自然界中干旱-降水交替發(fā)生，等同于抵御干旱脅迫的能力，干旱復水后植物的恢復能力也決定著其干旱適應性(Creek et al. 2018)。隨復水后干旱脅迫的解除，植物水勢迅速恢復，但氣孔開放相對緩慢。干旱復水后氣孔開放的限制因子是什么？此問題有待揭示。

已有研究認為干旱引起植物的“水導通路受損”(Skelton et al. 2017)、或“ABA的累積” (Brodribb and McAdam 2013)，在復水后抑制著氣孔的開放。另有研究認為，干旱脅迫下水導通路不會受損(Yao et al. 2021)或受損受后也會迅速修復(Trifilò et al. 2020)；同樣，干旱脅迫下部分植物的ABA含量會“先增后減”，干旱后期會下降到對照水平，或干旱復水后也會迅速下降到對照水平(Skelton et al. 2017)。因此，“水導通路受損”和“ABA累積”均不能合理解釋旱后氣孔的緩慢開放。

近日，蘭州大學生態(tài)學院、草種創(chuàng)新與草地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)全國重點實驗室方向文教授課題組在Tree Physiology上發(fā)表了題為“Ethylene constrains stomatal reopening in Fraxinus chinensis post moderate drought”的研究論文，發(fā)現(xiàn)干旱復水后，旱區(qū)林木葉水分傳導速率和ABA含量24小時內(nèi)均恢復，而氣孔導度恢復緩慢，在4-7天內(nèi)同步恢復；緩慢開放的氣孔促進了灌木對水分利用效率的提升；但是，經(jīng)過1-MCP(乙烯拮抗劑，阻止乙烯與受體結合，中斷乙烯誘導氣孔關閉的通路)處理的植株，干旱復水后其氣孔迅速開放，氣孔導度2天內(nèi)恢復，水分利用效率低。據(jù)此，方向文教授課題組提出了旱后氣孔的開放不受水分傳導速率和ABA調(diào)控，而受乙烯調(diào)控的新機制，為植物旱后恢復的研究開辟了新方向。

?隨后，普度大學Scott McAdam博士在Tree Physiology發(fā)表題為“What stops stomata reopening after a drought?”的評論文章，對此成果的創(chuàng)新性進行了高度評價，指出半個世界以來(Pallaghy and Raschke, 1972)，乙烯是否誘導氣孔關閉，研究結果不一，爭論不休，本研究結果證實乙烯參與了旱后氣孔“開放”的調(diào)控，解決了困擾學界50余年科學問題；同時指出，早在1898年，達爾文之子(Darwin, 1989)提問“干旱是否誘導氣孔的節(jié)水功能？”，學界推測：干旱復水后氣孔不會進行最大限度開放、植物節(jié)水；但一個多世紀以來，由于限制氣孔開放的機制不清楚，此僅限為推測，也長期困擾著學界，認為方向文課題組發(fā)現(xiàn)，干旱復水后，乙烯限制了氣孔的開放，避免氣孔過早進入“過度開放”的狀態(tài)，從而減少水分的 “過量”蒸騰，旱后植物具有高效的水分利用效率。研究結果回答了百年之問。

據(jù)悉，這是該課題組在Plant, Cell and Environment發(fā)表題為“Ethylene, not ABA, is closely linked to the recovery of gas exchange after drought in four Caragana species”的封面文章（DOI:?10.1111/pce.13934）后的又一重要成果。

蘭州大學生態(tài)學院、草種創(chuàng)新與草地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)全國重點實驗室為論文第一完成單位，博士研究生畢敏慧為第一作者，方向文教授為通訊作者。成果將為優(yōu)良干旱適應性物種的篩選奠定基礎和提供科學手段，促進我國西北生態(tài)脆弱區(qū)植被的恢復與重建。

文章鏈接：?DOI: 10.1093/treephys/tpac144

評述文章鏈接：DOI: 10.1093/treephys/tpad031

參考文獻：

Brodribb TJ, McAdam SA. 2013. Abscisic acid mediates a divergence in the drought response of two conifers. Plant Physiology 162: 1370–1377.

Creek D, Chris B, Brodribb TJ, Brendan C, Tissue DT. 2018. Coordination between leaf, stem and root hydraulics and gas exchange in three arid-one angiosperms during severe drought and recovery. Plant, Cell and Environment 41: 2869–2881.

Darwin F. 1898. Observartions on stomata. Proceedings of the Royal Society of London 63: 413–417.

Pallaghy CK, Raschke K. 1972. No stomatal response to ethylene. Plant Physiology 49: 275–276.

Skelton RP, Brodribb TJ, Mcadam SAM, Mitchell PJ. 2017. Gas exchange recovery following natural drought is rapid unless limited by loss of leaf hydraulic conductance: Evidence from an evergreen woodland. New Phytologist 215: 1399–1412.

Trifilò P, Petruzzellis F, Abate E, Nardini A. 2020. The extra-vascular water pathway regulates dynamic leaf hydraulic decline and recovery in Populus nigra. Physiologia Plantarum 2021 172: 29–40.