Leaf gas film retention during submergence of 14 cultivars of wheat (Triticum aestivum)

14個小麥品種淹沒期間葉片氣膜保留的研究

來源：Functional Plant Biology, Volume 44, 2017, Pages 877-887

《功能植物生物學》雜志，第44卷，2017年，頁碼877-887

 

摘要

摘要說了這篇論文研究了14個小麥品種和一種濕地草Glyceria fluitans在完全淹沒條件下的葉片氣膜保留時間。發現小麥能保留氣膜至少2天，而G. fluitans氣膜更厚且保留至少4天。掃描電鏡顯示小麥和G. fluitans葉片有高密度表皮蠟質片晶，解釋其超疏水性。G. fluitans還有乳頭狀結構，增強初始疏水性，使氣膜保留更久。氣膜丟失與葉片被未知物質覆蓋相關。研究表明葉片氣膜是改善暫時淹沒作物耐洪性的相關性狀。

 

研究目的

研究目的是測試14個不同小麥品種的氣膜保留時間，比較與濕地植物G. fluitans的差異，探討氣膜保留的機制，包括表面疏水性和結構特征，并評估氣膜對水下光合作用的影響，以確定氣膜作為耐洪性育種選擇標準的潛力。

 

研究思路

研究思路是先種植14個小麥品種和G. fluitans，在控制條件下生長至16天齡后進行淹沒處理（最多10天）。測量淹沒期間的氣膜厚度、葉片疏水性（接觸角）、水下凈光合作用（PN）、葉孔隙度和葉綠素濃度。使用掃描電鏡觀察葉片表面結構。通過統計分析比較品種間差異，并選擇三個有代表性小麥品種進行深入機制研究。使用丹麥Unisense微傳感器測量水下O2濃度以計算光合作用速率。

 

測量的數據及研究意義

1 測量了14個小麥品種的氣膜厚度隨時間變化，來自圖1。研究意義是發現所有小麥品種氣膜保留模式相似，淹沒2天后氣膜丟失，顯示小麥氣膜保留時間有限，且品種間無顯著差異，表明氣膜保留可能不是小麥耐洪性的關鍵變異性狀，但為篩選提供基線數據。

 

2 測量了三個小麥品種和G. fluitans的氣膜厚度、接觸角、葉片暴露百分比，來自圖2a、2b、2c。研究意義是G. fluitans氣膜更厚且保留更久（至4天），接觸角顯示其超疏水性維持更長時間，表明濕地植物結構適應性增強氣膜穩定性，為理解植物水下氣體交換機制提供比較基礎。

 

3 測量了葉片表面結構通過掃描電鏡，來自圖3。研究意義是顯示小麥和G. fluitans有蠟質片晶導致超疏水性，但G. fluitans有額外乳頭狀結構，解釋其氣膜保留更久，揭示表面形態對氣膜持久性的影響，為仿生材料設計提供靈感。

 

 

4 測量了水下凈光合作用在不同CO2濃度下，來自圖4。研究意義是在低CO2（200μM）時，氣膜厚度與PN正相關，氣膜增強CO2擴散；高CO2（2500μM）時無相關，表明氣膜在CO2限制條件下尤為重要，突出了氣膜對維持水下光合作用的作用。

 

5 測量了氣膜厚度與水下光合作用的相關性，來自圖5。研究意義是氣膜厚度與低CO2下PN正相關，但與高CO2下無關，驗證氣膜通過減少擴散阻力促進氣體交換，強調其在自然水體低CO2環境中的生態重要性。

 

 

6 測量了葉孔隙度和葉綠素濃度，來自圖6。研究意義是G. fluitans初始孔隙度更高，但隨淹沒下降；葉綠素濃度均下降，表明淹沒導致光合機構損傷，但G. fluitans降解較慢，反映其耐淹適應性。

 

 

結論

得出了結論是小麥氣膜保留時間短（約2天），而濕地植物G. fluitans氣膜更持久（4天）， due to其表面乳頭狀結構增強疏水性。氣膜丟失與葉片被未知物質覆蓋相關。氣膜通過促進水下氣體交換提高耐淹性，尤其在高CO2限制環境下。小麥品種間氣膜保留無顯著差異，表明氣膜性狀在育種中需結合其他耐性機制。氣膜可作為改善作物暫時淹沒耐受性的選擇指標。

 

使用丹麥Unisense電極測量數據的研究意義

使用丹麥Unisense電極測量出來的數據的研究意義在于提供了高精度、實時的水下氧氣濃度測量，從而準確計算凈光合作用速率。在研究中，Unisense微傳感器（OP-430）用于測量密閉小瓶中水體的溶解氧濃度變化（方法部分），通過監測O2演化率確定水下PN。這種測量意義是關鍵性的，因為Unisense電極的高靈敏度和快速響應能檢測細微的O2變化，確保光合作用數據的可靠性，避免了傳統方法的誤差。具體地，它允許在控制CO2濃度（200和2500μM）和溫度條件下量化氣膜對氣體交換的影響，驗證了氣膜在低CO2時增強PN的機制。此外，電極使用確保了實驗可重復性，為比較不同植物物種的耐淹生理提供了可靠基礎，支持了氣膜在生態和應用研究中的重要性。