Temperature governs the relative contributions of cuticle and stomata to leaf minimum conductance

IF 8.1 1区生物学 Q1 PLANT SCIENCES New Phytologist Pub Date : 2024-12-14 DOI:10.1111/nph.20346

Josef C. Garen, Sean T. Michaletz

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温度决定角质层和气孔对叶片最小导度的相对贡献

Schreiber, 2001; Riederer, 2006），但这通常是在酶切分离的角质层或叶盘上测量的，很少在体内测量（参见 Márquez 等人，2021 年）。至关重要的是，从未在体内同时测量过 gmin 和 gcw 的短期温度依赖性；因此，人们对这些不同的水分途径如何对温度做出反应知之甚少。了解不同的水分损失途径如何导致观察到的 gmin 的温度敏感性，对于为替代性植物水分利用策略的理论提供信息十分必要（Blonder 等人，2023 年）。最近，研究人员报告了在叶片温度较高时气孔 "脱钩 "的情况（Aparecido 等人，2020 年；Krich 等人，2022 年；Marchin 等人，2023 年）。气孔脱钩发生在叶片温度较高时，尽管同化率下降，但气孔导度却增加或不下降，这与基于最优性原理的理论相矛盾（Cowan & Farquhar, 1977; Medlyn et al.）目前还不清楚这种脱钩是植物为了冷却叶片而做出的适应性反应（Michaletz 等人，2016 年；Garen 等人，2023 年），还是一种被动的 "失败 "机制（Slot 等人，2021 年；Blonder 等人，2023 年）。此外，了解 gcw 的温度响应对于改进气体交换测量也很有必要。最近，Márquez 等人（2021 年）提出了一种考虑到 gcw 的新叶片气体交换模型（Marquez-Stuart-Williams-Farquhar 或 MSF 模型）。以前的气体交换模型是根据 CO2 和 H2O 在空气中的扩散比（c. 1.6）计算叶片细胞间 CO2 浓度 ci，假设所有蒸腾作用都是通过气孔进行的（von Caemmerer & Farquhar, 1981）。然而，虽然 CO2 和 H2O 都很容易通过气孔，但角质层对 CO2 几乎是不渗透的（Boyer，2015 年）。鉴于部分水蒸气会通过角质层逸出，将所有蒸腾作用都归因于气孔的模型会高估 ci（Tominaga 等人，2018 年）。光合作用能力指标，如 Vcmax（Rubisco 羧化的最大速率）和 Jmax（RuBP 再生的最大速率），是利用同化速率 A 与 ci 之间的关系（即 A-ci 曲线）估算出来的（Farquhar 等人，1980 年；Sharkey 等人，1980 年）、1980 年；Sharkey 等人，2007 年），因此 ci 的误差可能会影响 Vcmax 和 Jmax 的估计值，从而对采用这些指标的基于过程的建模框架产生潜在影响（Stinziano 等人，2019 年；Hussain 等人，2024 年）。然而，此前尚未研究过 gcw 温度依赖性对光合作用能力指标的影响。为了量化误差的大小并改进光合作用能力的估算，有必要知道是否以及何时考虑 gcw 及其温度依赖性。我们的研究有以下三个目标：描述 gmin 和 gcw 的温度依赖性，并描述叶片失水途径如何随温度而变化；检验 gmin 和 gcw 是否依赖于叶片的解剖、结构和形态特征；检验 gcw 及其温度依赖性是否会导致光合作用能力测量的误差。我们发现叶片传导率和叶片性状之间的关系与温度有关，并进一步证明光合作用能力指标取决于 gcw，尤其是在气孔传导率较低时。

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New Phytologist 生物-植物科学

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期刊介绍： New Phytologist is an international electronic journal published 24 times a year. It is owned by the New Phytologist Foundation, a non-profit-making charitable organization dedicated to promoting plant science. The journal publishes excellent, novel, rigorous, and timely research and scholarship in plant science and its applications. The articles cover topics in five sections: Physiology & Development, Environment, Interaction, Evolution, and Transformative Plant Biotechnology. These sections encompass intracellular processes, global environmental change, and encourage cross-disciplinary approaches. The journal recognizes the use of techniques from molecular and cell biology, functional genomics, modeling, and system-based approaches in plant science. Abstracting and Indexing Information for New Phytologist includes Academic Search, AgBiotech News & Information, Agroforestry Abstracts, Biochemistry & Biophysics Citation Index, Botanical Pesticides, CAB Abstracts®, Environment Index, Global Health, and Plant Breeding Abstracts, and others.