Plantarray高通量植物生理表型平臺：水分脅迫下番茄全株

植物通過快速調節其導水率和蒸騰速率來應對許多環境變化，從而優化水分利用效率，防止因低水勢而造成的損害。使用多稱重傳感器裝置、測量數據的時間序列分析和剩余低通濾波方法連續監測和分析生長在控溫溫室中良好灌溉和干旱期間盆栽番茄（Solanum lycopersicum cv. Ailsa Craig）的蒸騰作用。過濾后的殘留時間序列的時間導數產生了整個植物蒸騰 (WPT) 速率的波動行為。 WPT 波動模式與濕芯蒸發率之間的后續互相關分析顯示，WPT 速率的自主波動在水分脅迫下持續增加，而這些波動與水分充足時蒸發率的變化對應。

隨著蒸騰速率的降低，這些自主波動的相對振幅隨著水分脅迫的增加而增加。這些結果支持了最近的發現，即木質部張力的增加觸發液壓信號，該信號通過植物維管系統瞬時傳播并控制葉片電導。討論了WPT速率同步波動在消除關鍵木質部張力點和防止栓塞中的調節作用。

圖1. 整盆番茄植株（a）、濕芯（b）和恒定負荷（c）中的平滑重量變化率模式

圖1a、b、c分別顯示了番茄植株、濕芯和放置在稱重傳感器上的恒定重量的變化率的平滑模式。對四株相鄰的番茄植株進行了類似于圖2a所示模式的測量，這些植株在同樣充足的供水條件下在溫室中一起生長（數據未顯示）。圖1d、e、f 分別顯示了番茄植株、濕芯和恒定負載的剩余時間序列（測量的和平滑的重量時間序列之間的差異）。為了排除WPT速率波動只是系統相關噪聲的可能性，通過自相關函數檢查這些殘差的隨機性（分別為圖1g、h、i）。恒重殘差時間序列ek（圖1i）的自相關函數在滯后=0時為1，在所有其他滯后時接近于零，此自相關函數形狀表明ek確實是白噪聲。相比之下，番茄植株和濕芯的自相關函數（分別為圖1g、h）在前200個滯后是周期性的，峰值與峰值之間的滯后差異大約為平均為40個。

圖2. 全植物蒸騰速率（WPT）相對于平滑WPT速率瞬時值的孤立波動：脫水第1（a）天和第4（b）天的植物I，脫水第1（c）天和第4（d）天的植物II

圖2顯示了脫水第一天和第四天相對于蒸騰/蒸發速率的波動幅度（以下稱為相對波動）。相對波動是蒸騰/蒸發速率的孤立波動與平滑蒸騰/蒸發速率之間的比率。蒸發速率的相對波動在蒸發速率較低的清晨時間較大，然后隨著蒸發率的增加而減少，在下午晚些時候蒸發率再次降低時其值再次增加（圖2e，f）。圖2a-d顯示，在脫水期間，蒸騰作用的相對波動增加，蒸騰速率降低。在嚴重干旱條件下，當蒸騰速率較低時，WPT速率的波動可能是暫時的，甚至降低到零（圖2b中的相對蒸騰?–1）。高級脫水階段蒸騰速率的日相對波動模式（如圖2b、d）表明，蒸騰速率在上午相對較低，然后加劇并保持較高水平，在下午晚些時候同樣如此。