随着气温上升，研究人员确定了植物对变暖做出反应的机制

叶子表面的微小孔隙（称为气孔）通过控制植物因蒸发而流失的水分来帮助植物“呼吸”。这些气孔还可以促进和控制光合作用和生长所需的二氧化碳摄入量。

早在 19 世纪，科学家们就知道植物通过发送气体来增加气孔开口以进行蒸腾或“出汗”。通过气孔降温。今天，随着全球气温的升高随着温度的上升，气孔的扩大被认为是可以最大限度地减少对植物的热损伤的关键机制。

但一个多世纪以来，植物生物学家缺乏对遗传和遗传的全面解释。气孔“呼吸”和蒸腾过程因温度升高而增加。

加州大学圣地亚哥分校生物科学学院博士学生 Nattiwong Pankasem 和 Julian Schroeder 教授构建了这些机制的详细图景。他们的发现，发表在日记中新植物学家，确定植物用来应对气温升高的两条路径。

“随着全球气温不断升高，热浪的影响显然对农业构成了威胁，”施罗德说。 “这项研究描述了温度升高导致气孔打开的发现（机制），但如果热量进一步升高，那么就会有另一种机制启动，以增加气孔的开放。”

几十年来，由于所需的复杂测量过程，科学家们一直在努力寻找一种明确的方法来破译温度升高介导的气孔开放的机制。困难的根源在于当温度升高时将空气湿度（也称为蒸气压差或 VPD）设置为恒定值所涉及的复杂机制，以及区分温度和湿度响应的复杂性。

Pankasem 通过开发一种新方法帮助解决了这个问题，该方法可以在温度升高的情况下将叶片的 VPD 限制在固定值。然后，他梳理出了一系列气孔温度反应的遗传机制，包括蓝光传感器、干旱激素、二氧化碳传感器和温度敏感蛋白等因素。

对于这项研究来说，重要的是新一代气体交换分析仪，它可以改进 VPD 的控制（将 VPD 限制在固定值）。研究人员现在可以进行实验来阐明温度对气孔开放的影响，而无需从整个活植物上摘下叶子。

结果表明，气孔变暖反应是由植物谱系中发现的机制决定的。在这项研究中，Pankasem 研究了两种植物的遗传机制：拟南芥（Arabidopsis thaliana）（一种经过充分研究的杂草物种）和短柄草（Brachypodium distachyon）（一种这与小麦、玉米和水稻等主要粮食作物有关，为这些作物提供了一个合适的模式。

研究人员发现，二氧化碳传感器是气孔变暖-冷却反应的核心参与者。二氧化碳传感器检测树叶何时经历快速变暖。这使得变暖的叶子中的光合作用开始增加，从而导致二氧化碳减少。然后气孔打开，使植物受益于二氧化碳摄入量的增加。

有趣的是，该研究还发现了第二条热反应途径。在极端高温下，植物的光合作用受到压力并下降，并且发现气孔热响应绕过二氧化碳传感器系统并与正常的光合作用驱动的响应断开。相反，气孔采用第二条热响应途径，就像通过后门进入房屋一样，“出汗”作为冷却机制。

Pankasem 说：“第二种机制的影响是植物打开气孔而不从光合作用中获益，这将导致农作物的水分利用效率降低。” “根据我们的研究，植物每单位二氧化碳可能需要更多的水₂这可能会对作物生产的灌溉规划产生直接影响，以及生态系统中植物蒸腾作用的增加对水文循环的大规模影响，以应对全球变暖。”

美国国家科学基金会项目主任理查德·西尔 (Richard Cyr) 表示：“这项工作表明了好奇心驱动的基础研究对于帮助解决社会挑战、增强农业等关键领域的弹性以及潜在地推动生物经济的重要性。”生物科学理事会。 “进一步了解在较高温度下控制气孔功能基础的分子复杂性，可能会导致制定限制农业用水量的策略，以应对全球水量增加的情况。”。

掌握了新的细节后，Pankasem 和 Schroeder 现在正在努力了解二级热响应系统背后的分子和遗传机制。

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

更多信息：Nattiwong Pankasem 等人，变暖通过增强光合作用和随后的保卫细胞二氧化碳来触发气孔开放₂传感，而较高的温度会引发光合作用？非耦合响应，新植物学家（2024）。DOI：10.1111/nph.20121