植物气孔对全球环境变化的响应及其调控防御机制

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1、植植物生理学报物生理学报PPlantPhysiologyJournallantPhysiologyJournal2012,48(1):19~282012,48(1):19~2819植物气孔对全球环境变化的响应及其调控防御机制*高春娟,夏晓剑,师恺,周艳虹,喻景权浙江大学园艺系,杭州310058摘要:气孔是植物与环境发生联系的重要门户,控制着植物与外界的气体和水分交换。本文针对全球大气CO2浓度升高、气候变暖、干旱加剧等环境问题,分析了气孔对全球水循环、碳循环的重要贡献。系统总结了气孔的形态发育和生理功2+能对大气高CO2浓度、干旱、土壤盐渍化、病虫害等的

2、响应及其调控防御机制。综述了脱落酸(ABA)、Ca、H2O2、一氧化氮(NO)和光信号调控气孔运动的分子机制。从理论和实践两方面,提出了通过调控气孔运动协调CO2同化和水分散失的矛盾,在不影响光合效率的前提下提高水分利用率等未来的研究方向。关键词:气孔;CO2;水分胁迫;信号;水分利用率ResponseofStomatatoGlobalClimateChangesandtheUnderlyingRegula-tionMechanismofStressResponses*GAOChun-Juan,XIAXiao-Jian,SHIKai,ZHOUYan-Ho

3、ng,YUJing-QuanDepartmentofHorticulture,ZhejiangUniversity,Hangzhou310058,ChinaAbstract:Stomataaretheprimaryconduitsofwaterlossandgasexchangeofplantsandplayimportantrolesintheinteractionbetweenplantsandenvironment.InthecontextofdramaticenvironmentalchangessuchasincreaseofairCO2con

4、centration,globalwarmingandfrequentlydroughtstress,thepaperanalyzesthegreatcontributionofstomatafunctiontoglobalwaterandcarboncycles.Basedonthis,wesummarizedchangesofmorphologicaldevelopmentandphysiologicalfunctionsinresponsetohighairCO2,drought,soilsalinity,and2+pathogeninfectio

5、n.Wealsoanalyzedtheinvolvementofabscisicacid(ABA),Ca,H2O2,nitricoxide(NO)andlightsignalingintheregulationofstomatalfunctioning.Finally,weproposedstrategytocontrolthewateruseefficiencywithoutinhibitionofphotosynthesisandbiomassaccumulationbymanipulatingenvironmentalconditionsinprac

6、tice.Keywords:stomata;CO2;waterstress;signaling;water-useefficiency气孔是存在于植物叶片表皮和茎上的微小孔的重要参与者,并对由地球环境不断变化所导致隙,由一对保卫细胞包围而成。最早于400万年前的物种形成与进化具有巨大的推动作用(Hehering-出现在陆地植物上,之后随着环境的不断变化,气ton和Woodward2003)。孔在形态、分布、功能等方面都发生了显著变化受人类活动的影响,全球正经历着人类历史(Beerling和Woodward1997)。气孔通过控制植物上前所未有的气候变化。自

7、工业革命以来,全球与外界的气体和水分交换来适应复杂多变的环大气CO2的浓度日趋增高,由19世纪的265~290-1-1境。气孔虽小,但是对于植物水分利用、营养吸μmol·mol到近年的340~360μmol·mol,并以每年-1收、物质代谢等方面以及整个生态环境的调节作1~1.5μmol·mol的速度持续增长(Lammertsma等用不容小视。气孔总面积仅占叶片总面积的5%,2011)。2007年联合国政府间气候变化专门委员会但是通过气孔蒸发的水分却占植物总失水量的(IPCC)所做的第4次评估报告指出全球气候变暖已70%之多(Heherington和Wo

8、odward2003)。全球年经是毫无争议的事实,由气候变暖所引起的全球16蒸发