Plantarray高通量植物生理表型平臺：水分脅迫下番茄全株

植物通過快速調(diào)節(jié)其導水率和蒸騰速率來應對許多環(huán)境變化，從而優(yōu)化水分利用效率，防止因低水勢而造成的損害。使用多稱重傳感器裝置、測量數(shù)據(jù)的時間序列分析和剩余低通濾波方法連續(xù)監(jiān)測和分析生長在控溫溫室中良好灌溉和干旱期間盆栽番茄（Solanum lycopersicum cv. Ailsa Craig）的蒸騰作用。過濾后的殘留時間序列的時間導數(shù)產(chǎn)生了整個植物蒸騰 (WPT) 速率的波動行為。 WPT 波動模式與濕芯蒸發(fā)率之間的后續(xù)互相關(guān)分析顯示，WPT 速率的自主波動在水分脅迫下持續(xù)增加，而這些波動與水分充足時蒸發(fā)率的變化對應。

隨著蒸騰速率的降低，這些自主波動的相對振幅隨著水分脅迫的增加而增加。這些結(jié)果支持了最近的發(fā)現(xiàn)，即木質(zhì)部張力的增加觸發(fā)液壓信號，該信號通過植物維管系統(tǒng)瞬時傳播并控制葉片電導。討論了WPT速率同步波動在消除關(guān)鍵木質(zhì)部張力點和防止栓塞中的調(diào)節(jié)作用。

圖1. 整盆番茄植株（a）、濕芯（b）和恒定負荷（c）中的平滑重量變化率模式

圖1a、b、c分別顯示了番茄植株、濕芯和放置在稱重傳感器上的恒定重量的變化率的平滑模式。對四株相鄰的番茄植株進行了類似于圖2a所示模式的測量，這些植株在同樣充足的供水條件下在溫室中一起生長（數(shù)據(jù)未顯示）。圖1d、e、f 分別顯示了番茄植株、濕芯和恒定負載的剩余時間序列（測量的和平滑的重量時間序列之間的差異）。為了排除WPT速率波動只是系統(tǒng)相關(guān)噪聲的可能性，通過自相關(guān)函數(shù)檢查這些殘差的隨機性（分別為圖1g、h、i）。恒重殘差時間序列ek（圖1i）的自相關(guān)函數(shù)在滯后=0時為1，在所有其他滯后時接近于零，此自相關(guān)函數(shù)形狀表明ek確實是白噪聲。相比之下，番茄植株和濕芯的自相關(guān)函數(shù)（分別為圖1g、h）在前200個滯后是周期性的，峰值與峰值之間的滯后差異大約為平均為40個。

圖2. 全植物蒸騰速率（WPT）相對于平滑WPT速率瞬時值的孤立波動：脫水第1（a）天和第4（b）天的植物I，脫水第1（c）天和第4（d）天的植物II

圖2顯示了脫水第一天和第四天相對于蒸騰/蒸發(fā)速率的波動幅度（以下稱為相對波動）。相對波動是蒸騰/蒸發(fā)速率的孤立波動與平滑蒸騰/蒸發(fā)速率之間的比率。蒸發(fā)速率的相對波動在蒸發(fā)速率較低的清晨時間較大，然后隨著蒸發(fā)率的增加而減少，在下午晚些時候蒸發(fā)率再次降低時其值再次增加（圖2e，f）。圖2a-d顯示，在脫水期間，蒸騰作用的相對波動增加，蒸騰速率降低。在嚴重干旱條件下，當蒸騰速率較低時，WPT速率的波動可能是暫時的，甚至降低到零（圖2b中的相對蒸騰?–1）。高級脫水階段蒸騰速率的日相對波動模式（如圖2b、d）表明，蒸騰速率在上午相對較低，然后加劇并保持較高水平，在下午晚些時候同樣如此。