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

根系對土壤淹水條件下優質水稻（Oryza sativa L.）水分虧缺的適應性

來源：Plant and Soil  

植物與土壤  

 

摘要內容  

摘要指出水稻根部在淹水條件下形成的徑向氧流失屏障（ROL屏障）不僅限制氧氣向缺氧土壤擴散，還能減少水分流失，從而增強對后續干旱的耐受性。研究通過水培實驗模擬不同水分條件（通氣對照、淹水停滯、PEG6000模擬缺水），結合氧氣微電極、解剖學和生理學分析，發現ROL屏障在淹水和輕度缺水條件下均被誘導，且淹水預處理的植株在后續嚴重缺水條件下表現出更強的存活能力，葉片萎蔫顯著減少。 

 

研究目的  

驗證水稻根部對淹水的適應性是否通過誘導關鍵根性狀（如ROL屏障、通氣組織等）增強后續缺水耐受性，并解析其生物物理機制。  

研究思路  

 

實驗設計：水培模擬三種水分條件——通氣（模擬水分充足）、停滯（模擬淹水）、PEG6000（模擬缺水）；  

 

關鍵根性狀分析：使用氧氣微電極（Unisense）測量ROL屏障的氧氣滲透率（Pa to O2），重力法測量水分滲透率（Pa to H2O），顯微技術分析根解剖結構（通氣組織、木質部面積等）；  

 

生理響應評估：氣孔導度、葉綠素熒光（Fv/Fm）、葉片水勢等指標；  

 

驗證淹水預處理的抗旱效果：將淹水或通氣預處理的植株轉入高濃度PEG6000溶液，觀察葉片萎蔫程度。  

測量數據及意義  

 

氧氣滲透率（Pa to O2）與水蒸氣滲透率（Pa to H2O）（圖3A、B）：  

 

 

數據來源：Unisense氧氣微電極（OX25）測量根部皮層氧氣擴散速率，重力法計算水分流失速率。  

 

意義：淹水與PEG6000處理均顯著降低Pa to O2和Pa to H2O，證實ROL屏障在兩種脅迫下形成，限制氧氣和水分流失。  

 

根解剖結構（圖2）：  

 

 

數據來源：顯微切片分析通氣組織面積、木質部面積、皮層/中柱比。  

 

意義：淹水與缺水均誘導通氣組織增加（圖2A、C），但木質部面積減少（圖2E），優化水分運輸與缺氧耐受的平衡。  

 

葉片萎蔫與生理指標（圖1）：  

 

 

數據來源：25% PEG6000處理24小時后的葉片萎蔫時間序列（圖1），氣孔導度與Fv/Fm動態監測。  

 

意義：淹水預處理植株葉片萎蔫延遲（圖1D），氣孔導度更快恢復，表明ROL屏障減少根系水分流失，維持葉片膨壓。  

 

結論  

 

淹水誘導的ROL屏障和通氣組織等根性狀在后續缺水條件下被保留，減少水分流失，延緩葉片萎蔫。  

 

ROL屏障的形成由木質化/栓化增強介導（圖4），其滲透特性在淹水與缺水處理中相似（圖3B）。  

 

 

淹水預處理通過優化根解剖結構（如降低木質部占比、增加皮層/中柱比）和屏障功能，提升植株對水分脅迫的適應性。  

 

丹麥Unisense電極測量數據的研究意義  

 

使用Unisense氧氣微電極（OX25）測量根部氧氣滲透率（Pa to O2）的關鍵意義包括：  

精準定位ROL屏障形成：通過微電極插入根部皮層（圖3A），直接量化氧氣擴散速率，證實淹水和PEG6000處理均誘導屏障形成（Pa to O2降低3.7倍，圖3A）。  

 

屏障功能驗證：Pa to O2與Pa to H2O高度相關（圖3B），證明ROL屏障同時限制氧氣和水分流失，揭示其雙重功能。  

動態響應解析：在PEG6000處理3天后屏障即形成（圖3A），表明缺水信號快速觸發根部適應性調整，為抗旱育種提供時間尺度參考。  

生理生態應用：屏障減少根系水分流失，維持植株水分平衡，解釋淹水預處理植株在后續干旱中存活率高的機制（圖1），指導農業中“干濕交替”灌溉策略優化。