植物科学前沿:利用电生理信息在线监测植物细胞内水分代谢

植物根部吸收的水分大部分通过蒸腾作用散失(约97%)，只有1% ~ 3%留在体内。叶片中的胞内水是在叶片运输过程中，由根系获得并储存在叶片中的那部分水分，由于所占比例较小，难以直接检测，所以容易被忽略。然而，细胞内水分的转移、运输和利用对植物的光合作用、生长和其他代谢过程起着更直接的作用。因此，与植物的蒸腾水分相比，叶片的胞内水分状况能够更准确地表征植物的需水信息，能够在作物种植过程中按需供水，从而达到精准灌溉的目的，是未来智能灌溉的发展方向。叶片胞内水分在环境和自身调节的影响下呈现复杂的动态特征，现有技术无法实现叶片胞内水分的在线监测。在植物生理学的研究中，生物物理方法起步较早，但生化技术后来居上。事实上，生物物理信息(如电生理)具有操作简单、反应灵敏、反应迅速、原位无损等特点。它不仅能在线及时获取植物的水分和营养信息，还能快速反映植物的抗逆性和感病性，为植物生产的智慧化提供技术支持。

近日，中国科学院地球化学研究所吴延友研究员与江苏大学农业工程学院的研究人员合作，根据能斯特方程建立了生理阻抗与传感器夹持力的关系模型，进而获得了叶片的胞内水分转移速率。轻度水分亏缺下，植物叶片胞内水分运输的稳定有利于生长和干物质积累，而叶片胞内水分运输速率的提高可以提高叶片胞内水分的水分利用效率，在水分亏缺加重时维持光合作用。叶片细胞内水分运输和利用的调节在植物适应水分亏缺的过程中起着重要的作用。上述研究结果是基于叶片内在水分运输速率对生理的影响3360a叶片内部滞留水分在光合成中的可能作用。和《番茄的生长》发表在《植物科学前沿》上。

此外，研究组和合作团队还成功开发了一种基于电生理信息检测植物叶片保水性、导水性、耐盐性和抗逆性品种的方法。这些方法的建立及相关研究不仅可以加深人们对叶片物理性状与植物胁迫生理生态关系的认识，而且可以从新的角度揭示植物水分的自我调节策略，探索植物与干旱环境的相互作用规律，具有重要的理论和实践意义。

叶片细胞内水分运输的特征