隨著氣溫上升，研究人員確定了植物對暖化做出反應的機制

葉子表面的微小孔隙（稱為氣孔）透過控制植物因蒸發而流失的水分來幫助植物「呼吸」。這些氣孔還可以促進和控制光合作用和生長所需的二氧化碳攝取量。

早在 19 世紀，科學家就知道植物會透過發送氣體來增加氣孔開口以進行蒸騰或「出汗」。透過氣孔降溫。今天，隨著全球氣溫的升高隨著溫度的上升，氣孔的擴大被認為是可以最大限度地減少對植物的熱損傷的關鍵機制。

但一個多世紀以來，植物生物學家缺乏對遺傳和遺傳的全面解釋。氣孔「呼吸」和蒸騰過程因溫度升高而增加。

加州大學聖地牙哥分校生物科學學院博士學生 Nattiwong Pankasem 和 Julian Schroeder 教授建構了這些機制的詳細圖像。他們的發現，發表在日記中新植物學家，確定植物用來應付氣溫升高的兩條路徑。

「隨著全球氣溫不斷升高，熱浪的影響顯然對農業構成了威脅，」施羅德說。 「這項研究描述了溫度升高導致氣孔打開的發現（機制），但如果熱量進一步升高，那麼就會有另一種機制啟動，以增加氣孔的開放。

幾十年來，由於所需的複雜測量過程，科學家一直在努力尋找一種明確的方法來破解溫度升高介導的氣孔開放的機制。困難的根源在於當溫度升高時將空氣濕度（也稱為蒸氣壓差或 VPD）設定為恆定值所涉及的複雜機制，以及區分溫度和濕度響應的複雜性。

Pankasem 透過開發一種新方法來幫助解決了這個問題，該方法可以在溫度升高的情況下將葉片的 VPD 限制在固定值。然後，他梳理出了一系列氣孔溫度反應的遺傳機制，包括藍光感測器、乾旱激素、二氧化碳感測器和溫度敏感蛋白等因素。

對於這項研究來說，重要的是新一代氣體交換分析儀，它可以改善 VPD 的控制（將 VPD 限制在固定值）。研究人員現在可以進行實驗來闡明溫度對氣孔開放的影響，而無需從整個活植物上摘下葉子。

結果表明，氣孔變暖反應是由植物譜系中發現的機制決定的。在這項研究中，Pankasem 研究了兩種植物的遺傳機制：擬南芥（Arabidopsis thaliana）（一種經過充分研究的雜草物種）和短柄草（Brachypodium distachyon）（一種這與小麥、玉米和水稻等主要糧食作物有關，為這些作物提供了一個合適的模式。

研究人員發現，二氧化碳感測器是氣孔變暖-冷卻反應的核心參與者。二氧化碳感測器檢測樹葉何時經歷快速變暖。這使得變暖的葉子中的光合作用開始增加，從而導致二氧化碳減少。然後氣孔打開，使植物受益於二氧化碳攝取量的增加。

有趣的是，研究也發現了第二條熱反應途徑。在極端高溫下，植物的光合作用受到壓力並下降，並發現氣孔熱響應繞過二氧化碳感測器系統並與正常的光合作用驅動的反應斷開。相反，氣孔採取第二條熱響應途徑，就像通過後門進入房屋一樣，“出汗”作為冷卻機制。

Pankasem 說：“第二種機制的影響是植物打開氣孔而不從光合作用中獲益，這將導致農作物的水分利用效率降低。” 「根據我們的研究，植物每單位二氧化碳可能需要更多的水₂這可能會對作物生產的灌溉規劃產生直接影響，以及生態系統中植物蒸騰作用的增加對水文循環的大規模影響，以應對全球暖化。

美國國家科學基金會計畫主任理查德·西爾(Richard Cyr) 表示：「這項工作表明了好奇心驅動的基礎研究對於幫助解決社會挑戰、增強農業等關鍵領域的彈性以及潛在地推動生物經濟的重要性。 「進一步了解在較高溫度下控制氣孔功能基礎的分子複雜性，可能會導致制定限制農業用水量的策略，以應對全球水量增加的情況。」。

在掌握了新的細節後，Pankasem 和 Schroeder 現在正在努力了解二級熱響應系統背後的分子和遺傳機制。

研究的共同作者是：Nattiwong Pankasem、Po-Kai Hsu、Bryn Lopez、Peter Franks 和 Julian Schroeder。

更多資訊：Nattiwong Pankasem 等人，暖化透過增強光合作用和隨後的保衛細胞二氧化碳來觸發氣孔開放₂感測，而較高的溫度會引發光合作用非耦合反應，新植物學家（2024）。DOI：10.1111/nph.20121