Устьичная проводимость

По определению, устьичную проводимость, обычно измеряется в ммоль м ^-2 с ^-1, обусловливает чистая мольное поток из диоксида углерода (СО 2) входе или водяной пар, выходящий через устьица о наличии листа, при заданной разности концентраций CO 2 или водяной пар между атмосферой и подстойной полостью. Обусловленные таким образом молярные потоки представляют собой чистую скорость ассимиляции CO 2 для CO 2 и скорость транспирации для водяного пара.

Устьичная проводимость или ее обратное устьичное сопротивление находится под прямым биологическим контролем листа через его замыкающие клетки, которые окружают устьичную пору. Давление тургора и осмотический потенциал из замыкающих клеток непосредственно связанно с устьичной проводимостью.

Устьичная проводимость зависит от плотности устьиц, устьичной апертуры и размера устьиц. Устьичная проводимость является неотъемлемой частью расчета транспирации на уровне листа (E). Многочисленные исследования показали прямую корреляцию между использованием гербицидов и изменениями в физиологических и биохимических процессах роста растений, особенно нецелевых растений, что приводит к снижению устьичной проводимости и тургорного давления листьев.

СОДЕРЖАНИЕ

• 1 Светозависимое устьичное открытие
• 2 Методы измерения
• 3 Модели
  • 3.1 Модель Болла-Берри-Леунинга
• 4 Смотрите также
• 5 использованная литература

Светозависимое устьичное открытие

Открытие устьиц в зависимости от света происходит у многих видов и в самых разных условиях. Свет является основным стимулом, участвующим в устьичной проводимости, и имеет два ключевых элемента, которые участвуют в этом процессе: ответ устьиц на синий свет и фотосинтез в хлоропласте замыкающей клетки. Устьица открываются при усилении света и закрываются при его уменьшении.

Это связано с тем, что синий свет активирует рецептор на мембране замыкающей клетки, который вызывает перекачку протонов клеток, что создает электрохимический градиент. Это заставляет свободно плавающие ионы калия и других ионов проникать в замыкающие клетки через канал. Увеличение количества растворенных веществ в замыкающих клетках приводит к снижению осмотического потенциала клеток, заставляя воду затекать, замыкающая клетка увеличивается в размерах и, следовательно, открывается.

Второй ключевой элемент, участвующий в светозависимом открытии устьиц, - это фотосинтез в хлоропласте замыкающей клетки. Это событие также увеличивает количество растворенных веществ в защитной ячейке. Углекислый газ попадает в хлоропласты, что увеличивает количество фотосинтеза. Это увеличивает количество растворенных веществ, производимых хлоропластом, которые затем попадают в цитозоль замыкающей клетки. Опять же, это вызывает снижение осмотического потенциала, вода заливает клетки, клетки набухают водой, и устьица открываются.

В недавних исследованиях изучалась устьичная проводимость быстрорастущих древесных пород для определения водопользования различных видов. В ходе их исследований был сделан вывод, что предрассветный водный потенциал листа оставался неизменным в течение месяцев, в то время как полуденный водный потенциал листа изменялся в зависимости от времени года. Например, устьичная проводимость полога имела более высокий водный потенциал в июле, чем в октябре. Исследования, проведенные для этого эксперимента, показали, что устьичная проводимость позволяет постоянно использовать воду на единицу площади листа.

В других исследованиях изучалась взаимосвязь между стрессом от засухи и проводимостью устьиц. В ходе этих экспериментов исследователи обнаружили, что засухоустойчивое растение регулирует скорость транспирации через устьичную проводимость. Это сводит к минимуму потерю воды и позволяет растению выжить в условиях низкого уровня воды.

Методы измерения

Стоматальную проводимость можно измерить несколькими способами: Порометры в стационарном состоянии: порометр в устойчивом состоянии измеряет устьичную проводимость с помощью сенсорной головки с фиксированным диффузионным путем к листу. Он измеряет концентрацию пара в двух разных точках диффузионного тракта. Он вычисляет поток пара на основе измерений концентрации пара и известной проводимости диффузионного тракта, используя следующее уравнение:

${\ displaystyle {\ frac {C_ {vL} -C_ {v1}} {R_ {vs} + R_ {1}}} = {\ frac {C_ {v1} -C_ {v2}} {R_ {2}} }}$

Где - концентрация пара на листе, и - концентрации в двух местах расположения датчиков, - это устьичное сопротивление, а - сопротивления на двух датчиках. Если температуры двух датчиков одинаковы, концентрацию можно заменить относительной влажностью, давая ${\ displaystyle C_ {vL}}$${\ displaystyle C_ {v1}}$${\ displaystyle C_ {v2}}$${\ displaystyle R_ {vs}}$${\ displaystyle R_ {1}}$${\ displaystyle R_ {2}}$

${\ displaystyle R_ {vs} = {\ frac {1-h_ {1}} {h_ {2} -h_ {1}}} R_ {2} -R_ {1}}$

Устьичная проводимость является обратной величиной сопротивления, поэтому

${\ displaystyle g_ {vs} = {\ frac {1} {R_ {vs}}}}$.

A Порометр динамических меры, как долго он принимает для влажности расти от одного заданного значения к другому в закрытой камере, прикрепленной к листу. Затем сопротивление определяется по следующему уравнению: ${\ displaystyle R}$

${\ Displaystyle \ Delta T = {\ frac {\ left (R + A \ right) l \ Delta h} {1-h}}}$

где ∆ - время, необходимое для того, чтобы влажность стакана изменилась на ∆, - влажность стакана, - «длина» стакана и является константой смещения. ${\ displaystyle t}$${\ displaystyle h}$${\ displaystyle h}$${\ displaystyle l}$${\ displaystyle A}$

Порометры с нулевым балансом поддерживают постоянную влажность в закрытой камере, регулируя поток сухого воздуха через камеру, и находят устьичное сопротивление по следующему уравнению:

${\ displaystyle R_ {vs} = {\ frac {A} {f}} \ left ({\ frac {1} {h}} - 1 \ right) -R_ {va}}$

где - устьичное сопротивление, - сопротивление пограничного слоя, - площадь листа, - расход сухого воздуха, - влажность в камере. ${\ displaystyle R_ {vs}}$${\ displaystyle R_ {va}}$${\ displaystyle A}$${\ displaystyle f}$${\ displaystyle h}$

Значения сопротивления, найденные по этим уравнениям, обычно преобразуются в значения проводимости.

Модели

Существует ряд моделей устьичной проводимости.

Модель Болла-Берри-Леунинга

Модель Болла-Берри-Леунинга была сформулирована Боллом, Вудро и Берри в 1987 году и усовершенствована Леунингом в начале 90-х годов. Модель формулирует устьичную проводимость как ${\ displaystyle g}$

${\ displaystyle g = g_ {0} + {\ frac {a_ {1} A_ {n}} {(c_ {s} - \ Gamma) (1 + {\ frac {D_ {s}} {D_ {0}) }})}}}$

где - устьичная проводимость для CO${\ displaystyle g}$ 2диффузия, - значение в точке компенсации света, - CO${\ displaystyle g_ {0}}$${\ displaystyle g}$${\ displaystyle A_ {n}}$ 2скорость ассимиляции листа, - дефицит давления пара, - концентрация CO 2 на поверхности листа, - точка компенсации CO 2. и являются эмпирическими коэффициентами. ${\ displaystyle D_ {s}}$${\ displaystyle c_ {s}}$${\ displaystyle \ Gamma}$${\ displaystyle a_ {1}}$${\ displaystyle D_ {0}}$

Смотрите также

• Проводимость навеса
• Экогидрология
• Транспирация

использованная литература

1. ^ Taiz / Zeiger (1991). Физиология растений. Редвуд-Сити, Калифорния: Издательство Benjamin / Cummings Publishing Company, Inc., стр.  92–95. ISBN   978-0-8053-0245-5.
2. ^ Бакли, Томас (сентябрь 2013 г.). «Моделирование устной проводимости в ответ на факторы окружающей среды». Растения, клетки и окружающая среда. 36 (9): 1691–1699. DOI : 10.1111 / pce.12140. PMID   23730938.
3. ^ Циглера, Фарквхар, Коуон, Эдуардо, Г.Д., ИК (1987). Стоматологическая функция. Стэнфорд, Калифорния: Попечительский совет Стэнфордского университета им. Леланда. п. 29. ISBN   9780804713474. Проверено 11 марта +2016.CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
4. ^ Beerling, DJ (2015). «Газовые клапаны, леса и глобальные изменения: комментарий к Джарвису (1976)« Интерпретация изменений водного потенциала листьев и устьичной проводимости, обнаруженных в пологах в поле » ». Философские труды Королевского общества B: биологические науки. 370 (1666): 20140311. DOI : 10.1098 / rstb.2014.0311. ISSN   0962-8436. PMC   4360119. PMID   25750234.
5. Перейти ↑ Jarvis, PG (1976). «Интерпретация вариаций водного потенциала листьев и устьичной проводимости, обнаруженных в пологах в полевых условиях». Философские труды Королевского общества B: биологические науки. 273 (927): 593–610. DOI : 10,1098 / rstb.1976.0035. ISSN   0962-8436.
6. ^ "J. Растениеводство, Mansoura Univ., Том 2 (1): 151-155, 2011 Изменения в устьичной проводимости и тургорном давлении у Gossypium hirsutum L. в ответ на внекорневое применение четырех гербицидов". Проверено 18 марта 2016.
7. ^ Тайз, Линкольн; Зейгер, Эдуардо; Моллер, Ян Макс; Мерфи, Ангус. Физиология и развитие растений (6 изд.). Sinauer Associates. С. 270–281.
8. ^ Чжу, LW; Zhao, P.; Wang, Q.; Ni, GY; Niu, JF; Чжао, XH; Чжан, ZZ; Zhao, PQ; Gao, JG; Хуанг, YQ; Гу, DX; Чжан, З.Ф. (2015). «Устьевая и гидравлическая проводимость и использование воды на эвкалиптовой плантации в Гуанси, на юге Китая». Сельскохозяйственная и лесная метеорология. 202: 61–68. DOI : 10.1016 / j.agrformet.2014.12.003.
9. ^ Ли, Юпин; Ли, Хунбинь; Ли, Юаньюань; Чжан, Суйци (2017). «Повышение эффективности водопользования за счет снижения устьичной проводимости и скорости транспирации для поддержания более высокой скорости фотосинтеза уха у засухоустойчивой пшеницы». Журнал урожая. 5 (3): 231–239. DOI : 10.1016 / j.cj.2017.01.001.
10. Перейти ↑ Dewar, RC (2002). «Модели устьиц Болла – Берри – Лейнинга и Тардье – Дэвиса: синтез и расширение в рамках пространственно агрегированной картины функции замыкающих клеток». Растения, клетки и окружающая среда. 25 (11): 1383–1398. DOI : 10.1046 / j.1365-3040.2002.00909.x. ISSN   1365-3040.