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Flood tolerance of wheat- the importance of leaf gas films during complete submergence
小麥的耐淹性——完全淹沒期間葉片氣膜的重要性
來源：Functional Plant Biology, 2017, Volume 44, Pages 888-898
《功能植物生物學(xué)》，2017年，第44卷，888-898頁
摘要
摘要闡述了淹沒對(duì)植物造成多種脅迫，其中組織與洪水之間的氣體交換受阻是最大挑戰(zhàn)。小麥等陸生植物具有超疏水葉片角質(zhì)層，能在淹沒時(shí)保留薄氣膜，增強(qiáng)氣體交換。但淹沒期間葉片疏水性喪失，氣膜消失。本研究將小麥（有或無氣膜）完全淹沒達(dá)14天，發(fā)現(xiàn)有氣膜的植物存活時(shí)間顯著更長（13天 vs 10天），且恢復(fù)期后死組織較少。研究還揭示氣膜反射光導(dǎo)致有氣膜葉片的水下凈光合作用光補(bǔ)償點(diǎn)更高（有氣膜52 vs 無氣膜35 μmol photons m?2 s?1），但在約5%全日照光強(qiáng)下，氣膜的益處克服負(fù)面影響。表明旱地作物小麥在淹沒時(shí)也受益于葉片氣膜，這一性狀應(yīng)被納入以提高耐淹性。
研究目的
研究目的是評(píng)估葉片氣膜對(duì)小麥完全淹沒生存的重要性，并探討其機(jī)制，包括氣膜對(duì)氣體交換、水下光合作用及植物生理的影響，以揭示氣膜在增強(qiáng)小麥耐淹性中的作用。
研究思路
研究思路包括：使用小麥品種‘JB Asano’，通過刷洗葉片去除氣膜（實(shí)驗(yàn)組）與保留氣膜（對(duì)照組）進(jìn)行對(duì)比。植物被完全淹沒在人工洪水中達(dá)14天，監(jiān)測生存時(shí)間、恢復(fù)期生長。同時(shí)，測量氣膜厚度、組織孔隙度、葉綠素濃度、水下凈光合作用（PN）和暗呼吸（RD）的CO2及光響應(yīng)曲線，以分析氣膜對(duì)氣體交換的機(jī)制。實(shí)驗(yàn)在控制條件下進(jìn)行，數(shù)據(jù)通過統(tǒng)計(jì)方法（如ANOVA）分析。
測量的數(shù)據(jù)及研究意義
1. 生存時(shí)間：數(shù)據(jù)來自Fig.2，顯示有氣膜植物中位生存時(shí)間13天，無氣膜10天，差異顯著。研究意義是直接證明氣膜延長淹沒生存，為耐淹育種提供依據(jù)。
2. 氣膜厚度和組織孔隙度：數(shù)據(jù)來自Fig.3a和Fig.3b，顯示氣膜厚度在淹沒3天后消失，組織孔隙度隨淹沒時(shí)間下降。研究意義是氣膜短暫存在但關(guān)鍵，孔隙度變化反映組織完整性喪失，與生存相關(guān)。
3. 葉綠素濃度：數(shù)據(jù)來自Fig.3c，顯示隨淹沒時(shí)間下降。研究意義是葉綠素降解指示衰老進(jìn)程，氣膜延緩此過程，維持光合能力。
4. 相對(duì)生長率和死組織比例：數(shù)據(jù)來自Fig.4a和Fig.4b，顯示有氣膜植物在淹沒6天后生長率更高，死組織較少。研究意義是氣膜改善碳平衡和恢復(fù)能力，支持長期生存。
5. 水下凈光合作用CO2和光響應(yīng)：數(shù)據(jù)來自Fig.5、Fig.6和Table 1，顯示有氣膜時(shí)PN更高，CO2吸收阻力更低，但光補(bǔ)償點(diǎn)更高。研究意義是量化氣膜增強(qiáng)氣體交換的效率，揭示其在生態(tài)相關(guān)條件下的優(yōu)勢(shì)。
結(jié)論
1. 葉片氣膜顯著延長小麥完全淹沒生存時(shí)間，改善恢復(fù)期組織完整性。
2. 氣膜通過降低CO2和O2交換阻力，增強(qiáng)水下光合作用和黑暗呼吸，改善內(nèi)部通氣及碳平衡。
3. 氣膜反射光導(dǎo)致光補(bǔ)償點(diǎn)升高，但在低光下益處主導(dǎo)，表明其生態(tài)適應(yīng)性。
4. 氣膜是小麥耐淹性的關(guān)鍵性狀，應(yīng)通過遺傳改良延長氣膜保留時(shí)間。
使用丹麥Unisense電極測量數(shù)據(jù)的研究意義
使用丹麥Unisense電極（如OX-500型號(hào)）測量溶解O2濃度，用于評(píng)估水下凈光合作用（PN）和暗呼吸（RD）。研究意義在于：電極提供高精度、實(shí)時(shí)O2數(shù)據(jù)，使能量化氣體交換速率。例如，在CO2和光響應(yīng)曲線中，電極測量O2產(chǎn)生/消耗，計(jì)算PN和RD，揭示氣膜降低氣體交換阻力（有氣膜阻力92,884 s m?1 vs 無氣膜1,659,541 s m?1）。這直接證明氣膜機(jī)制，即通過“物理鰓”效應(yīng)增強(qiáng)氣體擴(kuò)散，支持水下代謝。數(shù)據(jù)還顯示光補(bǔ)償點(diǎn)差異，突出氣膜在低光下的權(quán)衡。總體，Unisense電極數(shù)據(jù)為耐淹機(jī)制提供實(shí)證，指導(dǎo)作物改良。