Anatomical and physiological responses of roots and rhizomes in Oryza longistaminata to soil water gradients  

水稻根和根莖對土壤水分梯度的解剖和生理響應  

來源：Annals of Botany  

植物學年鑒  

 

摘要內容：

研究長雄野生稻（Oryza longistaminata）的根和根莖在土壤水分梯度（淹水、正常澆水和缺水）下的解剖與生理響應，重點關注根莖的生理整合作用以及根和根莖的結構適應性。  

 

研究目的：

探究根莖的生理整合如何緩解異質水分脅迫，并揭示根和根莖在不同水分條件下（淹水、正常澆水、缺水）的解剖與生理適應機制。  

 

研究思路：  

生理整合實驗：通過切斷母株與分株間的根莖連接，測量光合參數（光合速率、蒸騰速率、氣孔導度）的變化，驗證根莖在水分脅迫下的雙向資源傳輸能力（圖1）。  

 

 

解剖與生理響應實驗：將植株置于三種水分條件下，分析根和根莖的解剖結構（直徑、通氣組織比例、維管束數量）、徑向水分流失（RWL）、氧氣滲透性（使用丹麥Unisense電極測量），并通過組織化學染色和質外體示蹤劑評估屏障結構（圖2-5）。  

 

 

 

 

 

測量數據及研究意義：  

光合參數（圖1C-H）：切斷根莖連接后，水分脅迫下的分株或母株光合參數顯著下降，表明根莖的生理整合能雙向緩解水分脅迫。  

 

解剖結構（圖2-3）：  

根在缺水條件下直徑更小，細胞層數減少，皮層與中柱比降低，但通氣組織比例更高，利于降低代謝成本（圖2B-E）。  

 

根莖在淹水條件下直徑更大，通氣腔面積增加，維管束數量在缺水時增多（圖3B-D），反映其適應不同水分的結構可塑性。  

徑向水分流失（RWL）和氧氣滲透性（圖4A-H）：  

 

淹水條件下根的RWL最低（圖4G），氧氣滲透性最低（圖4H），表明其外屏障有效限制水分和氧氣流失。  

根莖的RWL和氧氣滲透性在所有水分條件下均較低（圖4G-H），顯示其固有屏障功能。  

組織化學分析（圖5A-B）：  

 

根在淹水條件下木質化和栓化程度更高，質外體示蹤劑滲透受阻（圖5A）。  

根莖的木質化和栓化屏障是固有的，獨立于水分條件（圖5B）。  

 

結論：  

根莖的生理整合能雙向緩解母株或分株的水分脅迫。  

 

根在淹水條件下形成強外屏障（減少水分和氧氣流失），缺水時通過增加通氣組織和小直徑優化水分吸收。  

 

根莖具有固有屏障和結構可塑性（如維管束數量增加），適應不同水分環境。  

 

丹麥Unisense電極測量數據的詳細意義：  

測量內容：使用Unisense氧微電極測定根和根莖的氧氣滲透性（圖4D-F，H）。  

研究意義：  

根的低氧滲透性：淹水條件下根的氧氣滲透性最低（1.83×10?? m/s），表明其外屏障（栓化/木質化）有效限制氧氣向根際流失，維持根尖氧氣供應（圖4H）。  

根莖的氧氣消耗：根莖的氧氣滲透性極低且隨時間下降（圖4E-F），反映其高代謝消耗和致密皮層結構限制氧氣擴散，可能與長期缺氧適應相關。  

生理功能驗證：數據支持根在淹水時優先維持內部氧氣通路，而根莖的固有屏障保障資源傳輸，為理解植物在異質水分環境中的生存策略提供關鍵證據。