植物木質部導水率，栓塞以及脆弱曲線的原理和測量

植物木質部結構和功能：

結構：

功能：是運輸水分和無機鹽的通道。莖里的導管與根、葉中的導管相通，水分和無機鹽在導管中能自下而上地向枝端運輸。

植物細胞水勢組成：

植物細胞水勢Ψt=Ψp+Ψπ+Ψg（Ψp為壓力勢，Ψπ為滲透勢，ψg為重力水勢）

植物水勢測量相關儀器：

植物導水率Hydraulic conductance(K)

f植物導水率【又稱植物水分傳導，Plant hydraulic conductance ( K)】 表示單位壓力梯度(MPa)下植物傳導水分的通量(kg·s-1)。是根系吸收及傳導水分能力的一個重要生理生態指標。

f植物導水率的大小與根區土壤水分、養分、鹽分和溫度等因素有關, 環境因素的脅迫會降低植物根系導水率, 導致葉水分虧缺、氣孔開度減小并抑制生長

f 在干旱條件下, 適當調節植物導水率, 調控氣孔開度和葉片失水, 對維持植物體內水分平衡有重要作用

植物導水率原理Hydraulic conductance (K)

f 歐姆定律

f V=IR ( V是電壓，I 為電流，R為電阻)

f 歐姆定律類推

f R=1/K

f ΔP = JR（ ΔP 是水壓，J是水流速，R為阻力值）

f 得出結論 K=J/ΔP

導水率的引申1

f導水率Conductance (K) 衡量的是單位長度單位面積下的導水能力，于枝干的長度和表面面積無關

f 比導水率Conductivity(Kh) Kh=1/R*L=J*L/ΔP

fSpecific Conductivity（Ks） Ks=K h/xylem area

fLeaf spectific Conductivity（KL）KL=K h/supported leaf area

導水率的引申2

f根據泊松公式

f 代入后

Kh=πd 4/128η

r為半徑，d為流通水的導管的直徑，η是液體粘度。

由此可知，導水率受直徑的影響很大

測量導水率的方法

f1、傳統方法，天平，溫度計，量尺

f 2、壓力室法，逐漸增加根部壓力，并用天平記錄液體流速

f 3、根壓力傳感器法，測量植物根部和莖稈壓力，用天平記錄流速

f 4、高壓流速儀法，將植物根部水壓增大到一定高壓，時刻記錄壓力和流速，得出導水率（例如XYL’EM）

XYL'EM (Bronkhors)

法國國家農業研究院發明，委托Brankhors的分公司生產

用途：可以測量起始導水率，全飽和導水率，以及栓塞程度

儀器原理及示意圖

AB是對照CD是模擬干旱處理（PEG6000處理）

相關數據表格

氣穴和栓塞

植物氣穴栓塞發生

氣穴如何產生

Pb=2T/r+P x(ifP b>2T/r+P x bubble will expand)

△P代表產生氣泡所需的壓力差 ，T代表木質部液體的表面張力，Θ代表液體水的接觸角度 ，D代表壁孔的直徑

Pb代表氣泡內部壓力，T代表液體的表面張力，r代表氣泡的半徑，Px代表木質部液體壓力，因此r越大和P越負，就越容易膨脹

干旱VS 冷凍脅迫

f 壁孔直徑在干旱誘導的栓塞中起主導作用

f 莖稈或者根的尺寸（直徑和長度）在冷凍誘導的栓塞中起主導作用

栓塞的測量

f 可以通過染色，聲波，以及低溫掃描電鏡進行觀察，但是通過測量導水率的減少來測量栓塞可以量化栓塞程度，該方法由Sperry于1988年提出。木質部導水率的損失百分

比（PLC）可以由下方公式表達出：

PLC=100*（1-K ’ /K）

K′為初始導水率，K為全飽和導水率

PLC=0時無栓塞，PLC=1時表明所有導管都發生了栓塞

脆弱曲線

f 脆弱曲線是表征植物隨著木質部壓力的增大發生栓塞的脆弱程度，即是PLC和Px的關系曲線

脆弱曲線相關儀器

f干燥臺干燥法

大枝條放在干燥臺干燥并測量水勢，當到達一定水勢后，將枝條放在水中切割樣本，并測量PLC，需要多根枝條繪制VCs曲線，耗時比較長

f超級室法（Model 600-EXP）

將切斷的一頭放在開放端口，維持一定壓力直到切斷頭不再有液體流出，加壓結束后塑料袋套住枝條防止蒸騰并允許氣體溢出和大氣平衡，水中收集樣本并測量PLC。需要多根樹枝。但氣壓可控，且與干燥臺干燥法結果非常吻合

f氣穴室法（1505D-EXP）：

• 先通過XY’lem Plus測量PLC

• 對組織進行加壓，到達目標壓力并維持一段時間后，放氣，測量PLC

• 施加更大的壓力，測量PLC.

• 重復以上動作直至實驗完成，并繪制曲線

• 測量時間快，但是結果不是非常精確，因為枝干兩端會有氣泡，有時候需要環切和去掉樹皮，方便空氣進入，長枝條結果偏大。需要用干燥平臺法來衡量該方法是否合適。