2020年由以色列農業研究組織Volcani中心土壤、水和環境科學研究所的Yonatan Sorek為一作,在The New phytologist上發表了題為「An increase in xylem embolism resistance of grapevine leaves duringthe growing season is coordinated with stomatal regulation, turgor loss point,and intervessel pit membranes」的文章。
一、背景
之前的研究通常認為植物的水力特性是靜止不變的,水力安全邊際通常大於零(氣孔關閉時的水勢-p12,p50,p88)。但在夏末葡萄葉片的觀察中發現,其氣孔關閉的水勢接近p50,作者給出兩個猜想:1.在生長後期易於空化,特別是臨近收穫的時期,這是為了在冬季休眠之前獲得最大生產力2.p50是具有可塑性的,隨著季節的變化,p50由其他水力特性調節猜想的依據是:膨壓損失點水勢具有季節可塑性的特點,而與其相關的氣孔關閉水勢可能也具有季節可塑性因此,在單個生長季節中監測了三個水力特徵(氣孔閉合,ΨTLP和葉片對空化的脆弱性)。
假設這三個水力特徵以協調的方式變化,以支持隨著季節的發展在較低的水勢下維持膨壓和氣體交換,同時也保持恆定的安全邊際。用了三種灌溉處理方法來確定所測性狀的可塑性是否取決於水的可利用條件。為了了解P50的季節可塑性是否是葉齡或季節時間的函數,我們將五月下旬的年輕(但完全成熟)葉子與在八月底年輕葉子或老葉子(取自相同的節位)進行了比較,監測了生長期的葉柄導管直徑和紋孔膜厚度。
二、材料方法
3種灌溉處理:無灌溉 (NI), 不充分灌溉 (DI), 足量灌溉 (SI).測量葉面積指數、新葉生長期、正午水勢、氣體交換、栓塞脆弱性曲線、氣孔導度、滲透壓、膨壓損失點、解剖特徵
SI處理有最大的LAI(葉面積指數),最開始的兩個月充足的土壤水使黎明前水勢高,發芽後八周內DI木質部水勢大於NI,後期的木質部水勢相似。氣孔導度、光合、膨壓損失點水勢下降,滲透液濃度上升即使是最脆弱的葉也從未接近P12。整個植物水力傳導率的降低與木質部栓塞無關在生長速率、葉片形態、解剖結構上,DI和NI處理間無顯著差異,但在季節變化上有顯著差異,導管長度在8月有顯著差異
四、討論
在某種程度上是一種預防機制,而不僅僅是應對環境的季節性變化。在大田實驗中很難區分季節性影響和乾旱影響。未成熟葡萄葉主要靠糖類維持滲透勢,成熟葉片靠無機離子
2.與空穴化有關的季節性解剖結構變化
導管尺寸可能與紋孔數量成正比,但可能不具有普遍性,承受較大張力的植物需要小導管來防止木質部塌陷,基葉(早期)的特徵對比8月葉片(低脆弱性但導管尺寸差距不大)特徵,木質素含量以及部分細胞壁厚度降低。
3.葡萄發生栓塞的可能性是多少?數據集延伸的潛在限制
目前數據集多為盆栽數據,與本研究的五月大田數據相比,盆栽數據脆弱性更強。事件發生順序也很重要,氣孔關閉和膨壓損失先於栓塞發生,,栓塞會導致基葉脫落,若未脫落則可能栓塞並未發生。
數據集差異的原因可能是,大田植物比盆栽具有更廣的根系和更大的儲水,乾旱時水勢的下降速率慢,可能便於植株的水力性狀的調整。
兩個假設:枯萎和栓塞只發生在1.導管水勢降低到不能適應的程度。2.導管水勢的變化大於植物適應性的變化。本研究中P12並不常見於葡萄園中,排除假設1。風險存在於高導水率的特定品種和植物栓塞抗性最高的季節的末期。
五、評述
本研究提出了植物水力性狀的隨季節變化的可塑性,突破了先前成熟器官水力性狀不變的觀點,為木本植物水力性狀的研究提供了新的方向。
文字|廖子含
排版|周慧榮