乾燥した森林のアンギオスペルマムの3つの茎における単一の導管現象によって広がるXyle embolism

Xylem embolism spreads by single-conduit events in three dry forest angiosperm stems.

• Kate Mary Johnson
• Craig R Brodersen
• Madeline Rose Carins-Murphy
• Brendan Choat
• Timothy John Brodribb

抄録

干ばつ時の植物死の主な原因は、空気塞栓を引き起こすキシルキャビテーションであるが、植物の水輸送システム全体での塞栓の広がりについては、あまり理解されていない。我々の研究では，光学的可視化とX線マイクロコンピュータ断層撮影法を用いて，干ばつに強い3種のアンギオスペルマムの茎における塞栓症の広がりを撮影した：垂れ下がるシェオーク（Allocasuarina verticillata），ブラックワトル（Acacia mearnsii），ブルーガム（Eucalyptus globulus）。これらの種では、木部ネットワークの接続性（血管のグループ化）の程度が類似しており、ほとんどが孤立した血管である。光学的脆弱性技術の時間分解能の高さから，本年度の枝では，80％以上のキャビテーション事象が単一の血管で時間的に分離した離散的な事象であったことが明らかになった。このことは、接続性の低い木部ネットワークでは、管路間にエンボリズムが広がり、複数の管路でキャビテーションが発生することはまれであることを示唆している。A. mearnsiiは、「複数の」導管キャビテーションイベントの数が最も多く、導管の接続性が最も高いことから、導管の配置とエンボリズムの広がりの間に関連性があることが示唆された。塞栓症の広がりに関する知識は、多様な種の木部の解剖学的構造、配置、木部内の水の流れの経路の間の関連性を明らかにし、最終的にはキャビテーションの要因と植物の干ばつに対する脆弱性を理解するのに役立つであろう。

Xylem cavitation resulting in air embolism is a major cause of plant death during drought, yet the spread of embolism throughout the plant water transport system is poorly understood. Our study used optical visualization and X-ray microcomputed tomography imaging to capture the spread of emboli in stems of three drought-resistant angiosperm trees: drooping she-oak (Allocasuarina verticillata), black wattle (Acacia mearnsii), and blue gum (Eucalyptus globulus). These species have similar degrees of xylem network connectivity (vessel grouping) with largely solitary vessels. The high temporal resolution of the optical vulnerability technique revealed that, in current year branches, >80% of the cavitation events were discrete, temporally separated events in single vessels. This suggests that, in xylem networks with low connectivity, embolism spread between conduits leading to multiple conduit cavitation events is uncommon. A. mearnsii showed both the highest number of 'multi-vessel' cavitation events and the highest degree of vessel connectivity, suggesting a link between vessel arrangement and embolism spread. Knowledge of embolism spread will help us to uncover the links between xylem anatomy, arrangement and the path of water flow in the xylem in diverse species to ultimately understand the drivers of cavitation and plant vulnerability to drought.

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