Vi beskriver en relativt hurtig (30 min) og realistisk metode for samtidig måling av blad hydraulisk ledningsevne (<em> K</em<sub> Blad</sub>) Og stomatal konduktans (<em> G</em<sub> S</sub>) For transpiring skåret blader. Fremgangsmåten kan modifiseres for å måle lyset og dehydrering responser<em> K</em<sub> Blad</sub> Og<em> G</em<sub> S</sub>.
Vann er en viktig ressurs, og anlegget sjøtransport systemet setter grenser for maksimal vekst og tørke toleranse. Når plantene åpne sine stomata å oppnå en høy stomatal konduktans (g) for å fange CO 2 til fotosyntesen, vann tapt ved transpirasjon 1,2. Vann fordamper fra luftrom erstattes fra cellevegger, i sin tur trekke vann fra Xylem av blad årer i sin tur tegning fra Xylem i stengler og røtter. Når vann trekkes gjennom systemet, opplever det hydraulisk motstand, skape spenning gjennom hele systemet og en lav blad vannpotensial (Ψ blad). Bladet selv er en kritisk flaskehals i hele anlegget systemet, utgjør i gjennomsnitt 30% av anlegget hydraulisk motstand 3. Blad hydraulisk konduktans (K blad = 1 / blad hydraulisk motstand) er forholdet av vann strømningshastigheten til vannet potensielle gradient over bladet, og oppsummereroppførsel av et komplekst system:. vannet strømmer gjennom petiole og gjennom flere bestillinger av vener, kommer ut i bunt skjede og passerer gjennom eller rundt mesophyll celler før fordampning i luftrommet og blir transpired fra stomata K blad er av stor interesse som en viktig fysiologisk egenskap å sammenligne arter, kvantifisere effekten av bladet struktur og fysiologi for sjøtransport, og en sentral variabel for å undersøke for sitt forhold til variasjon i struktur (for eksempel i blad venation arkitektur) og konsekvensene for fotosyntetiske gassutveksling. Videre svarer K blad sterkt til det indre og ytre miljø blad 3. K blad kan øke dramatisk med irradians tilsynelatende på grunn av endringer i ekspresjon og aktivering av aquaporins, proteiner involvert i vanntransporten gjennom membraner 4 og K blad avtar sterkt i drburde, grunnet kavitasjon og / eller sammenbrudd av Xylem ledningene, og / eller tap av permeabilitet i den ekstracellulære Xylem vev grunnet mesophyll og bunt skjede celle krymping eller aquaporin deaktivering 5-10. Fordi K blad kan begrense g og fotosyntetiske hastighet for arter i godt vannes forhold og under tørke, og dermed begrense hel-anlegget ytelse de kan muligens avgjøre arter distribusjoner spesielt som tørke øke i hyppighet og alvorlighetsgrad 11-14.
Vi presenterer en enkel metode for samtidig bestemmelse av K blad og g på skåret blader. En transpiring blad er forbundet med petiole dens til tubing kjører til en vannkilde på en balanse. Tapet av vann fra balansen er registrert å beregne strømningsmengden gjennom bladet. At steady state transpirasjon (E, mmol • m -2 • s -1) er nådd, g <sub> S bestemmes ved å dividere med damptrykket underskudd, og K blad ved å dividere med den vannpotensial drivkraften bestemt ved bruk et trykkammer (K blad = E / – Δψ blad, MPa) 15.
Denne metoden kan brukes til å vurdere K blad svar på ulike irradianser og hvor utsatt K blad til dehydrering 14,16,17.
Den evaporativ flux metoden presentert her tillater relativt hurtig (30 min) bestemmelse av blad hydraulisk konduktans i laboratoriet med samtidig måling av stomatal konduktans.
Den EFM er så langt den metoden som best følger den naturlige vei av vann i bladene, gitt at vannet fordamper i bladet luftrom og diffunderer fra stomata 15. En rekke andre eksperimentelle metoder for K blad bestemmelse eksisterer 25, med tre å være spesielt vanlig. (1) I den høye trykk strømnings metode (HPFM) blir vann presset gjennom bladet under høyt trykk 15,26. Imidlertid kan sårbarhet kurver ikke oppnås med denne metoden fordi påførte positive trykk kan fylle emboli og rehydrere mesophyll vev. (2) I rehydrering kinetikk metoden (RKM), er K blad beregnet ved hjelp av analogi mellom rehydrering av dehydrerte blader med lmarging av en kondensator i serie med en motstander 27,28. Denne metoden er rask, men reproduserer ikke hele system av naturlige transpirational pathways i bladet og er ikke lett modifiseres for å tillate måling av blader aklimatisert høy irradians. (3) I vakuumpumpen metoden (VPM) bladet plasseres i et kammer, dens petiole koblet til en vannkilde på en balanse, mens støvsugere av forskjellige intensiteter påføres bladet kjøring vanntap fra blad 15,26. Denne metoden kan være tidkrevende. Målinger ved hjelp av alle tre metodene har blitt funnet å gi konsistente resultater 15,28,29, og dermed EFM brukes ofte gitt sin være basert på transpirational vannbevegelse, og dens relative hurtighet, og dens modifikasjon for måling K blad under forskjellige forhold.
Alle de typiske metodene som brukes for å bestemme K blad innebære en grad av usikkerhet i kvantifisere accurately drivkraften tilsvarer transpirasjon 25. I EFM brukte ΔΨ blad å beregne K blad er lavere enn den sanne drivkraften, da den er basert på bulk Ψ bladet etter bladet er ekvilibrert i trykket bombe. På dette punktet, vil ikke bulk Ψ blad ikke nødvendigvis representerer vannpotensial av cellene ved slutten av den hydrauliske sti, hvor vannet fordamper, men snarere en volum-veid gjennomsnitt for de relativt få celler av lav vannpotensial der vannet er flytting og inndamping, og for de mer tallrike celler av høy vann potensial som kan isoleres fra transpirasjon stream. Hvor mye Ψ blad avviker fra den sanne drivkraften er således avhengig hvor vannet fordamper i bladet. Hvis fordamper hele blad, kan bulk Ψ blad være nær den sanne drivkraften, og hvis vann fordamper bare fra relativt få calen nær stomata, kan mesteparten Ψ blad vesentlig undervurderer den sanne drivkraften, dvs. vannpotensial av disse cellene kan faktisk være mye lavere, og dermed faktisk K blad ville bli lavere enn det fastsatt med EFM. Således er graden at K blad bestemmes av EFM representerer den sanne K blad følsomme til vannstrømmen pathways, som enda ikke er godt forstått. Mens EFM gir data som samsvarer med de andre metoder for å måle K blad (se ovenfor), og er utmerket for sammenlignende bruk, kan muligheten for arter-variasjon i vannføring trasé gjennom mesophyll må vurderes nærmere. Ja, selv for blader av gitte arter, kan disse vann veier variere under ulike forhold, for eksempel, under forskjellige irradianser og varme laster 4,30 eller annet vann status (gitt vev krymping) 31. Ytterligere kunnskapav sjøtransport trasé vil således tillate EFM å bli brukt til å løse effektene av de skiftende trasé på total blad hydraulisk transport.
Målingen av stomatal konduktans i EFM har fordelene av å tillate bestemmelse av responser til irradians og dehydrering, og gi matchede responser g med K blad. Tillegg kan effekten av tidligere blad dehydrering etterfulgt av rehydrering på g vurderes med denne metoden. Imidlertid har denne metoden to potensielle ulemper. Først, er dette g måling gjort på en utskåret blad, snarere enn på en intakt plante, og andre, er bestemmelse av stomatal konduktans basert på klima måling litt avstand fra bladet, snarere enn i nærheten av bladet som i en porometer kammer , selv om ventilasjon blad med viften equilibrates bladet overflaten med omkringliggende luften. For noen arter, excisedBladene kan vise forskjellige stomatal svar enn for blader på en intakt plante 16,32. Men for flere arter g estimert ved hjelp av EFM var lik målt på intakte planter med en porometer for blader midt på dagen Ψ blad 16 (Fig. 2).
Det EFM kan brukes for fysiologisk innsikt, dvs. undersøke dynamikken i K blad, sin basis i struktur og anatomi, og dens respons på miljøfaktorer. Tillegg kan metoden brukes til å sammenlikne planter av gitte arter dyrket under forskjellige betingelser, eller av forskjellige aldre, eller å sammenligne planter av forskjellige arter tilpasset ulike miljøer.
Ved å bygge blad sårbarhet kurver, kan man få innsikt i mekanismene for arter toleranser for tørke. Under tørke, har kavitasjon og celle kollaps vist seg å forekomme i bladet Xylem av noen arter, og celle krymping i mesophyll under dehydrering kan også påvirke vann bevegelse (anmeldt i 14). Fremtidige studier vil være nødvendig for å fastslå den relative betydningen av hver av disse prosessene i å drive nedgang på K blad og stomatal nedleggelse.
Irradians er også en sterk faktor som påvirker K blad og EFM er sterkt egnet for målinger under høy irradians. Den kombinerte respons aquaporins til irradians og tørke bør få mye interesse. Høy irradians fører til økt ekspresjon og / eller aktivisering av aquaporins som tillater raskere vann strømmer gjennom levende celler, øker K blad, mens Dehydrering fører til redusert ekspresjon og / eller de-activatation av aquaporins, redusere K blad. Den kombinerte effekten av irradians og vannforsyning på K blad kreve ytterligere undersøkelser 4,10,16,33.
telt "> Videre over arter, har K blad og dens sårbarhet vært relatert til arter distribusjoner med hensyn til tilførsel av lys vann og andre ressurser for 3,13,24. arter fra tørre områder tendens til å vise større motstand mot hydraulisk nedgang, vender mer negative jordvann potensialer, og ved å opprettholde en høy K blad på flere negative vann potensialer, kan de opprettholde høy g s og fortsette å ta CO 2 for fotosyntesen 13,14. Således gir studiet av blad hydrauliske egenskaper innsikt på nivået av celle, blad, og hele anlegget og dets reaksjoner på miljøet, og sannsynligvis vil gi mange viktige nye funn på alle skalaer.The authors have nothing to disclose.
Vi er takknemlige til fire anonyme anmeldere for å forbedre manuskriptet, og til National Science Foundation (Grant IOS-0546784) for støtte.