圖2、鷹嘴豆根部外部培養(yǎng)基與組織O2狀態(tài)的關(guān)系。（a）一個(gè)O2微傳感器被放置在根部（皮層，綠色）250微米處或根部700微米處（石碑，橙色），其根部直徑為1400微米完全浸沒的6天齡幼苗。培養(yǎng)基（溶液，藍(lán)色）在20–30分鐘間與氮?dú)夂脱鯕饣旌弦呵逑矗菇M織氧氣進(jìn)入準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)。（a）中的虛線表示氧氣在20°C下的空氣平衡。（b）組織中的O2與外部氧氣濃度的準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)值。（b）中的虛線表示1：1的關(guān)系。回歸線與x軸的投影截距顯示了兩種不同組織缺氧的點(diǎn)（分別為123μmol l?1 vs 62μmol l?1，或8.9 vs 4.5 kPa，分別為和皮層;P<0.05，線性回歸）。

圖3、鷹嘴豆擴(kuò)散邊界層（DBL）和根組織中O2的放射性濃度分布。在外部溶液中，在30 kPa（a，d）、20.6 kPa（b，e）和9 kPa（c，f）O2下測定直徑900（a–c），或1900微米（d–f）。在20°C下測量了5至6天齡完整幼苗的根系。幼苗在測量前需在有氧的養(yǎng)分溶液中生長。垂直虛線表示根面，水平虛線表示氧氣（20.6 kPa）的空氣平衡。紅色箭頭指向皮層與石碑組織之間的大致邊界。（g，h）皮層中的氧氣濃度（g）和石碑（h）是根據(jù)在30、20.6和9 kPa的氧濃度剖面計(jì)算出的，適用于根系為c的根。900微米（空箱形圖），或1900微米（灰色箱形圖）。箱形圖顯示五次或四次重復(fù)均值（x）、中位數(shù)（盒內(nèi)中間水平線）、50%范圍（方框）、100%（條形）（一次重復(fù)根的中位數(shù)為從兩個(gè)不同組織中心取的5次讀數(shù)）。雙因子方差分析的主要效應(yīng)結(jié)果在面板中給出。不同字母表示不同外部氧氣水平內(nèi)皮層和石柱的氧濃度顯著差異（Tukey測試，P3C為0.05）。

圖4、微呼吸小瓶中的石碑或皮層組織（a）以及鷹嘴豆（Cicer arietinum）中整個(gè)根節(jié)、皮層節(jié)段或節(jié)段（b）的呼吸速率。在測量前，在20°C下，在5至6天齡的完整幼苗根部中進(jìn)行測量，這些幼苗在有氧的養(yǎng)分溶液中生長。箱形圖顯示五次重復(fù)的平均值（x）、中位數(shù)（盒內(nèi)中間水平線）、50%范圍（框）、最小或最大值（條形）。組織類型對組織呼吸的影響極為顯著。。

圖5、實(shí)驗(yàn)裝置的照片。左側(cè)是帶有貫穿式水流的浸沒介質(zhì)的水槽，其中氧氣狀態(tài)有明確標(biāo)識，并由藍(lán)色光探測器持續(xù)監(jiān)測。微型傳感器（垂直的黑色軸體，帶有指向水槽內(nèi)的玻璃毛細(xì)管）被插入完全浸沒的鷹嘴豆（Cicer arietinum）幼苗的主根中。

結(jié)論與展望

鷹嘴豆（Cicer arietinum）根系中柱（stele）組織的代謝活性顯著高于皮層（cortex），且這一差異并非由外部氧氣供應(yīng)水平所決定，而是根內(nèi)不同組織固有的生理特性所致。即使在外部氧分壓處于大氣平衡（20.6 kPa）甚至更高（如30–41 kPa）的條件下，較粗根（直徑約1900μm）的中柱仍會因高呼吸耗氧與較長的氧擴(kuò)散路徑而形成嚴(yán)重缺氧或無氧核心；相比之下，細(xì)根（約900μm）則整體保持有氧狀態(tài)。通過Unisense氧微電極原位測量發(fā)現(xiàn)，中柱組織的氧消耗速率是皮層的3.3倍，并且其轉(zhuǎn)變?yōu)閲?yán)重缺氧狀態(tài)所需的外部氧閾值（8.9 kPa）遠(yuǎn)高于皮層（4.5 kPa）。進(jìn)一步對23種關(guān)鍵酶（涵蓋糖酵解、蔗糖裂解、發(fā)酵及抗氧化系統(tǒng)）的活性分析表明：無論在有氧、低氧還是嚴(yán)重低氧處理下，中柱中的酶活性始終高于皮層，說明其高代謝狀態(tài)是一種組織特異性特征，而非對外部低氧脅迫的被動響應(yīng)。該研究揭示了非通氣組織作物（如鷹嘴豆）根系內(nèi)部存在天然的氧梯度和代謝分區(qū)，中柱組織通過維持較高的基礎(chǔ)代謝活性以應(yīng)對持續(xù)性的內(nèi)部缺氧環(huán)境。這一發(fā)現(xiàn)深化了對植物根系低氧適應(yīng)機(jī)制的理解，強(qiáng)調(diào)在研究根系生理時(shí)必須考慮組織特異性，而不能僅依賴外部環(huán)境條件進(jìn)行推斷。Unisense微電極系統(tǒng)在本研究中被用于高精度、原位測量鷹嘴豆根系內(nèi)部的氧氣（O?）濃度分布，是揭示根組織內(nèi)部氧梯度與代謝異質(zhì)性的關(guān)鍵技術(shù)手段。Unisense微電極系統(tǒng)在本研究中不僅是測量工具，更是連接物理氧分布與生化代謝響應(yīng)的關(guān)鍵橋梁，其高空間分辨率和原位動態(tài)監(jiān)測能力，使研究得以突破傳統(tǒng)整體根系分析的局限，深入到組織特異性生理機(jī)制層面。