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Plantarray是一款基于称重的高通量、多传感器生理表型平台以及植物逆境生物学研究通用平台。该系统可持续、实时测量位于不同环境条件下、阵列中每个植株的土壤-植物-空气（SPAC）中的即时水流动。直接测量根系和茎叶系统水平衡和生物量增加，计算植物生理参数以及植物对动态环境的反馈。系统以有效、易用、无损的方式针对植物对不同处理的反应、预测植物生长和生产力进行定量比较，广泛应用于生物胁迫和非生物胁迫以及植物栽培加速育种研究等，胁迫研究涵盖干旱胁迫、盐胁迫、重金属胁迫、热、冷胁迫、光胁迫以及灌溉/养分、CO₂指示、植物健康等领域的研究。

Plantarray高通量植物生理表型平台

柑橘保卫细胞中拟南芥己糖激酶的表达与气孔孔径控制和蒸腾作用减小的关系

己糖激酶（HXK）是一种参与糖感应的糖磷酸化酶。最近的研究表明一年生番茄和拟南芥保卫细胞中HXK介导气孔关闭并协调光合作用和蒸腾作用。为了研究HXK在控制多年生植物气孔运动中的作用，我们在KST1（一种保卫细胞特异性启动子）下培育了表达拟南芥HXK1（AtHXK1）的柑橘类植物。利用GFP作为报告基因，已经证实KST1在柑橘植物保卫细胞中的表达。AtHXK1在柑橘保卫细胞中的表达降低了气孔导度和蒸腾作用，对光合作用速率没有负面影响，从而提高了水分利用效率。本文研究了光照强度和湿度对柑橘根系叶片气孔行为的影响。光合有效辐射的最佳强度和较低的湿度促进了表达AtHXK1的叶片的气孔关闭，支持糖在柑橘气孔调节中的作用。这些结果表明，HXK不仅在一年生植物中协调光合作用和蒸腾作用，而且在多年生植物中促进气孔关闭。

图1.AtHXK1在柑橘保卫细胞中的表达降低了气孔导度和蒸腾作用，对光合作用速率没有负面影响

GCHXK和WT植株通过将转基因或WT茎段嫁接到WT接穗上进行繁殖，并使用LI-COR 6400气体交换系统对嫁接植株进行分析。虽然净光合作用（AN）不受影响（图1C），但GCHXK植物的气孔导度（gs）和蒸腾作用降低（图1A、B），导致内在水分利用效率增加（WUEi；图D），计算为AN/gs的比率。在WT和GCHXK叶片之间未观察到气孔密度或叶面积比的差异，表明较低的气孔导度和蒸腾作用不能归因于叶片形态的变化。随着WUEi的增加，我们希望检查GCHXK植物的生长情况。GCHXK植物的生长似乎在几个月内略有增强（图2A）。为了避免破坏性的测量，我们测量了嫁接点上方的茎的周长（作为生长参数）。嫁接15个月后，GCHXK植株的茎明显变宽（图2B），表明GCHXK植株的生长增强。

图2.在柑橘类植物保卫细胞中表达AtHXK1可促进植物生长    图3.保卫细胞AtHXK1表达降低蒸腾速率

使用精确、灵敏的蒸渗仪系统对完整嫁接的GCHXK和WT植物进一步检查AtHXK1对蒸腾速率的影响。对一天中蒸腾速率的连续测量表明，GCHXK植物的单位叶面积蒸腾速率显著降低（图3A），而累积的全株单位叶面积日相对蒸腾速率（RDT）也相应降低（图3B）。GCHXK的蒸腾速率在一天中（上午9:00和下午3:00）显著降低（图3A），此时蒸腾量增加和更多的蔗糖被输送到保卫细胞。这些结果表明，HXK在一天中调节柑橘气孔孔径，刺激气孔关闭，可能是对糖水平的反应。

图4. WT和GCHXK叶片在不同光强下的蒸腾速率

HXK的气孔关闭效应被认为取决于通过光合作用产生的糖量。因此，气孔关闭和蒸腾作用可能会受到光照强度的影响。本文使用有根-叶系统来跟踪各种光强度下的蒸腾速率，并假设在最佳光强度水平下，GCHXK叶子的蒸腾速率可能低于WT叶子。 GCHXK和WT叶片的蒸腾速率通过全天连续称重在不同光强度（100、400、600 和 800 μmol/m2 .s）下进行测量。在一天中，每个光强度下的蒸腾速率保持相当一致（图4A-D），这可能是由于生长室内的恒定条件。在低光照强度（100 μmol/m2·s）下，GCHXK 生根叶的蒸腾速率略高于WT 生根叶，在800 μmol/m2·s强度时与WT相似。而在400 μmol/m2·s时，GCHXK生根叶片的蒸腾速率很小但显着低于WT叶片，在 600 μmol/m2·s 时，有根GCHXK的蒸腾速率是WT的一半（图4C），表明气孔孔径显着减少。每个光强度下的恒定蒸腾率使我们能够绘制平均蒸腾率与光强度（图4E）。 WT叶片的蒸腾速率受光照强度的影响显著，在低光照条件下非常低，峰值为600μmol/m2·s，而GCHXK叶片在不同光照强度下的蒸腾速率相对恒定，最低蒸腾速率为600 μmol/m2·s。这些结果表明，HXK 缓和了气孔对光强度的反应，甚至可能在低光强度下增加气孔开度。

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