卡內(nèi)基學(xué)院全球生態(tài)系和德國(guó)尤里希研究中心的科學(xué)家一項(xiàng)最新的合作研究顛覆了傳統(tǒng)的關(guān)于蒸騰作用過(guò)程中氣孔結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)葉片水蒸氣流失的觀念。研究人員發(fā)現(xiàn)輻射是葉子內(nèi)部物理過(guò)程的驅(qū)動(dòng)力。

這項(xiàng)研究中關(guān)于植物氣孔的一些深入認(rèn)識(shí)將會(huì)對(duì)天氣預(yù)測(cè)，環(huán)境變化，農(nóng)業(yè)，水文地理等產(chǎn)生巨大的影響。該研究結(jié)果發(fā)布在2010年7月12日Proceedings of the National Academy of Sciences雜志的在線版本上。

氣孔能夠調(diào)節(jié)光合作用所需的二氧化碳流入，以及蒸騰作用中的水蒸氣外流。蒸騰作用使我們的大氣環(huán)境保持清爽和濕潤(rùn)，調(diào)節(jié)環(huán)境，同時(shí)增加降雨。氣孔影響植物從大氣中吸收二氧化碳的比率，從而影響植物的生產(chǎn)率，以及大氣中二氧化碳的濃度。因此，理解氣孔對(duì)于研究氣候變化來(lái)說(shuō)是很重要的。

目前科學(xué)家使用的用于氣孔反應(yīng)描述的環(huán)境變化模型是基于統(tǒng)計(jì)分析的。這種方法不是基于對(duì)氣孔調(diào)節(jié)機(jī)制的理解，因此不能很好的推斷環(huán)境因素?？茖W(xué)家對(duì)植物氣孔的研究已經(jīng)有300多年了，但是令人驚奇的是，關(guān)于氣孔的調(diào)控機(jī)制還沒(méi)有很好的理解。這項(xiàng)研究的共同作者Joseph Berry表示。

在這項(xiàng)研究中，科研人員首次考察了能量以及葉子外表面水蒸氣的交換機(jī)制，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這與葉子內(nèi)部的過(guò)程相關(guān)，色素從輻射中吸收的能量以及葉子內(nèi)部的水分含量影響了氣孔調(diào)控水分的程度。

研究人員以向日葵葉子作為觀察對(duì)象，并使用強(qiáng)光照射（含有或?yàn)V過(guò)近紅外光）。Berry觀察到，當(dāng)近紅外光沒(méi)有被過(guò)濾時(shí)，氣孔會(huì)打開(kāi)，間接刺激光合作用。在相同能量輸入的情況下，不同顏色的光照，氣孔打開(kāi)程度相似。此外，更多的證據(jù)表明熱是驅(qū)動(dòng)因素。在相同的條件下，科學(xué)家使用其他5種植物進(jìn)行了重復(fù)試驗(yàn)。同時(shí)，他們還開(kāi)發(fā)了一個(gè)基于能量平衡的葉子系統(tǒng)模型。模型的試驗(yàn)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)室結(jié)果相似的。

根據(jù)試驗(yàn)和模型結(jié)果，研究人員推測(cè)，由植物保衛(wèi)細(xì)胞形成的氣孔具有精確的敏感性和信息處理系統(tǒng)，它們利用光和環(huán)境中的其他信號(hào)調(diào)整氣孔。這項(xiàng)研究的突破點(diǎn)則是首次證實(shí)了氣孔水分流失率的調(diào)控與葉子的內(nèi)部物理過(guò)程有關(guān)。