Vi beskriver en relativt snabb (30 min) och realistisk metod för samtidig mätning av blad hydraulisk konduktans (<em> K</em<sub> Löv</sub>) Och stomata konduktans (<em> G</em<sub> S</sub>) För transpirerande exciderade blad. Förfarandet kan modifieras för att mäta de lätta och uttorkning svar<em> K</em<sub> Löv</sub> Och<em> G</em<sub> S</sub>.
Vatten är en viktig resurs och anläggningen vattnet transportsystemet sätter gränser för maximal tillväxt och torka tolerans. När växter öppnar klyvöppningarna att uppnå en hög konduktans stomata (g s) för att fånga koldioxid 2 för fotosyntes, vatten förloras genom avdunstning 1,2. Vatten avdunstar från luftrummen ersätts från cellväggar, som i sin tur drar vatten från xylem av bladnerver i sin tur ritning från xylem i stjälkar och rötter. Eftersom vatten dras genom systemet, upplever det hydrauliska motstånd, skapar spänningar i hela systemet och en låg blad vattenpotential (Ψ löv). Bladet i sig är en kritisk flaskhals i hela anläggningen systemet står för i genomsnitt 30% av anläggningen hydrauliska motståndet 3. Blad hydraulisk konduktans (K blad = 1 / blad hydrauliskt motstånd) är förhållandet mellan vattenflöde till vattnet potentialgradienten tvärs bladet, och sammanfattarbeteende av ett komplext system:. vattnet rör sig genom bladskaft och genom flera order av vener, lämnar in bunten manteln och passerar genom eller runt mesofyllceller innan avdunstning i luftrummet och som framkommit från klyvöppningarna K blad är av stort intresse som en viktigt fysiologisk egenskap för att jämföra arter, kvantifiera effektiviteten i bladet struktur och fysiologi för vatten transporter och en viktig variabel för att undersöka om dess förhållande till variation i struktur (t.ex. i löv ÅDRING arkitektur) och dess inverkan på fotosyntesen gasutbyte. Vidare svarar K blad starkt till den interna och externa blad miljö 3. K blad kan öka dramatiskt med strålningen uppenbarligen på grund av förändringar i uttrycket och aktivering av aquaporiner de proteiner involverade i vatten transport genom membranen 4 och K blad minskar kraftigt under drborde, på grund av kavitation och / eller kollaps av xylem ledningar och / eller förlust av permeabilitet i de extra xylem vävnader på grund av mesophyll och bunt slida celler krympning eller akvaporin deaktivering 5-10. Eftersom K blad kan begränsa g s och fotosyntetiska hastighet mellan arter i väl vattnade förhållanden och under torka, och därmed begränsa hel-anläggningens prestanda de kan tänkas besluta arter distributioner särskilt som torka ökar i frekvens och svårighetsgrad 11-14.
Vi presenterar en enkel metod för samtidig bestämning av K-blad och g s på exciderade blad. En transpirerande blad genom sin bladskaft till slang kör till en vattenkälla på en våg. Förlusten av vatten från jämvikten antecknas att beräkna flödeshastigheten genom bladet. När steady state transpiration (E, mmol • m -2 • s -1) nås, g <sub> S bestäms genom att dividera med ångtryck underskott, och K blad genom att dividera med vattenpotentialen drivkraft med användning av en tryckkammare (K blad = E / – Δψ löv, MPa) 15.
Denna metod kan användas för att bedöma K blad svar på olika irradiances och sårbarhet av K blad till uttorkning 14,16,17.
Den evaporativa flöde metoden som presenteras här ger relativt snabb (30 min) fastställande av blad hydrauliska konduktans i laboratoriet med samtidig mätning av stomata konduktans.
EFM är hittills den metod som bäst följer den naturliga vägen för vatten i bladen, med tanke på att vatten avdunstar i bladet luftrummen och diffunderar från klyvöppningarna 15. Ett antal andra experimentella metoder för K blad bestämning existerar 25, med tre är särskilt vanligt. (1) I det höga trycket flöde metod (HPFM), vatten trycks genom bladet under högt tryck 15,26. Emellertid kan sårbarhet kurvor inte erhållas med denna metod eftersom tillämpade positiva tryck kan fylla emboli och rehydrera mesophyll vävnad. (2) I rehydrering kinetik metoden (RKM), K blad beräknas med analogin mellan rehydrering av torkade blad med lmarging av en kondensator i serie med ett motstånd 27,28. Denna metod är snabb, men inte reproducera hela systemet av naturliga transpirational vägar i bladet och inte lätt ändras så att mätning av löv acklimatiserad till hög irradians. (3) I vakuumpumpen metoden (VPM) bladet placeras i en kammare, dess bladskaft är ansluten till en vattenkälla på en balans, medan dammsugare med olika intensitet tillämpas på bladet drivande vattnet förlust från bladet 15,26. Denna metod kan vara tidskrävande. Mätningar med alla tre metoder har visat sig ge konsekventa resultat 15,28,29, och därmed EFM används ofta med tanke på dess bygger på transpirational vatten rörelse, och dess relativa snabbhet och dess ändringar för att mäta K blad under olika förhållanden.
Alla de typiska metoder används för att bestämma K löv innebär en osäkerhet att kvantifiera enlurately den drivande kraft som motsvarar transpiration 25. I EFM använde ΔΨ blad att beräkna K blad är lägre än den verkliga drivkraft, eftersom den är baserad på huvuddelen Ψ blad efter blad jämviktas för tryckbomb. Vid denna punkt, inte huvuddelen Ψ blad inte nödvändigtvis representerar vattnet potentialen av cellerna i slutet av den hydrauliska vägen, där vattnet avdunstar, utan snarare en volymviktade genomsnittliga för de relativt få celler med låg vattenpotential där vatten är flytta och indunstning, och för de mer talrika cellerna med hög vattenpotential som kan isoleras från transpiration strömmen. Hur mycket Ψ blad skiljer sig från den verkliga drivkraften alltså beror på var vattnet avdunstar i bladet. Om vatten avdunstar hela blad, kan huvuddelen Ψ blad vara nära den sanna drivkraften, och om vatten avdunstar endast från relativt få Calnar nära stomata kan huvuddelen Ψ blad underskatta väsentligt den sanna drivkraften, dvs vatten potentialen av dessa celler kan i själva verket vara mycket lägre, och därmed den faktiska K blad skulle vara lägre än vad som bestäms med EFM. Sålunda, är den grad att K blad bestäms av EFM representerar den sanna K bladet känsligt för de vägar vattenflödet, som fortfarande inte är väl förstådd. Medan EFM tillhandahåller data som matchar de andra metoder för att mäta K blad (se ovan), och är utmärkt för jämförande bruk, möjligheten art-variation i vägar vattenflödet genom mesophyll behöver utredas ytterligare. Ja, även för blad av viss art, kan dessa vatten vägar varierar under olika betingelser, t.ex. under olika irradiances och laster värme 4,30 eller av olika vattenstatus (given vävnad krympning) 31. Ytterligare kunskapav vägar sjötransport skulle således göra det möjligt EFM som ska användas för att lösa effekterna av de förändrade vägar på den totala blad hydrauliska transporter.
Mätningen av stomata konduktans i EFM har fördelarna med att tillåta bestämning av svaren på irradians och uttorkning, och tillhandahålla matchade svar av g s med K-blad. Dessutom kan effekten av tidigare blad uttorkning, följt av rehydrering på g s bedömas med denna metod. Emellertid har denna metod två potentiella nackdelar. Först är denna g. s mätning på en utskuren blad, snarare än på en intakt växt, och för det andra är bestämning av stomata konduktans baserad på klimat mätning visst avstånd från bladet, snarare än nära bladet som i en kammare Porometer , även om ventilationen i blad med fläkten jämvikt bladet ytan med omgivande luft. För vissa arter, skarsbladen kan visa olika stomatal svar än för löv på en intakt fabrik 16,32. Emellertid, för flera arter g s uppskattas med användning EFM liknade värden uppmätta på intakta plantor med en Porometer för blad vid tvåtimmars Ψ blad 16 (fig. 2).
EFM kan sökas fysiologisk insikt, dvs undersöka dynamiken i K blad, sin grund i struktur och anatomi, och dess svar på miljöfaktorer. Dessutom kan metoden användas för att jämföra plantor av viss art som odlas under olika förhållanden, eller av olika åldrar, eller jämföra plantor av olika arter som är anpassade till olika miljöer.
Genom att konstruera kurvor blad sårbarhet kan en få inblick i mekanismerna för arter toleranser för torka. Under torka, har kavitation och cellkollaps visats förekomma i bladet xylem av vissa arter och cell krympning i mesophyll under uttorkning kan också påverka vatten rörelse (granskas 14). Framtida studier kommer att behövas för att bestämma den relativa betydelsen av varje av dessa processer i körning nedgången av K blad och stomata stängning.
Irradians är också en stark faktor som påverkar K-blad och EFM är mycket lämpad för mätningar under högt irradians. Den kombinerade svar aquaporiner till irradians och torka bör få stort intresse. Hög irradians leder till ökat uttryck och / eller aktivering av aquaporiner som tillåter snabbare vattenflödet genom levande celler, vilket ökar K-blad, medan uttorkning leder till minskat uttryck och / eller de-activatation av aquaporiner, minskar K blad. De kombinerade effekterna av irradians och vattenförsörjning på K blad kräver ytterligare utredning 4,10,16,33.
tält "> Dessutom, över arter, har K blad och dess sårbarhet har anknytning till arter distributioner när det gäller leverans av lätta vatten och andra resurser 3,13,24. Arter från torra områden tenderar att visa större motstånd mot hydrauliska nedgång, inför mer negativa markvatten potentialer, och genom att upprätthålla en hög K blad på mer negativa vatten potentialer, kan de upprätthålla hög g s och fortsätta ta CO 2 för fotosyntes 13,14. Således ger studien av blad hydrauliska egenskaper insikter i nivå med cell, blad, och hela anläggningen och dess svar på miljön och kommer sannolikt att ge ett stort antal nya viktiga upptäckter på alla skalor.The authors have nothing to disclose.
Vi är tacksamma för fyra anonyma granskare för att förbättra manuskriptet, och till National Science Foundation (Grant IOS-0.546.784) för stöd.