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植物木質(zhì)部導(dǎo)水率,栓塞以及脆弱曲線的原理和測(cè)量

2019-08-02 13:53:49 2770

植物木質(zhì)部結(jié)構(gòu)和功能:

結(jié)構(gòu):

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功能:是運(yùn)輸水分和無機(jī)鹽的通道。莖里的導(dǎo)管與根、葉中的導(dǎo)管相通,水分和無機(jī)鹽在導(dǎo)管中能自下而上地向枝端運(yùn)輸。

 

植物細(xì)胞水勢(shì)組成

植物細(xì)胞水勢(shì)Ψt=Ψp+Ψπ+Ψg(Ψp為壓力勢(shì),Ψπ為滲透勢(shì),ψg為重力水勢(shì))

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植物水勢(shì)測(cè)量相關(guān)儀器:


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植物導(dǎo)水率Hydraulic conductance(K)

f植物導(dǎo)水率【又稱植物水分傳導(dǎo),Plant hydraulic conductance ( K)】 表示單位壓力梯度(MPa)下植物傳導(dǎo)水分的通量(kg·s-1)。是根系吸收及傳導(dǎo)水分能力的一個(gè)重要生理生態(tài)指標(biāo)。

f植物導(dǎo)水率的大小與根區(qū)土壤水分、養(yǎng)分、鹽分和溫度等因素有關(guān), 環(huán)境因素的脅迫會(huì)降低植物根系導(dǎo)水率,  導(dǎo)致葉水分虧缺、氣孔開度減小并抑制生長(zhǎng)

f 在干旱條件下,  適當(dāng)調(diào)節(jié)植物導(dǎo)水率,  調(diào)控氣孔開度和葉片失水,  對(duì)維持植物體內(nèi)水分平衡有重要作用

植物導(dǎo)水率原理Hydraulic conductance (K)

f 歐姆定律

f V=IR ( V是電壓,I 為電流,R為電阻)

f 歐姆定律類推

f R=1/K

f ΔP = JR( ΔP 是水壓,J是水流速,R為阻力值)

f 得出結(jié)論 K=J/ΔP

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導(dǎo)水率的引申1

f導(dǎo)水率Conductance  (K) 衡量的是單位長(zhǎng)度單位面積下的導(dǎo)水能力,于枝干的長(zhǎng)度和表面面積無關(guān)

f 比導(dǎo)水率Conductivity(Kh)   Kh=1/R*L=J*L/ΔP

fSpecific Conductivity(Ks) Ks=K h/xylem area

fLeaf spectific Conductivity(KL)KL=K h/supported leaf area

導(dǎo)水率的引申2

f根據(jù)泊松公式

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f 代入后

Kh=πd 4/128η

r為半徑,d為流通水的導(dǎo)管的直徑,η是液體粘度。

由此可知,導(dǎo)水率受直徑的影響很大


測(cè)量導(dǎo)水率的方法

f1、傳統(tǒng)方法,天平,溫度計(jì),量尺

f 2、壓力室法,逐漸增加根部壓力,并用天平記錄液體流速

f 3、根壓力傳感器法,測(cè)量植物根部和莖稈壓力,用天平記錄流速

f 4、高壓流速儀法,將植物根部水壓增大到一定高壓,時(shí)刻記錄壓力和流速,得出導(dǎo)水率(例如XYL’EM)

 

XYL'EM (Bronkhors)

法國(guó)國(guó)家農(nóng)業(yè)研究院發(fā)明,委托Brankhors的分公司生產(chǎn)

用途:可以測(cè)量起始導(dǎo)水率,全飽和導(dǎo)水率,以及栓塞程度

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  儀器原理及示意圖

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AB是對(duì)照CD是模擬干旱處理(PEG6000處理)

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相關(guān)數(shù)據(jù)表格

氣穴和栓塞

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植物氣穴栓塞發(fā)生

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氣穴如何產(chǎn)生

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Pb=2T/r+P x(ifP b>2T/r+P x bubble will expand)

   △P代表產(chǎn)生氣泡所需的壓力差 ,T代表木質(zhì)部液體的表面張力,Θ代表液體水的接觸角度 ,D代表壁孔的直徑

   Pb代表氣泡內(nèi)部壓力,T代表液體的表面張力,r代表氣泡的半徑,Px代表木質(zhì)部液體壓力,因此r越大和P越負(fù),就越容易膨脹

 

干旱VS 冷凍脅迫

f 壁孔直徑在干旱誘導(dǎo)的栓塞中起主導(dǎo)作用

f 莖稈或者根的尺寸(直徑和長(zhǎng)度)在冷凍誘導(dǎo)的栓塞中起主導(dǎo)作用

 

栓塞的測(cè)量

f  可以通過染色,聲波,以及低溫掃描電鏡進(jìn)行觀察,但是通過測(cè)量導(dǎo)水率的減少來測(cè)量栓塞可以量化栓塞程度,該方法由Sperry于1988年提出。木質(zhì)部導(dǎo)水率的損失百分

比(PLC)可以由下方公式表達(dá)出:

PLC=100*(1-K /K)

K′為初始導(dǎo)水率,K為全飽和導(dǎo)水率

PLC=0時(shí)無栓塞,PLC=1時(shí)表明所有導(dǎo)管都發(fā)生了栓塞

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脆弱曲線

f 脆弱曲線是表征植物隨著木質(zhì)部壓力的增大發(fā)生栓塞的脆弱程度,即是PLC和Px的關(guān)系曲線

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脆弱曲線相關(guān)儀器

       f干燥臺(tái)干燥法

大枝條放在干燥臺(tái)干燥并測(cè)量水勢(shì),當(dāng)?shù)竭_(dá)一定水勢(shì)后,將枝條放在水中切割樣本,并測(cè)量PLC,需要多根枝條繪制VCs曲線,耗時(shí)比較長(zhǎng)

        f超級(jí)室法(Model 600-EXP)

將切斷的一頭放在開放端口,維持一定壓力直到切斷頭不再有液體流出,加壓結(jié)束后塑料袋套住枝條防止蒸騰并允許氣體溢出和大氣平衡,水中收集樣本并測(cè)量PLC。需要多根樹枝。但氣壓可控,且與干燥臺(tái)干燥法結(jié)果非常吻合

         f氣穴室法(1505D-EXP):

  • 先通過XY’lem Plus測(cè)量PLC

  • 對(duì)組織進(jìn)行加壓,到達(dá)目標(biāo)壓力并維持一段時(shí)間后,放氣,測(cè)量PLC

  • 施加更大的壓力,測(cè)量PLC.

  • 重復(fù)以上動(dòng)作直至實(shí)驗(yàn)完成,并繪制曲線

  • 測(cè)量時(shí)間快,但是結(jié)果不是非常精確,因?yàn)橹Ω蓛啥藭?huì)有氣泡,有時(shí)候需要環(huán)切和去掉樹皮,方便空氣進(jìn)入,長(zhǎng)枝條結(jié)果偏大。需要用干燥平臺(tái)法來衡量該方法是否合適。