植物水势驱动辐射松细根在轻度干旱早期的收缩及其与皮层空隙形成和根-土水力隔离的关系

《Journal of Experimental Botany》：The point of disconnection: early-drought fine root shrinkage is driven by plant water use in Pinus radiata

　　

摘要

理解根-土界面对于确定植物在干旱期间何时与土壤环境发生水力隔离至关重要。新兴证据表明根系在脱水过程中会显著收缩，但其驱动因素和水流影响仍不明确，且缺乏将收缩与土壤和植物水分状况联系起来的少量数据。我们以广泛分布的等压性针叶树辐射松（Pinus radiata）为研究对象，利用基于同步辐射的Micro-CT技术，在植物轻度干燥期间（栓塞发生前）扫描土壤中直径小于2.5毫米的完整根系，以分离收缩与土壤水势（Ψ_soil）和木质部水势（Ψ_plant）之间的关系。原位细根在Ψ_plant干燥的最早阶段（-0.2 MPa至-0.88 MPa）即开始收缩，损失14.8 ± 10.3%的初始横截面积（占观察到的收缩量的62%），该过程发生在土壤初始干燥之前（0-72 kPa Ψ_soil）。Ψ_plant对收缩的预测能力显著优于Ψ_soil；当以-1 MPa时的收缩量为基准进行标准化并考虑初始Ψ_plant的差异后，在该早期干燥梯度范围内呈现收缩与Ψ_plant之间的线性关系。Ψ_plant的下降与皮层空隙的形成呈线性协调关系。这种由Ψ_plant驱动的模式表明，根系收缩是植物在常见水势梯度下水力功能的重要组成部分，且该过程远早于气孔关闭和木质部栓塞发生。这揭示了皮层组织的水分利用是定义水分亏缺期间植物-土壤断连的关键生理过程。

细根, 收缩, 土壤, 水势, Micro-CT, 皮层, 空隙, 木质部