Leaf gas film retention during submergence of 14 cultivars of wheat (Triticum aestivum)

14個(gè)小麥品種淹沒期間葉片氣膜保留的研究

來(lái)源：Functional Plant Biology, Volume 44, 2017, Pages 877-887

《功能植物生物學(xué)》雜志，第44卷，2017年，頁(yè)碼877-887

 

摘要

摘要說(shuō)了這篇論文研究了14個(gè)小麥品種和一種濕地草Glyceria fluitans在完全淹沒條件下的葉片氣膜保留時(shí)間。發(fā)現(xiàn)小麥能保留氣膜至少2天，而G. fluitans氣膜更厚且保留至少4天。掃描電鏡顯示小麥和G. fluitans葉片有高密度表皮蠟質(zhì)片晶，解釋其超疏水性。G. fluitans還有乳頭狀結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)初始疏水性，使氣膜保留更久。氣膜丟失與葉片被未知物質(zhì)覆蓋相關(guān)。研究表明葉片氣膜是改善暫時(shí)淹沒作物耐洪性的相關(guān)性狀。

 

研究目的

研究目的是測(cè)試14個(gè)不同小麥品種的氣膜保留時(shí)間，比較與濕地植物G. fluitans的差異，探討氣膜保留的機(jī)制，包括表面疏水性和結(jié)構(gòu)特征，并評(píng)估氣膜對(duì)水下光合作用的影響，以確定氣膜作為耐洪性育種選擇標(biāo)準(zhǔn)的潛力。

 

研究思路

研究思路是先種植14個(gè)小麥品種和G. fluitans，在控制條件下生長(zhǎng)至16天齡后進(jìn)行淹沒處理（最多10天）。測(cè)量淹沒期間的氣膜厚度、葉片疏水性（接觸角）、水下凈光合作用（PN）、葉孔隙度和葉綠素濃度。使用掃描電鏡觀察葉片表面結(jié)構(gòu)。通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析比較品種間差異，并選擇三個(gè)有代表性小麥品種進(jìn)行深入機(jī)制研究。使用丹麥Unisense微傳感器測(cè)量水下O2濃度以計(jì)算光合作用速率。

 

測(cè)量的數(shù)據(jù)及研究意義

1 測(cè)量了14個(gè)小麥品種的氣膜厚度隨時(shí)間變化，來(lái)自圖1。研究意義是發(fā)現(xiàn)所有小麥品種氣膜保留模式相似，淹沒2天后氣膜丟失，顯示小麥氣膜保留時(shí)間有限，且品種間無(wú)顯著差異，表明氣膜保留可能不是小麥耐洪性的關(guān)鍵變異性狀，但為篩選提供基線數(shù)據(jù)。

 

2 測(cè)量了三個(gè)小麥品種和G. fluitans的氣膜厚度、接觸角、葉片暴露百分比，來(lái)自圖2a、2b、2c。研究意義是G. fluitans氣膜更厚且保留更久（至4天），接觸角顯示其超疏水性維持更長(zhǎng)時(shí)間，表明濕地植物結(jié)構(gòu)適應(yīng)性增強(qiáng)氣膜穩(wěn)定性，為理解植物水下氣體交換機(jī)制提供比較基礎(chǔ)。

 

3 測(cè)量了葉片表面結(jié)構(gòu)通過(guò)掃描電鏡，來(lái)自圖3。研究意義是顯示小麥和G. fluitans有蠟質(zhì)片晶導(dǎo)致超疏水性，但G. fluitans有額外乳頭狀結(jié)構(gòu)，解釋其氣膜保留更久，揭示表面形態(tài)對(duì)氣膜持久性的影響，為仿生材料設(shè)計(jì)提供靈感。

 

 

4 測(cè)量了水下凈光合作用在不同CO2濃度下，來(lái)自圖4。研究意義是在低CO2（200μM）時(shí)，氣膜厚度與PN正相關(guān)，氣膜增強(qiáng)CO2擴(kuò)散；高CO2（2500μM）時(shí)無(wú)相關(guān)，表明氣膜在CO2限制條件下尤為重要，突出了氣膜對(duì)維持水下光合作用的作用。

 

5 測(cè)量了氣膜厚度與水下光合作用的相關(guān)性，來(lái)自圖5。研究意義是氣膜厚度與低CO2下PN正相關(guān)，但與高CO2下無(wú)關(guān)，驗(yàn)證氣膜通過(guò)減少擴(kuò)散阻力促進(jìn)氣體交換，強(qiáng)調(diào)其在自然水體低CO2環(huán)境中的生態(tài)重要性。

 

 

6 測(cè)量了葉孔隙度和葉綠素濃度，來(lái)自圖6。研究意義是G. fluitans初始孔隙度更高，但隨淹沒下降；葉綠素濃度均下降，表明淹沒導(dǎo)致光合機(jī)構(gòu)損傷，但G. fluitans降解較慢，反映其耐淹適應(yīng)性。

 

 

結(jié)論

得出了結(jié)論是小麥氣膜保留時(shí)間短（約2天），而濕地植物G. fluitans氣膜更持久（4天）， due to其表面乳頭狀結(jié)構(gòu)增強(qiáng)疏水性。氣膜丟失與葉片被未知物質(zhì)覆蓋相關(guān)。氣膜通過(guò)促進(jìn)水下氣體交換提高耐淹性，尤其在高CO2限制環(huán)境下。小麥品種間氣膜保留無(wú)顯著差異，表明氣膜性狀在育種中需結(jié)合其他耐性機(jī)制。氣膜可作為改善作物暫時(shí)淹沒耐受性的選擇指標(biāo)。

 

使用丹麥Unisense電極測(cè)量數(shù)據(jù)的研究意義

使用丹麥Unisense電極測(cè)量出來(lái)的數(shù)據(jù)的研究意義在于提供了高精度、實(shí)時(shí)的水下氧氣濃度測(cè)量，從而準(zhǔn)確計(jì)算凈光合作用速率。在研究中，Unisense微傳感器（OP-430）用于測(cè)量密閉小瓶中水體的溶解氧濃度變化（方法部分），通過(guò)監(jiān)測(cè)O2演化率確定水下PN。這種測(cè)量意義是關(guān)鍵性的，因?yàn)閁nisense電極的高靈敏度和快速響應(yīng)能檢測(cè)細(xì)微的O2變化，確保光合作用數(shù)據(jù)的可靠性，避免了傳統(tǒng)方法的誤差。具體地，它允許在控制CO2濃度（200和2500μM）和溫度條件下量化氣膜對(duì)氣體交換的影響，驗(yàn)證了氣膜在低CO2時(shí)增強(qiáng)PN的機(jī)制。此外，電極使用確保了實(shí)驗(yàn)可重復(fù)性，為比較不同植物物種的耐淹生理提供了可靠基礎(chǔ)，支持了氣膜在生態(tài)和應(yīng)用研究中的重要性。