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Plantarray高通量植物生理表型平台:水分胁迫下番茄全株

发布时间:2022-05-12 点击量:74

植物通过快速调节其导水率和蒸腾速率来应对许多环境变化,从而优化水分利用效率,防止因低水势而造成的损害。使用多称重传感器装置、测量数据的时间序列分析和剩余低通滤波方法连续监测和分析生长在控温温室中良好灌溉和干旱期间盆栽番茄(Solanum lycopersicum cv. Ailsa Craig)的蒸腾作用。过滤后的残留时间序列的时间导数产生了整个植物蒸腾 (WPT) 速率的波动行为。 WPT 波动模式与湿芯蒸发率之间的后续互相关分析显示,WPT 速率的自主波动在水分胁迫下持续增加,而这些波动与水分充足时蒸发率的变化对应。

随着蒸腾速率的降低,这些自主波动的相对振幅随着水分胁迫的增加而增加。这些结果支持了最近的发现,即木质部张力的增加触发液压信号,该信号通过植物维管系统瞬时传播并控制叶片电导。讨论了WPT速率同步波动在消除关键木质部张力点和防止栓塞中的调节作用。

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1. 整盆番茄植株(a)、湿芯(b)和恒定负荷(c)中的平滑重量变化率模式

图1a、b、c分别显示了番茄植株、湿芯和放置在称重传感器上的恒定重量的变化率的平滑模式。对四株相邻的番茄植株进行了类似于图2a所示模式的测量,这些植株在同样充足的供水条件下在温室中一起生长(数据未显示)。图1d、e、f 分别显示了番茄植株、湿芯和恒定负载的剩余时间序列(测量的和平滑的重量时间序列之间的差异)。为了排除WPT速率波动只是系统相关噪声的可能性,通过自相关函数检查这些残差的随机性(分别为图1g、h、i)。恒重残差时间序列ek(图1i)的自相关函数在滞后=0时为1,在所有其他滞后时接近于零,此自相关函数形状表明ek确实是白噪声。相比之下,番茄植株和湿芯的自相关函数(分别为图1g、h)在前200个滞后是周期性的,峰值与峰值之间的滞后差异大约为平均为40个。

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2. 全植物蒸腾速率(WPT)相对于平滑WPT速率瞬时值的孤立波动:脱水第1(a)天和第4(b)天的植物I,脱水第1(c)天和第4(d)天的植物II

图2显示了脱水第一天和第四天相对于蒸腾/蒸发速率的波动幅度(以下称为相对波动)。相对波动是蒸腾/蒸发速率的孤立波动与平滑蒸腾/蒸发速率之间的比率。蒸发速率的相对波动在蒸发速率较低的清晨时间较大,然后随着蒸发率的增加而减少,在下午晚些时候蒸发率再次降低时其值再次增加(图2e,f)。图2a-d显示,在脱水期间,蒸腾作用的相对波动增加,蒸腾速率降低。在严重干旱条件下,当蒸腾速率较低时,WPT速率的波动可能是暂时的,甚至降低到零(图2b中的相对蒸腾¼–1)。高级脱水阶段蒸腾速率的日相对波动模式(如图2b、d)表明,蒸腾速率在上午相对较低,然后加剧并保持较高水平,在下午晚些时候同样如此。

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