majer @ 2022.08.18 , 23:46
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关于植物的气孔、光合和蒸腾作用，经典理论或许错了

植物从大气中吸收二氧化碳时会损失大量水分，因此每克植物干物质需要多达300克的水。

但这不是绝对的。在《自然·植物》杂志上发表的一篇新论文中，我们揭示了大自然的一个秘密，而它最终可用于帮助植物在缺水环境里茁壮成长。

植物主要由水组成——约占重量的80%。因此，我们可能会以为植物每克干物质需要大约4克水才能达到理想的水合作用水平。但其实需要更多的水，植物才能生长。为了生产一克新的干物质，一株植物需要大约 300 克水。

为什么水合所需的水量与生长所需的水量之间存在如此大的差异？

因为几乎所有植物都要通过根从土壤中吸收水分，通过叶片上的气孔释放水蒸气到大气中。

气孔就是微观的阀门。气孔打开，可让空气中的二氧化碳进入植物，但是叶子潮湿的内部组织就会暴露在更干燥的外部空气中。这意味水蒸气会漏出来。

古老的假说

植物科学家长期以来一直认为气孔的打开和关闭几乎完全控制了蒸发的水量。

这是因为我们假设叶子内水蒸气饱和(另一种说法是“相对湿度”为 100%，或非常接近)。

如果内部空气饱和而外部的空气干燥，则气孔的开闭时间控制着水分从叶片中的散逸量。

结果是，每进入一个二氧化碳分子，就会有大量的水蒸气从叶子中排出。

为什么我们假设叶子内的空气相对湿度接近 100%？

部分是因为水从饱和度​​较高的地方流向饱和度较低的地方，植物叶子失去的水分比例过高，则无法维持光合作用，所以需要很高的含水量起点。但我们还是做出了大胆的假设，因为我们没有直接测量叶子内部空气相对湿度的方法。 (最近开发的一种“水凝胶纳米报告器”可以注射到叶子中以测量湿度，可能会改善这种情况。)

植物的秘密

然而，在过去 15 年的一系列实验中，我们积累的证据表明，这种假设是不正确的。

当叶子外部的空气干燥时，我们观察到叶子内部空间的相对湿度通常会降至 100% 以下，有时甚至低至 80%。

这些观察最引人注目的是，当叶子内的相对湿度下降时，光合作用并没有停止甚至减慢。

这意味着叶子的水分流失率保持不变，即使外面的空气增加了它的“蒸发需求”(根据温度、湿度和其他因素衡量空气的干燥能力)。

如果叶子仅通过关闭气孔来限制水分流失，我们预计会看到光合作用减慢或停止。

因此，植物似乎可以在气孔保持开放的同时有效地控制叶片的水分流失，从而使二氧化碳继续扩散到叶片中以支持光合作用。

我们认为植物正在使用称为水通道蛋白的特殊“水门控”蛋白质来控制水的运动，这种蛋白质存在于叶片内的细胞膜中。

我们接下来的实验将测试水通道蛋白是否确实是我们寻找的东西。

如果我们能够彻底了解这种机制，最终将为农业科学家提供更抗干旱的植物。

https://www.sciencealert.com/plants-have-been-keeping-a-secret-from-us-about-how-thirsty-they-actually-are

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  1. raven
    @4天 ago
    5303712

    仙人掌：老子又能呼吸又不会干掉，我牛不？

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  2. 热心蛋友
    @4天 ago
    5303741

    最近是不是好几条理论是错的了

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  3. Demaner
    @4天 ago
    5303769

    准备让植物需要的水分更少，为人类提供等量甚至更多的产出？

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  4. 开开心心
    @3天 ago
    5303980

    @raven: 放办公室的多半活不久，光照不够，所以很多人说自己仙人掌也养死。

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  5. 鲁米诺
    @3天 ago
    5303983

    连小学自然课本都不能信了

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  6. 火元素
    @3天 ago
    5303987

    似乎在说探索植物有潜力用更小的水蒸发代价完成光合作用碳积累，但问题是水不光是组织液这一种功能吧，水的上下泵动也是植物体内物质交换的载体，水交换量大的植物也拥有更快的代谢速度，组织液浓稠度大水消耗少的植物获得了耐寒耐旱的buff也相应的也生长缓慢，种子休眠时不需要水分但发芽时也必须有足够的水分才能激活生命启动过程

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  7. Dubdubdub
    @3天 ago
    5304289

    这个其实不是什么“最近的颠覆性研究”，就这种纳米探针的花式研究全世界、全国的化环生材都研究少说十几年了……特点就是科研成本不算高，在那儿咔咔过柱子再做个体内体外就可以批量生产jacsangew甚至nsc。

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  8. Dubdubdub
    @3天 ago
    5304314

    至于“如果我们能够彻底了解这种机制，最终将为农业科学家提供更抗干旱的植物。”就和ppt最后的感谢聆听是一个意思，因为课题组的下一步是横向展开同一个实验套路再换别的细胞别的探针做个千八百遍，单单对于这篇文章的后续研究那是不会有了。

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  9. 世界的第八天
    @3天 ago
    5304618

    @鲁米诺: 很多信息都在更新，现在0都是偶数了，我上学时0还是非奇非偶。

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  10. 取什么名字呢
    @3天 ago
    5304790

    @Dubdubdub: 这个研究还真不是套路…第一作者和通讯作者都是一大把年纪的老人家了，也完全不需要灌水了。挺少在煎蛋看到自己领域内的文章，其实在我看来它还有一层重要的意义是，相对湿度100%这个假设是某植物光合速率测量设备的核心假设之一。全球气候变化下温度和二氧化碳浓度对于植物光合固碳的影响可是不少都是基于它的测量数据而推论的…不过这文章的方法还是太复杂，后面应该会有不少对此的相关研究倒是。这种测量和定量模型方面的意义，采访写成故事估计容易让大家以为我们一直都在瞎搞哈哈。还是生物机制层面讲水的运动控制比较吸引人，但到搞明白且应用起来确实还要走很远。

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  11. pp
    @2天 ago
    5305501

    搞研究的对于自己没法测量的东西，先假设一个数值，很正常。然后在假设的前提之下推理，也很正常。

    但是，如果假设的前提下推理的结果和现实不符合……………………..

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  12. riksss
    @1天 ago
    5305591

    正常，我怀疑一些兰花能从叶片通过空气吸水。

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