植物根系吸收水分大多經(jīng)蒸騰作用（約97%）而散失，僅1%～3%存留在體內(nèi)。葉的胞內(nèi)水是根系所獲取水分在葉內(nèi)傳輸過(guò)程中，被蓄留儲(chǔ)存在葉片中的部分，因其占比較少且難以直接檢測(cè)，易被忽視。然而，胞內(nèi)水的轉(zhuǎn)移、輸送及利用在植物光合、生長(zhǎng)及其他代謝過(guò)程中發(fā)揮著更為直接的作用。因此，與植物蒸騰用水相比，葉的胞內(nèi)水狀況更能準(zhǔn)確表征植物的需水信息，且可據(jù)此實(shí)現(xiàn)作物種植過(guò)程中的按需供水，達(dá)到精確灌溉的目的，是未來(lái)智慧灌溉的發(fā)展方向。葉的胞內(nèi)水受環(huán)境及自身調(diào)控影響呈現(xiàn)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)特征，現(xiàn)有技術(shù)尚無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)葉的胞內(nèi)水的在線監(jiān)測(cè)。在植物生理學(xué)研究方面，生物物理方法起步較早，但生物化學(xué)技術(shù)則后來(lái)居上。事實(shí)上，生物物理信息（如電生理）具有操作簡(jiǎn)便、響應(yīng)靈敏、反映迅速、原位無(wú)損的特征，不僅能在線及時(shí)獲取植物的水分和營(yíng)養(yǎng)信息，而且還可以快速反映植物的抗逆和感病情況，為植物生產(chǎn)的智慧管理提供技術(shù)支撐。

近日，中國(guó)科學(xué)院地球化學(xué)研究所研究員吳沿友課題組與江蘇大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院研究人員合作，根據(jù)能斯特方程建立生理阻抗與傳感器夾持力之間的關(guān)系模型，進(jìn)而獲取了葉片胞內(nèi)水分轉(zhuǎn)輸速率。在輕度水分虧缺情況下，植物葉片胞內(nèi)水分轉(zhuǎn)輸?shù)姆€(wěn)定有利于生長(zhǎng)及干物質(zhì)的累積，葉片胞內(nèi)水轉(zhuǎn)輸速率的提升，可在水分虧缺加重時(shí)提高葉片胞內(nèi)水的水分利用效率并維持光合作用。葉片胞內(nèi)水轉(zhuǎn)輸利用的調(diào)整在植物適應(yīng)水分虧缺過(guò)程中發(fā)揮著重要作用。上述研究成果以Leaf Intracellular Water Transport Rate Based on Physiological Impedance: A Possible Role of Leaf Internal Retained Water in Photosynthesis and Growth of Tomatoes為題發(fā)表在Frontiers in Plant Science上。

葉片胞內(nèi)水分轉(zhuǎn)輸特性

此外，該課題組及合作團(tuán)隊(duì)成功開發(fā)了基于電生理信息的檢測(cè)植物葉片保水能力及輸導(dǎo)能力、抗鹽能力以及抗逆品種篩選方法。這些方法的建立以及相關(guān)研究，既可以加深人們對(duì)葉片物理性狀與植物逆境生理生態(tài)之間關(guān)系的認(rèn)識(shí)，還可從全新角度揭示植物水分自我調(diào)控策略、探索植物與干旱環(huán)境的互作規(guī)律，具有重要的理論及實(shí)踐意義。

研究工作獲得國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和江蘇高校優(yōu)勢(shì)學(xué)科建設(shè)工程資助項(xiàng)目的支持。

論文鏈接：
https://doi.org/10.3389/fpls.2022.845628

審核編輯 ：李倩