從生理學(xué)視角探究傳播體發(fā)芽過程中的水分動態(tài)

從土壤到傳播體（種子以及其他散布單元）間的水分通量，是影響傳播體結(jié)束休眠以及胚芽生長發(fā)育的主要調(diào)節(jié)因素。因此，水分通量在傳播體-水分關(guān)系研究中起著核心作用。長期以來，研究者們通過計算洛克哈特模型（描述單個細胞生長情況）的均值，從代數(shù)角度評估發(fā)芽過程中的水分關(guān)系。然而，由于發(fā)芽通常被認為是二項分布事件（發(fā)生/不發(fā)生），因此直接使用未經(jīng)修改的洛克哈特模型不具有可行性。

據(jù)此，已有研究提出了幾種模型來解釋發(fā)芽的傳播體中水分的流入及分布與溫度、水勢、輻照度和植物激素間的關(guān)系。這些模型對于預(yù)測田間條件（主要是在脅迫下）的傳播體發(fā)芽行為非常重要，但這些模型過于復(fù)雜，給大多數(shù)傳播體研究者帶來了使用上的困難。那么如何才能以一種更簡單、更穩(wěn)妥的方式來更好地探究發(fā)芽傳播體中的水分動態(tài)過程呢？針對以上問題，已有一些研究針對傳播體發(fā)芽過程中的水動力學(xué)做出了一些嘗試，但仍存在不足之處。

近日，Plant Phenomics在線發(fā)表了巴西烏貝蘭迪亞聯(lián)邦大學(xué)J. P. Ribeiro-Oliveira等人題為Water Dynamics on Germinating Diaspores: Physiological Perspectives from Biophysical Measurements的研究論文。

該文章提出并證明了對發(fā)芽傳播體中的水分動態(tài)過程進行經(jīng)典的生物物理學(xué)測量能以更簡單、更穩(wěn)妥和更創(chuàng)新的方式提高研究者對發(fā)芽過程的理解(Figure 1)。為了計算水分動態(tài)過程的測量值（加權(quán)質(zhì)量、初始擴散系數(shù)、速度和加速度），研究者使用了萌發(fā)期間內(nèi)記錄的傳播體質(zhì)量。萌發(fā)時的傳播體的加權(quán)質(zhì)量具有相似的特征，且獨立于生理學(xué)質(zhì)理、品種和品種改良程度；而初始擴散系數(shù)（與水分吸收有關(guān)）、速度和加速度（與整個發(fā)芽代謝有關(guān)）則受品種特性的影響，可以突出遺傳改良的程度和生理學(xué)質(zhì)理。

速度曲線曲折程度的變化可以表明發(fā)芽過程的各個階段(Figure 2)，階段的數(shù)量范圍可能是三到六個，但目前還沒有與這些階段的數(shù)量相關(guān)的模型。使用回歸模型可以表征每個階段的初始速度和速度增量，從而為萌發(fā)代謝的管理提供新的思路。論文的發(fā)現(xiàn)表明，盡管發(fā)芽是一個具有特定品種特征的多階段過程，但仍由遺傳改良的程度和傳播體的生理學(xué)質(zhì)理決定。

Figure 1: Flowchart of the algorithm used to define different diaspore-seedling phases.

Figure 2: Germination phases (see the vertical black line) determined by the velocity of water dynamics on germinating diaspores of different physiological qualities of the common bean (column 1), sunflower (column 2), and soybean (column 3).

論文鏈接
https://spj.sciencemag.org/journals/plantphenomics/2020/5196176/

——推薦閱讀——
Optical Flow-BasedAnalysis of the Relationships between Leaf Wilting and Stem Diameter Variationsin Tomato Plants
https://spj.sciencemag.org/journals/plantphenomics/2019/9136298/
Plant Phenomics | 基于光流法分析水分脅迫條件下番茄葉片萎蔫與莖直徑變化的關(guān)系High-Throughput Phenotyping of Dynamic Canopy Traits Associated with Stay-Green in Grain Sorghum
https://spj.sciencemag.org/journals/plantphenomics/2020/4635153/
Plant Phenomics | 高通量表型分析滯綠相關(guān)的高粱動態(tài)冠層性狀

About Plant Phenomics
《植物表型組學(xué)》（Plant Phenomics）是由南京農(nóng)業(yè)大學(xué)和美國科學(xué)促進會（AAAS）合作創(chuàng)辦的英文學(xué)術(shù)期刊，于2019年1月正式上線發(fā)行，是Science合作出版的第二本期刊。采用開放獲取形式，刊載植物表型組學(xué)交叉學(xué)科熱點領(lǐng)域具有突破性科研進展的原創(chuàng)性研究論文、綜述、數(shù)據(jù)集和觀點。具體范圍涵蓋高通量表型分析的最新技術(shù)，基于圖像分析和機器學(xué)習(xí)的表型分析研究，提取表型信息的新算法，作物栽培、植物育種和農(nóng)業(yè)實踐中的表型組學(xué)新應(yīng)用，與植物表型相結(jié)合的分子生物學(xué)、植物生理學(xué)、統(tǒng)計學(xué)、作物模型和其他組學(xué)研究，表型組學(xué)相關(guān)的植物生物學(xué)等。期刊已被CABI、CNKI、DOAJ和PMC數(shù)據(jù)庫收錄。

說明：本文由《植物表型組學(xué)》編輯部負責(zé)組稿。
中文內(nèi)容僅供參考，一切內(nèi)容以英文原版為準。
撰稿：王棟（實習(xí)）
編輯：周燦彧（實習(xí)）、鞠笑、孔敏
審核：尹歡