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植物气孔,小即是美

已有 7671 次阅读 2013-6-23 14:46 |个人分类:生活点滴4|系统分类:科研笔记| 植物气孔

看到广阔的天空,壮丽的山川和雄伟茂盛的森林,没有人不会对大自然的巧夺天工之美而发自内心的赞美;同样,即使看到由原子构造的汉字,复杂精细的时钟结构和微型飞机,想必很多人也会发出同样的感慨,小即是美。一片森林,一颗大树,它们每时每刻不在进行着蒸腾耗水和碳的同化,完成这两项艰巨任务的就是叶片上的“气孔”,一个连接植物个体与大气环境的器官,也是改变世界面貌的神器。正所谓“一沙一世界,一花一天堂”,小小的植物气孔比人类所发明的任何玩意都精巧无比,它的精细和复杂永远吸引着人们穷其一生孜孜追求,它与周围环境的对话和蕴藏期间的奥秘值得人们前仆后继。

环境会改变气孔的发育,如人类活动造成的二氧化碳排放已经比较明显地影响了气孔的生长。气孔既然是植物成长的关键阀门,它也有难处,一方面想最大程度的吸收二氧化碳(植物的粮食),另一方面也尽量减少蒸腾失水,减小“贸易逆差”。所以,气孔的行为受到环境以及本身生物习性的共同调控。但这种调控有什么样的规律呢?植物气孔大点好,还是小点好,是密点好,还是稀点好?全凭一种妥协和折中,这就是智慧。

一般情况而言,气孔越小越密,其气孔导度也是越大的,这样对蒸腾的控制调节能力也是相对较强的。如在二氧化碳浓度升高后,气孔变得稀疏就是对升高的浓二氧化碳度的适应。如果气孔变得大而稀疏,就像大腹便便的运动员一样,其机动灵活性也会大打折扣。所以,我们可以猜想大的气孔其启动或者张开的时间也会相对较长。说到这里,貌似气孔越小越好,其实也不尽然,对于每种植物在适应环境的过程中都想尽量提高水分利用效率,即同化等量的二氧化碳所耗散的水分越少越好。基于此,植物气孔的大小和疏密都是根据环境或水分可利用的程度来决定的。如气孔导度并非一直增加才好,当到达一定程度的时候,其水分利用率反而降低,这就得不偿失了。小小的气孔向来懂得节约的道理,所以它能够在全球水量平衡和能量平衡中发挥巨大作用,得益于于它节俭的德性。

近期,澳大利亚的Drake等人以5种拔克西木属( Banksia)植物为材料探讨了气孔的一些有意思的行为,他们发现理想状况下的气孔导度(gop)与黎明前最小气孔导度(gmin(dawn))成正比;gop与气孔大小成反比,而气孔的大小与最大气孔导度( (dg/dt)max)成反比;而气孔导度依然与碳同化的指标成正相关关系。这是一项很有趣的基础研究,在同属植物验证这些假设又最大程度地避免了遗传因素造成的干扰,他们的研究论文“Smaller, faster stomata: scaling of stomatal size, rate of response, and stomatal conductance”已经发表在国际知名刊物Journal of Experimental Botany上。了解了气孔的脾性,就可以帮助我们认识气孔是如何调节蒸腾的,正如作者在文末总结的那样,在尺度推移研究气孔行为时,还应该考虑气孔的大小和密度。



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