenitore Pyrex tale che la lampada di calore non riscalda il contenitore Pyrex sufficiente a riscaldare l&#39;aria intorno alla foglia di seguito. </li><li> Consentono la foglia di traspirare sull&#39;apparato per almeno 30 min, dando così tempo sufficiente per acclimatarsi irradianza alta, e additionally fino portata è stabilizzata, con nessuna tendenza verso l&#39;alto o verso il basso, e con un coefficiente di variazione &lt;5% per almeno 5-10 misurazioni effettuate a intervalli di 30 sec di flusso. E &#39;essenziale per il flusso a raggiungere uno stato stazionario perché questo metodo presuppone una foglia stabile Ψ. Studi precedenti trovato questi criteri sufficienti per la stabilizzazione della portata (E), Ψ foglia e foglia K; test con periodi di misurazione più lunghi dopo che il flusso stabile è stato istituito non ha mostrato alcun rapporto di foglia K per tempo di misura per ciascuna delle sette specie di un ampio gamma di capacità foglia 17,18. Stabilizzazione richiede generalmente 30 minuti o meno, ma in alcune specie può richiedere più di un&#39;ora per alcune specie. </li></ol> Nota: Se la portata è molto bassa (&lt;8 mg s -1), la stabilità può essere determinata usando la media corrente degli ultimi cinque intervalli di 30 sec. </p&gt; <ol start="9"><li> Eliminare le misurazioni se il flusso cambia improvvisamente, sia a causa di improvvisa chiusura degli stomi, o perdite evidenti dalla tenuta o il blocco del sistema di particelle o bolle d&#39;aria. </li><li> Quando il flusso si stabilizza, registrare la temperatura della foglia con una termocoppia. </li><li> Rimuovere rapidamente la foglia dal tubo, tamponare asciugare il picciolo e l&#39;anta in un sacchetto sigillato che era stato precedentemente esalata in, per fermare la traspirazione. </li><li> Lasciate che la foglia equilibrare nella sua confezione per almeno 20 min. </li><li> Nella media degli ultimi 10 misure di portata. Questa sarà la vostra misura e. </li><li> Quando la foglia è equilibrato, misurare la finale potenziale idrico fogliare (Ψ finale) con una camera a pressione. </li><li> Misura della superficie fogliare con uno scanner piano e un software di elaborazione di immagini, o con un misuratore di area fogliare. </li><li> K foglia è calcolato come E /-ΔΨ foglia (dove ΔΨ foglia = Ψ finale </sub&gt; - 0 MPa) e ulteriormente normalizzato dalla superficie fogliare. Le unità sono in mmol m-2 s-1 MPa -1. Perché la foglia è posizionata appena sopra il livello dell&#39;acqua nel cilindro graduato, l&#39;effetto della gravità nel ridurre la pressione dell&#39;acqua in ingresso foglia sarebbe trascurabile, in particolare rispetto alla finale Ψ, che è sempre&gt; -0,1 MPa. </li><li> Per correggere variazioni indotte da K foglia dipendenza dalla temperatura della viscosità dell&#39;acqua 15,19,20, standardizzare valori foglia K a 25 ° C utilizzando la seguente equazione: </li></ol><img alt="Equazione 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> Conduttanza stomatica (g s) può essere determinato come E divisa per la foglia-aria differenza di pressione di vapore, equivalente alla pressio vaporere deficit (VPD), determinato mediante un sensore di temperatura e umidità relativa adiacente alla foglia. VPD è calcolato utilizzando la seguente equazione 21 </li></ol><img alt="Equazione 2" src="/files/ftp_upload/4179/4179eq2.jpg" fo:content-width="1.67in" fo:src="/files/ftp_upload/4179/4179eq2highres.jpg" /> dove RH è l&#39;umidità relativa, VP è la pressione di vapore di saturazione dell&#39;aria (in kPa, in funzione della temperatura, secondo l&#39;equazione Arden Buck 22), AP e la pressione atmosferica (in kPa). 2. Di misura della conduttanza idraulica Foglia per foglie disidratate <ol><li> Raccogliere spara preferibilmente la sera o di notte in modo tale che le tensioni xilema sono basse, tagliate in aria e posto in sacchetti di plastica scuri pieni di asciugamani di carta bagnati. In laboratorio, ripassare almeno due nodi dalla fine di ogni ripresa sott&#39;acqua. Lasciate sparare reidratarsi durante la notte in acqua pura, o altra soluzione da utilizzare per le Kaf misurazioni. Acqua ultrapura è raccomandato come una soluzione di flusso a meno che gli impatti delle diverse soluzioni devono essere indagato come un fattore. </li><li> Tagliare spara in segmenti con almeno tre foglie sotto l&#39;acqua ultrapura e disidratare spara con una ventola per diversi periodi di tempo ad una serie di valori foglia Ψ. </li><li> Una volta germogli sono disidratati, collocare sacchetti sigillabili (Whirl-Pak, Nasco, Fort Atkinson, WI, USA), che sono stati precedentemente in esalato) intorno a ogni foglia del germoglio, e quindi posizionare le riprese tutto in un grande sacchetto sigillabile con carta bagnata asciugamano. </li><li> Lasciate che le riprese equilibrare per almeno 30 min (per servizi fortemente disidratati tempi di equilibrazione più lunghi possono essere necessari). </li><li> Dopo equilibrazione, asportare il foglio superiore e inferiore e la prima misura Ψ foglia (Ψ = o) utilizzando una camera di pressione. </li><li> Scartare il germoglio se la differenza nella foglia Ψ di questi due foglie è maggiore di 0,1 MPa (per strongly foglie disidratate, questo intervallo può essere esteso a 0,3 MPa). </li><li> Terza foglia viene poi utilizzato per determinare K foglia e g s con l&#39;EFM, seguendo i passi 1,2 -1,18 sopra. In particolare, e stato stazionario può essere ottenuta anche per le foglie che sono state foglie disidratati, come stomi ancora aperti e generare g s valori sostanzialmente superiori a conduttanza cuticolare 17. </li><li> Per costruire curve di vulnerabilità idraulici, calcolare foglia K utilizzando la finale Ψ come nel passaggio 1,16, e quindi trama valori foglia K contro seconda del valore più basso, o Ψ Ψ o finale, cioè, il più forte disidratazione sperimentato dal foglio durante l&#39;esperimento (= Ψ più basso). Analogamente, il declino g s in risposta alla disidratazione foglia può essere determinato tracciando g s contro basso Ψ. Il lavoro precedente ha sh<html> proprio che la disidratazione induce almeno calo parzialmente irreversibili K foglia e 14,16 g s. </li><li> Si consiglia di ottenere almeno 6 valori K foglia per intervalli di 0,5 MPa di Ψ più bassa (questo intervallo può essere ridotto a 0,25 MPa se la specie si sta lavorando è molto vulnerabile alla disidratazione). </li><li> Eseguire test di Dixon outlier su valori foglia K per ogni intervallo di 0,5 MPa acqua più basso potenziale di Ψ per eliminare valori anomali dalla curva di vulnerabilità 23. </li><li> Dato che le specie si differenziano per le loro risposte di K foglie e g s alla disidratazione 14,16, adatto diverse funzioni per ogni specie e selezionare la massima verosimiglianza (AIC più basso valore, vedi 14 per i dettagli). Si consiglia di montare almeno quattro funzioni precedentemente utilizzati in letteratura: lineare (pg &quot;fo: content-width =&quot; 1.4in &quot;fo: src =&quot; / files/ftp_upload/4179/4179eq3highres.jpg &quot;/&gt;), sigmoidale ( <img alt="Equazione 4" src="/files/ftp_upload/4179/4179eq4.jpg" fo:content-width="1.483in" fo:src="/files/ftp_upload/4179/4179eq4highres.jpg"/> ), Logistica ( <img alt="Equazione 5" src="/files/ftp_upload/4179/4179eq5.jpg" fo:content-width="1.7in" fo:src="/files/ftp_upload/4179/4179eq5highres.jpg"/> ) Ed esponenziale ( <img alt="Equazione 6" src="/files/ftp_upload/4179/4179eq6.jpg" fo:content-width="1.583in" fo:src="/files/ftp_upload/4179/4179eq6highres.jpg"/> ). </li></ol> 3. Risultati rappresentativi Il declino della foglia di conduttanza idraulica con disidratazione varia fortemente tra le specie (Fig. 1). Siccità specie sensibili registrare un calo più forte a potenziali idrici meno negativi rispetto alle specie più tolleranti alla siccità, se misurati in irradiance alta (PAR&gt; 1.000 mmol m-2 • • s-1). L&#39;acquapotenziale perdita a 80% della conducibilità idraulica (P 80) per mesico erbe Helianthus annuus era 3 MPa meno negativo di quello di Heteromeles arbutifolia, nativa della California chaparral. Heteromeles arbutifolia risposto linearmente al declino potenziale idrico, mentre Helianthus annuus ha mostrato una non lineare declino. Sia la conduttanza stomatica (g s) e foglia conduttanza idraulica (K foglie) può anche rispondere drammaticamente all&#39;irradianza (Fig. 2). Per Raphiolepis indica, la conduttanza stomatica è diminuita fortemente con disidratazione di foglie rilevati alle irradianza alta (PAR&gt; 1.000 mmol m-2 • • s-1), e alla luce di laboratorio (PAR &lt;6 mmol m-2 • • s-1). Sotto irradianza alta, foglie misurata con l&#39;EFM che era stato disidratato al potenziale acqua che è tipico per ben illuminato leaves su piante intere a metà giornata mostrò simile g s come per foglie misurati su piante intere con un porometro (stella in Fig. 2). In particolare, per ante a massima idratazione, K foglia era quattro volte superiore per foglie esposte a elevate rispetto basso irraggiamento (11 vs 2,8 mmol m -2 s -1 MPa -1), e quindi K foglia ha mostrato una risposta forte luce in ben foglie di idrati di g s. Inoltre, sotto irraggiamento alto, K foglia diminuita più fortemente con la disidratazione. Il P 80 è 0,93 MPa meno negativo in alto di basso irraggiamento. <img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/4179/4179fig1.jpg" /> Figura 1. Curve di vulnerabilità Leaf idraulici per un periodo di siccità sensibile (in alto) e un tolleranti siccità (in basso) specie (da 14,24). Ogni punto rappresenta un peccatogle misurazione della conduttanza idraulica foglia (K foglia) su una foglia distaccata mediante il metodo di flusso evaporativo (EFM). Le barre verticali rappresentano il potenziale dell&#39;acqua in cui la specie perso l&#39;80% della conduttanza idraulica foglia iniziale (P 80). Migliori funzioni di fit con massima verosimiglianza sono tracciate per entrambe le specie. <img alt="Equazione 7" src="/files/ftp_upload/4179/4179eq7.jpg" fo:content-width="3.293in" fo:src="/files/ftp_upload/4179/4179eq7highres.jpg"/><img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/4179/4179fig2.jpg" /> Figura 2. La risposta di conduttanza stomatica (g s) e della conducibilità idraulica foglia (K foglia) al potenziale di foglia declino acqua per Raphiolepis indica misurato in alto vs basso irraggiamento (da 16). (PAR&gt; 1000 e &lt;6 mmol m-2 • • s-1). Ogni punto rappresenta una singola misura su una foglia distaccata mediante il metodo di flusso evaporativo (EFM), con punti bianchi e neri rappresentano foglie misurati sotto irradiazione rispettivamente alto e basso. Equazioni per le curve di conduttanza stomatica in alta irradiazione vs basso: <img alt="Equazione 8" src="/files/ftp_upload/4179/4179eq8.jpg" fo:content-width="4.727in" fo:src="/files/ftp_upload/4179/4179eq8highres.jpg" /> e <img alt="Equazione 9" src="/files/ftp_upload/4179/4179eq9.jpg" fo:content-width="2.26in" fo:src="/files/ftp_upload/4179/4179eq9highres.jpg"/> . Equazioni per le curve di vulnerabilità a irraggiamento alto vs basso: <img alt="Equazione 10" src="/files/ftp_upload/4179/4179eq10.jpg" fo:content-width="2.7in" fo:src="/files/ftp_upload/4179/4179eq10highres.jpg"/> e <img alt="Equazione 11" src="/files/ftp_upload/4179/4179eq11.jpg" fo:content-width="1.8in" fo:src="/files/ftp_upload/4179/4179eq11highres.jpg"/> . Stella grigia nel pannello superiore rappresenta la media ± STAerrore ndard per g s e il potenziale idrico fogliare misurato su foglie di piante intere a metà giornata con un porometro. Grigio e nero barre verticali nel pannello inferiore rappresentano il potenziale dell&#39;acqua in cui le specie perso l&#39;80% della conducibilità idraulica foglia iniziale (P 80) sotto irradiazione di alta e bassa, rispettivamente.

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Nessun conflitto di interessi dichiarati.

Il metodo del flusso evaporativo qui presentata consente relativamente rapido (30 min) determinazione della conduttanza idraulica foglia in laboratorio con misurazione simultanea di conduttanza stomale. L&#39;EFM è finora il metodo che più si segue il percorso naturale di acqua nelle foglie, dato che l&#39;acqua evapora negli spazi aerei foglie e diffonde dal stomi 15. Un certo numero di altri metodi sperimentali per la determinazione foglia K esistono 25, con tre sono particolarmente comuni. (1) Nel metodo di flusso ad alta pressione (HPFM), l&#39;acqua viene spinta attraverso la foglia sotto alta pressione 15,26. Tuttavia, curve di vulnerabilità non può essere ottenuto con questo metodo perché applicate pressioni positive venga riempito emboli e reidratare tessuto mesofillo. (2) Nel metodo di reidratazione cinetica (RKM), K foglia viene calcolato utilizzando l&#39;analogia tra la reidratazione di fogli disidratati con la charging di un condensatore in serie ad una resistenza 27,28. Questo metodo è veloce, ma non riprodurre l&#39;intero sistema di traspirazione vie naturali nella foglia e non è facilmente modificato per consentire la misurazione di foglie acclimatati per irraggiamento elevato. (3) Nel metodo pompa a vuoto (VPM) la foglia viene posto in una camera, il suo picciuolo collegato ad una fonte di acqua su una bilancia, mentre vuoti di diversa intensità vengono applicati alla perdita di acqua di guida foglia dalla foglia 15,26. Questo metodo può richiedere molto tempo. Misurazioni con tutti e tre i metodi sono stati trovati per dare risultati coerenti 15,28,29, e quindi la EFM viene frequentemente usato dato perché si basa sul movimento acqua per traspirazione, e la sua relativa rapidità e la sua modifica per misurare foglia K in diverse condizioni. Tutti i metodi tipicamente utilizzati per determinare foglia K comportano un livello di incertezza nella quantificazione accurately la forza motrice corrispondente alla traspirazione 25. Nel EFM, la foglia ΔΨ utilizzato per calcolare foglia K è inferiore al vero motore, in quanto si basa sulla foglia bulk Ψ dopo la foglia è equilibrata per la bomba pressione. A questo punto, la foglia bulk Ψ non rappresenta necessariamente il potenziale dell&#39;acqua delle cellule alla fine del percorso idraulico, in cui l&#39;acqua evapora, ma piuttosto un volume media ponderata per le cellule relativamente pochi potenziale acqua bassa dove l&#39;acqua è movimento e evaporazione, e per le cellule più numerose potenziale dell&#39;acqua alta che può essere isolato dal flusso di traspirazione. Quanto la foglia Ψ è diverso dal vero motore dipende quindi dove l&#39;acqua sta evaporando nella foglia. Se l&#39;acqua evapora tutta la foglia, la foglia di massa Ψ può essere vicino al vero motore, e se l&#39;acqua evapora solo da relativamente pochi cells vicino gli stomi, la foglia bulk Ψ può sostanzialmente sottostimare la vera forza di guida, cioè, il potenziale dell&#39;acqua di tali cellule può essere molto più bassa, e quindi foglia K effettiva sarebbe inferiore a quello determinato con l&#39;EFM. Così, il grado di foglia K determinato dal EFM rappresenta la foglia vera K è sensibile ai percorsi di flusso dell&#39;acqua, che ancora non sono ben compresi. Mentre la EFM fornisce i dati che corrispondono a quelli di altri metodi di misurazione K foglia (vedi sopra), ed è eccellente per uso comparativo, la possibilità di specie variazione nei percorsi di flusso d&#39;acqua attraverso il mesofillo necessita di ulteriori indagini. In effetti, anche per foglie di data specie, queste vie d&#39;acqua può variare in condizioni diverse, ad esempio, sotto irradianza diversi e carichi di calore 4,30 o dello stato delle acque diversa (dato restringimento del tessuto) 31. Ulteriori conoscenzedelle vie di trasporto dell&#39;acqua sarebbe quindi consentire la EFM da utilizzare per risolvere gli effetti dei percorsi cambiamento sul trasporto foglia idraulico complessivo. La misurazione della conduttanza stomale in EFM ha il vantaggio di permettere la determinazione di risposte a irraggiamento e disidratazione, e fornire risposte appaiate g s con foglia K. Inoltre, l&#39;effetto della disidratazione foglia precedente seguito da reidratazione in g s può essere valutata con questo metodo. Tuttavia, questo metodo ha due inconvenienti potenziali. Primo, questa misura g s è fatta su una foglia asportato, piuttosto che su una pianta intatta, e la seconda, la determinazione della conduttanza stomale si basa sulla misura del clima certa distanza dalla foglia, piuttosto vicino alla foglia come in una camera porometro , anche se la ventilazione della foglia con il ventilatore equilibra la superficie del foglio con l&#39;aria circostante. Per alcune specie, escissefoglie possono mostrare diverse risposte stomatiche che per le foglie su una pianta intatta 16,32. Tuttavia, per varie specie g s stimato utilizzando la EFM era simile ai valori misurati su piante intere con un porometro per ante a metà giornata Ψ foglia 16 (Fig. 2). L&#39;EFM può essere applicato per fisiologica intuizione, cioè, indagare le dinamiche di K foglia, la sua base nella struttura e anatomia, e le sue risposte ai fattori ambientali. Inoltre, il metodo può essere usato per confrontare piante della data specie coltivate in condizioni diverse, o di età diverse, o per confrontare piante di diverse specie adattate ad ambienti differenti. Con la costruzione di curve di vulnerabilità foglia, si possono ottenere informazioni sui meccanismi di tolleranza specie alla siccità. Durante la siccità, cavitazione e collasso cellule hanno dimostrato di essere in xilema foglia di alcuni<html> specie, e ritiro cellula del mesofillo durante la disidratazione potrebbe anche avere un impatto il movimento dell&#39;acqua (recensione in 14). I futuri studi saranno necessari per determinare l&#39;importanza relativa di ciascuno di questi processi nel guidare il declino di K foglia e chiusura degli stomi. Irraggiamento è anche un forte fattore che influenza K foglia e l&#39;EFM è particolarmente adatto per misure in alto irraggiamento. La risposta combinata di acquaporine per irraggiamento e la siccità dovrebbe guadagnare molto interesse. Irradianza alta porta ad un&#39;aumentata espressione e / o attivazione delle acquaporine che permettono il flusso di acqua più velocemente attraverso cellule viventi, aumentando foglia K, che conduce alla disidratazione ridotta espressione e / o de-activatation di acquaporine, riducendo foglia K. L&#39;impatto combinato di irraggiamento e di acqua sulla foglia K richiedono ulteriori indagini 4,10,16,33. tenda &quot;&gt; Inoltre, tra le specie, K foglia e la sua vulnerabilità è relativa a distribuzione delle specie per quanto riguarda la fornitura di acqua luce e di altre risorse 3,13,24. Specie da zone aride tendono a mostrare una maggiore resistenza al declino idraulica, di fronte più negativi potenziali idrici del suolo, e mantenendo una foglia alta K da più potenziali idrici negativi, possono mantenere alta g s e continuare la cattura della CO 2 per la fotosintesi 13,14. Pertanto, lo studio delle proprietà idrauliche foglia fornisce intuizioni a livello di cella, foglia, e intero impianto e le sue risposte per l&#39;ambiente, e rischia di produrre numerose importanti scoperte nuove a tutte le scale.

misurazione della leaf conduttanza idraulica e conduttanza stomatica e le loro risposte ad irraggiamento e disidratazione con il metodo del flusso evaporativo (efm)

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

L&#39;acqua è una risorsa fondamentale, e l&#39;acqua del sistema di trasporto dell&#39;impianto pone dei limiti alla crescita massima e tolleranza alla siccità. Quando le piante aprono il loro stomi per ottenere una conduttanza stomatica alta (g s) per catturare CO2 per la fotosintesi, l&#39;acqua si perde per 1,2 traspirazione. L&#39;acqua evapora dagli spazi aerei è sostituito dalle pareti cellulari, a sua volta, attingendo acqua dal xilema delle vene del foglio, nel disegno turno da xilema negli steli e radici. Come l&#39;acqua è tirato attraverso il sistema, sperimenta resistenza idraulica, creando tensione in tutto il sistema e un basso potenziale idrico fogliare (Ψ foglia). Foglia stessa è un fattore critico nel sistema pianta intera, rappresentano in media il 30% della resistenza dell&#39;impianto idraulico 3. Foglia conduttanza idraulica (K = resistenza anta 1 / foglia idraulico) è il rapporto tra la portata di acqua al gradiente acqua potenziale attraverso la foglia, e riassume l&#39;comportamento di un sistema complesso:. acqua si muove attraverso il picciolo e con vari ordini di vene, esce nella guaina pacchetto e passa attraverso o attorno cellule del mesofillo prima di evaporare nello spazio aereo e di essere emerso dal stomi foglia K è di forte interesse come importante caratteristica fisiologica di confrontare specie, quantificando l&#39;efficacia della struttura della foglia e fisiologia per il trasporto di acqua, e una variabile chiave per indagare per la sua relazione alla variazione nella struttura (ad esempio, in architettura venature foglia) e suoi impatti sul cambio gas fotosintetica. Inoltre, K foglia reagisce fortemente con l&#39;ambiente interno ed esterno foglia 3. Foglia K può aumentare drammaticamente con irradianza apparentemente a causa di cambiamenti nell&#39;espressione e attivazione delle acquaporine, le proteine ​​coinvolte nel trasporto acqua attraverso membrane 4, e foglia K diminuisce fortemente durante drdovrebbe, a causa di cavitazione e / o collasso dei condotti xilematici, e / o la perdita di permeabilità dei tessuti extra-xilema a causa di mesofillo e guaina ritiro pacco cella o disattivazione acquaporina 5-10. Poiché K foglia può vincolare g s e il tasso fotosintetico tra le specie in condizioni ben irrigati e durante la siccità, e quindi limitare intero impianto di prestazioni che possono eventualmente determinare distribuzione delle specie in particolare, come siccità aumentano in frequenza e gravità 11-14. Presentiamo un metodo semplice per la determinazione simultanea di foglia e K g s sulle foglie asportati. Una foglia traspirante è collegato con il suo picciolo a tubo esecuzione ad una fonte di acqua su una bilancia. La perdita di acqua dal saldo viene registrato per calcolare la portata attraverso la foglia. Quando traspirazione stato stazionario (E, mmol m-2 • • s-1) viene raggiunta, g <sub&gt; S è determinato dividendo da deficit di pressione di vapore, e foglia K dividendo per la forza potenziale driving acqua determinato utilizzando una camera di pressione (K = foglia E / - Δψ foglia, MPa) 15. Questo metodo può essere utilizzato per valutare le risposte foglia K di irradianza diverse e la vulnerabilità di foglia K alla disidratazione 14,16,17.

Descriviamo un metodo relativamente rapido (30 min) e realistico per la misurazione simultanea del foglio conduttanza idraulica (<em&gt; K</em<sub&gt; Foglia</sub&gt;) E conduttanza stomatica (<em&gt; G</em<sub&gt; S</sub&gt;) Per traspiranti foglie asportati. Il metodo può essere modificato per misurare le risposte di luce e di disidratazione<em&gt; K</em<sub&gt; Foglia</sub&gt; E<em&gt; G</em<sub&gt; S</sub&gt;.

Misurazione della Leaf conduttanza idraulica e conduttanza stomatica e le loro risposte ad irraggiamento e disidratazione con il metodo del flusso evaporativo (EFM)

L'acqua è una risorsa fondamentale e il sistema di trasporto idrico delle piante stabilisce i limiti per la crescita massima e la tolleranza alla siccità. Quando le piante aprono i loro stomi per...

L'obiettivo generale del seguente esperimento è misurare l'efficienza del trasporto dell'acqua attraverso la foglia, noto anche come conduttanza idraulica fogliare K leaf. Questo metodo consente la determinazione simultanea della conduttanza fogliare a un noto livello di stato di idratazione e di irraggiamento. La K leaf è un determinante importante dell'uso dell'acqua da parte della pianta, del tasso fotosintetico e della crescita, nonché dell'adattamento ecologico.Questa misurazione si basa su getti recisi di tre foglie, disidratati fino a un determinato potenziale idrico fogliare, che verrà misurato su due foglie del canale utilizzando una camera a pressione come secondo passaggio. La terza foglia rimanente verrà misurata per determinare la K fogliare mediante il metodo del flusso evaporativo sotto una determinata irradiazione, per prima cosa al fine di stabilire la portata attraverso la foglia. Successivamente, una volta raggiunto il flusso in stato stazionario, si registra la portata e la foglia viene posta nella camera a pressione per determinare la forza motrice del potenziale idrico corrispondente a tale portata.Questo ci permetterà di calcolare kle dividendo la portata per la forza motrice del potenziale idrico. La conduttanza stomatica S può essere ottenuta dividendo la portata per la differenza di pressione di vapore tra foglia e aria. Vicino alla foglia si ottengono risultati che mostrano come la diminuzione della conduttanza idraulica fogliare e della conduttanza stomatica S con il potenziale idrico dipenda dall'irradianza e vari in base alla specie, il che ha importanti implicazioni per la fisiologia, la prestazione dell'intera pianta e l'ecologia.Un vantaggio principale di questa tecnica rispetto ad altri metodi per la misurazione dell'idraulica fogliare, come il flussimetro ad alta pressione, il metodo della cinetica di reidratazione o il metodo della pompa a vuoto, è che il movimento dell'acqua attraverso la foglia segue i percorsi naturali della traspirazione. Questo metodo può contribuire a rispondere a domande fondamentali nei campi della fisiologia vegetale e dell'ecologia, ad esempio come le foglie sono progettate per consentire una prestazione ottimale della pianta in determinati ambienti e quanto le specie siano sensibili ai cambiamenti ambientali come la siccità. Raccogliere le foglie la sera o di notte e collocarle in un sacchetto di plastica scuro riempito con tovaglioli di carta bagnati.Successivamente, in laboratorio, ricutare sott'acqua almeno due nodi dall'estremità di ogni ramo, reidratare per tutta la notte in acqua pura o in un'altra soluzione da utilizzare per le misurazioni di kle. Tagliare la foglia dallo stipite con una lama di rasoio nuova sotto una soluzione parzialmente degassata. Quindi avvolgere il param pre-allungato attorno al petalo per garantire una buona tenuta tra petalo e tubo.Dopo aver rilasciato le bolle e aperto la valvola nel sistema, collegare la foglia a un tubo di silicone sotto acqua ultrapura per impedire l'ingresso di aria nel sistema. Quando la foglia viene sollevata al di sopra della sorgente d'acqua, l'acqua all'interno del tubo è sottoposta a una pressione inferiore a quella atmosferica. Se non viene aspirata aria nel tubo, allora la tenuta è buona.In alternativa, si può utilizzare un raccordo a compressione con guarnizione di gomma per foglie con forme particolarmente complesse o per lame di erba, che possono essere avvolte attorno a una bacchetta di plastica e sigillate con il raccordo a compressione. Si noti che il tubo proveniente dalla foglia scorre attraverso una siringa con rubinetto verso un cilindro graduato posizionato su una bilancia che registra i dati ogni 30 secondi su un computer per il calcolo della portata attraverso la superficie fogliare; le foglie sono disposte in verticale verso l'alto all'interno di telai di legno utilizzando dello spago da pesca; posizionare la foglia e il telaio sopra un grande ventilatore e sotto una sorgente luminosa che fornisce radiazione fotosinteticamente attiva; posizionare le foglie leggermente al di sopra del livello del menisco nel cilindro graduato. Poiché la foglia è posizionata al di sopra dell'acqua nel cilindro graduato, qualsiasi assorbimento da parte della foglia è determinato dalla traspirazione.Si noti che all'interno della camera della bilancia sono presenti piccoli contenitori riempiti con tovaglioli di carta bagnati, per garantire che l'aria nella bilancia sia satura di vapore acqueo. Prima di posizionare la foglia, per verificare che nessuna evaporazione dalla sorgente d'acqua vada dispersa nell'atmosfera all'interno della bilancia, interrompere il flusso utilizzando una valvola a quattro vie nel tubo e controllare che la massa del cilindro d'acqua sulla bilancia non diminuisca. Un contenitore Pyrex trasparente posizionato sopra la foglia assorbirà il calore della lampada. Mantenere la temperatura della foglia compresa tra 23 e 28 gradi Celsius per tutta la durata dell'esperimento aggiungendo acqua fredda al contenitore Pyrex.Permettere alla foglia di traspirare sul sistema per almeno 30 minuti, e poi fino a quando la portata si è stabilizzata con almeno cinque misurazioni a intervalli di flusso di 32°, verificando un coefficiente di variazione inferiore al 5%. È essenziale che la portata raggiunga uno stato stazionario. Poiché questo metodo presuppone una stabilità del potenziale, scartare qualsiasi misurazione se il flusso nella foglia cambia. Ciò potrebbe essere dovuto alla chiusura del tessuto legnoso del picciolo, a perdite nel sigillo o a ostruzioni nel sistema causate da particelle o bolle d'aria.Quando la foglia ha raggiunto lo stato stazionario, procedere a registrare la temperatura della foglia con una termocoppia. Rimuovere rapidamente la foglia dal tubo, asciugare delicatamente le superfici e inserire la foglia in un sacchetto ermetico che era stato precedentemente insufflato per arrestare la traspirazione, quindi inserire il sacchetto in un secondo sacchetto. Lasciare che la foglia raggiunga l'equilibrio all'interno del sacchetto per almeno 20 minuti.Fare la media delle ultime 10 misurazioni della portata. Successivamente, misurare il potenziale idrico finale della foglia utilizzando una camera a pressione. Inoltre, misurare la superficie fogliare.Ora calcolare la conduttanza idraulica della foglia e normalizzarla rispetto alla superficie fogliare per correggere le variazioni indotte dalla temperatura e dalla dipendenza della viscosità dell'acqua. Standardizzare i valori di K fogliare a 25 gradi Celsius utilizzando il deficit di pressione di vapore proveniente dalla stazione meteorologica. Determinare la conduttanza stomatica come descritto nel testo allegato.Raccogliere i rametti la sera o di notte e collocarli in un sacchetto di plastica scuro riempito con tovaglioli di carta bagnati. Successivamente, in laboratorio, ricutare sott'acqua almeno due nodi dall'estremità di ogni ramo e reidratare tutta la notte in acqua pura o in un'altra soluzione da utilizzare per le misurazioni di K leaf.Per ogni notte, per la reidratazione e la misurazione, si raccomanda l'acqua, a meno che non si vogliano indagare gli effetti di diverse soluzioni come fattore sperimentale. Sotto acqua ultrapura, tagliare le guaine in segmenti di almeno tre foglie. Successivamente, utilizzando un ventilatore, disidratare le guaine per diversi periodi di tempo.Per ottenere un intervallo di potenziali idrici fogliari, espirare all'interno di sacchetti sigillabili e posizionarli attorno a ciascuna foglia della guida. Quindi coprire l'intera guida con un grande sacchetto sigillabile, includendo salviette di carta umide ed equilibrare per almeno 30 minuti. Asportare la foglia superiore e quella inferiore.Misurare il potenziale idrico iniziale della foglia utilizzando una camera a pressione. Scartare il rametto. Se la differenza di potenziale idrico tra le due foglie è superiore a 0,1 MPa, per foglie fortemente disidratate questo intervallo può essere esteso fino a 0,3 MPa. Procedere con la terza foglia per determinare il potenziale idrico fogliare e la conduttanza stomatica.Seguendo il metodo del flusso evaporativo descritto in precedenza, costruire curve di vulnerabilità idraulica e tracciare anche il calo della conduttanza stomatica. In risposta alla disidratazione della foglia, si raccomanda di ottenere almeno sei valori di K fogliare per ogni intervallo di 0,5 megapascal di potenziale idrico fogliare. Questo intervallo può essere ridotto a 0,25 megapascal per specie sensibili alla siccità.Successivamente, eseguire il test di Dixon per l'individuazione degli outlier al fine di rimuovere i valori anomali dalla curva di vulnerabilità. Poiché le specie differiscono nelle loro risposte alla disidratazione, adattare diverse funzioni per ciascuna specie e selezionare il modello a massima verosimiglianza. Si raccomanda di adattare almeno quattro funzioni precedentemente utilizzate in letteratura. Il declino della conduttanza idraulica fogliare con l'aumento della disidratazione è molto marcato tra le diverse specie.Sotto elevata irradiazione, le specie sensibili alla siccità mostrano un declino più marcato a potenziali idrici meno negativi rispetto alle specie più tolleranti alla siccità. Il potenziale idrico corrispondente alla perdita dell'80% della conduttanza idraulica per la pianta erbacea Helianthus annuus era di tre megapascal meno negativo rispetto a quello di Heteromeles arbutifolia, specie nativa del chaparral californiano. In modo interessante, Heteromeles arbutifolia ha mostrato una risposta lineare al calo del potenziale idrico.Mentre Helianthus annuus ha mostrato un declino non lineare. In questo caso, sia la conduttanza stomatica che la conduttanza idraulica fogliare rispondono in modo marcato all'irradianza. Per Opuntia indica, la conduttanza stomatica diminuisce fortemente con la disidratazione per foglie misurate sotto alta irradianza e anche sotto luce artificiale che simula le condizioni di foglie ben illuminate su piante integre.A mezzogiorno, i dati EFM indicano che le foglie sottoposte a elevata irradiazione e disidratate fino allo stesso potenziale idrico fogliare presentano una conduttanza idraulica simile a quella delle foglie misurate su piante integre con un parametro notevole nelle foglie ben idratate; la conduttanza idraulica mostra una risposta alla luce più marcata rispetto alla conduttanza stomatica alla massima idratazione. La conduttanza idraulica fogliare era quattro volte maggiore per le foglie esposte a elevata irradiazione rispetto a quelle a bassa irradiazione; tuttavia, sotto elevata irradiazione, la conduttanza idraulica fogliare diminuiva più intensamente con la disidratazione. Il potenziale idrico corrispondente a una perdita dell’80% della conduttanza idraulica era di 0,93 megapascal meno negativo sotto elevata rispetto a bassa irradiazione.Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come misurare la conduttanza idraulica massima delle foglie e la conduttanza idraulica del fusto, e di come costruire curve di mobilità letale. Una volta padroneggiato l'EFM, questa tecnica può essere eseguita correttamente in meno di un'ora per foglia. Ricorda di mantenere la soluzione di flusso molto pulita e di evitare qualsiasi bolla d'aria.Pulire anche il sistema almeno una volta alla settimana, sciacquando l'intero sistema di tubi e contenitori con una soluzione di candeggina al 10% per 20 minuti, quindi risciacquare e riempire con la soluzione di flusso gassata. Questa tecnica consente ai fisiologi vegetali di esplorare come e perché le specie differiscono nella conduttanza idraulica fogliare e nelle loro risposte all'ambiente per un'ampia gamma di specie vegetali.

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Valutazione dei comportamenti fotosintetici mediante misurazioni simultanee della riflettanza delle foglie e delle analisi della fluorescenza della clorofilla

Forniamo un metodo per identificare i modulatori della traspirazione fogliare mediante lo screening su larga scala di una libreria composta.

Identificazione di nuovi regolatori della traspirazione vegetale mediante screening termico su larga scala in Helianthus Annuus

Qui, presentiamo un metodo semplice per l'osservazione diretta e la misurazione automatizzata delle risposte stomatiche all'invasione batterica in Arabidopsis thaliana. Questo metodo sfrutta un dispositivo di imaging stomatico portatile, insieme a una pipeline di analisi delle immagini progettata per le immagini delle foglie catturate dal dispositivo.

Osservazione diretta e misurazione automatizzata delle risposte stomatiche a Pseudomonas syringae pv. pomodoro DC3000 in Arabidopsis thaliana

Abbiamo progettato un protocollo di fenotipizzazione basato su immagini per determinare le risposte morfologiche e fisiologiche a trattamenti singoli e combinati di calore, siccità e ristagno idrico. Questo approccio ha permesso di identificare le risposte precoci, tardive e di recupero a livello di intero impianto, in particolare le parti fuori terra, e ha evidenziato la necessità di utilizzare più sensori di imaging.

Fenotipizzazione basata su immagini ad alta produttività per determinare le risposte morfologiche e fisiologiche a stress singoli e combinati nella patata

Questo articolo presenta un semplice esperimento di evaporazione utilizzando uno strumento di proprietà idraulica per un campione di terreno. Grazie a mezzi efficienti, le misurazioni possono essere effettuate nell'arco di una serie di giorni per generare dati di alta qualità.

Misure del potenziale idrico e della conducibilità del suolo basate su un semplice esperimento di evaporazione utilizzando un analizzatore di proprietà idrauliche

Stabile mediante l'analisi isotopica profilazione di massa gas-cromatografia spettrometria di flusso intermediario metabolica è descritto nel...

Stabile Profiling isotopica di Flux Intermediario Metabolica in fase di sviluppo e per adulti Caenorhabditis elegans</em

Scopri come misurare la conduttanza idraulica fogliare e la conduttanza stomatica con il metodo del flusso evaporativo. Questa tecnica permette di valutare le risposte alla luce e alla disidratazione nelle piante.

Misurazione della Leaf conduttanza idraulica e conduttanza stomatica e le loro risposte ad irraggiamento e disidratazione con il metodo del flusso evaporativo (EFM) (Video) | JoVE Journal

Misurazione della Leaf conduttanza idraulica e conduttanza stomatica e le loro risposte ad irraggiamento e disidratazione con il metodo del flusso evaporativo (EFM)

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