Agronomie 10 (1990) 381-389
DOI: 10.1051/agro:19900504

Relationships between sap flow and hydraulic conductivity in soybean plants*

S. Moreshet^a, MG Huck^b, JD Hesketh^b and DB Peters<sup>b

a</sup>  Institute of Soils and Water, ARO, Bet Dagan, Israel
^b  ARS-USDA, and Department of Agronomy, University of Illinois, Urbana, Illinois, USA

Abstract - The objective of this study was to determine the dependence of hydraulic conductance of the soybean root system upon sap flow rate and water potential gradient. Experiments were carried out in a growth cabinet on potted soybean plants grown in a glasshouse. Various proportions of the root system were removed either by cutting main root branches or by slicing through the soil mass perpendicular to the growing axis. A few leaves on each plant were covered to prevent transpiration. Their leaf water potential (LWP) was measured at the end of the experiments in a pressure chamber. Transpiration rate was estimated by weighing the pots at 30-min intervals. Hydraulic conductance of the remaining root system was calculated as the ratio of transpiration rate to the covered leaf water potential. The same plants were then detopped and their root medium was enclosed in a pressure chamber. Sap exudation through the cut stem was proportional to the applied pneumatic pressure in all cases examined. The proportionality coefficients represent the hydraulic conductances of the root system. The conductances were linearly related to the weight of the remaining roots (diameter < 1 mm). The slope of this relation represents the apparent conductivity of a root. Apparent conductivity was also estimated from the ratio of hydraulic conductance measured before detopping, to root weight. Both estimates of conductivity gave similar values. Pneumatic pressures were applied to excised soybean leaves in a pressure chamber, and extracted sap was collected in small vials over consecutive 20-s intervals. Leaf water potential (LWP) was measured following each extraction. Sap fluxes (flow rate per unit leaf area) were proportional to the driving forces taken as the sum of applied pneumatic pressure and the average LWP. The proportionality coefficients represent the leaf conductivities. These conductivities were independent of fluxes and LWP. Measurements in cotton, avocado and grapefruit leaves confirmed this finding. As conductivities of soybean foliage and root system were both independent of flow and of the water potential gradient, we concluded that the linear flow equation was applicable to entire plant systems.

Résumé - Relations entre flux d'eau et conductance hydrique chez le soja. L'étude a pour but d'établir la relation entre la conductance hydraulique du système radiculaire, le courant de sève et les gradients de potentiel hydrique. Les expériences ont été exécutées dans des chambres de croissance sur des soja plantés en pot dans une serre. Diverses fractions du système radiculaire ont été enlevées, soit en coupant des ramifications principales, soit en tranchant au travers de la masse du sol, perpendiculairement à l'axe de croissance. Quelques feuilles sur chaque plante ont été couvertes pour empêcher leur transpiration. Leur potentiel hydrique (LWP) a été mesuré à la fin de l'expérience dans une chambre à pression. Le taux de transpiration a été estimé par pesée toutes les 30 minutes. La conductance hydraulique des racines restantes a été calculée comme étant le rapport du taux de transpiration stable sur le L WP des feuilles couvertes. Ces mêmes plantes ont été sectionnées à la base de la tige. Leur système sol-racine a été enfermé dans une chambre à pression. Le système radiculaire a été pressurisé (fig 2H) et décompressé (fig 2B) par étapes. Les taux d'exudation produits par décompression sont en meilleure relation linéaire avec la pression que ceux obtenus pendant la pressurisation (fig 3C). Le long délai entre l'application de la première étape de haute pression et l'obtention d'un taux d'exudation constant est attribué à un rétrécissement initial des racines qui rompt momentanément la continuité eau-racine. Dans chaque cas on a trouvé que l'exudation de sève à la coupure, est proportionnelle à la pression pneumatique appliquée (fig 4). Les coefficients de proportionnalité sont les conductances hydrauliques du système radiculaire. Ces dernières sont en relation linéaire (fig 5A) avec le poids des racines fines (diamètre < 1 mm). La pente de la relation définit la conductivité hydraulique apparente des racines. Sa valeur est semblable à celle obtenue à partir de la conductance hydraulique mesurée avant le sectionnement des tiges. On a exercé une pression pneumatique sur des feuilles de soja excisées, puis on a récolté le liquide extrait pendant 20 sec. A la fin de chaque extraction on a mesuré le L WP. Le flux liquide d'exudation rapportée à l'unité de surface, est proportionnel à la somme de la pression pneumatique et du LWP moyen (fig 6). Le coefficient de proportionnalité et la conductivité foliaire (tableau I). Cette conductivité est indépendante du flux et du LWP. Des mesures faites sur des feuilles de cotonnier, d'avocadier et d'oranger confirment cette observation (fig 7). Comme les conductivités hydrauliques du feuillage et du système radiculaire sont toutes deux indépendantes, à la fois du flux et du gradient de potentiel, il est conclu que l'équation linéaire du mouvement est appliquable à la plante entière.

Key words: root / root conductance / leaf water potential / transpiration / cotton / avocado / citrus

Mots clés : racine / conductance radiculaire / potentiel hydrique / transpiration / coton / avocat / agrume