Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Phản ứng của độ dẫn khí qua khí khổng của hai loài cây đối với sự thiếu hụt áp suất hơi nước ở ba khu vực khí hậu
Tóm tắt
Hành vi của khí khổng là một chủ đề trung tâm trong nghiên cứu sinh lý sinh thái thực vật dưới sự thay đổi môi trường toàn cầu. Tuy nhiên, cơ chế sinh lý điều khiển phản ứng của khí khổng đối với sự thiếu hụt áp suất hơi nước (VPD) hoặc độ ẩm tương đối (RH) vẫn chưa được hiểu rõ cho đến nay. Trong nghiên cứu này, độ dẫn khí qua khí khổng (gs) của hai loài cây (Fraxinus chinensis Roxb., Populus alba L. var. pyramidalis Bge.) đối với VPD ở ba khu vực khí hậu khác nhau (Jinan với khí hậu ấm ẩm/độ ẩm bán ẩm điển hình, Urumqi với khí hậu đại dương khô lạnh ôn đới và Turpan với khí hậu sa mạc khô hạn cực đoan) đã được đo. Mức độ của hai phytohormone (axit abscisic, ABA; axit indole-3-axetic, IAA) trong lá của hai loài cây này tại ba địa điểm cũng được đo bằng sắc ký lỏng hiệu năng cao. Kết quả cho thấy phản ứng của gs đối với một VPD tăng lên ở hai loài cây này tại ba địa điểm có các đường cong đỉnh có thể được khớp với mô hình Log Normal (gs=a·exp(−0.5(ln(D/c)/b)2). Giá trị VPD/RH tương ứng với gs tối đa có thể được tính toán bằng các mô hình khớp cho hai loài cây tại ba địa điểm. Chúng tôi nhận thấy rằng gs-max-VPD đã tính toán có mối tương quan âm với độ ẩm không khí tương đối tại ba địa điểm trong thời kỳ sinh trưởng của cây (từ tháng 4 đến tháng 10 năm 2010), điều này cho thấy các giá trị của gs-max-VPD liên quan đến điều kiện khí hậu. Mô hình khí khổng thực nghiệm hiện tại (mô hình Leuning) và mô hình hành vi khí khổng tối ưu không thể mô phỏng chính xác dữ liệu đo được của chúng tôi. Hiệu quả sử dụng nước ở hai loài cây không cho thấy sự khác biệt rõ ràng dưới ba điều kiện khí hậu rất khác nhau, nhưng gs, tỷ lệ quang hợp và tỷ lệ thoát hơi nước cao nhất xảy ra ở P. alba var. của Turpan. Độ nhạy trong phản ứng của gs đối với VPD trong lá của hai loài cây cho thấy mối tương quan dương với nồng độ của ABA, điều này ngụ ý rằng mức độ ABA có thể được sử dụng như một chỉ báo của độ nhạy của phản ứng khí khổng đối với VPD. Kết quả của chúng tôi xác nhận rằng việc dự đoán phản ứng của gs đối với VPD có thể không đầy đủ trong hai mô hình phổ biến hiện nay. Do đó, cần một mô hình gs cải tiến có khả năng tích hợp các kết quả. Bên cạnh đó, cơ chế phản ứng của khí khổng với các đường cong đỉnh đơn đối với VPD cũng nên được xem xét.
Từ khóa
#khí khổng #độ dẫn khí #áp suất hơi nước #phytohormone #điều kiện khí hậuTài liệu tham khảo
Acharya B R, Assmann S M. 2009. Hormone interactions in stomatal function. Plant Molecular Biology, 69(4): 451–462.
Aphalo P J, Jarvis P G. 1991. Do stomata respond to relative humidity? Plant, Cell and Environment, 14: 127–132.
Arve L E, Terfa M T, Gislerød H R, et al. 2013. High relative air humidity and continuous light reduce stomata functionality by affecting the ABA regulation in rose leaves. Plant, Cell and Environment, 36(2): 382–392.
Ball J T, Woodrow I E, Berry J A. 1987. In Progress in Photosynthesis Research. Dordrecht: Springer, 221-224.
Beardsell M F, Cohen D. 1975. Relationships between leaf water status, abscisic acid levels, and stomatal resistance in maize and sorghum. Plant Physiology, 56(2): 207–212.
Bi G H, Wu G X, Zhang G Z. 1995. Annual variation of IAA and ABA contents in young apple tree. Journal of Shandong Agricultural University, 2(1): 98–102.
Bunce J A. 1998. Effects of humidity on short-term responses of stomatal conductance to an increase in carbon dioxide concentration. Plant, Cell and Environment, 21: 115–120.
Chang J C, Lin T Z. 2007. Gas exchange in litchi under controlled and field conditions. Scientia Horticulturae, 114: 268–274.
Cowan I R, Farquhar G D. 1977. Stomatal function in relation to leaf metabolism and environment. Symposia Society for Experimental Biology, 31: 471–505.
Day M E. 2000. Influence of temperature and leaf-to-air vapor pressure deficit on net photosynthesis and stomatal conductance in red spruce (Picea rubens). Tree Physiology, 20: 57–63.
Deng X, Li X M, Zhang X M, et al. 2003. Studies on gas exchange of Tamarix ramosissima Lbd. Acta Ecologica Sinica, 23(1): 180–187.
Dewar R C. 2002. The Ball-Berry-Leuning and Tardieu-Davies stomatal models: synthesis and extension within a spatially aggregated picture of guard cell function. Plant, Cell and Environment, 25(11): 1383–1398.
Dobrev P I, Havlíček L, Vágner M, et al. 2005. Purification and determination of plant hormones auxin and abscisic acid using solid phase extraction and two-dimensional high performance liquid chromatography. Journal of Chromatography A, 1075(1–2): 159–166.
Eamus D, Cole S C. 1997. Diurnal and seasonal comparisons of assimilation, phyllode conductance and water potential of three Acacia and one Eucalyptus species in the wet-dry tropics of Australia. Australian Journal of Botany, 45: 275–290.
Eamus D, Taylor D T, Macinnis-Ng C M O, et al. 2008. Comparing model predictions and experimental data for the response of stomatal conductance and guard cell turgor to manipulations of cuticular conductance, leaf-to-air vapour pressure difference and temperature: feedback mechanisms are able to account for all observations. Plant, Cell and Environment, 31: 269–277.
Finkelstein R R, Gampala S S L, Rock C D. 2002. Abscisic acid signaling in seeds and seedlings. The Plant Cell, 14: S15–S45.
Fu L, Wang M L, Gao J G, et al. 2000. Annual dynamic pattern of four endogenous hormones in young apple trees. Journal of Shandong Agricultural University: Natural Science, 31(2): 180–182.
Héroult A, Lin Y S, Bourne A, et al. 2013. Optimal stomatal conductance in relation to photosynthesis in climatically contrasting Eucalyptus species under drought. Plant, Cell and Environment, 36: 262–274.
Hetherington A M, Woodward F I. 2003. The role of stomata in sensing and driving environmental change. Nature, 424: 901–908.
Jarvis P G. 1976. The interpretation of the variations in leaf water potential and stomatal conductance found in canopies in the field. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Biological Sciences: Series B, 273(927): 593–610.
Kowalczyk M, Sandberg G. 2001. Quantitative analysis of indole-3-acetic acid metabolites in Arabidopsis. Plant Physiology, 127: 1845–1853.
Leung J, Giraudat J. 1998. Abscisic acid signal transduction. Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology, 49: 199–222.
Leuning R. 1995. A critical appraisal of a combined stomatal-photosynthesis model for C3 plants. Plant, Cell and Environment, 18: 339–355.
Liu G F, Yang C P, Wen S L, et al. 1998. Endogenous hormone change of three tree species under salt stress. Journal of Northeast Forestry University, 26 (1): 1–3.
Liu Y H, Gao Q, Jia H K. 2006. Leaf-scale drought resistance and tolerance of three plant species in a semi-arid environment: application and comparison of two stomatal conductance models. Journal of Plant Ecology, 30(1): 64–70.
Matsuda F, Miyazawa H, Wakasa K, et al. 2005. Quantification of indole-3-acetic acid and amino acid conjugates in rice by liquid chromatography-electrospray ionization-tandem mass spectrometry. Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry, 69 (4): 778–783.
Mdelyn B E, Duursma R A, Eamus D, et al. 2011. Reconciling the optimal and empirical approaches to modelling stomatal conductance. Global Change Biology, 17: 2134–2144.
Nejad A R, van Meeteren U. 2005. Stomatal response characteristics of Tradescantia virginiana grown at high relative air humidity. Physiologia Plantarum, 125: 324–332.
Oren R, Sperry J S, Katul G G, et al. 1999. Survey and synthesis of intra- and interspecific variation in stomatal sensitivity to vapour pressure deficit. Plant, Cell and Environment, 22(12): 1515–1526.
Oren R, Sperry J S, Ewers B E, et al. 2001. Sensitivity of mean canopy stomatal conductance to vapor pressure deficit in a flooded Taxodium distichum L. forest: hydraulic and non-hydraulic effects. Oecologia, 126: 21–29.
Osonubi O, Davies W J. 1978. Solute accumulation in leaves and roots of woody plants subjected to water stress. Oecologia, 32: 323–332.
Outlaw W H Jr. 2003. Integration of cellular and physiological functions of guard cells. Plant Science, 22: 503–529.
Ouyang L, Hong Y H, Huang L H, et al. 2007. On changes of physiology and biochemistry and plant hormones in super rice seedings by different stress signaling. Research of Agricultural Modernization, 28(1): 104–106.
Pan X Q, Welti R, Wang X M. 2008. Simultaneous quantification of major phytohormones and related compounds in crude plant extracts by liquid chromatography-electrospray tandem mass spectrometry. Phytochemistry, 69(8): 1773–1781.
Park S Y, Furukawa A. 1999. Photosynthetic and stomatal responses of two tropical and two temperate trees to atmospheric humidity. Photosynthetica, 36(1–2): 181–186.
Saibo N J M, Vriezen W H, Beemster G T S, et al. 2003. Growth and stomata development of Arabidopsis hypocotyls are controlled by gibberellins and modulated by ethylene and auxins. The Plant Journal, 33: 989–1000.
Sakurai N, Akiyama M, Kuraishi S. 1985. Role of abscisic acid and indoleacetic acid in the stunted growth of water-stressed, etiolated squash hypocotyls. Plant and Cell Physiology, 26(1): 15–24.
Schmelz E A, Engelberth J, Alborn H T, et al. 2003. Simultaneous analysis of phytohormnoes, phytotoxins, and volatile organic compounds in plants. Proceeding of the National Academy of Sciences, USA, 100: 10552–10557.
Schulze E D, Lange O L, Buschbom U, et al. 1972. Stomatal responses to changes in humidity in plants growing in the desert. Planta, 108(3): 259–270.
Shirke P A, Pathre U V. 2003. Diurnal and seasonal changes in photosynthesis and photosystem 2 photochemical efficiency in Prosopis juliflora leaves subjected to natural environmental stress. Photosynthetica, 41(1): 83–89.
Shi X H, Chen Z Y, Liu K Y, et al. 2005. Effects of different relative humidities on physiological activities of wild grape. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 13(4): 65–67.
Snaith P J, Mansfield T A. 1982. Stomatal sensitivity to abscisic acid: can it be defined? Plant, Cell and Environment, 5: 309–311.
Soni D K, Ranjan S, Singh R, et al. 2012. Photosynthetic characteristics and the response of stomata to environmental determinants and ABA in Selaginella bryopteris, a resurrection spike moss species. Plant Science, 191–192: 43–52.
Tanaka Y, Sano T, Tamaoki M, et al. 2006. Cytokinin and auxin inhibit abscisic acid-induced stomatal closure by enhancing ethylene production in Arabidopsis. Journal of Experimental Botany, 57(10):2259–2266.
Torre S, Fjeld T, Gislerød H R, et al. 2003. Leaf anatomy and stomatal morphology of greenhouse roses grown at moderate or high air humidity. Journal of the American Society for Horticultural Science, 128(4): 598–602.
Tuzet A, Perrier A, Leuning R. 2003. A coupled model of stomatal conductance, photosynthesis and transpiration. Plant, Cell and Environment, 26: 1097–1116.
Wang S G. 2000. Roles of cytokinin on stress resistance and delaying senescence in plants. Chinese Bulletin of Botany, 17(2): 121–126.
Wang S S, Yang Y, Trishchenko A P, et al. 2009. Modeling the response of canopy stomatal conductance to humidity. Journal of Hydrometeorology, 10(2): 521–532.
Wang Y H, Zhou G S. 2000. Analysis and quantitative simulation of stomatal conductance of Aneurolepidium chinense. Acta Phytoecologica Sinica, 24(6): 739–743.
Woodruff D R, Meinzer F C, McCulloh K A. 2010. Height-related trends in stomatal sensitivity to leaf-to-air vapour pressure deficit in a tall conifer. Journal of Experimental Botany, 61(1): 203–210.