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

水稻根和根茎对土壤水分梯度的解剖和生理响应  

来源：Annals of Botany  

植物学年鉴  

 

摘要内容：

研究长雄野生稻（Oryza longistaminata）的根和根茎在土壤水分梯度（淹水、正常浇水和缺水）下的解剖与生理响应，重点关注根茎的生理整合作用以及根和根茎的结构适应性。  

 

研究目的：

探究根茎的生理整合如何缓解异质水分胁迫，并揭示根和根茎在不同水分条件下（淹水、正常浇水、缺水）的解剖与生理适应机制。  

 

研究思路：  

生理整合实验：通过切断母株与分株间的根茎连接，测量光合参数（光合速率、蒸腾速率、气孔导度）的变化，验证根茎在水分胁迫下的双向资源传输能力（图1）。  

 

 

解剖与生理响应实验：将植株置于三种水分条件下，分析根和根茎的解剖结构（直径、通气组织比例、维管束数量）、径向水分流失（RWL）、氧气渗透性（使用丹麦Unisense电极测量），并通过组织化学染色和质外体示踪剂评估屏障结构（图2-5）。  

 

 

 

 

 

测量数据及研究意义：  

光合参数（图1C-H）：切断根茎连接后，水分胁迫下的分株或母株光合参数显著下降，表明根茎的生理整合能双向缓解水分胁迫。  

 

解剖结构（图2-3）：  

根在缺水条件下直径更小，细胞层数减少，皮层与中柱比降低，但通气组织比例更高，利于降低代谢成本（图2B-E）。  

 

根茎在淹水条件下直径更大，通气腔面积增加，维管束数量在缺水时增多（图3B-D），反映其适应不同水分的结构可塑性。  

径向水分流失（RWL）和氧气渗透性（图4A-H）：  

 

淹水条件下根的RWL最低（图4G），氧气渗透性最低（图4H），表明其外屏障有效限制水分和氧气流失。  

根茎的RWL和氧气渗透性在所有水分条件下均较低（图4G-H），显示其固有屏障功能。  

组织化学分析（图5A-B）：  

 

根在淹水条件下木质化和栓化程度更高，质外体示踪剂渗透受阻（图5A）。  

根茎的木质化和栓化屏障是固有的，独立于水分条件（图5B）。  

 

结论：  

根茎的生理整合能双向缓解母株或分株的水分胁迫。  

 

根在淹水条件下形成强外屏障（减少水分和氧气流失），缺水时通过增加通气组织和小直径优化水分吸收。  

 

根茎具有固有屏障和结构可塑性（如维管束数量增加），适应不同水分环境。  

 

丹麦Unisense电极测量数据的详细意义：  

测量内容：使用Unisense氧微电极测定根和根茎的氧气渗透性（图4D-F，H）。  

研究意义：  

根的低氧渗透性：淹水条件下根的氧气渗透性最低（1.83×10⁻⁸ m/s），表明其外屏障（栓化/木质化）有效限制氧气向根际流失，维持根尖氧气供应（图4H）。  

根茎的氧气消耗：根茎的氧气渗透性极低且随时间下降（图4E-F），反映其高代谢消耗和致密皮层结构限制氧气扩散，可能与长期缺氧适应相关。  

生理功能验证：数据支持根在淹水时优先维持内部氧气通路，而根茎的固有屏障保障资源传输，为理解植物在异质水分环境中的生存策略提供关键证据。