植物通过气孔进行气体交换：每吸收一个二氧化碳分子，就有100个水分子逸出。植物通过气孔交换气体:每吸收一个二氧化碳分子，就有100个水分子逸出。

植物通过复杂的传感器网络实现干燥和饥饿之间的平衡。当光线充足时，植物会打开叶片上的气孔，吸收二氧化碳(CO2)，然后通过光合作用转化为碳水化合物。同时，通过气孔释放的水量是摄入CO2的100倍。在水分充足的时候，这个过程不会有问题，但是在炎热的盛夏，植物需要切换到节水模式:收缩气孔，防止水分流失过多，这个才能在干旱期存活。但由于大部分气孔是关闭的，二氧化碳的吸收受到限制，进而影响光合作用的表现，从而影响植物的生长。

近日，由德国巴伐利亚维尔茨堡大学(JMU)生物物理学家Rainer Hedrich领导的一个国际植物科学家小组确定了控制植物叶片气孔开闭的传感器的位置。这项研究成果发表在《自然和植物》杂志上。

植物叶片气孔的开/关是由包围每个气孔的一对特殊保卫细胞来完成的。保卫细胞必须能够测量光合作用和水供应，以适应不断变化的环境条件。为了实现这一目标，保卫细胞中有受体可以测量叶片中的CO2浓度。当叶片内部的CO2值急剧上升时(光合作用的不良信号)，保卫细胞会关闭气孔，以防止不必要的蒸发。一旦二氧化碳浓度下降，毛孔就会重新打开。

水的供应是由荷尔蒙来衡量的。当植物缺水时，会产生脱落酸(ABA，一种关键的应激激素)，其CO2控制循环会设置为节水模式。这是由具有ABA受体的保卫细胞完成的。当叶片中ABA浓度增加时，气孔就会关闭。

为了阐明植物保卫细胞控制周期的组成，研究人员将拟南芥置于高浓度的CO2或ABA中几个小时，以触发基因水平的反应。然后，从叶片中分离气孔，利用生物信息学技术分析保卫细胞的基因表达谱。

为了完成这项任务，研究小组邀请了来源JMU的两位生物信息学专家托比亚斯·穆勒和马库斯·迪特里希。他们发现，在高浓度的CO2或ABA下，基因表达模式存在显著差异。另外，过量的CO2也会改变一些ABA基因的表达。这些发现促使研究人员进一步研究ABA信号通路中的ABA受体。

拟南芥中有14种ABA受体，其中6种位于保卫细胞中。“为什么抵抗激素的保卫细胞需要多达6个受体？为了回答这个问题，我们与马德里大学的佩德罗·路易斯·罗德里格斯教授合作，他是ABA受体方面的专家。”赫德里奇说。

在这个实验中，罗德里格斯的团队制备了拟南芥突变体，以便研究人员可以在其中单独研究ABA受体。Hedrich的同事Peter Ache解释说，“这使我们能够将任务分别分配给网络中的6个ABA受体，并确定ABA和CO2诱导的气孔关闭的单一受体。”

最后，Hedrich总结道:“我们从研究结果中得出结论，当水供应良好时，ABA接受者会将大概激素平衡评估为‘无压力’，并保持气孔开放以供应CO2。缺水时，干旱迫使受体识别ABA水平升高，使保卫细胞关闭气孔，防止植物缺水。接下来，我们打算研究ABA和CO2相关受体的特征及其信号通路和组成。”

原文:花花审核:阿姨编辑:雷新宇

期刊来源:自然和植物

期刊编号:2055-026X

原文链接:https://phys.org/news/2019-08-carbon-dioxide-uptake.html

中文内容仅供参考，所有内容以英文原版为准。请注明出处。