在长期干旱条件下，仙人掌（Opuntia ficus-indica）细根的径向水力限制与膨胀损失点之间的残余机械硬化现象有关

《Plant, Cell & Environment》：Residual Mechanical Stiffening Is Associated With Radial Hydraulic Limitation Across the Turgor Loss Point in Opuntia ficus-indica Fine Roots Under Prolonged Drought

　　**摘要**

干旱条件下细根的水力失效通常归因于结构崩溃或土壤-根系接触的丧失；然而，径向水力传导率（??????Lpr ${{Lp}}_{r}$）的下降是反映了不可逆的损伤还是协调的生物力学调节，这一问题仍未得到解决。我们测试了这样一个假设：逐渐的土壤干燥会引发一种与细根径向水力限制相关的、由????????πtlp ${\pi }_{{tlp}}$协调的机械转变。我们将根系暴露在无灌溉条件下45天、120天和180天，随后进行短期补水处理。我们量化了压力-体积（P–V）特性、根液渗透势（????πr ${\pi }_{r}$）、径向水力传导率（??????Lpr ${{Lp}}_{r}$）以及解剖结构的变化。干旱作用逐渐使膨胀失水点（????????πtlp ${\pi }_{{tlp}}$ 向更负的值移动，增加了体积弹性模量（εε ${\rm{\varepsilon }}$），并降低了????????πtlp ${\pi }_{{tlp}}$ 以上的相对电容（??????CFT ${C}_{{FT}}$）。在????????πtlp ${\pi }_{{tlp}}$ 之前，不同处理条件下的P–V关系仍保持强线性，表明在组织保持膨压状态时，水力缓冲作用得以维持，径向水力传导率（??????Lpr ${{Lp}}_{r}$）也相对稳定。相比之下，????????πtlp ${\pi }_{{tlp}}$ 之后的线性关系随着干旱时间的延长而逐渐恶化，这与弹性模量（εε ${\rm{\varepsilon }}$ 的增加、相对电容（??????CFT ${C}_{{FT}}$ 的降低、皮层细胞壁折叠以及径向水力传导率（??????Lpr ${{Lp}}_{r}$ 的急剧下降相吻合。在不同处理条件下，弹性模量（εε ${\rm{\varepsilon }}$ 和相对电容（??????CFT ${C}_{{FT}}$）的变化都与径向水力传导率（??????Lpr ${{Lp}}_{r}$ 的降低相关，这支持了组织硬化与径向水力限制之间存在联系的观点。根液渗透势（????πr ${\pi }_{r}$）随着干旱程度的加剧而逐渐降低；然而，在极度脱水情况下，测量得到的渗透势与P–V关系推算出的渗透势之间存在差异，这表明组织发生了结构分区，不再表现出均匀的行为。在中等程度的干旱下，根液渗透势保持稳定；在120天时出现轻微下降趋势；而在180天干旱后则急剧下降，且恢复不完全。这些结果共同表明，水力和机械特性在干旱过程中发生了同步变化。在某个阈值以上，水力弹性缓冲作用有助于维持径向水力传导率；低于该阈值时，组织硬度的增加和相对电容的降低限制了体积变形，从而导致径向水力传导率的逐步受限。我们提出了一个基于水力-机械安全边际的概念，即从组织硬化开始到功能下降拐点之间的水分补充间隔，这反映了极端干旱条件下土壤-根系的耦合机制。

**利益冲突**

作者声明没有利益冲突。

**数据可用性声明**

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