Name: Pomiar przewodności hydraulicznej liści i przewodności szparkowej oraz ich reakcji na natężenie promieniowania i odwodnienie metodą strumienia parowania (EFM) (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2012-12-31T12:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 11 s
Description: Poznaj metodę strumienia parowania do pomiaru przewodności hydraulicznej liści i przewodności szparkowej u roślin. Technika ta umożliwia badanie reakcji na natężenie promieniowania i odwodnienie w różnych gatunkach.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

playerTrialDesktop

Jesteśmy wdzięczni czterem anonimowym recenzentom za ulepszenie rękopisu oraz National Science Foundation (Grant IOS-0546784) za wsparcie.

1. Pomiar hydraulicznej przewodności liści dla liści uwodnionych (Kmax)
<ol>
 <li>Zbierać pędy najlepiej wieczorem lub w nocy, gdy napięcie w ksylemie jest niskie; odciąć pędy w powietrzu i umieścić w ciemnej plastikowej torbie wypełnionej mokrymi ręcznikami papierowymi. W laboratorium pod wodą odciąć co najmniej dwa węzły z końca każdego pędu. Pozostawić pęd do rehydratacji przez noc w czystej wodzie lub innym roztworze, który będzie używany do pomiarów Kleaf. Jako roztwór przepływowy zaleca się wodę ultrapure, chyba że badany jest wpływ różnych roztworów jako czynnika eksperymentalnego.</li>
 <li>Odciąć liść od pędu świeżą żyletką pod częściowo odgazowanym roztworem przepływowym. Jako roztwór przepływowy zaleca się wodę ultrapure, chyba że badany jest wpływ różnych roztworów jako czynnika eksperymentalnego. Zaleca się odgazowywanie roztworu przez noc w kolbie za pomocą pompy próżniowej, choć można zastosować inne metody.</li>
 <li>Owinąć rozciągniętą parafilmem ogonkę liściowy, aby zapewnić szczelne połączenie między ogonkiem a rurką. Krok ten jest szczególnie pomocny w przypadku ogonków nieokrągłych, ponieważ owinięcie dodatkową warstwą parafilmu pomoże nadać ogonkowi okrągły kształt, umożliwiając dopasowanie do rurki. Przed owinięciem parafilmem na ogonku można zastosować pastę dentystyczną, aby wypełnić zagłębienia.</li>
 <li>Połączyć liść z rurką silikonową pod wodą ultrapure, aby zapobiec przedostaniu się powietrza do układu. Gdy liść zostanie uniesiony powyżej źródła wody, woda w rurce znajduje się pod ciśnieniem subatmosferycznym, zatem uszczelnienie jest prawidłowe, jeśli podczas pomiaru do rurki nie zostaje zaciągnięte powietrze. Alternatywnie do bezpośredniego uszczelniania ogonka w rurce silikonowej można zastosować złączkę zaciskową z gumową uszczelką (np. adapter otworu Omnifit A2227; Omnifit, Cambridge, UK); podejście to jest przydatne dla ogonków o szczególnie złożonych kształtach lub dla źdźbeł traw, które można owinąć wokół szklanej rurki i uszczelnić złączką zaciskową. Jeśli to możliwe, bezpośrednie uszczelnienie ogonka w rurce silikonowej ma zaletę szybkości i tworzy przezroczyste połączenie ogonek-rurka, co pozwala łatwiej dostrzec pęcherzyki powietrza. Rurka łączy liść z twardą rurką prowadzącą do cylindra mierzonego na wadze (rozdzielczość ±10 μg), która rejestruje dane co 30 s w komputerze (np. za pomocą oprogramowania „Balance Link”; Mettler-Toledo GmbH, Greifensee, Szwajcaria) w celu obliczenia szybkości przepływu przez liść.</li>
 <li>Liście powinny być utrzymywane stroną adaksjalną do góry w drewnianych ramach z rozciągniętą żyłką wędkarską nad dużym wentylatorem pudełkowym i pod źródłem światła (&gt; 1 000 μmol • m2 • s-1 promieniowania aktywności fotosyntetycznej dla pomiarów przy wysokim natężeniu), nieco powyżej poziomu menisku w cylindrze miernym. Liść powinien znajdować się nad wodą w cylindrze miernym, aby zapewnić, że ruch wody do liścia jest napędzany przez transpirację, a nie przez ciśnienie grawitacyjne, co miałoby miejsce, gdyby liść znajdował się poniżej menisku wody w cylindrze. Wewnątrz komory wagi umieszcza się małe pojemniki z mokrym ręcznikiem papierowym, aby powietrze w wadze było nasycone wodą, co zapobiega parowaniu wody ze źródła do atmosfery wewnątrz wagi. Możliwość tę można sprawdzić, zatrzymując przepływ do liścia za pomocą zaworu czterodrożnego w rurce i upewniając się, że masa cylindra z wodą na wadze nie spada.</li>
 <li>Nad liściem umieścić przezroczysty pojemnik Pyrex wypełniony wodą, aby pochłaniać ciepło z lampy.</li>
 <li>Utrzymywać temperaturę liścia między 23 °C a 28 °C przez cały eksperyment, dolewając zimnej wody do pojemnika Pyrex w taki sposób, aby lampa grzewcza nie nagrzała pojemnika na tyle, by ogrzać powietrze wokół liścia znajdującego się poniżej.</li>
 <li>Pozostawić liść do transpiracji w aparaturze przez co najmniej 30 min, aby zapewnić odpowiedni czas na aklimatyzację do wysokiego natężenia promieniowania, a dodatkowo aż do momentu stabilizacji szybkości przepływu (brak trendu wzrostowego lub spadkowego oraz współczynnik zmienności &lt;5% dla co najmniej 5–10 pomiarów wykonanych w 30-sekundowych odstępach przepływu). Niezbędne jest, aby szybkość przepływu osiągnęła stan stacjonarny, ponieważ metoda ta zakłada stabilne Ψleaf. W poprzednich badaniach stwierdzono, że kryteria te są wystarczające dla stabilizacji szybkości przepływu (E), Ψleaf oraz Kleaf; testy z dłuższymi okresami pomiarowymi po ustaleniu stabilnego przepływu nie wykazały zależności Kleaf od czasu pomiaru dla każdego z siedmiu gatunków o szerokim zakresie pojemności liściowej17,18. Stabilizacja zazwyczaj trwa 30 min lub krócej, ale w niektórych gatunkach może wymagać więcej niż godziny.</li>
</ol>
Uwaga: Gdy szybkość przepływu jest bardzo niska (&lt;8 μg s-1), stabilność można określić, korzystając ze średniej kroczącej z ostatnich pięciu 30-sekundowych przedziałów.
<ol start="9">
 <li>Odrzuć pomiary, jeśli przepływ gwałtownie się zmieni, czy to z powodu nagłego zamknięcia aparatów szparkowych, czy też widocznego wycieku z uszczelnienia lub zablokowania systemu przez cząsteczki lub pęcherzyki powietrza.</li>
 <li>Gdy przepływ się ustabilizuje, zmierz temperaturę liścia za pomocą termopary.</li>
 <li>Szybko wyjmij liść z rurki, osusz ogonek i umieść liść w szczelnym worku, do którego wcześniej wydmuchano powietrze, aby zatrzymać transpirację.</li>
 <li>Pozostaw liść w worku do wyrównania parametrów przez co najmniej 20 min.</li>
 <li>Oblicz średnią z ostatnich 10 pomiarów prędkości przepływu. Będzie to pomiar E.</li>
 <li>Po wyrównaniu parametrów liścia zmierz końcowy potencjał wody w liściu (Ψfinal) za pomocą komory ciśnieniowej.</li>
 <li>Zmierz powierzchnię liścia za pomocą skanera płaskiego i oprogramowania do przetwarzania obrazów lub za pomocą miernika powierzchni liści.</li>
 <li>Kleaf oblicza się jako E / -ΔΨleaf (gdzie ΔΨleaf = Ψfinal - 0 MPa) i następnie normalizuje według powierzchni liścia. Jednostki to mmol m-2 s-1 MPa-1. Ponieważ liść znajduje się tuż nad poziomem wody w cylindrze miarowym, wpływ grawitacji na redukcję ciśnienia wody wnikającej do liścia byłby pomijalny, zwłaszcza w stosunku do Ψfinal, który zawsze wynosi &gt; -0.1 MPa.</li>
 <li>Aby skorygować zmiany Kleaf wywołane zależnością lepkości wody od temperatury15,19,20, zestandaryzuj wartości Kleaf do 25 °C, korzystając z następującego równania:</li>
</ol>
<img alt="Równanie współczynnika temperatury liścia, K_leaf(t), z parametrami i zmiennymi w formule matematycznej." fo:content-width="3.863in" fo:src="/files/ftp_upload/4179/4179eq1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/4179/4179eq1.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Równanie 1">
<ol start="18">
 <li>
Przewodność szparkowa (gs) może być określona jako E podzielone przez różnicę ciśnień pary wodnej między liściem a powietrzem, co odpowiada deficytowi ciśnienia pary (VPD), wyznaczanemu za pomocą czujnika temperatury i wilgotności względnej umieszczonego w sąsiedztwie liścia. VPD oblicza się przy użyciu następującego równania21</li>
</ol>
<img alt="Równanie deficytu ciśnienia pary, VPD=(1-RH/100)×(VP/AP), zależność wilgotności, wzór." src="/files/ftp_upload/4179/4179eq2.jpg" fo:content-width="1.67in" fo:src="/files/ftp_upload/4179/4179eq2highres.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Równanie 2"> 
gdzie RH to wilgotność względna, VP to ciśnienie nasycenia pary w powietrzu (w kPa; funkcja temperatury zgodnie z równaniem Ardena Bucka22), a AP to ciśnienie atmosferyczne (w kPa).
2. Pomiar przewodności hydraulicznej liści dla liści odwodnionych
<ol>
 <li>Zbierać pędy najlepiej wieczorem lub w nocy, gdy napięcie w ksylemie jest niskie; odciąć pędy w powietrzu i umieścić w ciemnych plastikowych woreczkach wypełnionych mokrymi ręcznikami papierowymi. W laboratorium odciąć pod wodą co najmniej dwa węzły z końca każdego pędu. Pozostawić pędy do rehydratacji przez noc w czystej wodzie lub innym roztworze, który będzie używany do pomiarów Kleaf. Jako roztwór przepływowy zaleca się wodę ultrapure, chyba że badane jest oddziaływanie różnych roztworów jako czynnik eksperymentalny.</li>
 <li>Pod wodą ultrapure pociąć pędy na segmenty posiadające co najmniej trzy liście, a następnie odwadniać pędy za pomocą wentylatora przez różne okresy czasu, aby uzyskać zakres wartości Ψleaf.</li>
 <li>Po odwadnianiu pędów założyć szczelne worki (Whirl-Pak; Nasco, Fort Atkinson, WI, USA), do których wcześniej wydmuchano powietrze, wokół każdego liścia pędu, a następnie umieścić cały pęd w dużym szczelnym worku z mokrym ręcznikiem papierowym.</li>
 <li>Pozostawić pęd do wyrównania stanu przez co najmniej 30 min (w przypadku silnie odwodnionych pędów może być konieczny dłuższy czas wyrównywania).</li>
 <li>Po wyrównaniu odciąć górny i dolny liść i zmierzyć początkowe Ψleaf (=Ψo) za pomocą komory ciśnieniowej.</li>
 <li>Odrzucić pęd, jeśli różnica w Ψleaf tych dwóch liści jest większa niż 0,1 MPa (dla silnie odwodnionych liści zakres ten można rozszerzyć do 0,3 MPa).</li>
 <li>Trzeci liść służy następnie do wyznaczenia Kleaf i gs za pomocą EFM, zgodnie z krokami od 1.2 do 1.18 opisanymi powyżej. Warto zauważyć, że stan stacjonarny E można uzyskać nawet dla liści, które zostały silnie odwodnione, ponieważ aparaty szparkowe wciąż się otwierają i generują wartości gs znacznie wyższe niż przewodność kutykularna17.</li>
 <li>Aby skonstruować krzywe podatności hydraulicznej, obliczyć Kleaf korzystając z Ψfinal jak w kroku 1.16, a następnie nanieść wartości Kleaf w funkcji niższej z wartości Ψo lub Ψfinal, tzn. najsilniejszego odwodnienia, jakiego doświadczył liść podczas eksperymentu (=Ψlowest). Podobnie spadek gs w odpowiedzi na odwodnienie liścia można wyznaczyć, nanosząc gs w funkcji Ψlowest. Wcześniejsze prace wykazały, że odwodnienie indukuje co najmniej częściowo nieodwracalny spadek Kleaf i gs14,16.</li>
 <li>Zaleca się uzyskanie co najmniej 6 wartości Kleaf na każdy przedział 0,5 MPa Ψlowest (przedział ten można zmniejszyć do 0,25 MPa, jeśli badany gatunek jest bardzo podatny na odwodnienie).</li>
 <li>Przeprowadzić test odstających wartości Dixona dla wartości Kleaf dla każdego przedziału potencjału wody 0,5 MPa Ψlowest, aby usunąć wartości odstające z krzywej podatności23.</li>
 <li>Ponieważ gatunki różnią się reakcjami Kleaf i gs na odwodnienie14,16, dopasować różne funkcje dla każdego gatunku i wybrać tę o największej wiarygodności (najniższa wartość AIC; szczegóły w 14). Zaleca się dopasowanie co najmniej czterech funkcji wcześniej stosowanych w literaturze: liniowej (<img alt="Równanie K_leaf dla transportu wody w liściach, równowaga statyczna, formuła naukowa." src="/files/ftp_upload/4179/4179eq3.jpg" fo:content-width="1.4in" fo:src="/files/ftp_upload/4179/4179eq3highres.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Równanie 3">), sigmoidalnej (<img alt="Diagram formuły Kleaf; równowaga statyczna; równanie potencjału wody w liściu; użytek edukacyjny." src="/files/ftp_upload/4179/4179eq4.jpg" fo:content-width="1.483in" fo:src="/files/ftp_upload/4179/4179eq4highres.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Równanie 4">), logistycznej (<img alt="Równanie równowagi statycznej, K_leaf = a/(1+(Ψ_leaf/x_0)^b), formuła matematyczna." src="/files/ftp_upload/4179/4179eq5.jpg" fo:content-width="1.7in" fo:src="/files/ftp_upload/4179/4179eq5highres.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Równanie 5">) oraz wykładniczej (<img alt="Równanie przewodnictwa liścia, formuła \( K_{\text{leaf}} = y_0 + ae^{-b\Psi_{\text{leaf}}} \), badanie botaniczne." src="/files/ftp_upload/4179/4179eq6.jpg" fo:content-width="1.583in" fo:src="/files/ftp_upload/4179/4179eq6highres.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Równanie 6">).</li>
</ol>
3. Reprezentatywne wyniki
Spadek hydraulicznej przewodności liści w wyniku odwodnienia różni się znacząco w zależności od gatunku (Rys. 1). Gatunki wrażliwe na suszę wykazują silniejszy spadek przy mniej ujemnych potencjałach wody niż gatunki bardziej odporne na suszę, przy pomiarach przeprowadzonych przy wysokim natężeniu promieniowania (PAR &gt; 1 000 μmol • m-2 • s-1). Potencjał wody przy 80% utracie przewodności hydraulicznej (P80) dla mesofilnego zioła Helianthus annuus był o 3 MPa mniej ujemny niż w przypadku Heteromeles arbutifolia, pochodzącej z kalifornijskiego chaparralu. Heteromeles arbutifolia reagowała liniowo na spadek potencjału wody, podczas gdy Helianthus annuus wykazała spadek nieliniowy.
Zarówno przewodność szparkowa (gs), jak i hydrauliczna przewodność liścia (Kleaf) mogą również gwałtownie reagować na natężenie oświetlenia (Rys. 2). W przypadku Raphiolepis indica przewodność szparkowa silnie spadała wraz z odwodnieniem w przypadku liści mierzonych przy wysokim natężeniu oświetlenia (PAR &gt; 1,000 μmol • m-2 • s-1) oraz przy świetle laboratoryjnym (PAR &lt; 6 μmol • m-2 • s-1). Przy wysokim natężeniu oświetlenia liście mierzone za pomocą EFM, które zostały odwodnione do potencjału wody typowego dla dobrze oświetlonych liści na nieuszkodzonych roślinach w południe, wykazały podobną wartość gs jak liście mierzone na nieuszkodzonych roślinach za pomocą porometru (gwiazdka na Rys. 2). Co istotne, dla liści przy maksymalnym nawodnieniu Kleaf była czterokrotnie wyższa dla liści wystawionych na wysokie niż niskie natężenie oświetlenia (11 vs 2,8 mmol m-2 s-1 MPa-1), a zatem Kleaf wykazywała silniejszą reakcję na światło w dobrze nawodnionych liściach niż gs. Ponadto przy wysokim natężeniu oświetlenia Kleaf spadała silniej wraz z odwodnieniem. Wartość P80 była o 0,93 MPa mniej ujemna przy wysokim niż niskim natężeniu oświetlenia.
<img alt="Wykres równowagi statycznej; Przewodność hydrauliczna liścia w funkcji potencjału wody dla analizy gatunków roślin." src="/files/ftp_upload/4179/4179fig1.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Rycina 1"> 
 Rycina 1. Krzywe podatności hydraulicznej liści dla gatunku wrażliwego na suszę (góra) i tolerancyjnego na suszę (dół) (z 14,24 ). Każdy punkt reprezentuje pojedynczy pomiar przewodności hydraulicznej liścia (Kleaf) na oddzielonym liściu z wykorzystaniem metody strumienia ewaporacyjnego (EFM). Pionowe słupki reprezentują potencjał wody, przy którym gatunki utraciły 80% początkowej przewodności hydraulicznej liścia (P80). Dla obu gatunków naniesiono funkcje najlepiej dopasowane z wykorzystaniem metody maksymalnej wiarygodności.
<img alt="Równanie fotosyntezy, Helianthus annuus, Heteromeles arbutifolia, potencjał wody w liściach, wzory." src="/files/ftp_upload/4179/4179eq7.jpg" fo:content-width="3.293in" fo:src="/files/ftp_upload/4179/4179eq7highres.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Równanie 7">
<img alt="Przewodność szparkowa i hydrauliczna liści Raphiolepis indica w funkcji potencjału wody; wykres analizy danych." src="/files/ftp_upload/4179/4179fig2.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Rycina 2"> 
 Rycina 2. Reakcja przewodności szparkowej (gs) oraz hydraulicznej liści (Kleaf) na spadek potencjału wody w liściach Raphiolepis indica mierzonego przy wysokim i niskim natężeniu promieniowania (z 16). (PAR &gt; 1 000 oraz &lt; 6 mmol • m-2 • s-1). Każdy punkt reprezentuje pojedynczy pomiar wykonany na odciętym liściu metodą strumienia ewaporacyjnego (EFM), gdzie białe i czarne kropki reprezentują liście mierzone odpowiednio przy wysokim i niskim natężeniu promieniowania. Równania dla krzywych przewodności szparkowej przy wysokim i niskim natężeniu promieniowania: <img alt="Równanie potencjału wody w liściu, formuła K_leaf, wykres porównawczy, analiza fizjologii roślin." src="/files/ftp_upload/4179/4179eq8.jpg" fo:content-width="4.727in" fo:src="/files/ftp_upload/4179/4179eq8highres.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Równanie 8"> oraz <img alt="Równanie przewodności szparkowej, g_s=63/[1+(Ψ_leaf/2.7)⁷.³], formuła matematyczna." src="/files/ftp_upload/4179/4179eq9.jpg" fo:content-width="2.26in" fo:src="/files/ftp_upload/4179/4179eq9highres.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Równanie 9">. Równania krzywych podatności przy wysokim i niskim natężeniu promieniowania: <img alt="Równanie K_leaf, formuła przewodności hydraulicznej liści, przedstawiona na schemacie do badań biologicznych." src="/files/ftp_upload/4179/4179eq10.jpg" fo:content-width="2.7in" fo:src="/files/ftp_upload/4179/4179eq10highres.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Równanie 10"> oraz <img alt="Równanie K_leaf; K_leaf=11/(1+(Ψ_leaf/0.59)^2.03); obliczanie parametru fizjologicznego." src="/files/ftp_upload/4179/4179eq11.jpg" fo:content-width="1.8in" fo:src="/files/ftp_upload/4179/4179eq11highres.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Równanie 11">. Szara gwiazdka na górnym panelu reprezentuje średnią ± błąd standardowy dla gs oraz potencjału wody w liściach mierzonych porometrem w południe na liściach całych roślin. Szare i czarne pionowe słupki na dolnym panelu reprezentują potencjał wody, przy którym gatunek ten utracił 80% początkowej przewodności hydraulicznej liści (P80) odpowiednio przy wysokim i niskim natężeniu promieniowania.

<ol><li>Tyree, M. T., Zimmermann, M. H. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aTyree%2C+MT+%22Xylem+Structure+and+the+Ascent+of+Sap%22">Xylem Structure and the Ascent of Sap</a>. , Springer. (2002).</li>
<li>Lawlor, D. W., Cornic, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photosynthetic+carbon+assimilation+and+associated+metabolism+in+relation+to+water+deficits+in+higher+plants%5BTitle%5D)+AND+%22Plant+Cell+Environ%22%5BJournal%5D)">Photosynthetic carbon assimilation and associated metabolism in relation to water deficits in higher plants.</a> Plant Cell Environ. 25, 275-294 (2002).</li>
<li>Sack, L., Holbrook, N. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Leaf+hydraulics%5BTitle%5D)+AND+%22Annual+Review+of+Plant+Biology%22%5BJournal%5D)">Leaf hydraulics.</a> Annual Review of Plant Biology. 57, 361-381 (2006).</li>
<li>Cochard, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Putative+role+of+aquaporins+in+variable+hydraulic+conductance+of+leaves+in+response+to+light%5BTitle%5D)+AND+%22Plant+Physiol%22%5BJournal%5D)">Putative role of aquaporins in variable hydraulic conductance of leaves in response to light.</a> Plant Physiol. 143, 122-133 (2007).</li>
<li>Johnson, D. M., Meinzer, F. C., Woodruff, D. R., McCulloh, K. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Leaf+xylem+embolism%2C+detected+acoustically+and+by+cryo-SEM%2C+corresponds+to+decreases+in+leaf+hydraulic+conductance+in+four+evergreen+species%5BTitle%5D)+AND+%22Plant+Cell+Environ%22%5BJournal%5D)">Leaf xylem embolism, detected acoustically and by cryo-SEM, corresponds to decreases in leaf hydraulic conductance in four evergreen species.</a> Plant Cell Environ. 32, 828-836 (2009).</li>
<li>Cochard, H., Froux, F., Mayr, F. F. S., Coutand, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Xylem+wall+collapse+in+water-stressed+pine+needles%5BTitle%5D)+AND+%22Plant+Physiol%22%5BJournal%5D)">Xylem wall collapse in water-stressed pine needles.</a> Plant Physiol. 134, 401-408 (2004).</li>
<li>Blackman, C. J., Brodribb, T. J., Jordan, G. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Leaf+hydraulic+vulnerability+is+related+to+conduit+dimensions+and+drought+resistance+across+a+diverse+range+of+woody+angiosperms%5BTitle%5D)+AND+%22New+Phytol%22%5BJournal%5D)">Leaf hydraulic vulnerability is related to conduit dimensions and drought resistance across a diverse range of woody angiosperms.</a> New Phytol. 188, 1113-1123 (2010).</li>
<li>Nardini, A., Salleo, S., Raimondo, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Changes+in+leaf+hydraulic+conductance+correlate+with+leaf+vein+embolism+in+Cercis+siliquastrum+L%5BTitle%5D)+AND+%22Trees--+Structure+and+Function%22%5BJournal%5D)">Changes in leaf hydraulic conductance correlate with leaf vein embolism in Cercis siliquastrum L.</a> Trees-- Structure and Function. 17, 529-534 (2003).</li>
<li>Trifilo, P., Nardini, A., Lo Gullo, H. A., Salleo, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Vein+cavitation+and+stomatal+behaviour+of+sunflower+%28Helianthus+annuus%29+leaves+under+water+limitation%5BTitle%5D)+AND+%22Physiol.+Plant%22%5BJournal%5D)">Vein cavitation and stomatal behaviour of sunflower (Helianthus annuus) leaves under water limitation.</a> Physiol. Plant. 119, 409-417 (2003).</li>
<li>Shatil-Cohen, A., Attia, Z., Moshelion, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bundle-sheath+cell+regulation+of+xylem-mesophyll+water+transport+via+aquaporins+under+drought+stress%3A+a+target+of+xylem-borne+ABA%5BTitle%5D)+AND+%22Plant+J%22%5BJournal%5D)">Bundle-sheath cell regulation of xylem-mesophyll water transport via aquaporins under drought stress: a target of xylem-borne ABA.</a> Plant J. 67, 72-80 (2011).</li>
<li>Engelbrecht, B. M. J., Velez, V., Tyree, M. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hydraulic+conductance+of+two+co-occuring+neotropical+understory+shrubs+with+different+habitat+preferences%5BTitle%5D)+AND+%22Ann.+For.+Sci%22%5BJournal%5D)">Hydraulic conductance of two co-occuring neotropical understory shrubs with different habitat preferences.</a> Ann. For. Sci. 57, 201-208 (2000).</li>
<li>Sheffield, J., Wood, E. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Projected+changes+in+drought+occurrence+under+future+global+warming+from+multi-model+multi-scenario%2C+IPCC+AR4+simulations%5BTitle%5D)+AND+%22Climate+Dynamics%22%5BJournal%5D)">Projected changes in drought occurrence under future global warming from multi-model multi-scenario, IPCC AR4 simulations.</a> Climate Dynamics. 31, 79-105 (2008).</li>
<li>Blackman, C. J., Brodribb, T. J., Jordan, G. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Leaf+hydraulic+vulnerability+influences+species%27+bioclimatic+limits+in+a+diverse+group+of+woody+angiosperms%5BTitle%5D)+AND+%22Oecologia%22%5BJournal%5D)">Leaf hydraulic vulnerability influences species' bioclimatic limits in a diverse group of woody angiosperms.</a> Oecologia. 168, 1-10 (2012).</li>
<li>Scoffoni, C., McKown, A. D., Rawls, M., Sack, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dynamics+of+leaf+hydraulic+conductance+with+water+status%3A+quantification+and+analysis+of+species+differences+under+steady-state%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Exp.+Bot%22%5BJournal%5D)">Dynamics of leaf hydraulic conductance with water status: quantification and analysis of species differences under steady-state.</a> J. Exp. Bot. 63, 643-658 (2012).</li>
<li>Sack, L., Melcher, P. J., Zwieniecki, M. A., Holbrook, N. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+hydraulic+conductance+of+the+angiosperm+leaf+lamina%3A+a+comparison+of+three+measurement+methods%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Exp.+Bot%22%5BJournal%5D)">The hydraulic conductance of the angiosperm leaf lamina: a comparison of three measurement methods.</a> J. Exp. Bot. 53, 2177-2184 (2002).</li>
<li>Guyot, G., Scoffoni, C., Sack, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Combined+impacts+of+irradiance+and+dehydration+on+leaf+hydraulic+conductance%3A+insights+into+vulnerability+and+stomatal+control%5BTitle%5D)+AND+%22Plant%2C+Cell+%26+Environment%22%5BJournal%5D)">Combined impacts of irradiance and dehydration on leaf hydraulic conductance: insights into vulnerability and stomatal control.</a> Plant, Cell & Environment. 35, 857-871 (2012).</li>
<li>Scoffoni, C., Pou, A., Aasamaa, K., Sack, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+rapid+light+response+of+leaf+hydraulic+conductance%3A+new+evidence+from+two+experimental+methods%5BTitle%5D)+AND+%22Plant+Cell+Environ%22%5BJournal%5D)">The rapid light response of leaf hydraulic conductance: new evidence from two experimental methods.</a> Plant Cell Environ. 31, 1803-1812 (2008).</li>
<li>Pasquet-Kok, J., Creese, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Turning+over+a+new+%22leaf%22%3A+multiple+functional+significances+of+leaves+versus+phyllodes+in+Hawaiian+Acacia+koa%5BTitle%5D)+AND+%22Plant%2C+Cell+%26+Environment%22%5BJournal%5D)">Turning over a new "leaf": multiple functional significances of leaves versus phyllodes in Hawaiian Acacia koa.</a> Plant, Cell & Environment. 33, 2084-2100 (2010).</li>
<li>Weast, R. C. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aWeast%2C+RC+%22Handbook+of+Chemistry+and+Physics%22">Handbook of Chemistry and Physics</a>. , 54th, CRC Press. (1974).</li>
<li>Yang, S. D., Tyree, M. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hydraulic+resistance+in+Acer+saccharum+shoots+and+its+influence+on+leaf+water+potential+and+transpiration%5BTitle%5D)+AND+%22Tree+Physiol%22%5BJournal%5D)">Hydraulic resistance in Acer saccharum shoots and its influence on leaf water potential and transpiration.</a> Tree Physiol. 12, 231-242 (1993).</li>
<li>Pearcy, R. W., Schulze, E. -D., Zimmermann, R. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aPearcy%2C+RW+%22Plant+Physiological+Ecology%3A+Field+Methods+and+Instrumentation%22">Plant Physiological Ecology: Field Methods and Instrumentation</a>. Pearcy, R. W., Ehleringer, J. R., Mooney, H. A., Rundel, P. W. , Kluwer Academic. 137-160 (2000).</li>
<li>Buck, A. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((New+equations+for+computing+vapor-pressure+and+enhancement+factor%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Meteorology%22%5BJournal%5D)">New equations for computing vapor-pressure and enhancement factor.</a> Journal of Applied Meteorology. 20, 1527-1532 (1981).</li>
<li><a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Biometry%22">Biometry</a>. Sokal, R. R., Rohlf, F. J. , 3rd, Freeman, W.H. (1995).</li>
<li>Scoffoni, C., Rawls, M., McKown, A., Cochard, H., Sack, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Decline+of+leaf+hydraulic+conductance+with+dehydration%3A+relationship+to+leaf+size+and+venation+architecture%5BTitle%5D)+AND+%22Plant+Physiol%22%5BJournal%5D)">Decline of leaf hydraulic conductance with dehydration: relationship to leaf size and venation architecture.</a> Plant Physiol. 156, 832-843 (2011).</li>
<li>Sack, L., Tyree, M. T. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aSack%2C+L+%22Vascular+Transport+in+Plants%22">Vascular Transport in Plants</a>. Holbrook, N. M., Zweiniecki, M. A. , Elsevier/Academic Press. (2005).</li>
<li>Nardini, A., Tyree, M. T., Salleo, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Xylem+cavitation+in+the+leaf+of+Prunus+laurocerasus+and+its+impact+on+leaf+hydraulics%5BTitle%5D)+AND+%22Plant+Physiol%22%5BJournal%5D)">Xylem cavitation in the leaf of Prunus laurocerasus and its impact on leaf hydraulics.</a> Plant Physiol. 125, 1700-1709 (2001).</li>
<li>Brodribb, T. J., Holbrook, N. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stomatal+closure+during+leaf+dehydration%2C+correlation+with+other+leaf+physiological+traits%5BTitle%5D)+AND+%22Plant+Physiol%22%5BJournal%5D)">Stomatal closure during leaf dehydration, correlation with other leaf physiological traits.</a> Plant Physiol. 132, 2166-2173 (2003).</li>
<li>Blackman, C. J., Brodribb, T. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Two+measures+of+leaf+capacitance%3A+insights+into+the+water+transport+pathway+and+hydraulic+conductance+in+leaves%5BTitle%5D)+AND+%22Funct.+Plant+Biol%22%5BJournal%5D)">Two measures of leaf capacitance: insights into the water transport pathway and hydraulic conductance in leaves.</a> Funct. Plant Biol. 38, 118-126 (2011).</li>
<li>Nardini, A., Raimondo, F., Lo Gullo, M. A., Salleo, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Leafminers+help+us+understand+leaf+hydraulic+design%5BTitle%5D)+AND+%22Plant+Cell+Environ%22%5BJournal%5D)">Leafminers help us understand leaf hydraulic design.</a> Plant Cell Environ. 33, 1091-1100 (2010).</li>
<li>Sheriff, D. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evaporation+sites+and+distillation+in+leaves%5BTitle%5D)+AND+%22Ann.+Bot%22%5BJournal%5D)">Evaporation sites and distillation in leaves.</a> Ann. Bot. 41, 1081-1082 (1977).</li>
<li>Canny, M. J., Huang, C. X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Leaf+water+content+and+palisade+cell+size%5BTitle%5D)+AND+%22New+Phytol%22%5BJournal%5D)">Leaf water content and palisade cell size.</a> New Phytol. 170, 75-85 (2006).</li>
<li>Santiago, L. S., Mulkey, S. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+test+of+gas+exchange+measurements+on+excised+canopy+branches+of+ten+tropical+tree+species%5BTitle%5D)+AND+%22Photosynthetica%22%5BJournal%5D)">A test of gas exchange measurements on excised canopy branches of ten tropical tree species.</a> Photosynthetica. 41, 343-347 (2003).</li>
<li>Sack, L., Cowan, P. D., Jaikumar, N., Holbrook, N. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+%27hydrology%27+of+leaves%3A+co-ordination+of+structure+and+function+in+temperate+woody+species%5BTitle%5D)+AND+%22Plant+Cell+Environ%22%5BJournal%5D)">The 'hydrology' of leaves: co-ordination of structure and function in temperate woody species.</a> Plant Cell Environ. 26, 1343-1356 (2003).</li>
</ol>

Brak zadeklarowanych konfliktów interesów.

Przedstawiona tutaj metoda strumienia odparowania pozwala na stosunkowo szybkie (30 min) oznaczenie hydraulicznej przewodności liści w warunkach laboratoryjnych przy jednoczesnym pomiarze przewodności szparkowej.
Metoda EFM jest do tej pory metodą, która w najwyższym stopniu odzwierciedla naturalną drogę wody w liściach, biorąc pod uwagę, że woda paruje w przestrzeniach międzykomórkowych liścia i dyfunduje przez aparaty szparkowe15. Istnieje szereg innych metod eksperymentalnych do wyznaczania Kleaf25, z których trzy są szczególnie powszechne. (1) W metodzie przepływu pod wysokim ciśnieniem (HPFM) woda jest tłoczona przez liść pod wysokim ciśnieniem15,26. Jednak za pomocą tej metody nie można uzyskać krzywych podatności, ponieważ przyłożone ciśnienia dodatnie mogą wypełnić emboli i nawodnić tkankę mezofylu. (2) W metodzie kinetyki rehydratacji (RKM) wartość Kleaf oblicza się, wykorzystując analogię między rehydratacją odwodnionych liści a ładowaniem kondensatora połączonego szeregowo z rezystorami27,28. Metoda ta jest szybka, ale nie odtwarza całego systemu naturalnych dróg transpiracyjnych w liściu i nie jest łatwa do zmodyfikowania w celu pomiaru w liściach zaaklimatyzowanych do wysokiego napromieniowania. (3) W metodzie pompy próżniowej (VPM) liść umieszcza się w komorze, a jego ogonek połączony jest ze źródłem wody na wadze, podczas gdy do liścia przykłada się próżnię o różnej intensywności, co wymusza utratę wody z liścia15,26. Metoda ta może być czasochłonna. Wykazano, że pomiary z zastosowaniem wszystkich trzech metod dają spójne wyniki15,28,29, dlatego często stosuje się metodę EFM, ze względu na oparcie jej na transpiracyjnym ruchu wody, względną szybkość oraz możliwość modyfikacji w celu pomiaru Kleaf w różnych warunkach.
Wszystkie typowe metody stosowane do wyznaczania Kleaf wiążą się z pewnym stopniem niepewności w dokładnym określeniu siły napędowej odpowiadającej transpiracji25. W EFM wartość ΔΨleaf wykorzystywana do obliczenia Kleaf jest niższa niż rzeczywista siła napędowa, ponieważ opiera się ona na całkowitym Ψleaf po wyrównaniu ciśnienia liścia w bombie ciśnieniowej. W tym momencie całkowity Ψleaf niekoniecznie reprezentuje potencjał wody w komórkach na końcu ścieżki hydraulicznej, w których woda odparowuje, lecz stanowi raczej średnią ważoną objętościowo dla nielicznych komórek o niskim potencjale wody, w których woda przemieszcza się i odparowuje, oraz dla bardziej licznych komórek o wysokim potencjale wody, które mogą być odizolowane od strumienia transpiracyjnego. Zatem stopień, w jakim Ψleaf różni się od rzeczywistej siły napędowej, zależy od tego, w którym miejscu liścia odparowuje woda. Jeśli woda odparowuje w całym liściu, całkowity Ψleaf może być bliski rzeczywistej sile napędowej, a jeśli woda odparowuje tylko z nielicznych komórek w pobliżu aparatów szparkowych, całkowity Ψleaf może znacząco zaniżać rzeczywistą siłę napędową, t.j. potencjał wody w tych komórkach może być w rzeczywistości znacznie niższy, a zatem rzeczywiste Kleaf byłoby niższe niż wyznaczone za pomocą EFM. Zatem stopień, w jakim Kleaf wyznaczony metodą EFM reprezentuje rzeczywiste Kleaf, jest zależny od ścieżek przepływu wody, które wciąż nie są dobrze poznane. Choć EFM dostarcza danych zgodnych z wynikami innych metod pomiaru Kleaf (patrz wyżej) i doskonale nadaje się do zastosowań porównawczych, możliwość występowania różnic międzygatunkowych w ścieżkach przepływu wody przez mezofil wymaga dalszych badań. Rzeczywiście, nawet w przypadku liści danego gatunku, ścieżki te mogą różnić się w zależności od warunków, np. przy różnym natężeniu promieniowania i obciążeniu cieplnym4,30 lub różnym statusie wodnym (uwzględniając skurcz tkanek)31. Dalsza wiedza na temat ścieżek transportu wody pozwoliłaby zatem wykorzystać EFM do analizy wpływu zmieniających się ścieżek na całkowity hydrauliczny transport liściowy.
Pomiar przewodności szparkowej w EFM daje zalety w postaci możliwości określenia odpowiedzi na natężenie promieniowania i odwodnienie oraz zapewnia dopasowane odpowiedzi gs do Kleaf. Dodatkowo, za pomocą tej metody można ocenić wpływ wcześniejszego odwodnienia liścia z następującą po nim rehydratacją na gs. Metoda ta ma jednak dwie potencjalne wady. Po pierwsze, pomiar gs jest wykonywany na wyciętym liściu, a nie na nienaruszonej roślinie, a po drugie, oznaczenie przewodności szparkowej opiera się na pomiarze parametrów klimatycznych w pewnej odległości od liścia, a nie bezpośrednio przy nim, jak w komorze porometru, choć wentylacja liścia za pomocą wentylatora wyrównuje warunki na powierzchni liścia z powietrzem otaczającym. U niektórych gatunków wycięte liście mogą wykazywać inną odpowiedź szparkową niż liście na nienaruszonej roślinie 16,32. Jednak w przypadku kilku gatunków wartość gs oszacowana za pomocą EFM była zbliżona do wartości zmierzonych porometrem na nienaruszonych roślinach dla liści przy południowej wartości Ψleaf16 (Rys. 2).
Metoda EFM może być zastosowana do uzyskania wglądu w procesy fizjologiczne, t.j. do badania dynamiki Kleaf, jej podstaw w strukturze i anatomii oraz reakcji na czynniki środowiskowe. Ponadto metodę tę można wykorzystać do porównania roślin danego gatunku hodowanych w różnych warunkach lub w różnym wieku, a także do porównania roślin różnych gatunków przystosowanych do odmiennych środowisk.
Poprzez konstruowanie krzywych podatności liści na kawitację można uzyskać wgląd w mechanizmy tolerancji gatunków na suszę. Wykazano, że podczas suszy w ksylemie liści niektórych gatunków dochodzi do kawitacji i zapadania się komórek, a kurczenie się komórek mezofilu podczas dehydratacji może również wpływać na ruch wody (przegląd w 14). Przyszłe badania będą niezbędne do określenia względnego znaczenia każdego z tych procesów w powodowaniu spadku Kleaf i zamykania się aparatów szparkowych.
Natężenie promieniowania jest również silnym czynnikiem wpływającym na Kleaf, a metoda EFM jest wysoce odpowiednia do pomiarów przy wysokim natężeniu promieniowania. Połączona odpowiedź akwaporyn na natężenie promieniowania i suszę powinna wzbudzić duże zainteresowanie. Wysokie natężenie promieniowania prowadzi do zwiększonej ekspresji i/lub aktywacji akwaporyn, co umożliwia szybszy przepływ wody przez żywe komórki, zwiększając Kleaf, podczas gdy odwodnienie prowadzi do zmniejszonej ekspresji i/lub dezaktywacji akwaporyn, co redukuje Kleaf. Połączony wpływ natężenia promieniowania i podaży wody na Kleaf wymaga dalszych badań4,10,16,33.
Ponadto, w różnych gatunkach, Kleaf oraz jego podatność na spadek były wiązane z rozmieszczeniem gatunków w zależności od dostępności wody i innych zasobów3,13,24. Gatunki z obszarów suchych wykazują tendencję do większej odporności na spadek hydrauliczny, mierząc się z bardziej ujemnymi potencjałami wody w glebie; utrzymując wysoką wartość Kleaf przy bardziej ujemnych potencjałach wody, mogą one zachować wysoką wartość gs i kontynuować wiązanie CO2 w procesie fotosyntezy13,14. Zatem badanie hydraulicznych właściwości liści dostarcza wiedzy na poziomie komórki, liścia oraz całej rośliny i jej reakcji na środowisko, co prawdopodobnie doprowadzi do wielu istotnych nowych odkryć na wszystkich skalach.

pomiar przewodności hydraulicznej liści oraz przewodności szparkowej i ich odpowiedzi na natężenie promieniowania oraz odwodnienie z wykorzystaniem metody strumienia ewaporacyjnego (efm)

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

Woda jest kluczowym zasobem, a system transportu wody w roślinie wyznacza granice maksymalnego wzrostu i tolerancji na suszę. Gdy rośliny otwierają aparaty szparkowe, aby osiągnąć wysoką przewodność szparkową (gs) w celu pobrania CO2 do procesu fotosyntezy, woda jest tracona w wyniku transpiracji1,2. Woda odparowująca z przestrzeni międzykomórkowych jest zastępowana wodą z ścian komórkowych, co z kolei pobiera wodę z ksylemu żyłek liściowych, a następnie z ksylemu łodyg i korzeni. W miarę przesuwania się wody przez system napotyka ona opór hydrauliczny, co powoduje powstanie napięcia w całym systemie oraz niski potencjał wody w liściu (Ψleaf). Sam liść stanowi krytyczne wąskie gardło w całym systemie rośliny, odpowiadając średnio za 30% hydraulicznego oporu rośliny3. Przewodność hydrauliczna liścia (Kleaf = 1/ hydrauliczny opór liścia) jest stosunkiem szybkości przepływu wody do gradientu potencjału wody w liściu i podsumowuje zachowanie złożonego systemu: woda przemieszcza się przez ogonek liściowy i kilka rzędów żyłek, wydostaje się do pochewek wiązkowych i przechodzi przez komórki mezofila lub wokół nich, zanim odparuje do przestrzeni powietrznej i zostanie utracona przez szparki. Kleaf budzi duże zainteresowanie jako ważna cecha fizjologiczna służąca do porównywania gatunków, ilościowo określająca skuteczność struktury i fizjologii liścia w transporcie wody, a także kluczowa zmienna do badania związku z wariacjami w strukturze (np. w architekturze unerwienia liści) oraz jej wpływu na gazową wymianę w fotosyntezie. Ponadto Kleaf silnie reaguje na wewnętrzne i zewnętrzne środowisko liścia3. Kleaf może gwałtownie wzrastać wraz z natężeniem promieniowania, co wynika prawdopodobnie ze zmian w ekspresji i aktywacji akwaporyn, białek zaangażowanych w transport wody przez błony4, natomiast Kleaf silnie spada podczas suszy z powodu kawitacji i/lub zapadania się naczyń ksylemu, oraz/lub utraty przepuszczalności tkanek pozaksylematycznych wskutek kurczenia się komórek mezofila i pochewek wiązkowych lub dezaktywacji akwaporyn5-10. Ponieważ Kleaf może ograniczać gs i tempo fotosyntezy u różnych gatunków w warunkach dobrego nawodnienia oraz podczas suszy, a tym samym ograniczać wydajność całej rośliny, może ona determinować rozmieszczenie gatunków, szczególnie w obliczu zwiększającej się częstotliwości i nasilenia susz11-14.
Przedstawiamy prostą metodę jednoczesnego oznaczania Kleaf oraz gs w wyciętych liściach. Transpirujący liść zostaje połączony za pomocą ogonka liściowego z rurką prowadzącą do źródła wody umieszczonego na wadze. Ubytek wody z wagi jest rejestrowany w celu obliczenia szybkości przepływu przez liść. Po osiągnięciu stanu stacjonarnej transpiracji (E, mmol • m-2 • s-1), wartość gs wyznacza się poprzez podzielenie przez deficyt ciśnienia pary, a wartość Kleaf poprzez podzielenie przez siłę napędową potencjału wody wyznaczoną za pomocą komory ciśnieniowej (Kleaf= E /- Δψleaf, MPa)15.
Metodę tę można wykorzystać do oceny odpowiedzi Kleaf na różne natężenia oświetlenia oraz podatności Kleaf na odwodnienie14,16,17.

Opisujemy stosunkowo szybką (30 min) i realistyczną metodę jednoczesnego pomiaru przewodności hydraulicznej liścia (Kleaf) oraz przewodności szparkowej (gs) dla transpirujących liści odciętych. Metodę tę można zmodyfikować w celu pomiaru odpowiedzi Kleaf oraz gs na światło i odwodnienie.

Pomiar przewodności hydraulicznej liści oraz przewodności szparkowej i ich odpowiedzi na natężenie promieniowania oraz odwodnienie z wykorzystaniem metody strumienia ewaporacyjnego (EFM)

Woda jest kluczowym zasobem, a roślinny system transportu wody wyznacza granice maksymalnego wzrostu oraz tolerancji na suszę. Gdy rośliny otwierają swoje aparaty szparkowe, aby...

Ogólnym celem następnego eksperymentu jest pomiar wydajności transportu wody przez liść, znanego również jako hydrauliczna przewodność liścia K leaf. Metoda ta pozwala na jednoczesne określenie przewodności szparkowej dla liścia przy znanym poziomie statusu nawodnienia i natężeniu promieniowania. K leaf jest istotnym czynnikiem determinującym gospodarkę wodną roślin, tempo fotosyntezy, wzrost oraz adaptację ekologiczną.Pomiar ten opiera się na wyciętych pędach z trzema liśćmi, odwodnionych do określonego potencjału wody w liściu, który zostanie zmierzony w drugim kroku na dwóch liściach pędu przy użyciu komory ciśnieniowej. W trzecim liściu zostanie najpierw zmierzona przewodność hydrauliczna liścia K za pomocą metody strumienia ewaporacyjnego przy określonym natężeniu promieniowania, aby wyznaczyć szybkość przepływu przez liść. Następnie, po osiągnięciu stanu ustalonego przepływu, rejestruje się szybkość przepływu, a liść umieszcza się w komorze ciśnieniowej, aby wyznaczyć siłę napędową potencjału wody odpowiadającą tej szybkości przepływu.Pozwoli nam to obliczyć kle poprzez podzielenie szybkości przepływu przez siłę napędową potencjału wody. Przewodność szparkową S można uzyskać, dzieląc szybkość przepływu przez różnicę ciśnień pary między liściem a powietrzem. Wyniki uzyskane w pobliżu liścia wykazują, że spadek przewodności hydraulicznej liścia oraz przewodności somatycznej S wraz z potencjałem wody zależy od natężenia promieniowania i różni się w zależności od gatunków, co ma istotne znaczenie dla fizjologii, funkcjonowania całej rośliny oraz ekologii.Główną zaletą tej techniki w porównaniu z innymi metodami pomiaru hydrauliki liści, takimi jak przepływomierz wysokociśnieniowy, metoda kinetyki rehydratacji czy metoda pompy próżniowej, jest fakt, że ruch wody przez liść przebiega naturalnymi drogami transpiracji. Metoda ta może pomóc w odpowiedzi na kluczowe pytania z zakresu fizjologii i ekologii roślin, na przykład dotyczące tego, w jaki sposób budowa liści umożliwia optymalne funkcjonowanie rośliny w określonym środowisku oraz jak wrażliwe są poszczególne gatunki na zmiany środowiskowe, takie jak susza. Pobierz pędy wieczorem lub w nocy i umieść je w ciemnej plastikowej torbie wypełnionej mokrymi ręcznikami papierowymi.Następnie w laboratorium pod wodą odetnij co najmniej dwa węzły z końców każdego pędu, rehydratuj przez noc w czystej wodzie lub w innym roztworze przeznaczonym do pomiarów kle. Odetnij liść od pędu świeżym ostrzem żyletki, zanurzając go w częściowo odgazowanym roztworze. Następnie owiń rozciągnięty parafilm wokół płatka, aby zapewnić szczelne połączenie między płatkiem a rurką.Po usunięciu pęcherzyków powietrza i otwarciu zaworu w układzie, podłącz liść do rurki silikonowej w wodzie ultraczystej, aby zapobiec przedostaniu się powietrza do systemu. Gdy liść zostanie uniesiony ponad źródło wody, woda wewnątrz rurki znajdzie się pod ciśnieniem subatmosferycznym. Jeśli do rurki nie przedostanie się powietrze, oznacza to, że uszczelnienie jest prawidłowe.Alternatywnie, w przypadku liści o szczególnie złożonych kształtach lub źdźbeł trawy, można zastosować złączkę ściskaniową z gumową uszczelką; liście te można owinąć wokół plastikowego pręta i uszczelnić wspomnianą złączką. Należy zauważyć, że rurka od liścia prowadzi przez strzykawkę z kurkiem do cylindra miernego umieszczonego na wadze, która co 30 s przesyła dane do komputera w celu obliczenia szybkości przepływu przez powierzchnię liścia. Liście przymocowano powierzchnią osiową do góry w drewnianych ramach za pomocą żyłki wędkarskiej. Ramę z liściem należy umieścić nad dużym wentylatorem pudełkowym i pod źródłem światła emitującym promieniowanie fotosyntetycznie czynne, pozycjonując liście nieco powyżej poziomu menisku w cylindrze miernym. Ponieważ liść znajduje się powyżej poziomu wody w cylindrze miernym, wszelkie pobieranie wody przez liść jest napędzane przez transpirację.Należy zwrócić uwagę, że wewnątrz komory wagi znajdują się małe pojemniki wypełnione mokrymi ręcznikami papierowymi, aby zapewnić nasycenie powietrza w wadze wodą. Przed umieszczeniem liścia, w celu zweryfikowania, czy woda ze źródła nie odparowuje do atmosfery wewnątrz wagi, należy zatrzymać przepływ za pomocą czworodrożnego zaworu odcinającego w prowadzeniu i sprawdzić, czy masa cylindra z wodą na wadze nie maleje. Przezroczysty pojemnik z Pyrexu umieszczony nad liściem będzie pochłaniać ciepło lampy. Należy utrzymywać temperaturę liścia w zakresie od 23 do 28 °C przez cały czas trwania eksperymentu, dolewając zimnej wody do pojemnika z Pyrexu.Pozostaw liść w systemie na co najmniej 30 minut, aby mógł transpirować, a następnie poczekaj, aż szybkość przepływu się ustabilizuje; zweryfikuj, czy współczynnik zmienności wynosi mniej niż 5% na podstawie co najmniej pięciu pomiarów w 32-sekundowych odstępach czasu. Jest niezbędne, aby szybkość przepływu osiągnęła stan stacjonarny. Ponieważ metoda ta zakłada stabilny przepływ, należy odrzucić wszelkie pomiary, jeśli szybkość przepływu w liściu ulegnie zmianie. Może to być spowodowane zamknięciem wiązek przewodzących łodygi, nieszczelnością uszczelki lub zablokowaniem systemu przez cząsteczki bądź pęcherzyki powietrza.Gdy liść osiągnie stan stacjonarny, należy zmierzyć temperaturę liścia za pomocą termopary. Szybko wyjmij liść z końcówki rurki, osusz go i umieść w szczelnym worku, do którego wcześniej wydmuchano powietrze, aby zatrzymać transpirację, a następnie włóż ten worek do drugiego worka. Pozostaw liść w worku na co najmniej 20 minut w celu wyrównania temperatury.Oblicz średnią z ostatnich 10 pomiarów natężenia przepływu. Następnie zmierz końcowy potencjał wody w liściu za pomocą komory ciśnieniowej. Zmierz również powierzchnię liścia.Oblicz teraz przewodność hydrauliczną liścia i znormalizuj ją względem powierzchni liścia, aby skorygować zmiany wywołane temperaturą i zależnością od lepkości wody. Standaryzuj wartości K liścia do 25 °C, wykorzystując deficyt ciśnienia pary z stacji pogodowej. Wyznacz przewodność szparek zgodnie z opisem w towarzyszącym tekście.Zbierz pędy wieczorem lub w nocy i umieść je w ciemnej plastikowej torbie wypełnionej mokrymi ręcznikami papierowymi. Następnie w laboratorium, pod wodą, odetnij co najmniej dwa węzły z końca każdego pędu i pozostaw je do rehydratacji przez noc w czystej wodzie lub innym roztworze przeznaczonym do pomiarów K w liściach.Do każdego nocnego nawadniania i pomiaru zalecamy stosowanie wody, chyba że celem badania jest analiza wpływu różnych roztworów jako czynnika. W wodzie ultra-czystej należy pociąć pędy na segmenty składające się z co najmniej trzech liści. Następnie, przy użyciu wentylatora, należy odwadniać pędy przez różne odstępy czasu.Aby uzyskać zakres potencjałów wody w liściach, należy wydychać powietrze do szczelnych woreczków i umieścić je wokół każdego liścia pędu. Następnie należy przykryć cały pęd dużym szczelnym workiem, do którego dodano mokre ręczniki papierowe, i pozostawić do wyrównania potencjałów przez co najmniej 30 minut. Następnie należy odciąć liście górny i dolny.Zmierz początkowy potencjał wody w liściu za pomocą komory ciśnieniowej. Odrzuć pędy. Jeśli różnica w potencjale wody między dwoma liśćmi przekracza 0,1 MPa, w przypadku liści silnie odwodnionych zakres ten można rozszerzyć do 0,3 MPa. Przejdź do trzeciego liścia, aby określić potencjał wody w liściu oraz przewodność aparatów szparkowych.Zgodnie z opisaną wcześniej metodą strumienia parowania, należy sporządzić krzywe podatności hydraulicznej oraz wykreślić spadek przewodności szparkowej. W odpowiedzi na odwodnienie liści zaleca się uzyskanie co najmniej sześciu wartości K liścia dla każdego przedziału potencjału wody w liściu wynoszącego 0,5 megapascal. Przedział ten można zmniejszyć do 0,25 megapascal w przypadku gatunków wrażliwych na suszę.Następnie należy przeprowadzić test Dixon do usunięcia wartości odstających z krzywej podatności. Ponieważ gatunki różnią się reakcjami na odwodnienie, dopasowuje się różne funkcje dla każdego gatunku i wybiera model o największym prawdopodobieństwie. Zalecamy dopasowanie co najmniej czterech funkcji wcześniej stosowanych w literaturze. Spadek hydraulicznej przewodności liści wraz z odwodnieniem różni się bardzo silnie pomiędzy gatunkami.Przy wysokim natężeniu promieniowania gatunki wrażliwe na suszę wykazują silniejszy spadek przewodności hydraulicznej przy mniej ujemnych potencjałach wody niż gatunki bardziej odporne na suszę. Potencjał wody przy 80% utracie przewodności hydraulicznej dla rośliny Hetus Annuus był o trzy megapaskale mniej ujemny niż w przypadku Heteros are Beau Folia, pochodzącej z kalifornijskiego chaparralu. Co ciekawe, Heteros are beauti Folia reagowała liniowo na spadek potencjału wody.Podczas gdy Heus Annuus wykazał nieliniowy spadek. Tutaj zarówno przewodność szparkowa, jak i hydrauliczna przewodność liścia reagują gwałtownie na natężenie promieniowania. W przypadku opus indica przewodność szparkowa silnie spada podczas dehydratacji w odniesieniu do liści mierzonych przy wysokim natężeniu promieniowania, a także w warunkach oświetlenia laboratoryjnego naśladującego warunki dobrze oświetlonych liści na nienaruszonych roślinach.W południe dane EFM wskazują, że liście poddane wysokiemu natężeniu promieniowania i odwodnione do tego samego potencjału wodnego liścia wykazują podobną przewodność stomatyczną jak liście mierzone na nieuszkodzonych roślinach, przy czym parametr ten jest wyraźny w liściach dobrze nawodnionych; przewodność hydrauliczna wykazuje silniejszą odpowiedź na światło niż przewodność stomatyczna przy maksymalnym nawodnieniu. Przewodność hydrauliczna liści była czterokrotnie wyższa dla liści narażonych na wysokie natężenie promieniowania w porównaniu do niskiego; przy wysokim natężeniu promieniowania przewodność hydrauliczna liści spadała silniej wraz z odwodnieniem. Potencjał wody przy 80% utracie przewodności hydraulicznej był o 0,93 megapascala mniej ujemny przy wysokim niż przy niskim natężeniu promieniowania.Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze rozumieć, jak mierzyć maksymalną przewodność hydrauliczną liścia oraz przewodność metalu łodygi, a także jak konstruować krzywe mobilności letalnej. Po opanowaniu EFM technika ta może być prawidłowo wykonana w czasie krótszym niż jedna godzina na liść. Pamiętaj, aby utrzymać roztwór przepływowy w czystości i unikać powstawania pęcherzyków powietrza.Należy również czyścić system co najmniej raz w tygodniu, płucząc cały układ rurek i pojemników 10% roztworem wybielacza przez 20 minut, a następnie płucząc go i napełniając napowietrzonym roztworem przepływowym. Technika ta pozwala fizjologom roślin badać, w jaki sposób i dlaczego poszczególne gatunki różnią się pod względem przewodnictwa hydraulicznego liści oraz jego reakcji na środowisko w odniesieniu do szerokiego spektrum gatunków roślin.

measurement-leaf-hydraulic-conductance-stomatal-conductance-their

Research

JoVE Journal

Biology

Biologia

Pomiar przewodności hydraulicznej liści i przewodności szparek oraz ich reakcje na natężenie światła i odwodnienie z wykorzystaniem metody strumienia parowania (EFM)

Opracowaliśmy prosty i powtarzalny protokół badania odpowiedzi aparatów szparkowych na żywe bakterie. Metoda ta minimalizuje uszkadzanie i manipulację liściem w porównaniu do wcześniej opisanego zastosowania preparatów z naskórka liści.

Ocena reakcji aparatów szparkowych na żywe komórki bakteryjne z wykorzystaniem obrazowania całych liści

Odnawianie powierzchni to metoda mikrometeorologiczna, która jest coraz częściej używana do określania strumieni energii, ale jej techniczna złożoność czyni ją niedostępną dla szerokiego grona odbiorców. Opisujemy kroki niezbędne do skonfigurowania i skalibrowania stacji terenowej do odnawiania powierzchni, do pozyskiwania i przetwarzania danych oraz do prawidłowej interpretacji wyników.

Odnawianie powierzchni: zaawansowana metoda mikrometeorologiczna do pomiaru i przetwarzania danych o gęstości strumienia energii w skali pola

Odkrycie, w jaki sposób fizjologia i morfologia są ze sobą powiązane, pozwala na głębsze zrozumienie mechanistycznego funkcjonowania liści roślin. Przedstawiono zarówno procedurę wyprowadzania parametrów regulacji aparatów szparkowych na podstawie pomiarów przewodności aparatów szparkowych, jak i korelacje z tradycyjnymi funkcjonalnymi cechami liści.

Powiązanie przewodnictwa aparatów szparkowych z cechami funkcjonalnymi liści

Metoda została opracowana w celu określenia właściwej pojemności cieplnej i przewodności cieplnej tkanki liścia za pomocą nieinwazyjnego, bezdotykowego sondowania laserowego w bliskiej podczerwieni, które wymaga mniej niż 1 minuty na próbkę.

Szybka metoda sondowania laserowego umożliwia nieinwazyjne i bezdotykowe określanie właściwości termicznych liści

Opisujemy nowe techniczne podejście do badania reakcji fotosyntezy u wyższych roślin, obejmujące jednoczesne pomiary fluorescencji chlorofilu a i reflektancji liści za pomocą PAM i radiometru spektralnego do wykrywania sygnałów z tego samego obszaru liści u Arabidopsis.

Ocena zachowań fotosyntetycznych poprzez jednoczesne pomiary współczynnika odbicia liści i analizy fluorescencji chlorofilu

Udostępniamy metodę identyfikacji modulatorów transpiracji dolistnej poprzez zakrojone na szeroką skalę badania przesiewowe biblioteki złożonej.

Identyfikacja nowych regulatorów transpiracji roślin za pomocą wielkoskalowych badań termowizyjnych u Helianthus annuus

Tutaj prezentujemy prostą metodę bezpośredniej obserwacji i automatycznego pomiaru reakcji aparatów szparkowych na inwazję bakterii u Arabidopsis thaliana. Metoda ta wykorzystuje przenośne urządzenie do obrazowania aparatów szparkowych wraz z potokiem analizy obrazu przeznaczonym do obrazów liści zarejestrowanych przez urządzenie.

Bezpośrednia obserwacja i automatyczny pomiar reakcji aparatów szparkowych na Pseudomonas syringae pv. pomidor DC3000 w rzodkiewniku pospolitym (Arabidopsis thaliana)

Zaprojektowaliśmy protokół fenotypowania oparty na obrazach, aby określić morfologiczne i fizjologiczne reakcje na pojedyncze i skojarzone zabiegi upałów, suszy i podlewania. Podejście to umożliwiło identyfikację wczesnych, późnych i regeneracyjnych reakcji na poziomie całego zakładu, w szczególności części nadziemnych, a także podkreśliło konieczność stosowania wielu czujników obrazowania.

Wysokoprzepustowe fenotypowanie oparte na obrazie w celu określenia morfologicznych i fizjologicznych odpowiedzi na pojedyncze i połączone stresy u ziemniaka

Ten artykuł przedstawia prosty eksperyment z parowaniem przy użyciu przyrządu do właściwości hydraulicznych dla próbki gleby. Dzięki wydajnym metodom pomiary mogą być wykonywane w ciągu kilku dni w celu wygenerowania wysokiej jakości danych.

Pomiary potencjału wodnego i przewodności gleby w oparciu o prosty eksperyment parowania przy użyciu analizatora właściwości hydraulicznych

Opisano profilowanie stabilnych izotopów za pomocą analizy chromatografii gazowej sprzężonej ze spektrometrią mas w celu badania przepływu metabolitów pośrednich u nicienia Caenorhabditis elegans. Szczegółowo przedstawiono metody oceny wzbogacenia izotopowego w dwutlenku węgla, kwasach organicznych i aminokwasach po ekspozycji na izotopy, zarówno podczas rozwoju na płytkach agarowych, jak i w okresie dorosłości w hodowli ciekłej.

Stabilne profilowanie izotopowe strumieni metabolicznych produktów pośrednich u Caenorhabditis elegans w stadium rozwojowym i dorosłym

Poznaj metodę strumienia parowania do pomiaru przewodności hydraulicznej liści i przewodności szparkowej u roślin. Technika ta umożliwia badanie reakcji na natężenie promieniowania i odwodnienie w różnych gatunkach.

Pomiar przewodności hydraulicznej liści i przewodności szparkowej oraz ich reakcji na natężenie promieniowania i odwodnienie metodą strumienia parowania (EFM) (Wideo) | JoVE Journal

Pomiar przewodności hydraulicznej liści oraz przewodności szparkowej i ich odpowiedzi na natężenie promieniowania oraz odwodnienie z wykorzystaniem metody strumienia ewaporacyjnego (EFM)

Przeglądaj więcej filmów