根腔隙中的氧氣濃度

通過(guò)將25微米克拉克型氧電極（OX 25；Unisense，奧胡斯，丹麥）插入腔隙中，在研究的ROL根部的腔隙中測(cè)量氧氣濃度，測(cè)量位置沿根部長(zhǎng)度均勻分布6-10個(gè)點(diǎn)。測(cè)量在另一個(gè)容納類(lèi)似去氧溶液的腔室中進(jìn)行，溫度與測(cè)定ROL時(shí)幾乎相同（3.8±0.4°C）。實(shí)驗(yàn)期間，根部每隔1厘米附著在塑料網(wǎng)上，根部基部和腔隙暴露于大氣中。使用微操縱器以1微米的精度移動(dòng)和定位微電極。電極在實(shí)驗(yàn)溫度下，在實(shí)驗(yàn)前后用大氣和氮?dú)膺M(jìn)行校準(zhǔn)，并且校準(zhǔn)保持恒定。

根壁阻力

擴(kuò)散系數(shù)用作根壁阻力的度量。假定根部呼吸不影響計(jì)算值，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)在低溫下進(jìn)行，呼吸速率相對(duì)于擴(kuò)散非常低。根壁的擴(kuò)散系數(shù)是根據(jù)ROL、腔隙氧氣濃度和根壁厚度的測(cè)量值計(jì)算的。使用根壁厚度和腔隙氧氣濃度隨距根尖距離的函數(shù)回歸來(lái)插值在精確測(cè)量ROL的點(diǎn)上的值。

為了計(jì)算根壁的擴(kuò)散系數(shù)，首先根據(jù)方程計(jì)算溫度t時(shí)根壁表面的氧氣濃度（Ct,wl,mol O?m?3）：

Ct,wl=[O?f rr loge(re rr?1)]Dt,w?1公式1

（O?f(mol m?2s?1)是根表面的氧氣通量；Dt,w(10??m2s?1)是溫度t°C時(shí)水中的擴(kuò)散系數(shù)；rr(m)是電極內(nèi)根部的半徑；re(m)是電極的內(nèi)半徑）。

然后，根據(jù)方程計(jì)算根壁的擴(kuò)散系數(shù)（Dt,r,10?11m2s?1）：

Dt,r=[O?f rr-w loge(rr rr-w?1)]ΔO??1公式2

（O?f是ROL(mol m?2s?1)；rr-w(m)是根部半徑減去根壁厚度；rr(m)是根部半徑；ΔO??1是外根表面和內(nèi)根表面氧氣濃度(mol O?cm?3)的差值）。計(jì)算是針對(duì)3.5°C（3.2和3.8°C的平均值，見(jiàn)前文）的氧氣擴(kuò)散系數(shù)進(jìn)行的。假定內(nèi)根表面（液相）的氧氣濃度與在充滿氣體的腔隙中測(cè)量的氧氣飽和度相同。

根壁的擴(kuò)散系數(shù)設(shè)定為等于水中的擴(kuò)散，這與壁的高含水量一致，并假設(shè)無(wú)曲折度。

根系凈氧損失和呼吸作用

通過(guò)使用氧微電極追蹤密封的有機(jī)玻璃圓柱體（體積75毫升）中氧氣濃度的變化，測(cè)量整個(gè)根系向低氧水的凈氧損失。將植物通過(guò)腔室蓋上的孔安裝，將根部置于內(nèi)部，葉子置于腔室外。然后用硅脂密封，確保葉子周?chē)目諝夂透恐車(chē)乃蛛x。隨后切掉葉子，使腔隙暴露于大氣中。磁力攪拌器攪拌根室。在測(cè)量前，通過(guò)使用蠕動(dòng)泵和氣密管從儲(chǔ)液器將去氧水泵入根室，將氧氣濃度降低到大氣飽和度的5-10%。在每個(gè)根系測(cè)量系列中，使用三個(gè)測(cè)量周期，中間穿插三個(gè)沖洗周期。根系凈氧損失通過(guò)腔室內(nèi)氧氣濃度隨時(shí)間上升的速率進(jìn)行線性回歸計(jì)算，并歸一化到根系表面積。在后續(xù)計(jì)算中使用三個(gè)測(cè)量值的平均值。測(cè)量在4.3±0.3°C下進(jìn)行。對(duì)三個(gè)無(wú)鐵蝕斑和三個(gè)有鐵蝕斑的根系進(jìn)行重復(fù)測(cè)量。

通過(guò)將切斷的根系完全浸沒(méi)并在黑暗中與大氣隔離置于根室內(nèi)的充氣水中來(lái)測(cè)量根部的呼吸作用。然后記錄氧氣濃度的下降速率。呼吸速率以單位時(shí)間和干重（DW）表示，隨后通過(guò)應(yīng)用測(cè)量的表面積與干重比率轉(zhuǎn)換為單位根系表面積。對(duì)兩個(gè)無(wú)鐵蝕斑和兩個(gè)有鐵蝕斑的根系進(jìn)行重復(fù)測(cè)量。

根部和表面斑塊的鐵含量

通過(guò)菲啰啉方法測(cè)定根部的鐵含量，略有修改。將根部在105°C下干燥24小時(shí)，并在550°C下灰化。然后用含有羥銨氯化物的0.5 M HCl溶液從灰分中提取鐵。將樣品煮沸以將不溶性三價(jià)鐵轉(zhuǎn)化為可溶性二價(jià)鐵。稀釋樣品以使二價(jià)鐵濃度達(dá)到分析的最佳測(cè)量范圍（2-40μmol Fe2?l?1）。單個(gè)樣品的稀釋基于先前對(duì)類(lèi)似根質(zhì)量和鐵含量的測(cè)試，范圍從無(wú)稀釋到100倍稀釋。加入過(guò)量菲啰啉，并將樣品靜置15分鐘以形成鐵-菲啰啉有色絡(luò)合物。在分光光度計(jì)510 nm處測(cè)量吸光度，并根據(jù)類(lèi)似處理的已知鐵含量標(biāo)準(zhǔn)品轉(zhuǎn)換為鐵含量。鐵濃度歸一化到根部表面積，并與整個(gè)根部的灰分重量進(jìn)行比較。

根部解剖結(jié)構(gòu)

通過(guò)測(cè)量保持在水中根部的長(zhǎng)度和直徑來(lái)確定根部表面積。根部長(zhǎng)度精確到毫米，直徑在解剖顯微鏡下以x92放大倍數(shù)沿根部每5毫米以10微米的精度測(cè)量。有鐵蝕斑的根系并未完全被斑塊覆蓋。因此，在測(cè)量這些根部的長(zhǎng)度和厚度時(shí)，確定了有和無(wú)鐵蝕斑的表面積。

根壁厚度和孔隙度在10個(gè)與用于單根ROL測(cè)量的根部長(zhǎng)度和厚度相似的根部上進(jìn)行測(cè)量。沿每個(gè)根部長(zhǎng)度制備大量手工橫切面，并在奧林巴斯DP-soft CVI中測(cè)量壁厚度和腔隙所占橫截面積的百分比，該軟件用于處理安裝在光學(xué)顯微鏡（奧林巴斯BX 41，放大倍數(shù)x40-100，取決于根直徑）上的奧林巴斯ColorView成像相機(jī)拍攝的數(shù)字圖像。僅使用切割過(guò)程中未變形的橫切面。使用三個(gè)有和三個(gè)無(wú)鐵蝕斑的根系的干重和根部表面積計(jì)算根部表面積與干重的比率。無(wú)鐵蝕斑根部的水分含量為干重的89±1%（n=15）。無(wú)斑塊根部的表面積為116±13平方米/千克根部干重，有鐵蝕斑的根部為91±14平方米/千克根部干重。

統(tǒng)計(jì)分析

使用Graph Pad Prism 4進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。顯著性水平低于0.05被認(rèn)為顯著。當(dāng)數(shù)據(jù)未通過(guò)方差齊性F檢驗(yàn)時(shí)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行平方根轉(zhuǎn)換以滿足檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)據(jù)以平均值±1標(biāo)準(zhǔn)差表示。