光合作用前的生长：树木如何调节水分平衡

植物的叶子下侧有小孔，称为气孔。当太阳升起时，这些毛孔打开，植物从大气中吸收二氧化碳（CO2），除了阳光和水外，它们还需要二氧化碳进行光合作用。同时，水通过打开的气孔蒸发；对于一棵树来说，这可能是每天几百升。

缺水时，植物可以关闭气孔，从而防止水分蒸发过多。植物拥有这种保护机制并不是什么新鲜事。

然而，到目前为止，还不清楚这种关闭何时发生以及触发因素是什么。巴塞尔大学环境科学系的研究人员在《自然植物》杂志上发表了新的发现。

大部分测量数据来自巴塞尔大学位于巴塞尔州霍尔斯坦的森林实验室，在那里，起重机可以研究成熟树木树冠的过程。

在吸收二氧化碳的过程中，水通过气孔的蒸发是一个被动过程。因此，水分损失是植物为光合作用付出的代价。通过关闭气孔，它可以停止蒸发，但不能进行光合作用。

研究负责人Ansgar Kahmen教授解释说：“就植物而言，研究人员传统上专注于光合作用。因此，以前人们认为树木将这一过程视为优先事项，因此尽可能长时间地保持气孔打开以吸收二氧化碳，只有在没有其他选择的情况下才关闭气孔。”。

当水分通过气孔蒸发时，细胞和木质部（即从根部向上运输水分的木质组织）内会产生负压。这种吸力将水从根部通过木质部吸到树干的生长层和树冠。在那里，它取代了释放到大气中的水。

通常需要整晚的树木来补充白天损失的水分。在此期间，气孔关闭，植物细胞充满水。这在细胞壁上产生了膨胀压力，这是细胞伸长生长所必需的。因此，树木在夜间生长。

如果土壤干燥，就没有水来完全补充它们的水分储备。因此，细胞中的水饱和度过低，膨胀器压力保持较低。即使在中等干燥的条件下，这也会抑制树木的生长。

随着干旱程度的增加，细胞和血管通路中的吸力变得越来越强，直到某个时候木质组织中的水柱破裂。

这会导致气泡，称为栓塞。Kahmen说：“当这种情况发生时，会造成不可挽回的损害，输水系统崩溃，植物最终死亡。”。

过去人们认为，为了尽可能长时间地维持光合作用，树木只会在栓塞发生前不久关闭气孔。这项新的研究现在表明，气孔在较早的时间点保持关闭，即夜间吸水变得困难。Kahmen说：“我们第一次能够证明，如果一棵树不能在一夜之间吸收足够的水分，它甚至不会在早上打开气孔。”。这意味着树木为了生长而放弃了光合作用。

根据Kahmen的说法，这种优先顺序是有道理的：如果植物因缺水而停止生长，那么，无论它进行了多少光合作用，它都无法使用由此产生的产品。

这位植物生理学家说：“因此，我们的目标不是优化光合作用并尽可能长时间地维持它，而是尽可能有效地利用光合作用的产物促进生长。”。

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这些发现也可能影响与森林固碳有关的计算。当气孔在干旱期间打开的时间比以前预期的要短时，树木从大气中吸收的二氧化碳就会减少。

“因此，假设碳储存量有一定增长的气候模型必须进行调整，”主要作者Richard L.Peters说，他曾是巴塞尔大学的博士后，现在是慕尼黑工业大学的教授。

特别是在气候变化的背景下，气候变化导致包括瑞士在内的国家夏季更温暖，最重要的是更干燥，碳吸收的变化可能比以前假设的更剧烈。

“值得注意的是，我们早期的气孔关闭观察适用于所有树种，无论是落叶树种还是针叶树种。因此，一个树种应对干旱的能力不能仅仅取决于气孔关闭的过程，”Peters说。p