干旱条件下植物蒸腾和气孔导度表型分析的简易系统


发布时间:

2022-06-27

来源:

作者:

  提高作物水分利用率或抗旱性的植物育种需要快速评估大量单株植物的蒸腾速率(E)和气孔导度(gs)的方法。有几种测量E和gs的方法,每种方法都有自己的缺点和缺点。为了增加这个工具箱,我们开发了一种在受控环境中使用全植物热成像的方法,在这种环境中,空中湿度迅速变化以诱导E的变化,这些变化反映在叶温的变化中。这种方法基于简化的能量平衡方程,无需参考材料或复杂的计算。为了测试这一概念,我们建造了一个双面、穿孔、开放式有机玻璃腔室,该室以高流速(35 L min− 1)供应空气,其相对湿度(RH)可以快速切换。测量包括空气和叶片温度以及相对湿度,如图1。利用几个水分充足和干旱胁迫的拟南芥基因型,这些基因型在相对湿度(30%-50%)和反向条件下多次暴露,如图2,我们表明,在我们的系统中测得的叶温与在商业气体交换系统中测得的E和gs有很好的相关性,如图3。我们的结果表明,至少在给定的物种内,几种相对湿度下的叶温差异可以作为E和gs的替代物。鉴于这种方法相当快速、无创和远程,我们设想它可以扩大到快速植物表型系统中的工作范围,如图4。

 

  图1 在成像立方体中,叶片温度(Tl)随时间动态变化以响应相对湿度的快速变化的示例。测量期间,空气温度(Ta)相当稳定。在本例中,显示了Col-0中的数据。

 

  图2 与相对湿度为30%和50%时叶片蒸腾有关的性状。A和C,空气和叶片温度之间的温差(ΔTa-l);B、 蒸腾速率(E);C、 气孔导度;E、 在50%相对湿度下测得的ΔTa-l与在30%相对湿度下测得的ΔTa-l之间的差值除以测量期间的相对湿度差值(ΔTa-l \/ΔRH);F、 50%相对湿度下的E与30%相对湿度下的E之间的差值除以测量期间的相对湿度差值(ΔE /ΔRH)。A和E中显示的数据是使用成像立方体获得的,所有其他面板的数据是使用Li-6800光合作用系统获得的。在无胁迫的拟南芥Col-0、Ler-0、ost-1和EPF2OE基因型个体以及干旱胁迫的Col-0和Ler-0个体中进行了测量。条形图表示四分位范围(IQR;第25–75百分位),十字(x)表示平均值,条形图内的线表示中值,胡须表示上四分位和下四分位以外的可变性,n=3-4。

 

  图3 蒸腾速率(A,E)和气孔导度(B,gs)与气温和叶温差(ΔTa-l)之间的相关性。填充符号表示来自充分浇水植物的数据,空符号表示来自干旱胁迫植物的数据;圆圈代表在30%相对湿度下进行的测量,正方形代表在50%相对湿度下进行的测量。E和gs在Li-6800中测量,而ΔTa-l在成像立方体中测量。未受胁迫和干旱胁迫的拟南芥基因型的单个个体的值如图3所示,n=40。

 

  图4 成像立方体和Li-6800中不同基因型和干旱胁迫水平的测量值之间的关系。所有数据点显示在50%相对湿度下测量的数据之间的差异在30%相对湿度(Δ)下测量的数据,在同一样品上,通过测量的相对湿度之间的差异进行归一化。A、 蒸腾作用差(ΔE);B气孔导度差异(Δgs),C)ΔTa-l差异(y轴上显示的所有值在Li-6800中测量),与成像立方体中测量的ΔTa-l之间的差(x-axis)

 

      来源:Steven M. Driever, Leon Mossink, Diego Nuñez Ocaña et al. A simple system for phenotyping of plant transpiration and stomatal conductance response to drought, 26 May 2022, PREPRINT (Version 1) available at Research Square [https://doi.org/10.21203/rs.3.rs-1681785/v1]

  

  编辑:王春颖

推荐新闻

石时之约|韩志国:透过表型数据,看见植物的喜怒哀乐!

本期石时之约,我们将对话慧诺瑞德(北京)科技有限公司总经理、国际植物表型学会(IPPN)执委会委员/工业分会副主席韩志国,一起从表型数据的科学角度,去读懂农作物的喜怒哀乐和前世今生。

慧科研、慧育种、慧种田——慧聚改变的力量

让我们“慧聚”在一起,为“慧科研、慧育种、慧种田”赋能。

高通量植物表型平台建设注意事项

育种,是在给定的环境条件下,选择各种表型指标(产量、品质、抗性)最优的基因型材料的过程(AI育种,从这里起步)。育种工作中大约70%的工作量来自表型观察测量和筛选,是最耗人力物力的过程。

作物生理表型测量基础原理

生理表型测量的核心在于“早、快”,要在肉眼可见之前就能测量并预判出变化趋势,才是这个技术的核心价值。叶绿素荧光成像,恰好满足了这个要求。