<abstract xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml">

<p>Prolonged and/or intense drought leads to the deterioration of plant water balance, inducing embolism formation in the water conducting system, the xylem. The consequent loss of water transport capacity from roots to leaves (hydraulic failure) has been proposed as a main driver of plant mortality. Substantial inter- and intraspecific variation of resistance to embolism formation has been reported in plants. Hence, screening of different species/individuals is key to project the impact of future climate on ecosystems, while supporting breeding and reforestation. This review seeks to explain the mechanisms of water transport in plants and the phenomenon of embolism formation under drought stress by using concise and straightforward scholarly language. The main aim is to introduce non-expert readers (students, nonacademics, and academics from different scientific fields) to plant hydraulics and the controversial world of methods for measuring the vulnerability to embolism formation. To convey the message in full, we provide ranges of water potential values and widely used drought resistance indexes characterizing plants from different biomes. Various established methods used worldwide to monitor hydraulic efficiency under stress and measure hydraulic vulnerability by means of curves of different plant organs are introduced. Both classical widely used destructive methods and current non-destructive techniques, which have been gaining momentum in the last decade, are described. The main advantages and disadvantages of each method are briefly discussed to support decisions and selection of the most suitable method in experimental practice.</p>
</abstract>

Prolonged and/or intense drought leads to the deterioration of plant water balance, inducing embolism formation in the water conducting system, the xylem. The consequent loss of water transport capacity from roots to leaves (hydraulic failure) has been proposed as a main driver of plant mortality. Substantial inter- and intraspecific variation of resistance to embolism formation has been reported in plants. Hence, screening of different species/individuals is key to project the impact of future climate on ecosystems, while supporting breeding and reforestation. This review seeks to explain the mechanisms of water transport in plants and the phenomenon of embolism formation under drought stress by using concise and straightforward scholarly language. The main aim is to introduce non-expert readers (students, nonacademics, and academics from different scientific fields) to plant hydraulics and the controversial world of methods for measuring the vulnerability to embolism formation. To convey the message in full, we provide ranges of water potential values and widely used drought resistance indexes characterizing plants from different biomes. Various established methods used worldwide to monitor hydraulic efficiency under stress and measure hydraulic vulnerability by means of curves of different plant organs are introduced. Both classical widely used destructive methods and current non-destructive techniques, which have been gaining momentum in the last decade, are described. The main advantages and disadvantages of each method are briefly discussed to support decisions and selection of the most suitable method in experimental practice.

Plant hydraulics and measurement of vulnerability to embolism formation: a guide for beginners

Institute of Botany, Department of Integrative Biology and Biodiversity Research

University of Natural Resources and Life Sciences Vienna

<trans-abstract xml:lang="de" xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml">

<p>Längere und/oder intensive Trockenheit führt zu einer Verschlechterung des Wasserhaushalts der Pflanzen und führt zur Bildung von Embolien im Wasserleitsystem, dem Xylem. Der daraus resultierende Verlust der Wassertransportkapazität von den Wurzeln zu den Blättern (hydraulisches Versagen) wird als Hauptursache für das Pflanzensterben angesehen. Pflanzen weisen erhebliche inter- und intraspezifische Unterschiede in der Verwundbarkeit für Emboliebildung auf. Daher ist das Screening verschiedener Spezies/Individuen von entscheidender Bedeutung, um die Auswirkungen des zukünftigen Klimas auf Ökosysteme zu prognostizieren und gleichzeitig die Wiederaufforstung mit geeigneten Arten zu unterstützen. Dieser Review versucht, die Mechanismen des Wassertransports in Pflanzen und das Phänomen der Emboliebildung unter Trockenstress in einer prägnanten und leicht verständlichen wissenschaftlichen Sprache zu erklären. Das Hauptziel besteht darin, nicht fachkundigen Lesern die Pflanzenhydraulik und die Welt der Methoden zur Messung der Anfälligkeit für Emboliebildung (hydraulische Verwundbarkeit) näher zu bringen. Es werden Richtwerte von Wasserpotenzialen und weitverbreitete Dürreresistenzindizes, welche Pflanzenarten aus verschiedenen Klimaregionen charakterisieren, zur Verfügung gestellt. Zusätzlich werden verschiedene etablierte und weltweit eingesetzte Methoden zur Überwachung der hydraulischen Effizienz unter Stress und zur Messung der hydraulischen Verwundbarkeit (Verwundbarkeitskurven) verschiedener Pflanzenorgane vorgestellt. Beschrieben werden sowohl klassische, weitverbreitete destruktive Methoden als auch moderne zerstörungsfreie Techniken, die im letzten Jahrzehnt an Bedeutung gewannen. Die wichtigsten Vor- und Nachteile jeder Methode werden kurz diskutiert, um sinnvolle Entscheidungen und die Auswahl der am besten geeigneten Methoden in der experimentellen Praxis zu unterstützen.</p>
</trans-abstract>

Längere und/oder intensive Trockenheit führt zu einer Verschlechterung des Wasserhaushalts der Pflanzen und führt zur Bildung von Embolien im Wasserleitsystem, dem Xylem. Der daraus resultierende Verlust der Wassertransportkapazität von den Wurzeln zu den Blättern (hydraulisches Versagen) wird als Hauptursache für das Pflanzensterben angesehen. Pflanzen weisen erhebliche inter- und intraspezifische Unterschiede in der Verwundbarkeit für Emboliebildung auf. Daher ist das Screening verschiedener Spezies/Individuen von entscheidender Bedeutung, um die Auswirkungen des zukünftigen Klimas auf Ökosysteme zu prognostizieren und gleichzeitig die Wiederaufforstung mit geeigneten Arten zu unterstützen. Dieser Review versucht, die Mechanismen des Wassertransports in Pflanzen und das Phänomen der Emboliebildung unter Trockenstress in einer prägnanten und leicht verständlichen wissenschaftlichen Sprache zu erklären. Das Hauptziel besteht darin, nicht fachkundigen Lesern die Pflanzenhydraulik und die Welt der Methoden zur Messung der Anfälligkeit für Emboliebildung (hydraulische Verwundbarkeit) näher zu bringen. Es werden Richtwerte von Wasserpotenzialen und weitverbreitete Dürreresistenzindizes, welche Pflanzenarten aus verschiedenen Klimaregionen charakterisieren, zur Verfügung gestellt. Zusätzlich werden verschiedene etablierte und weltweit eingesetzte Methoden zur Überwachung der hydraulischen Effizienz unter Stress und zur Messung der hydraulischen Verwundbarkeit (Verwundbarkeitskurven) verschiedener Pflanzenorgane vorgestellt. Beschrieben werden sowohl klassische, weitverbreitete destruktive Methoden als auch moderne zerstörungsfreie Techniken, die im letzten Jahrzehnt an Bedeutung gewannen. Die wichtigsten Vor- und Nachteile jeder Methode werden kurz diskutiert, um sinnvolle Entscheidungen und die Auswahl der am besten geeigneten Methoden in der experimentellen Praxis zu unterstützen.

Die Bodenkultur: Journal of Land Management, Food and Environment

This work is licensed under the Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 3.0 License.

Pflanzenwasserhaushalt und Messung der hydraulischen Verwundbarkeit: ein Leitfaden für Anfänger

Prolonged and/or intense drought leads to the deterioration of plant water balance, inducing embolism formation in the water conducting system, the xylem. The...

Plant hydraulics and measurement of vulnerability to embolism formation: a guide for beginners

Data publikacji: 04 gru 2023

Zakres stron: 65 - 79

Otrzymano: 04 sie 2023

Przyjęty: 24 wrz 2023

DOI: https://doi.org/10.2478/boku-2023-0006

Słowa kluczowe
Cavitation, hydraulic conductivity, vulnerability curves, drought stress, P

© 2023 Tadeja Savi, published by Sciendo

This work is licensed under the Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 3.0 License.

Plant hydraulics and measurement of vulnerability to embolism formation: a guide for beginners

Data publikacji: 04 gru 2023

Zakres stron: 65 - 79

Otrzymano: 04 sie 2023

Przyjęty: 24 wrz 2023

DOI: https://doi.org/10.2478/boku-2023-0006

Słowa kluczoweCavitation, hydraulic conductivity, vulnerability curves, drought stress, P

© 2023 Tadeja Savi, published by Sciendo

This work is licensed under the Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 3.0 License.

Słowa kluczowe
Cavitation, hydraulic conductivity, vulnerability curves, drought stress, P