[00117280]大气干旱条件下植物气孔开合振荡的发现及其调控机理研究

先后在国家自然科学基金、国家重大基础研究发展规划项目和教育部优秀青年骨干教师项目的支持下，根据国家水资源短缺和发展节水农业的迫切需要，针对作物水分散失与调控的关键部位—气孔调控进行了研究。目的在于深入了解气孔出现周期性振荡内外条件及其调控机理，在科学上将加深对植物细胞运动，尤其是在整体条件下的气孔开合调控的理解，找到调控气孔开合振荡提高植物水分利用效率和抗旱性的规律。对大幅度提高旱作农业水平、恢复荒漠植被和西部开发有重要应用前景。　　首先，发现了当大气干旱（水蒸汽亏缺差VPD）严重到一定程度时，甘草等荒漠植物出现10-15分钟周期的开合振荡。随后发现气孔振荡可显著提高水分利用效率。然后对出现气孔振荡的环境阈值、根冠耦合、调控机理、对植物水分利用效率和抗旱性的影响进行了系列研究。通过代谢抑制剂，ATP，和K离子通道阻塞剂实验，证明气孔振荡的强度不依赖代谢能量，而主要是由于作物水分生理与环境水蒸汽亏缺差耦合的结果。通过调控大气水分亏缺差可使作物出现气孔开合振荡。由于在振荡中气孔短暂关闭时，作物可利用气腔内的CO_2进行光合作用，所以通过调控气孔振荡可大幅度提高作物的水分利用效率和抗旱性。气孔振荡可以使春小麦蒸腾速率下降约40%，而光合速率仅下降约15%，从而显著提高水分利用效率约42%。水蒸气亏缺差和根系吸水阻力分别大于一定阈值是出现气孔开合振荡的必要条件。通过调节作物体对水分运输的阻力（水阻）、组织容水量（水容）和对水势变化的感应能力（水感）可改变作物出现气孔振荡的阈值条件，从而使作物在未造成干旱胁迫伤害前即可通过气孔开合振荡抗御干旱。根据此原理初步了气孔振荡抗旱剂，通过调控气孔开合振荡提高作物的抗旱性。该抗旱剂属自然存在的生物物质，高效无毒环保。田间实验表明在大中旱年份可使300毫米降雨量左右的半干旱区的作物产量比对照高1至2倍，这对提高我国西部干旱半干旱区的农业生产和粮食安全具有重要意义。