科学家发现，某些植物能够通过调节叶片的水分损失来忍受严酷、干燥的环境，而不依赖于它们的典型方法——称为“气孔”的微小开口。研究人员已经确认，某些植物能够在艰难、干燥的环境中生存，方法是通过调节叶片中的水分损失，而不是使用它们的标准系统——称为“气孔”的微小孔隙。
在玉米、高粱和小米这三种对全球粮食安全至关重要的C4作物中，这种非气孔的蒸腾控制方式使这些植物在保持有利于光合作用的环境方面具有优势。
这使得植物即使在温度升高和大气需要更多水分的情况下，仍能吸收光合作用和生长所需的二氧化碳，同时最小化它们消耗的水量。
在其发表在《PNAS》上的研究中，来自伯明翰大学、堪培拉的澳大利亚国立大学和凯恩斯的詹姆斯库克大学的科学家挑战了传统观点，即气孔在干旱和严峻生长条件下唯一负责水分损失的调控。
伯明翰大学的共同作者迭戈·马尔克斯博士表示：“这改变了我们对植物-水相互作用的理解，证明了非气孔的蒸腾调控可以在不减少碳摄取的情况下最小化水分损失——与通常认为这是不可避免的权衡相矛盾。”
“我们的发现对植物如何适应气候变化以及如何在干旱地区种植作物具有重要意义。理解这个机制可能会推动C4作物的水分利用效率进步，这对于确保全球粮食安全至关重要。”
研究验证了C4植物能够将气孔下腔的湿度水平保持在较低水平——即使在蒸汽压力缺失（VPD）压力条件下也降低至80%——减少了水分损失，并强调了非气孔控制在有效水分利用中的重要角色。
这一过程使植物能够通过最小化水分流失来维持光合作用，而不会显著降低光合作用所需的细胞间CO2水平。这对支持生长并确保这些作物蓬勃发展至关重要。
研究还表明，非气孔机制可能在C3和C4光合作用途径分离之前就已进化，暗示了一种共同的进化特征。
马尔克斯博士补充道：“我们的发现重新塑造了C4植物水分利用效率的概念，并揭示这种替代方法支持植物在对大气水分需求高的情况下生长并获取二氧化碳，挑战了传统对于这些植物如何抵御干旱的信念。”
光合作用是植物将光和二氧化碳转化为生长所需的糖的过程，使用一种称为Rubisco的酶。二氧化碳通过开放的气孔进入，以生产糖，同时开放的气孔也会释放水蒸气。
而C3植物则仅依靠空气中的二氧化碳通过气孔扩散来获取碳，C4植物则具有专门的叶片结构和酶，使二氧化碳集中在Rubisco周围，提高其光合作用效率和水分利用效果。然而，这种优势是有代价的，因为当气孔关闭时，这些植物对光合作用显著降低更为敏感。因此，非气孔机制对于确保它们在保持气孔开放的同时管理水分损失至关重要。
