圖2、鷹嘴豆根部外部培養基與組織O2狀態的關系。（a）一個O2微傳感器被放置在根部（皮層，綠色）250微米處或根部700微米處（石碑，橙色），其根部直徑為1400微米完全浸沒的6天齡幼苗。培養基（溶液，藍色）在20–30分鐘間與氮氣和氧氣混合液清洗，使組織氧氣進入準穩態。（a）中的虛線表示氧氣在20°C下的空氣平衡。（b）組織中的O2與外部氧氣濃度的準穩態值。（b）中的虛線表示1：1的關系。回歸線與x軸的投影截距顯示了兩種不同組織缺氧的點（分別為123μmol l?1 vs 62μmol l?1，或8.9 vs 4.5 kPa，分別為和皮層;P<0.05，線性回歸）。

圖3、鷹嘴豆擴散邊界層（DBL）和根組織中O2的放射性濃度分布。在外部溶液中，在30 kPa（a，d）、20.6 kPa（b，e）和9 kPa（c，f）O2下測定直徑900（a–c），或1900微米（d–f）。在20°C下測量了5至6天齡完整幼苗的根系。幼苗在測量前需在有氧的養分溶液中生長。垂直虛線表示根面，水平虛線表示氧氣（20.6 kPa）的空氣平衡。紅色箭頭指向皮層與石碑組織之間的大致邊界。（g，h）皮層中的氧氣濃度（g）和石碑（h）是根據在30、20.6和9 kPa的氧濃度剖面計算出的，適用于根系為c的根。900微米（空箱形圖），或1900微米（灰色箱形圖）。箱形圖顯示五次或四次重復均值（x）、中位數（盒內中間水平線）、50%范圍（方框）、100%（條形）（一次重復根的中位數為從兩個不同組織中心取的5次讀數）。雙因子方差分析的主要效應結果在面板中給出。不同字母表示不同外部氧氣水平內皮層和石柱的氧濃度顯著差異（Tukey測試，P3C為0.05）。

圖4、微呼吸小瓶中的石碑或皮層組織（a）以及鷹嘴豆（Cicer arietinum）中整個根節、皮層節段或節段（b）的呼吸速率。在測量前，在20°C下，在5至6天齡的完整幼苗根部中進行測量，這些幼苗在有氧的養分溶液中生長。箱形圖顯示五次重復的平均值（x）、中位數（盒內中間水平線）、50%范圍（框）、最小或最大值（條形）。組織類型對組織呼吸的影響極為顯著。。

圖5、實驗裝置的照片。左側是帶有貫穿式水流的浸沒介質的水槽，其中氧氣狀態有明確標識，并由藍色光探測器持續監測。微型傳感器（垂直的黑色軸體，帶有指向水槽內的玻璃毛細管）被插入完全浸沒的鷹嘴豆（Cicer arietinum）幼苗的主根中。

結論與展望

鷹嘴豆（Cicer arietinum）根系中柱（stele）組織的代謝活性顯著高于皮層（cortex），且這一差異并非由外部氧氣供應水平所決定，而是根內不同組織固有的生理特性所致。即使在外部氧分壓處于大氣平衡（20.6 kPa）甚至更高（如30–41 kPa）的條件下，較粗根（直徑約1900μm）的中柱仍會因高呼吸耗氧與較長的氧擴散路徑而形成嚴重缺氧或無氧核心；相比之下，細根（約900μm）則整體保持有氧狀態。通過Unisense氧微電極原位測量發現，中柱組織的氧消耗速率是皮層的3.3倍，并且其轉變為嚴重缺氧狀態所需的外部氧閾值（8.9 kPa）遠高于皮層（4.5 kPa）。進一步對23種關鍵酶（涵蓋糖酵解、蔗糖裂解、發酵及抗氧化系統）的活性分析表明：無論在有氧、低氧還是嚴重低氧處理下，中柱中的酶活性始終高于皮層，說明其高代謝狀態是一種組織特異性特征，而非對外部低氧脅迫的被動響應。該研究揭示了非通氣組織作物（如鷹嘴豆）根系內部存在天然的氧梯度和代謝分區，中柱組織通過維持較高的基礎代謝活性以應對持續性的內部缺氧環境。這一發現深化了對植物根系低氧適應機制的理解，強調在研究根系生理時必須考慮組織特異性，而不能僅依賴外部環境條件進行推斷。Unisense微電極系統在本研究中被用于高精度、原位測量鷹嘴豆根系內部的氧氣（O?）濃度分布，是揭示根組織內部氧梯度與代謝異質性的關鍵技術手段。Unisense微電極系統在本研究中不僅是測量工具，更是連接物理氧分布與生化代謝響應的關鍵橋梁，其高空間分辨率和原位動態監測能力，使研究得以突破傳統整體根系分析的局限，深入到組織特異性生理機制層面。