Silicon (Si) has been widely reported to improve plant resistance to water stress via various mechanisms including cuticular Si deposition to reduce leaf transpiration. However, there is limited understanding of the effects of Si on stomatal physiology, including the underlying mechanisms and implications for resistance to water stress. We grew tall fescue (Festuca arundinacea Schreb. cv. Fortuna) hydroponically, with or without Si, and treated half of the plants with 20% polyethylene glycol (PEG) to impose physiological drought (osmotic stress). Scanning electron microscopy (SEM) in conjunction with X-ray mapping (XRM) found that Si was deposited on stomatal guard cells and as a sub-cuticular layer in Si-treated plants. Plants grown in Si had a 28% reduction in stomatal conductance and a 23% reduction in cuticular conductance. When abscisic acid was applied exogenously to epidermal leaf peels to promote stomatal closure, Si plants had 19% lower stomatal aperture compared to control plants (i.e. increased stomatal sensitivity) and an increased efflux of guard cell K+ ions. However, the changes in stomatal physiology with Si were not substantial enough to improve water stress resistance, as shown by a lack of significant effect of Si on water potential, growth, photosynthesis and water-use efficiency. Our findings suggest a novel underlying mechanism for reduced stomatal conductance with Si application; specifically, that Si deposition on stomatal guard cells promotes greater stomatal sensitivity as mediated by guard cell K+ efflux. This article is protected by copyright. All rights reserved.

中文翻译：

---

保卫细胞上的硅沉积增加了由 K + 流出介导的气孔敏感性，从而降低了气孔导度

硅 (Si) 已被广泛报道可通过各种机制提高植物对水分胁迫的抵抗力，包括表皮硅沉积以减少叶片蒸腾作用。然而，人们对硅对气孔生理学的影响的了解有限，包括对水分胁迫抵抗的潜在机制和影响。我们用水培法种植高羊茅（Festuca arundinacea Schreb. cv. Fortuna），有或没有Si，并用20％聚乙二醇（PEG）处理一半的植物以施加生理干旱（渗透压力）。扫描电子显微镜 (SEM) 与 X 射线映射 (XRM) 结合发现，Si 沉积在气孔保卫细胞上，并作为 Si 处理植物的表皮下层。在 Si 中生长的植物的气孔导度降低了 28%，表皮导度降低了 23%。当外源性地将脱落酸应用于表皮叶皮以促进气孔关闭时，与对照植物相比，Si 植物的气孔孔径降低 19%（即增加的气孔敏感性）和增加的保卫细胞 K+ 离子的流出。然而，Si 对气孔生理的变化不足以提高抗水胁迫性，如 Si 对水势、生长、光合作用和水分利用效率缺乏显着影响。我们的研究结果提出了一种新的潜在机制，用于降低 Si 应用的气孔导度；具体而言，Si 在气孔保卫细胞上的沉积促进了由保卫细胞 K+ 流出介导的更大的气孔敏感性。本文受版权保护。版权所有。与对照植物相比，Si 植物的气孔孔径降低了 19%（即增加的气孔敏感性）和增加的保卫细胞 K+ 离子的流出。然而，Si 对气孔生理的变化不足以提高抗水胁迫性，如 Si 对水势、生长、光合作用和水分利用效率缺乏显着影响。我们的研究结果提出了一种新的潜在机制，用于降低 Si 应用的气孔导度；具体而言，Si 在气孔保卫细胞上的沉积促进了由保卫细胞 K+ 流出介导的更大的气孔敏感性。本文受版权保护。版权所有。与对照植物相比，Si 植物的气孔孔径降低了 19%（即增加的气孔敏感性）和增加的保卫细胞 K+ 离子的流出。然而，Si 对气孔生理的变化不足以提高抗水胁迫性，如 Si 对水势、生长、光合作用和水分利用效率缺乏显着影响。我们的研究结果提出了一种新的潜在机制，用于降低 Si 应用的气孔导度；具体而言，Si 在气孔保卫细胞上的沉积促进了由保卫细胞 K+ 流出介导的更大的气孔敏感性。本文受版权保护。版权所有。Si 对气孔生理的改变不足以提高抗水胁迫性，如 Si 对水势、生长、光合作用和水分利用效率缺乏显着影响。我们的研究结果提出了一种新的潜在机制，用于降低 Si 应用的气孔导度；具体而言，Si 在气孔保卫细胞上的沉积促进了由保卫细胞 K+ 流出介导的更大的气孔敏感性。本文受版权保护。版权所有。Si 对气孔生理的改变不足以提高抗水胁迫性，如 Si 对水势、生长、光合作用和水分利用效率缺乏显着影响。我们的研究结果提出了一种新的潜在机制，用于降低 Si 应用的气孔导度；具体而言，Si 在气孔保卫细胞上的沉积促进了由保卫细胞 K+ 流出介导的更大的气孔敏感性。本文受版权保护。版权所有。气孔保卫细胞上的 Si 沉积促进了由保卫细胞 K+ 外流介导的更大的气孔敏感性。本文受版权保护。版权所有。气孔保卫细胞上的 Si 沉积促进了由保卫细胞 K+ 外流介导的更大的气孔敏感性。本文受版权保护。版权所有。