Root acclimations to soil flooding prime rice(Oryza sativa L.) for subsequent conditions of water deficit  

根系对土壤淹水条件下优质水稻（Oryza sativa L.）水分亏缺的适应性

来源：Plant and Soil  

植物与土壤  

 

摘要内容  

摘要指出水稻根部在淹水条件下形成的径向氧流失屏障（ROL屏障）不仅限制氧气向缺氧土壤扩散，还能减少水分流失，从而增强对后续干旱的耐受性。研究通过水培实验模拟不同水分条件（通气对照、淹水停滞、PEG6000模拟缺水），结合氧气微电极、解剖学和生理学分析，发现ROL屏障在淹水和轻度缺水条件下均被诱导，且淹水预处理的植株在后续严重缺水条件下表现出更强的存活能力，叶片萎蔫显著减少。 

 

研究目的  

验证水稻根部对淹水的适应性是否通过诱导关键根性状（如ROL屏障、通气组织等）增强后续缺水耐受性，并解析其生物物理机制。  

研究思路  

 

实验设计：水培模拟三种水分条件——通气（模拟水分充足）、停滞（模拟淹水）、PEG6000（模拟缺水）；  

 

关键根性状分析：使用氧气微电极（Unisense）测量ROL屏障的氧气渗透率（Pa to O2），重力法测量水分渗透率（Pa to H2O），显微技术分析根解剖结构（通气组织、木质部面积等）；  

 

生理响应评估：气孔导度、叶绿素荧光（Fv/Fm）、叶片水势等指标；  

 

验证淹水预处理的抗旱效果：将淹水或通气预处理的植株转入高浓度PEG6000溶液，观察叶片萎蔫程度。  

测量数据及意义  

 

氧气渗透率（Pa to O2）与水蒸气渗透率（Pa to H2O）（图3A、B）：  

 

 

数据来源：Unisense氧气微电极（OX25）测量根部皮层氧气扩散速率，重力法计算水分流失速率。  

 

意义：淹水与PEG6000处理均显著降低Pa to O2和Pa to H2O，证实ROL屏障在两种胁迫下形成，限制氧气和水分流失。  

 

根解剖结构（图2）：  

 

 

数据来源：显微切片分析通气组织面积、木质部面积、皮层/中柱比。  

 

意义：淹水与缺水均诱导通气组织增加（图2A、C），但木质部面积减少（图2E），优化水分运输与缺氧耐受的平衡。  

 

叶片萎蔫与生理指标（图1）：  

 

 

数据来源：25% PEG6000处理24小时后的叶片萎蔫时间序列（图1），气孔导度与Fv/Fm动态监测。  

 

意义：淹水预处理植株叶片萎蔫延迟（图1D），气孔导度更快恢复，表明ROL屏障减少根系水分流失，维持叶片膨压。  

 

结论  

 

淹水诱导的ROL屏障和通气组织等根性状在后续缺水条件下被保留，减少水分流失，延缓叶片萎蔫。  

 

ROL屏障的形成由木质化/栓化增强介导（图4），其渗透特性在淹水与缺水处理中相似（图3B）。  

 

 

淹水预处理通过优化根解剖结构（如降低木质部占比、增加皮层/中柱比）和屏障功能，提升植株对水分胁迫的适应性。  

 

丹麦Unisense电极测量数据的研究意义  

 

使用Unisense氧气微电极（OX25）测量根部氧气渗透率（Pa to O2）的关键意义包括：  

精准定位ROL屏障形成：通过微电极插入根部皮层（图3A），直接量化氧气扩散速率，证实淹水和PEG6000处理均诱导屏障形成（Pa to O2降低3.7倍，图3A）。  

 

屏障功能验证：Pa to O2与Pa to H2O高度相关（图3B），证明ROL屏障同时限制氧气和水分流失，揭示其双重功能。  

动态响应解析：在PEG6000处理3天后屏障即形成（图3A），表明缺水信号快速触发根部适应性调整，为抗旱育种提供时间尺度参考。  

生理生态应用：屏障减少根系水分流失，维持植株水分平衡，解释淹水预处理植株在后续干旱中存活率高的机制（图1），指导农业中“干湿交替”灌溉策略优化。