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우리는 잎 유압 전도성의 동시 측정 (위해 상대적으로 빠른 (30 분)와 현실적인 방법을 설명 K 잎)와 stomatal 컨덕턴스 ( g S) transpiring excised 잎. 방법의 빛과 탈수 반응을 측정하기 위해 수정할 수 있습니다 K 잎와 g S.
물은 중요한 자원이며, 공장 물 운송 시스템은 최대 성장과 가뭄 허용 한도를 설정합니다. 식물이 광합성에 CO 2를 캡처 높은 stomatal 전도성 (g들)을 달성하기 위해 자신의 stomata을 열 때, 물은 증발 1,2에 의해 손실됩니다. airspaces에서 증발 물은 줄기와 뿌리의 목부에서 회전 추첨에, 잎 정맥의 목부에서 물을 그리기 결과적으로, 세포 벽에서 대체됩니다. 물이 시스템을 통해 당겨로서 시스템에 걸쳐 긴장과 낮은 잎 물 전위 (Ψ 잎)를 작성, 유압 저항을 경험한다. 잎 자체 공장 유압 저항 3의 평균 30 % 회계, 전체 공장 시스템의 중요한 병목 현상입니다. 잎 유압 전도성 (K 잎 = 1 / 잎 유압 저항)은 잎에서 물 잠재적 그라디언트에 물 유량의 비율이며, 요약복잡한 시스템의 동작 :. 잎자루을 통하여 정맥, 번들 집에 출구와 영공으로 증발하고 stomata에서 일어난되기 전에 mesophyll 셀이나 주변 통과의 여러 주문을 통해 물이 이동은 K 잎은으로 강한 관심을 종을 비교하는 중요한 생리적 특징, 물 수송 및 구조의 변화의 관계 (예를 들어, 잎 엽맥의 분포 상태 아키텍처) 및 광합성 가스 교환에 미치는 영향에 대해 조사 할 수있는 키 변수의 잎 구조와 생리학의 효과를 정량화. 또한, K 잎은 K의 잎이 aquaporins, 멤브레인 4 물 수송에 관여 단백질의 표현 및 활성화의 변화로 인해 확실히 조사량을 크게 높일 수 있습니다. 내부 및 외부 잎 환경 3 강력하게 대응하고, K 잎은 동안 강하게 거부 박사캐비테이션 및 / 또는 mesophyll 및 번들 피복 셀 수축 또는 aquaporin 비활성화 5-10으로 인해 매우 목질부의 조직에서 목질부의 도관 및 / 또는 투자율 손실의 붕괴로 인해 하겠군. K 잎이 잘 물결 무늬가있는 조건에서 종에 걸쳐, 그리고 가뭄 기간 동안 g s와 광합성 속도를 제한하고, 따라서 전체 - 공장 성능을 제한 할 수 있기 때문에 가뭄이 주파수 및 심각도 11-14의 증가 특히 그들은 가능한 종 분포를 결정할 수있다.
우리는 excised 잎에 K 잎과 g s의 동시 결정하는 간단한 방법을 제시한다. transpiring 잎은 균형에 물 소스에 실행 튜브에의 잎자루에 의해 연결되어 있습니다. 잔고에서 물 손실은 잎을 통해 유량을 계산 기록됩니다. 정상 상태 증산 (E, mmol • m -2 • S -1)이 도달, g K 잎 (K 잎 = E / - Δψ 잎, MPA) 15.
이 방법은 다른 irradiances과 탈수 14,16,17에 K 잎의 취약성에 K 잎 응답을 평가하는 데 사용할 수 있습니다.
1. 수산화 잎에 대한 측정 잎 유압 전도성 (K 최대)
참고 : 유량 (<8 μg의 -1) 매우 낮은 경우, 안정성이 마지막 다섯 30 초 간격의 실행중인 평균을 사용하여 결정 할 수 있습니다.
E 증기 pressu에 해당 잎 - 투 - 공기 증기 압력 차이에 의해 구분으로 Stomatal 전도성 (g들) 결정될 수잎에 인접 온도 및 상대 습도 센서를 사용하여 결정 재 적자 (VPD). VPD는 다음 방정식에게 21을 사용하여 계산됩니다
(; 아덴 벅 방정식 22에 의하면, 온도의 함수 kPa에서), 그리고 AP 대기압 (kPa)을 RH는 상대 습도이고, VP는 공기의 포화 증기 압력을 표시합니다.
2. 건조 잎에 잎 유압 컨덕턴스 측정
3. 대표 결과
탈수와 잎 유압 전도성의 하락은 종 (그림 1)에서 강력하게 다릅니다. 높은 조사량에 따라 측정 할 때 가뭄에 민감한 종보다 가뭄 저항성 종보다 부정적인 물 잠재력에 강한 하락을 경험 (PAR> 1,000 μmol • m -2 • S -1). 물mesic 허브 Helianthus annuus을위한 유압 전도성의 80 % 손실 (P 80)의 잠재력은 캘리포니아 키 작은 떡갈 나무 덤불에 기본 Heteromeles arbutifolia의보다 부정적인 3 MPA였다. Helianthus annuus이 아닌을 보여 주었다 반면 Heteromeles arbutifolia는, 물 잠재력의 감소에 선형 응답 감소 - 선형.
stomatal 전도성 (g들)과 리프 유압 전도성 (K 잎)에는도 (그림 2) 조사량에 크게 응답 할 수 있습니다. Raphiolepis indica를 들어, stomatal 전도성이 높은 조사량에 따라 측정 잎 탈수를 강하게 거부했다 (PAR> 1,000 μmol • m -2 • S -1)과 실험실 빛 아래에서 (PAR <6 μmol • m -2 • S -1). 높은 방사에서 잘 조명 레아에 대한 일반적인 물 잠재적으로 탈진 상태였다 EFM로 측정 잎낮에 그대로 식물에 ves는 porometer (그림의 성. 2)로 그대로 공장에서 측정 잎으로 유사한 g을 보여 주었다. 특히, 최대 수화의 잎을 위해, K 잎은 낮은 조사량 (11 대 2.8 mmol m -2 s의 -1 MPA -1)보다 높은에 노출 잎에는 4 배 이상이었고, 따라서 K 잎은 잘에 강한 빛 응답을 보여 주었다 g S보다 충분한 잎. 또한, 높은 조사량에 따라, K 잎은 탈수으로 더 강력하게 거부했다. P 80 낮은 조사량보다 높은에서 0.93 MPA 덜 부정적이었다.
그림 1. 민감한 가뭄 (위)와 가뭄 관대 (아래) 종 (14,24에서)에 대한 잎 유압 취약점 곡선. 각 포인트는 죄를 나타냅니다증발 플럭스 방법 (EFM)을 사용하여 단독 잎에 잎 유압 전도성 (K 잎)의 gle은 측정. 수직 막대는 종이 초기 잎 유압 전도성 (P 80)의 80 %를 잃어되는 물 가능성을 나타냅니다. 최대 가능성을 사용하여 가장 적합한 기능을 모두 종에 대한 역모 있습니다.
그림 2. Raphiolepis indica에 대한 감소 잎 물 잠재적으로 stomatal 전도성 (g들)과 잎 유압 전도성 (K 잎)의 반응은 높은 대 낮은 조사량 (16 일부터)에 따라 측정. (PAR은> 1,000 <6 mmol • m -2 • S-1). 각 점은 각각 높고 낮은 조사량에 따라 측정 잎을 대표하는 흰색과 검은 색 점으로, 증발 플럭스 방법 (EFM)을 사용하여 단독 잎에 하나의 측정을 나타냅니다. 고 대 낮은 조사량에서 stomatal 전도성 곡선에 대한 방정식 : 과
. 고 대 낮은 조사량의 취약성 곡선에 대한 방정식 :
과
. 상단 패널에 회색 별 평균 ± 역을 나타냅니다g s와 porometer과 낮에 그대로 식물의 잎에서 측정 잎 물 잠재 ndard 오류가 발생했습니다. 회색과 하단 패널에 검은 색 세로 막대는 종이 각각 높고 낮은 조사량에 따라 초기 잎 유압 전도성 (P 80)의 80 %를 잃어되는 물 가능성을 나타냅니다.
여기에 제시된 증발 플럭스 방법은 stomatal 전도성의 동시 측정과 실험실에서 잎 유압 전도성의 상대적으로 빠른 (30 분) 결정을 할 수 있습니다.
EFM은 주어진 지금까지 가장 가까운 잎에 물의 자연 경로를 따라하는 방법입니다 stomata 15 일부터 잎 airspaces 및 diffuses의 물이 증발. K 잎 결정을 위해 다른 실험 방법의 숫자는 세 특히 일반적인거든요, 25 존재합니다. (1) 고압 흐름 방법 (HPFM)에서 물을 고압 15,26 아래의 잎을 통해 밀어 수 있습니다. 그러나, 취약성 곡선이 방법으로 취득 할 수없는 적용 긍정적 인 압력이 충전 emboli을 수 있으며 mesophyll 조직을 rehydrate 때문입니다. (2) rehydration 동력학 방법 (RKM)에서 K 잎은 채널과 건조 잎의 rehydration 사이의 비유를 사용하여 계산됩니다저항 27,28있는 일련의 콘덴서의 arging. 이 방법은 빠른 속도이지만, 잎에 자연 transpirational 경로의 전체 시스템을 복제하지 않으며, 쉽게 높은 방사에 적응 잎의 측정을 허용하도록 수정되지 않습니다. 다른 농도의 진공은 잎 15,26의 잎 운전 물 손실에 적용되어있는 동안 (3) 진공 펌프 방법 (VPM)에서 잎이 챔버에 배치됩니다, 그 잎자루는 균형에 물 소스에 연결되어 있습니다. 이 방법은 시간이 많이 걸릴 수 있습니다. 3 가지 방법을 모두 사용하는 측정은 일관된 결과에게 15,28,29를 제공하는 것으로되어 있으며, 따라서 EFM은 자주는 transpirational 물 운동을 기반으로 주어진 사용하며, 상대적으로 급속하고, 서로 다른 조건 하에서 K 잎을 측정하기위한의 수정됩니다.
K 잎을 결정에 사용되는 일반적인 방법의 모든 ACC 정량화에 불확실성의 수준을 포함증산 25에 해당하는 urately 원동력. EFM에서 ΔΨ 잎은 잎이 압력 폭탄 equilibrated 후는 대량 Ψ 잎을 기반으로 K 잎이 진정한 원동력보다 낮은 계산하는 데 사용. 이 시점에서, 대량 Ψ 잎 반드시 유압 경로의 끝에있는 세포의 물 가능성을 나타내지 않는 곳의 물이 증발, 오히려 물이 낮은 물 잠재력의 비교적 적은 세포의 볼륨 가중 평균 이동과 증발과 증산 스트림에서 분리 될 수 높은 물 가능성의 더 많은 세포. Ψ 잎은 진정한 원동력 다릅니다 얼마나 때문에 물이 잎에서 증발되어 위치에 따라 달라집니다. 경우 잎에 걸쳐 물이 증발은 대량 Ψ 잎은 진정한 원동력에 가까이 있으며, 수도 물은 비교적 적은 C에서 증발하는 경우stomata 근처 ells은 대량 Ψ 잎은 실질적으로 진정한 원동력, 즉, 실제로는 훨씬 더 낮을 수 있습니다 이러한 세포의 물 잠재력을 과소 평가 할 수 있으며, 따라서 실제 K 잎은 EFM로 결정보다 낮은 것입니다. 따라서, EFM에 의해 결정 K 잎은 진정한 K 잎을 대표하는 정도는 아직 잘 이해되지 않는 물 흐름 경로에 민감하다. EFM은 K 잎을 (위 참조) 측정을 위해 다른 방법을 일치하고, 비교 사용 우수한 데이터, 종 - 변화 mesophyll를 통해 물 흐름 경로의 추가 조사가 필요의 가능성을 제공하고 있지만. 사실, 심지어 특정 종의 잎을 위해,이 물이 경로는 다른 irradiances와 열로드 4,30에서 또는 다른 물 상태 (조직 수축 부여) 31의 다른 조건, 예를 들면 아래 다를 수 있습니다. 추가 지식물 운송 경로의 따라서 EFM이 전체 잎 유압 전송에 변화 경로의 효과를 확인하는 데 사용 할 수 있도록합니다.
EFM에서 stomatal 전도성의 측정은 방사와 탈수에 대한 답변의 결정을 허용하고, K 잎과 g s의 일치 답변을 제공하는 장점이 있습니다. 또한, g s의 rehydration 다음 이전 잎 탈수의 효과는이 방법으로 평가 할 수 있습니다. 그러나,이 방법은 두 잠재적 인 단점을 가지고있다. 먼저,이 g의 측정이 아니라 그대로 식물에 대한보다 excised 잎에했고, 둘째 있으며, stomatal 전도성의 결정은 기후 잎의 측정 거리를하기보다는 porometer 챔버에서와 같이 잎 가까이에 기반 , 팬과 잎의 환기는 공기를 주변으로 잎 표면을 equilibrates하지만. 종 (种)의 경우, excised잎은 그대로 식물 16,32에 나뭇잎보다 다른 stomatal 응답을 표시 할 수 있습니다. 그러나, 몇 종에 대한 g s은 (는) EFM를 사용하여 낮 Ψ 잎 16 (그림 2)에서 잎 porometer을 그대로 공장에서 측정 된 값과 비슷했다 추정했다.
EFM은 K 잎, 구조 및 해부학의 원리, 환경 요인과의 반응의 역학을 조사, 생리 통찰력, 즉에 적용 할 수 있습니다. 또한, 방법은 서로 다른 조건 하에서 성장 주어진 종의 식물을 비교하거나, 다른 연령대의, 또는 다른 환경에 적응 종 식물을 비교하는 데 사용할 수 있습니다.
잎 취약성 커브를 구축함으로써, 하나는 가뭄에 종 오차의 메커니즘에 대한 통찰력을 얻을 수 있습니다. 가뭄 동안, 캐비테이션 및 세포 붕괴는 일부의 잎 목부에서 발생하는 표시되었습니다 종, 그리고 탈수시 mesophyll의 세포 수축도 (14에서 검토) 물 운동에 영향을 미칠 수 있습니다. 미래 연구는 K 잎과 stomatal 폐쇄의 하락을 유발하는 측면에서 이러한 프로세스의 각각의 상대적 중요성을 결정하기 위해 필요합니다.
방사는 K 잎과 EFM이 매우 높은 조사량에 따라 측정에 적합합니다에 영향을 미치는 강력한 요소입니다. 방사와 가뭄이 aquaporins의 결합 반응은 많은 관심을 얻을해야합니다. 감소 표현 및 / 또는 aquaporins의 드 activatation에 탈수 리드는 K 잎을 줄이는 반면, 높은 방사는 K 잎을 증가, 증가 표현 및 / 또는 살아있는 세포를 통해 빠른 물 흐름을 허용 aquaporins의 활성화로 연결됩니다. K 잎에 방사와 물 공급의 결합에 미치는 영향은 추가 조사 4,10,16,33이 필요합니다.
십t "> 또한, 종에서, K 잎과 보안 문제는. 빛 물 및 기타 리소스 3,13,24의 공급과 관련하여 종 분포에 관한 왔습니다 종은 건조한 지역에서 직면하고, 유압 감소에 더 큰 저항을 표시하는 경향이 더 많은 부정적인 토양 물 잠재력, 그리고 더 부정적인 물 잠재력에서 높은 K 잎을 유지하여, 그들은 높은 g을 유지하고 광합성 13,14에 대한 CO 2를 포착 계속 진행합니다. 따라서, 잎 유압 속성의 연구 수준의 통찰력을 제공 할 수 있습니다 세포, 잎, 그리고 전체 플랜트 및 환경에의 대응, 모든 스케일에서 많은 중요한 새로운 발견을 양보 할 가능성이 있습니다.관심 없음 충돌이 선언 없습니다.
우리는 원고를 개선하기 위해이 4 익명 검토에 감사하고, 국립 과학 재단 (기금 IOS-0546784)에 지원.
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