卡内基学院全球生态系和德国尤里希研究中心的科学家一项最新的合作研究颠覆了传统的关于蒸腾作用过程中气孔结构调节叶片水蒸气流失的观念。研究人员发现辐射是叶子内部物理过程的驱动力。
这项研究中关于植物气孔的一些深入认识将会对天气预测，环境变化，农业，水文地理等产生巨大的影响。该研究结果发布在2010年7月12日Proceedings of the National Academy of Sciences杂志的在线版本上。
气孔能够调节光合作用所需的二氧化碳流入，以及蒸腾作用中的水蒸气外流。蒸腾作用使我们的大气环境保持清爽和湿润，调节环境，同时增加降雨。气孔影响植物从大气中吸收二氧化碳的比率，从而影响植物的生产率，以及大气中二氧化碳的浓度。因此，理解气孔对于研究气候变化来说是很重要的。
目前科学家使用的用于气孔反应描述的环境变化模型是基于统计分析的。这种方法不是基于对气孔调节机制的理解，因此不能很好的推断环境因素。科学家对植物气孔的研究已经有300多年了，但是令人惊奇的是，关于气孔的调控机制还没有很好的理解。这项研究的共同作者Joseph Berry表示。
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在这项研究中，科研人员首次考察了能量以及叶子外表面水蒸气的交换机制，结果发现这与叶子内部的过程相关，色素从辐射中吸收的能量以及叶子内部的水分含量影响了气孔调控水分的程度。
研究人员以向日葵叶子作为观察对象，并使用强光照射（含有或滤过近红外光）。Berry观察到，当近红外光没有被过滤时，气孔会打开，间接刺激光合作用。在相同能量输入的情况下，不同颜色的光照，气孔打开程度相似。此外，更多的证据表明热是驱动因素。在相同的条件下，科学家使用其他5种植物进行了重复试验。同时，他们还开发了一个基于能量平衡的叶子系统模型。模型的试验结果和实验室结果相似的。
根据试验和模型结果，研究人员推测，由植物保卫细胞形成的气孔具有精确的敏感性和信息处理系统，它们利用光和环境中的其他信号调整气孔。这项研究的突破点则是首次证实了气孔水分流失率的调控与叶子的内部物理过程有关。(生物谷Bioon.net)
生物谷推荐原文出处：
PNAS doi: 10.1073/pnas.0913177107
Control of transpiration by radiation
Roland Pieruschkaa,b, Gregor Hubera, and Joseph A. Berryb,1
aForschungszentrum Jülich GmbH, Institut für Chemie und Dynamik der Geosph?re, 52425 Jülich, Germany; and
bCarnegie Institution of Washington, Department of Global Ecology, Stanford, CA 94305
The terrestrial hydrological cycle is strongly influenced by transpiration—water loss through the stomatal pores of leaves. In this report we present studies showing that the energy content of radiation absorbed by the leaf influences stomatal control of transpiration. This observation is at odds with current concepts of how stomata sense and control transpiration, and we suggest an alternative model. Specifically, we argue that the steady-state water potential of the epidermis in the intact leaf is controlled by the difference between the radiation-controlled rate of water vapor production in the leaf interior and the rate of transpiration. Any difference between these two potentially large fluxes is made up by evaporation from (or condensation on) the epidermis, causing its water potential to pivot around this balance point. Previous work established that stomata in isolated epidermal strips respond by opening with increasing (and closing with decreasing) water potential. Thus, stomatal conductance and transpiration rate should increase when there is condensation on (and decrease when there is evaporation from) the epidermis, thus tending to maintain homeostasis of epidermal water potential. We use a model to show that such a mechanism would have control properties similar to those observed with leaves. This hypothesis provides a plausible explanation for the regulation of leaf and canopy transpiration by the radiation load and provides a unique framework for studies of the regulation of stomatal conductance by CO2 and other factors.
