近日，我重点实验室邱让建副教授在《The Plant Journal》（植物学I区top期刊，2019年影响因子5.726）上在线发表题为“Maximizing leaf carbon gain in varying saline conditions: An optimization model with dynamic mesophyll conductance”的研究论文，重点论述了盐胁迫下气孔最优化模型，该论文第一及通讯作者是我校邱让建副教授，合作作者为美国杜克大学Kutal Gabiel 教授。该研究得到国家自然科学基金和江苏省自然科学基金的支持。
灌溉农业生产了世界上40-45%的食物，全球约90%的用水用于灌溉。然而，缺水仍然是世界许多地区，特别是干旱和半干旱地区扩大灌溉农业的主要限制因素。在这些地区，依靠咸水灌溉以满足作物水分需求越来越迫切。在不同的时间尺度上，高盐分水灌溉导致渗透(短期)和离子(中长期)胁迫，抑制叶片光合和蒸腾速率和气孔导度，导致作物减产。但在盐胁迫条件下气孔如何动态调节以使固碳效益最大依然是气候、生态水文学、水资源、农业科学和粮食安全等学科研究的热点。CO2浓度是否以及在多大程度上可以减轻盐分胁迫效应也是盐胁迫环境下的生态水文-气候变化联合研究以及变化环境下为降低土壤含盐量而进行的植物修复工作的重要内容。
本研究采用植物叶片气孔动态调节以使作物叶片碳收益最大化的气孔最优化模型与提出的叶肉导度盐分胁迫函数相结合，解释了灌溉水盐度升高如何导致作物光合和水力机械损伤。盐度胁迫对光合作用的抑制作用可以通过提高CO2浓度来部分缓解，但仅在低盐度下有效。本研究还表明早期盐分胁迫导致的光合和水力机械损伤与干旱胁迫有惊人的相似。
图1 渗漏水盐分（ECdw）对（a）叶肉导度（gm）、（b）二磷酸核酮糖羧化酶最大羧化能力（Vcmax）、（c）二磷酸核酮糖最大电子传输速率（Jmax）和（d）叶绿体（cc）和胞间CO2浓度（ci）的关系
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.14553