Anatomical and physiological responses of roots and rhizomes in Oryza longistaminata to soil water gradients  

水稻根和根莖對(duì)土壤水分梯度的解剖和生理響應(yīng)  

來源：Annals of Botany  

植物學(xué)年鑒  

 

摘要內(nèi)容：

研究長(zhǎng)雄野生稻（Oryza longistaminata）的根和根莖在土壤水分梯度（淹水、正常澆水和缺水）下的解剖與生理響應(yīng)，重點(diǎn)關(guān)注根莖的生理整合作用以及根和根莖的結(jié)構(gòu)適應(yīng)性。  

 

研究目的：

探究根莖的生理整合如何緩解異質(zhì)水分脅迫，并揭示根和根莖在不同水分條件下（淹水、正常澆水、缺水）的解剖與生理適應(yīng)機(jī)制。  

 

研究思路：  

生理整合實(shí)驗(yàn)：通過切斷母株與分株間的根莖連接，測(cè)量光合參數(shù)（光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度）的變化，驗(yàn)證根莖在水分脅迫下的雙向資源傳輸能力（圖1）。  

 

 

解剖與生理響應(yīng)實(shí)驗(yàn)：將植株置于三種水分條件下，分析根和根莖的解剖結(jié)構(gòu)（直徑、通氣組織比例、維管束數(shù)量）、徑向水分流失（RWL）、氧氣滲透性（使用丹麥Unisense電極測(cè)量），并通過組織化學(xué)染色和質(zhì)外體示蹤劑評(píng)估屏障結(jié)構(gòu)（圖2-5）。  

 

 

 

 

 

測(cè)量數(shù)據(jù)及研究意義：  

光合參數(shù)（圖1C-H）：切斷根莖連接后，水分脅迫下的分株或母株光合參數(shù)顯著下降，表明根莖的生理整合能雙向緩解水分脅迫。  

 

解剖結(jié)構(gòu)（圖2-3）：  

根在缺水條件下直徑更小，細(xì)胞層數(shù)減少，皮層與中柱比降低，但通氣組織比例更高，利于降低代謝成本（圖2B-E）。  

 

根莖在淹水條件下直徑更大，通氣腔面積增加，維管束數(shù)量在缺水時(shí)增多（圖3B-D），反映其適應(yīng)不同水分的結(jié)構(gòu)可塑性。  

徑向水分流失（RWL）和氧氣滲透性（圖4A-H）：  

 

淹水條件下根的RWL最低（圖4G），氧氣滲透性最低（圖4H），表明其外屏障有效限制水分和氧氣流失。  

根莖的RWL和氧氣滲透性在所有水分條件下均較低（圖4G-H），顯示其固有屏障功能。  

組織化學(xué)分析（圖5A-B）：  

 

根在淹水條件下木質(zhì)化和栓化程度更高，質(zhì)外體示蹤劑滲透受阻（圖5A）。  

根莖的木質(zhì)化和栓化屏障是固有的，獨(dú)立于水分條件（圖5B）。  

 

結(jié)論：  

根莖的生理整合能雙向緩解母株或分株的水分脅迫。  

 

根在淹水條件下形成強(qiáng)外屏障（減少水分和氧氣流失），缺水時(shí)通過增加通氣組織和小直徑優(yōu)化水分吸收。  

 

根莖具有固有屏障和結(jié)構(gòu)可塑性（如維管束數(shù)量增加），適應(yīng)不同水分環(huán)境。  

 

丹麥Unisense電極測(cè)量數(shù)據(jù)的詳細(xì)意義：  

測(cè)量?jī)?nèi)容：使用Unisense氧微電極測(cè)定根和根莖的氧氣滲透性（圖4D-F，H）。  

研究意義：  

根的低氧滲透性：淹水條件下根的氧氣滲透性最低（1.83×10?? m/s），表明其外屏障（栓化/木質(zhì)化）有效限制氧氣向根際流失，維持根尖氧氣供應(yīng)（圖4H）。  

根莖的氧氣消耗：根莖的氧氣滲透性極低且隨時(shí)間下降（圖4E-F），反映其高代謝消耗和致密皮層結(jié)構(gòu)限制氧氣擴(kuò)散，可能與長(zhǎng)期缺氧適應(yīng)相關(guān)。  

生理功能驗(yàn)證：數(shù)據(jù)支持根在淹水時(shí)優(yōu)先維持內(nèi)部氧氣通路，而根莖的固有屏障保障資源傳輸，為理解植物在異質(zhì)水分環(huán)境中的生存策略提供關(guān)鍵證據(jù)。