长期以来，植物在夜间关闭气孔一直被认为是在缺乏碳吸收的情况下减少水分流失的一种机制，现在越来越多证据的表明，在不同的生态系统中，不同植物功能类型中存在夜间气孔导度。这种现象不仅出现在半干旱地区，也适用于热带、稀树草原和地中海生态系统。有趣的是，与其他生物群落相比，沙漠物种的夜间气孔导度表现出最大的变化。目前被普遍接受的夜间气孔行为机制仍然难以捉摸。夜间气孔导度的适应性假说提出，它受到积极调节，以促进黎明前的气孔开放，从而增强早晨的碳吸收，以支持生长。
本研究以中国西北部古尔班通古特沙漠的荒漠草本植物为研究对象，分析了不同植物功能类型在夜间气孔行为上的差异及其对水分利用策略的影响。通过对8种一年生和多年生草本植物的昼夜叶片气体交换进行测定。使用glmm.hp包探讨了不同光强下的内在水分利用效率对长期水分利用的贡献度。并基于中介效应模型进一步探讨了低光强下内在水分利用效率权衡变化的主要机制。
图1 研究物种气孔导度、蒸腾速率和光合速率的昼夜变化
图2 研究物种昼夜气孔导度比值
研究结果表明所研究的植物在夜间均开放气孔，但多年生草本植物的夜间气孔导度显著高于一年生草本植物。
图3 驱动水分利用效率权衡变化的关键光强
图4 驱动内在水分利用效率权衡变化的关键途径
多年生草本植物通过夜间气孔行为在早晨快速达到稳态气孔导度，从而增强了碳捕获能力，而一年生草本植物的夜间气孔行为则有助于在早晨保持水分，从而提高水分利用效率。研究结果表明，不同植物功能类型的夜间气孔开放程度与其水分获取和利用方式存在显著差异，揭示了荒漠植物在面对水分匮乏环境下的多样化水分利用策略。
相关结果以“Nocturnal stomatal behaviour and its impact on water use strategies of desert herbs in the Gurbantunggut Desert, Northwest China”为题在土壤学期刊《Science of The Total Environment》在线发表。
东北师范大学生命科学学院博士生孟德坤为论文第一作者，马剑英教授与孙伟教授为论文共同通讯作者。新疆师范大学闵孝君讲师、中国科学院新疆生态与地理研究所臧永新助理研究员参与了本研究。本研究得到了国家自然科学基金(41671207,31870456)和高校学科引进人才计划(B16011)项目的资助。
论文信息
标题：Nocturnal stomatal behaviour and its impact on water use strategies of desert herbs in the Gurbantunggut Desert, Northwest China
期刊：Science of The Total Environment
类型：article
作者：孟德坤、马剑英*&孙伟*
时间：2024-4-24
DOI: https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.172749
