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Plantarray高通量植物生理表型平臺(tái):水分脅迫下番茄全株

更新時(shí)間:2022-05-12 點(diǎn)擊量:1314

植物通過(guò)快速調(diào)節(jié)其導(dǎo)水率和蒸騰速率來(lái)應(yīng)對(duì)許多環(huán)境變化,從而優(yōu)化水分利用效率,防止因低水勢(shì)而造成的損害。使用多稱重傳感器裝置、測(cè)量數(shù)據(jù)的時(shí)間序列分析和剩余低通濾波方法連續(xù)監(jiān)測(cè)和分析生長(zhǎng)在控溫溫室中良好灌溉和干旱期間盆栽番茄(Solanum lycopersicum cv. Ailsa Craig)的蒸騰作用。過(guò)濾后的殘留時(shí)間序列的時(shí)間導(dǎo)數(shù)產(chǎn)生了整個(gè)植物蒸騰 (WPT) 速率的波動(dòng)行為。 WPT 波動(dòng)模式與濕芯蒸發(fā)率之間的后續(xù)互相關(guān)分析顯示,WPT 速率的自主波動(dòng)在水分脅迫下持續(xù)增加,而這些波動(dòng)與水分充足時(shí)蒸發(fā)率的變化對(duì)應(yīng)。

隨著蒸騰速率的降低,這些自主波動(dòng)的相對(duì)振幅隨著水分脅迫的增加而增加。這些結(jié)果支持了最近的發(fā)現(xiàn),即木質(zhì)部張力的增加觸發(fā)液壓信號(hào),該信號(hào)通過(guò)植物維管系統(tǒng)瞬時(shí)傳播并控制葉片電導(dǎo)。討論了WPT速率同步波動(dòng)在消除關(guān)鍵木質(zhì)部張力點(diǎn)和防止栓塞中的調(diào)節(jié)作用。

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1. 整盆番茄植株(a)、濕芯(b)和恒定負(fù)荷(c)中的平滑重量變化率模式

圖1a、b、c分別顯示了番茄植株、濕芯和放置在稱重傳感器上的恒定重量的變化率的平滑模式。對(duì)四株相鄰的番茄植株進(jìn)行了類似于圖2a所示模式的測(cè)量,這些植株在同樣充足的供水條件下在溫室中一起生長(zhǎng)(數(shù)據(jù)未顯示)。圖1d、e、f 分別顯示了番茄植株、濕芯和恒定負(fù)載的剩余時(shí)間序列(測(cè)量的和平滑的重量時(shí)間序列之間的差異)。為了排除WPT速率波動(dòng)只是系統(tǒng)相關(guān)噪聲的可能性,通過(guò)自相關(guān)函數(shù)檢查這些殘差的隨機(jī)性(分別為圖1g、h、i)。恒重殘差時(shí)間序列ek(圖1i)的自相關(guān)函數(shù)在滯后=0時(shí)為1,在所有其他滯后時(shí)接近于零,此自相關(guān)函數(shù)形狀表明ek確實(shí)是白噪聲。相比之下,番茄植株和濕芯的自相關(guān)函數(shù)(分別為圖1g、h)在前200個(gè)滯后是周期性的,峰值與峰值之間的滯后差異大約為平均為40個(gè)。

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2. 全植物蒸騰速率(WPT)相對(duì)于平滑WPT速率瞬時(shí)值的孤立波動(dòng):脫水第1(a)天和第4(b)天的植物I,脫水第1(c)天和第4(d)天的植物II

圖2顯示了脫水第一天和第四天相對(duì)于蒸騰/蒸發(fā)速率的波動(dòng)幅度(以下稱為相對(duì)波動(dòng))。相對(duì)波動(dòng)是蒸騰/蒸發(fā)速率的孤立波動(dòng)與平滑蒸騰/蒸發(fā)速率之間的比率。蒸發(fā)速率的相對(duì)波動(dòng)在蒸發(fā)速率較低的清晨時(shí)間較大,然后隨著蒸發(fā)率的增加而減少,在下午晚些時(shí)候蒸發(fā)率再次降低時(shí)其值再次增加(圖2e,f)。圖2a-d顯示,在脫水期間,蒸騰作用的相對(duì)波動(dòng)增加,蒸騰速率降低。在嚴(yán)重干旱條件下,當(dāng)蒸騰速率較低時(shí),WPT速率的波動(dòng)可能是暫時(shí)的,甚至降低到零(圖2b中的相對(duì)蒸騰?–1)。高級(jí)脫水階段蒸騰速率的日相對(duì)波動(dòng)模式(如圖2b、d)表明,蒸騰速率在上午相對(duì)較低,然后加劇并保持較高水平,在下午晚些時(shí)候同樣如此。

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