Abstract Despite a long research history, we do not fully understand why plants are able to transport xylem sap under negative pressure without constant failure. Microbubble formation via direct gas entry is assumed to cause hydraulic failure, while the concentration of gas dissolved in xylem sap is traditionally supposed to be constant, following Henry’s law. Here, the concentration of soluble gas in xylem sap was estimated in vivo using well-watered Citrus plants under varying levels of air temperature and photoperiodic exposure, and compared to modelled data. The gas concentration in xylem sap showed non-equilibrium curves, with a minimum over- or undersaturation of 5% compared to gas solubility based on Henry’s law. A similar diurnal pattern was obtained from the gas concentration in the cut-open conduits and discharge tube, and oversolubility was strongly associated with decreasing xylem water potentials during transpiration. Although our model did not explain the daily changes in gas solubility for an anisobaric situation, oversolubility characterises nanoconfined liquids, such as sap inside cell walls. Thus, plants are able to transport sap under negative pressure with relatively high amounts of dissolved gas, providing them with a buffering capacity to prevent hydraulic failure, despite diurnal changes in pressure and temperature.

Abstract Knowledge about the length of xylem vessels is essential to understand water transport in plants because these multicellular units show a 100-fold variation, from less than a centimeter to many meters. However, the available methods to estimate vessel length distribution (VLD) are excessively time consuming and do not allow large and in-depth surveys. Here, we describe a semi-automated method to measure VLD using an automated Pneumatron device. Gas conductivity of a xylem tissue with a certain length is estimated in a straightforward and precise way with the Pneumatron in a way theoretically similar to the air-injection method. The method presented enables fast and easy measurements using multiple devices simultaneously (>50 samples day-1), which is a significant advantage. Here, the apparatus is described in detail as well as how measurements are taken. We also present the software and an R-script for data analysis. The method described represents an important contribution to studies on plant hydraulic architecture and can improve our understanding about the role of VLD in plant performance under varying water availability.

Abstract The Pneumatron device presented measures gas diffusion kinetics in the xylem of plants. The device provides an easy, low-cost, and powerful tool for research on plant water relations. Here, we describe in detail how to construct and operate this device to estimate xylem vulnerability to embolism, and how to analyse pneumatic data. Simple and more elaborated ways of constructing a Pneumatron are shown, either using wires, a breadboard, or a printed circuit board. The instrument is based on an open-source hardware and software system, which allows users to operate it in an automated or semi-automated way. A step-by-step manual and a troubleshooting section are provided. An excel spreadsheet and an R-script are also presented for fast and easy data analysis. This manual should help new users to avoid common mistakes, especially regarding stable measurements of the minimum and maximum amount of gas that can be discharged from xylem tissue.

Abstract Xylem sap of angiosperm species has been found to include low concentrations of polar lipids and nanoparticles, including surfactant-coated nanobubbles. Although the nanoparticles have been suggested to consist of polar lipids, no attempt has been made to determine if nanoparticle and lipid concentrations are related. Here, we examined concentrations of nanoparticles and lipids in xylem sap and contamination control samples of six temperate angiosperm species with a NanoSight device and based on mass spectrometry. We found (1) that the concentration of nanoparticles and lipids were both diluted when an increasing amount of sap was extracted, (2) that their concentrations were significantly correlated in three species, (3) that their concentrations were affected by vessel anatomy, and (4) that concentrations of nanoparticles and lipids were very low in contamination-control samples. Moreover, there was little seasonal difference, no freezing-thawing effect on nanoparticles, and little seasonal variation in lipid composition. These findings indicate that lipids and nanoparticles are related to each other, and largely do not pass interconduit pit membranes. Further research is needed to examine the formation and stability of nanoparticles in xylem sap in relation to lipid composition, and the complicated interactions among the gas, liquid, and solid phases in xylem conduits.

Abstract Understanding xylem embolism formation is challenging due to dynamic changes and multiphase interactions in conduits. If embolism spread involves gas movement in xylem, we hypothesise that it is affected by time. We measured hydraulic conductivity (K h ) in flow-centrifuge experiments over one hour at a given pressure and temperature for stem samples of three angiosperm species. Temporal changes in K h at 5, 22, and 35°C, and at various pressures were compared to modelled gas pressure changes in a recently embolised vessel in the centre of a centrifuge sample. Temporal changes in K h at 22°C showed maximum relative increases between 6% and 40%, and maximum decreases between 41% and 61% at low and high centrifugal speed, respectively. Logarithmic changes in K h were species-specific, and most pronounced during the first 15 minutes. Embolism formation started near the edges of centrifuge samples and gradually increased at the centre. Moreover, measured decreases in K h strongly correlated with modelled increases in gas concentration in a recently embolised vessel. Although embolism is mostly pressure-driven, our experimental and modelled data indicate that time, conduit characteristics, and temperature are involved due to their role in gas diffusion. Gas diffusion, however, does not cover the entire process of embolism spread.

ABSTRACT Syringa pubescens Turcz. has been universally employed to make flower tea for the treatment of cough in the western part of Henan Province. Many researchers have confirmed that the phenylethanoid glycosides from S. pubescens were bioactive compounds. In this study, various macroporous resins have been employed to evaluate the potential of adsorption and desorption for phenylethanoid glycosides. The HPD‐450 resins were appropriate for the purification of phenylethanoid glycosides, and the optimum purification conditions were established. The adsorption properties were well modeled using the pseudo‐second‐order kinetics. Meanwhile, the adsorption isotherm could be better represented by the Langmuir equation, suggesting that the process was an exothermic reaction. Moreover, the purified sample possessed a stronger antioxidant capacity. The inhibitory activity of the crude extract against α‐amylase and α‐glucosidase was stronger than that of purified sample. The findings obtained provided a scientific foundation for further research and high‐value exploration of this plant and a potential technique for scale‐up purification of phenylethanoid glycosides.

Summary Considerable progress has been made in understanding the mechanisms of embolism formation based on the pneumatic method, which relies on gas discharge measurements. Here, we test the assumption that cut-open conduits are gas-filled when samples are cut at high water potentials. We performed vulnerability curves (VC) with the Pneumatron and analysed sap extraction from cut-open vessels in Citrus branches, while the optical method was applied as a reference method. VCs of 11 additional angiosperms were analysed to generalise our findings. We found an increase in gas discharge during early stages of dehydration, which affected the VC of Citrus . Xylem sap was not absorbed immediately by surrounding tissue in cut Citrus branches. The gas amount discharged increased until all sap residue was absorbed, which was near the turgor loss point. By analysing the slope of VCs, we could correct pneumatic VC, as evidenced by the strong agreement in embolism resistance between the pneumatic and the optical method. Since residual sap in cut-open conduits of some species could slightly reduce embolism resistance in some species, we propose to apply an easy correction for this novel artefact. Automated measurements with a Pneumatron are also required because of its high time resolution.