Root acclimations to soil flooding prime rice(Oryza sativa L.) for subsequent conditions of water deficit  

根系對土壤淹水條件下優(yōu)質(zhì)水稻（Oryza sativa L.）水分虧缺的適應(yīng)性

來源：Plant and Soil  

植物與土壤  

 

摘要內(nèi)容  

摘要指出水稻根部在淹水條件下形成的徑向氧流失屏障（ROL屏障）不僅限制氧氣向缺氧土壤擴散，還能減少水分流失，從而增強對后續(xù)干旱的耐受性。研究通過水培實驗?zāi)M不同水分條件（通氣對照、淹水停滯、PEG6000模擬缺水），結(jié)合氧氣微電極、解剖學(xué)和生理學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)ROL屏障在淹水和輕度缺水條件下均被誘導(dǎo)，且淹水預(yù)處理的植株在后續(xù)嚴(yán)重缺水條件下表現(xiàn)出更強的存活能力，葉片萎蔫顯著減少。 

 

研究目的  

驗證水稻根部對淹水的適應(yīng)性是否通過誘導(dǎo)關(guān)鍵根性狀（如ROL屏障、通氣組織等）增強后續(xù)缺水耐受性，并解析其生物物理機制。  

研究思路  

 

實驗設(shè)計：水培模擬三種水分條件——通氣（模擬水分充足）、停滯（模擬淹水）、PEG6000（模擬缺水）；  

 

關(guān)鍵根性狀分析：使用氧氣微電極（Unisense）測量ROL屏障的氧氣滲透率（Pa to O2），重力法測量水分滲透率（Pa to H2O），顯微技術(shù)分析根解剖結(jié)構(gòu)（通氣組織、木質(zhì)部面積等）；  

 

生理響應(yīng)評估：氣孔導(dǎo)度、葉綠素?zé)晒猓‵v/Fm）、葉片水勢等指標(biāo)；  

 

驗證淹水預(yù)處理的抗旱效果：將淹水或通氣預(yù)處理的植株轉(zhuǎn)入高濃度PEG6000溶液，觀察葉片萎蔫程度。  

測量數(shù)據(jù)及意義  

 

氧氣滲透率（Pa to O2）與水蒸氣滲透率（Pa to H2O）（圖3A、B）：  

 

 

數(shù)據(jù)來源：Unisense氧氣微電極（OX25）測量根部皮層氧氣擴散速率，重力法計算水分流失速率。  

 

意義：淹水與PEG6000處理均顯著降低Pa to O2和Pa to H2O，證實ROL屏障在兩種脅迫下形成，限制氧氣和水分流失。  

 

根解剖結(jié)構(gòu)（圖2）：  

 

 

數(shù)據(jù)來源：顯微切片分析通氣組織面積、木質(zhì)部面積、皮層/中柱比。  

 

意義：淹水與缺水均誘導(dǎo)通氣組織增加（圖2A、C），但木質(zhì)部面積減少（圖2E），優(yōu)化水分運輸與缺氧耐受的平衡。  

 

葉片萎蔫與生理指標(biāo)（圖1）：  

 

 

數(shù)據(jù)來源：25% PEG6000處理24小時后的葉片萎蔫時間序列（圖1），氣孔導(dǎo)度與Fv/Fm動態(tài)監(jiān)測。  

 

意義：淹水預(yù)處理植株葉片萎蔫延遲（圖1D），氣孔導(dǎo)度更快恢復(fù)，表明ROL屏障減少根系水分流失，維持葉片膨壓。  

 

結(jié)論  

 

淹水誘導(dǎo)的ROL屏障和通氣組織等根性狀在后續(xù)缺水條件下被保留，減少水分流失，延緩葉片萎蔫。  

 

ROL屏障的形成由木質(zhì)化/栓化增強介導(dǎo)（圖4），其滲透特性在淹水與缺水處理中相似（圖3B）。  

 

 

淹水預(yù)處理通過優(yōu)化根解剖結(jié)構(gòu)（如降低木質(zhì)部占比、增加皮層/中柱比）和屏障功能，提升植株對水分脅迫的適應(yīng)性。  

 

丹麥Unisense電極測量數(shù)據(jù)的研究意義  

 

使用Unisense氧氣微電極（OX25）測量根部氧氣滲透率（Pa to O2）的關(guān)鍵意義包括：  

精準(zhǔn)定位ROL屏障形成：通過微電極插入根部皮層（圖3A），直接量化氧氣擴散速率，證實淹水和PEG6000處理均誘導(dǎo)屏障形成（Pa to O2降低3.7倍，圖3A）。  

 

屏障功能驗證：Pa to O2與Pa to H2O高度相關(guān)（圖3B），證明ROL屏障同時限制氧氣和水分流失，揭示其雙重功能。  

動態(tài)響應(yīng)解析：在PEG6000處理3天后屏障即形成（圖3A），表明缺水信號快速觸發(fā)根部適應(yīng)性調(diào)整，為抗旱育種提供時間尺度參考。  

生理生態(tài)應(yīng)用：屏障減少根系水分流失，維持植株水分平衡，解釋淹水預(yù)處理植株在后續(xù)干旱中存活率高的機制（圖1），指導(dǎo)農(nóng)業(yè)中“干濕交替”灌溉策略優(yōu)化。