地化所等利用电生理信息在线监测植物胞内水分代谢

植物根系吸收水分大多经蒸腾作用（约97%）而散失，仅1%～3%存留在体内。叶的胞内水是根系所获取水分在叶内传输过程中，被蓄留储存在叶片中的部分，因其占比较少且难以直接检测，易被忽视。然而，胞内水的转移、输送及利用在植物光合、生长及其他代谢过程中发挥着更为直接的作用。因此，与植物蒸腾用水相比，叶的胞内水状况更能准确表征植物的需水信息，且可据此实现作物种植过程中的按需供水，达到精确灌溉的目的，是未来智慧灌溉的发展方向。叶的胞内水受环境及自身调控影响呈现复杂的动态特征，现有技术尚无法实现对叶的胞内水的在线监测。在植物生理学研究方面，生物物理方法起步较早，但生物化学技术则后来居上。事实上，生物物理信息（如电生理）具有操作简便、响应灵敏、反映迅速、原位无损的特征，不仅能在线及时获取植物的水分和营养信息，而且还可以快速反映植物的抗逆和感病情况，为植物生产的智慧管理提供技术支撑。

近日，中国科学院地球化学研究所研究员吴沿友课题组与江苏大学农业工程学院研究人员合作，根据能斯特方程建立生理阻抗与传感器夹持力之间的关系模型，进而获取了叶片胞内水分转输速率。在轻度水分亏缺情况下，植物叶片胞内水分转输的稳定有利于生长及干物质的累积，叶片胞内水转输速率的提升，可在水分亏缺加重时提高叶片胞内水的水分利用效率并维持光合作用。叶片胞内水转输利用的调整在植物适应水分亏缺过程中发挥着重要作用。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为题发表在Frontiers in Plant Science上。

叶片胞内水分转输特性

此外，该课题组及合作团队成功开发了基于电生理信息的检测植物叶片保水能力及输导能力、抗盐能力以及抗逆品种筛选方法。这些方法的建立以及相关研究，既可以加深人们对叶片物理性状与植物逆境生理生态之间关系的认识，还可从全新角度揭示植物水分自我调控策略、探索植物与干旱环境的互作规律，具有重要的理论及实践意义。

研究工作获得国家自然科学基金、国家重点研发计划和江苏高校优势学科建设工程资助项目的支持。

论文链接：
https://doi.org/10.3389/fpls.2022.845628

审核编辑 ：李倩