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Plantarray高通量植物生理表型平臺:水分脅迫下番茄全株

更新時間:2022-05-12 點擊量:1164

植物通過快速調(diào)節(jié)其導(dǎo)水率和蒸騰速率來應(yīng)對許多環(huán)境變化,從而優(yōu)化水分利用效率,防止因低水勢而造成的損害。使用多稱重傳感器裝置、測量數(shù)據(jù)的時間序列分析和剩余低通濾波方法連續(xù)監(jiān)測和分析生長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。過濾后的殘留時間序列的時間導(dǎo)數(shù)產(chǎn)生了整個植物蒸騰 (WPT) 速率的波動行為。 WPT 波動模式與濕芯蒸發(fā)率之間的后續(xù)互相關(guān)分析顯示,WPT 速率的自主波動在水分脅迫下持續(xù)增加,而這些波動與水分充足時蒸發(fā)率的變化對應(yīng)。

隨著蒸騰速率的降低,這些自主波動的相對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,該信號通過植物維管系統(tǒng)瞬時傳播并控制葉片電導(dǎo)。討論了WPT速率同步波動在消除關(guān)鍵木質(zhì)部張力點和防止栓塞中的調(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。對四株相鄰的番茄植株進行了類似于圖2a所示模式的測量,這些植株在同樣充足的供水條件下在溫室中一起生長(數(shù)據(jù)未顯示)。圖1d、e、f 分別顯示了番茄植株、濕芯和恒定負載的剩余時間序列(測量的和平滑的重量時間序列之間的差異)。為了排除WPT速率波動只是系統(tǒng)相關(guān)噪聲的可能性,通過自相關(guān)函數(shù)檢查這些殘差的隨機性(分別為圖1g、h、i)。恒重殘差時間序列ek(圖1i)的自相關(guān)函數(shù)在滯后=0時為1,在所有其他滯后時接近于零,此自相關(guān)函數(shù)形狀表明ek確實是白噪聲。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。

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2. 全植物蒸騰速率(WPT)相對于平滑WPT速率瞬時值的孤立波動: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于蒸騰/蒸發(fā)速率的波動幅度(以下稱為相對波動)。相對波動是蒸騰/蒸發(fā)速率的孤立波動與平滑蒸騰/蒸發(fā)速率之間的比率。蒸發(fā)速率的相對波動在蒸發(fā)速率較低的清晨時間較大,然后隨著蒸發(fā)率的增加而減少,在下午晚些時候蒸發(fā)率再次降低時其值再次增加(圖2e,f)。圖2a-d顯示,在脫水期間,蒸騰作用的相對波動增加,蒸騰速率降低。在嚴重干旱條件下,當(dāng)蒸騰速率較低時,WPT速率的波動可能是暫時的,甚至降低到零(圖2b中的相對蒸騰?–1)。高級脫水階段蒸騰速率的日相對波動模式(如圖2b、d)表明,蒸騰速率在上午相對較低,然后加劇并保持較高水平,在下午晚些時候同樣如此。

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