根据最新的研究，科学家在计算叶片水分流失时出现的误差可能会歪曲植物通过光合作用产生的能量的估计值。这反过来可能会危及对单个叶片功能甚至全球气候的模型。当植物的供水受到限制时，这些误差尤其明显——随着植物育种者和气候科学家努力应对全球变暖的影响，这种情况越来越受到关注。
新墨西哥大学（阿尔伯克基）的植物生理学家大卫·汉森说：“如果你试图了解为什么你种植的作物或特定植物能够在更干燥的条件下生存和表现更好，你可能会误解这一点。”汉森于 6 月 25 日在夏威夷檀香山举行的美国植物生物学家协会年会上介绍了他的发现。
长期以来，研究人员一直认为植物失水的主要方式是通过称为气孔的叶片孔隙。当水分充足时，气孔张开，让二氧化碳流入——最大限度地提高光合作用，但也允许水分流出。植物也会通过叶片蜡质外表面或角质层流失水分，但这种影响被认为是微不足道的。
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反过来，这种理解塑造了科学家如何推断二氧化碳流入叶片的过程。 测量叶片内部的二氧化碳需要繁琐的定制设备，因此研究人员
在野外，通常使用水分流失和其他因素的测量值来计算叶片内部的二氧化碳浓度。 一旦他们估计了内部二氧化碳浓度，研究人员就可以计算出植物将气体转化为食物的效率——这是初级生产力的一个组成部分，初级生产力是某些气候模型中的一个重要因素。
但是，这些计算是基于通过气孔的水分流失，而忽略了直接通过角质层的水蒸气。 汉森的实验表明，当水分充足时，这是一个可行的近似值——但是当水分稀缺且气孔关闭时，通过角质层流失的水分比例更大。 汉森说，未能对此进行调整可能会扰乱植物在光合作用期间将二氧化碳转化为糖的效率的计算。“当气孔关闭时，这个小错误现在变成了一个巨大的错误，”他补充道。
汉森最初在 2015 年意识到了这一点，当时密苏里大学哥伦比亚分校的植物生理学家约翰·博耶在一次研讨会后主动与他联系。 汉森刚刚展示了数据，表明他试图解释叶细胞的特性如何限制二氧化碳的捕获。 博耶为汉森提供了一种替代解释——通过角质层的水分流失——并描述了他实验室在 20 世纪 80 年代收集的数据，但这些数据几乎没有引起关注。
博耶的团队发现，当水分充足且气孔张开时，通过角质层的水分流失使向日葵叶片内部二氧化碳浓度的计算结果高估了 15%（J. S. Boyer J. Exp. Bot.66, 2625–2633; 2015，以及 D. T. Hanson et al. J. Exp. Bot. 67, 3027–3039; 2016）。 当气孔关闭时，预测的二氧化碳浓度比叶片内部的直接测量值高出六倍。
汉森说：“在谈话后大约六个月内，我开始进行我的第一次测量，并说，‘好的，是的，这是一个问题’。” 他现在正在努力简化这些测量，以便更多实验室可以效仿。
博耶说，在这种情况发生之前，测量误差可能会影响的不仅仅是单个实验室实验。“叶片内部的二氧化碳是气候模型和我们对光合作用如何运作的理解的核心特征，”他说。
伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的植物生理学家唐纳德·奥尔特说，这是一个有趣的问题。 奥尔特怀疑，通过角质层的水分流失只有在极端干旱条件下才重要。 “我不认为它会影响我们估计全球初级生产力的方式，或者对培育更高产量的植物产生任何影响，”他说。
但汉森说，在他未发表的油菜（甘蓝型油菜）研究中，这是一种为收获其油料而种植的作物，他发现即使在植物水分充足的情况下，未考虑通过角质层流失的水分的测量值也高估了通过气孔的水分流失，平均高估了 12.6%。
澳大利亚国立大学（堪培拉）的植物生理学家苏珊娜·冯·凯默勒同意，即使是轻微的干旱也可能足以影响用水量测量。“我们有模型试图捕捉全球二氧化碳吸收和水分流失，”她说。 “这才是真正重要的地方。”
本文经许可转载，并于首次发表于 2017 年 6 月 28 日。