Vi beskriver et forholdsvis hurtigt (30 min) og realistisk fremgangsmåde til samtidig måling af blad hydrauliske konduktans (<em> K</em<sub> Blad</sub>) Og stomatakonduktans (<em> G</em<sub> S</sub>) For åndende udskårne blade. Fremgangsmåden kan modificeres til at måle de lette og dehydrering reaktioner<em> K</em<sub> Blad</sub> Og<em> G</em<sub> S</sub>.
Vand er en vigtig ressource, og planten vand transportsystem sætter grænser for maksimal vækst og tørke tolerance. Når planterne åbne deres stomata at opnå en høj stomatakonduktans (g s) at fange CO 2 til fotosyntesen, vand tabt ved transpiration 1,2. Vand fordamper fra luftrum er erstattet af cellevægge, til gengæld trække vand fra veddet af blade årer, til gengæld tegning fra veddet i stængler og rødder. Da vand trækkes gennem systemet, oplever hydraulisk modstand, skaber spændinger i hele systemet, og en lav blad vandpotentiale (Ψ blade). På bladet er en kritisk flaskehals i hele planten systemet og udgør gennemsnitligt 30% af anlægget hydrauliske modstand 3. Blad hydrauliske konduktans (K blad = 1 / blad hydrauliske modstand) er forholdet mellem den vandmængde til vandet spændingsgradient hen over bladet, og opsummereropførsel af et komplekst system:. vandet bevæger sig gennem bladstilk og gennem flere ordrer vener, udgange ind i bundtet kappe og passerer gennem eller omkring mesophyll celler før inddampning i luftrummet og blive fremgik fra stomata K blad er af stor interesse som en vigtig fysiologisk træk at sammenligne arter, kvantificere effektiviteten af bladet struktur og fysiologi for vandtransport, og en central variabel til at undersøge landets forhold til variation i struktur (fx i blade årer arkitektur) og dens indvirkning på fotosyntetiske gas udveksling. Endvidere K blad reagerer kraftigt på den interne og eksterne blad miljø 3. K blad kan stige dramatisk med bestråling tilsyneladende på grund af ændringer i ekspression og aktivering af aquaporiner, de proteiner, der er involveret i transport af vand gennem membraner 4, og K blad falder kraftigt i drbør, på grund af kavitation og / eller kollaps af xylem ledninger, og / eller tab af permeabilitet i de ekstra-xylem væv på grund af mesophyll og bundle sheath cell krympning eller aquaporin deaktivering 5-10. Fordi K blad kan begrænse g s og fotosyntetiske rate på tværs af arter i godt vandes vilkår og under tørke, og dermed begrænse hel-plante ydeevne kan de muligvis bestemme arter distributioner især som tørke stige i hyppighed og sværhedsgrad 11-14.
Vi præsenterer en simpel metode til samtidig bestemmelse af K blade og g s på udskårne blade. En åndende blad er forbundet ved sin stilk til slange kører til en vandkilde på en balance. Tabet af vand fra vægten registreres til at beregne strømningshastigheden gennem bladet. Når steady state transpiration (E, mmol • m -2 • s -1) er nået, g <sub> S bestemmes ved at dividere med damptryk underskud, og K blade ved at dividere med vandpotentiale drivkraft bestemt under anvendelse af et trykkammer (K blad = E / – Δψ blad, MPa) 15.
Denne metode kan bruges til at vurdere K blad reaktioner på forskellige bølgelængder og sårbarheden af K blad til dehydrering 14,16,17.
Den fordampningsemissionen flux metode præsenteres her tillader relativt hurtig (30 min) bestemmelse af blade hydraulisk ledningsevne i laboratoriet med samtidig måling af stomatakonduktans.
EFM er så langt den metode, der bedst følger den naturlige vej af vand i bladene, da vandet fordamper i bladet luftrum og diffunderer fra stomata 15. En række andre eksperimentelle metoder til K blad bestemmelse eksisterer 25 med tre er særligt almindelig. (1) I det høje tryk flow metoden (HPFM), vand skubbes gennem bladet under højt tryk 15,26. Imidlertid kan sårbarhed kurver ikke opnås med denne metode, fordi anvendte positive tryk kan påfylde emboli og rehydrere mesophyll tissue. (2) Ved rehydrering kinetik metoden (RKM), K blad beregnes ved hjælp af analogi mellem rehydrering af dehydrerede blade med lmarging af en kondensator i serie med en modstande 27,28. Denne metode er hurtig, men ikke gengiver hele systemet af naturlige transpirational veje i bladet og ikke let modificeres for at muliggøre måling af blade akklimatiseret til høj bestråling. (3) I vakuumpumpen metoden (VPM) Bladet anbringes i et kammer, dens stilk forbundet til en vandkilde på en vægt, mens støvsugere af forskellige intensiteter påføres på bladet kørsel vandtab fra bladet 15,26. Denne metode kan være tidskrævende. Målinger under anvendelse af alle tre metoder har vist sig at give overensstemmende resultater 15,28,29 og dermed EFM bruges ofte givet sin er baseret på transpirational vandbevægelse, og dens relative hurtighed og sin modifikation til måling K blad under forskellige betingelser.
Alle de typiske metoder, der anvendes til bestemmelse af K blad indebærer en grad af usikkerhed at kvantificere accurately den drivende kraft svarende til transpiration 25. I EFM benyttede ΔΨ blad til at beregne K blad er lavere end den sande drivkraft, da den er baseret på hovedparten Ψ blad når bladet ækvilibreres til trykbeholder. På dette tidspunkt indeholder hovedparten Ψ blade ikke nødvendigvis den vandpotentiale af cellerne ved afslutningen af den hydrauliske pathway, når vandet fordamper, men snarere et volumen-vægtede gennemsnit for de relativt få celler med lav vandpotentiale, hvor vand er flytning og inddampning, og for de mere talrige celler med højt vandpotentiale, der kan isoleres fra transpiration stream. Hvor meget Ψ blad afviger fra den sande drivkraft afhænger således af, hvor vandet fordamper i bladet. Hvis vand fordamper gennem hele bladet, kan hovedparten Ψ blad være tæt på den sande drivkraft, og hvis vandet fordamper kun fra relativt få cAlen nær stomata, kan hovedparten Ψ blad væsentlige undervurdere den sande drivkraft, dvs vandet potentiale af disse celler faktisk kan være meget mindre, og dermed faktiske K blad ville være lavere end den, der bestemmes med EFM. Således er graden at K blade bestemt ved EFM repræsenterer den sande Ki blad er følsom over for strømningsforholdene veje, som stadig ikke godt forstået. Mens EFM giver data, der matcher de andre metoder til at måle K blad (se ovenfor), og er fremragende til sammenlignende brug, muligheden for arts-variation i afstrømningen veje gennem mesophyll kræver yderligere undersøgelser. Selv for blade af given art, kan disse vand veje variere under forskellige forhold, fx under forskellige bølgelængder og varmebelastninger 4,30 eller af forskellig vandtilstanden (givet væv svind) 31. Yderligere videnaf vand transportveje ville således gøre det muligt for EFM der skal anvendes til løsning af virkningerne af de skiftende veje på den samlede blad hydraulisk transport.
Målingen af stomatakonduktans i EFM har fordelene ved at tillade bestemmelse af reaktioner på irradians og dehydrering, og give matchede reaktioner g s med K blad. Desuden kan virkningen af forudgående blad dehydrering efterfulgt af rehydrering den g s vurderes med denne metode. Men denne metode har to potentielle ulemper. For det første er denne g s måling foretaget på udskåret blad, frem for et intakt plante, og det andet er fastsættelsen af stomatakonduktans baseret på klima måling nogen afstand fra bladet frem tæt på bladet, som i en Porometer kammer , selv om ventilation af blade med ventilatoren ækvilibrerer bladoverfladen med omgivende luft. For visse arter, udskåretblade kan vise forskellige stomatale reaktioner end for blade på en intakt plante 16,32. Men for flere arter g s estimeres ved anvendelse af EFM svarede til værdier målt på intakte planter med en Porometer for blade ved middagstid Ψ blad 16 (fig. 2).
EFM kan anvendes til fysiologisk indsigt, dvs undersøge dynamikken i K blad, sit grundlag i struktur og anatomi, og dens reaktioner på miljømæssige faktorer. Derudover kan fremgangsmåden anvendes til at sammenligne planter af givne arter dyrket under forskellige betingelser, eller i forskellige aldre, eller at sammenligne planter af forskellige arter tilpasset forskellige miljøer.
Ved at konstruere blad sårbarhed kurver, kan man få et indblik i de mekanismer arter tolerancer i henhold til tørke. Under tørke, er kavitation og celle kollaps vist sig at forekomme i bladet veddet af nogle arter, og celle krympning i mesophyll under dehydrering kan også påvirke vandbevægelse (revideret i 14). Fremtidige undersøgelser vil være nødvendige for at bestemme den relative betydning af hver af disse processer i kørsel nedgangen i K blade og stomatal lukning.
Irradians er også en stærk faktor K blad og EFM er særdeles velegnet til målinger under høj irradians. Den kombinerede reaktion aquaporiner til irradians og tørke bør vinde stor interesse. Høj irradians fører til øget ekspression og / eller aktivering af aquaporiner, der tillader hurtigere vandstrømning gennem levende celler, øget K blad, hvorimod Dehydrering fører til reduceret ekspression og / eller de-activatation af aquaporiner, reducerer K blad. De kombinerede virkninger af bestråling og vandforsyning på K blad kræver yderligere undersøgelser 4,10,16,33.
telt "> Yderligere, på tværs af arter, har K blade og dens sårbarhed været relateret til arter distributioner med hensyn til levering af lys vand og andre ressourcer 3,13,24. Arter fra tørre områder tendens til at vise større modstand mod hydraulisk tilbagegang, vender mere negative jordvæske potentialer, og ved at opretholde en høj K blad på mere negative potentialer vand, kan de opretholde høje g s og fortsætte med at opfange CO2 i fotosyntesen 13,14. Således studiet af blad hydrauliske egenskaber giver indsigt på niveauet for celle, blade, og hele anlægget og dets reaktioner på miljøet, og er tilbøjelige til at give en lang række vigtige nye opdagelser på alle skalaer.The authors have nothing to disclose.
Vi er taknemmelige til fire anonyme korrekturlæsere til forbedring af manuskriptet, og til National Science Foundation (Grant IOS-0.546.784) for support.