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)傳輸過程中，被蓄留儲存在葉片中的部分，因其占比較少且難以直接檢測，易被忽視。然而，胞內(nèi)水的轉(zhuǎn)移、輸送及利用在植物光合、生長及其他代謝過程中發(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)水狀況更能準確表征植物的需水信息，且可據(jù)此實現(xiàn)作物種植過程中的按需供水，達到精確灌溉的目的，是未來智慧灌溉的發(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)雜的動態(tài)特征，現(xiàn)有技術(shù)尚無法實現(xiàn)對葉的胞內(nèi)水的在線監(jiān)測。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)則后來居上。事實上，生物物理信息（如電生理）具有操作簡便、響應(yīng)靈敏、反映迅速、原位無損的特征，不僅能在線及時獲取植物的水分和營養(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，該課題組及合作團隊成功開發(fā)了基于電生理信息的檢測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，既可以加深人們對葉片物理性狀與植物逆境生理生態(tài)之間關(guān)系的認識，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踐意義。

研究工作獲得國家自然科學(xué)基金、國家重點研發(fā)計劃和江蘇高校優(yōu)勢學(xué)科建設(shè)工程資助項目的支持。

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

審核編輯 ：李倩