“Contrasting effects of high stomatal density on rice photosynthesis and water use efficiency: synergistic enhancement under drought but not under well-watered conditions”文章发表在《New Phytologist》。气孔密度是调控水稻气孔导度（gs）和叶肉导度（gm）的关键性状，高气孔密度在正常供水条件下仅能提升水稻光合速率（A），无法改善内在水分利用效率（iWUE）；而在干旱胁迫下，其对gs的促进作用逐渐消失，对gm的提升作用却持续保持，最终实现光合速率和内在水分利用效率的协同增强，为耐旱水稻育种提供了重要靶点。
研究背景
水稻是全球超半数人口的主食，但其产量增长已陷入瓶颈，提升光合效率是突破产量天花板的关键策略。同时水稻耗水量大，占亚洲农业灌溉用水的80%，且自身对水分亏缺敏感，受全球气候变化影响，水稻主产区干旱事件频发，亟需协同提升水稻光合效率与水分利用效率。此前研究表明提升gm且不增加gs或可实现这一目标，但气孔密度对gs和gm的协调机制，以及其在不同水分条件下对光合和水分利用的效应尚不明确，成为研究关键缺口。
实验方法
研究选取37份气孔形态性状差异显著的栽培水稻品种开展盆栽试验，先测定正常供水下的叶片气体交换参数和形态解剖性状，筛选出气孔密度最高和最低的品种各2个进行干旱处理。通过可控环境箱和光合测定仪测定光合速率、气孔导度等核心参数，结合叶片解剖学方法观察胞间空隙体积分数、叶肉表面积等性状，利用偏最小二乘路径模型分析气孔密度与光合、水分利用相关性状的关联，同时量化干旱下光合的气孔、叶肉和生化限制因素。
核心结果
正常供水时，气孔密度正向调控gs和gm，且gs增幅更大，虽提升了光合速率，但因水分蒸腾流失同步增加，iWUE无显著改善；干旱胁迫下，气孔开度随干旱加剧快速降低，高气孔密度对gs的优势逐渐消失，而高气孔密度品种因具有更高的胞间空隙体积分数、叶肉表面积等解剖优势，gm在全叶水势范围内均显著高于低气孔密度品种，gm/gs比值升高，光合限制向气孔限制转移，最终实现A和iWUE的协同提升。
研究结论
气孔密度是协调水稻gs和gm的核心调控因子，其对水稻光合和水分利用的效应具有水分条件依赖性。正常供水下高气孔密度仅提升光合速率，干旱下则通过维持较高的gm，打破了gs与gm的强耦合关系，实现光合速率与内在水分利用效率的协同增强，同时提升了水稻光合的干旱耐受性。该研究明确了气孔密度在水稻耐旱性中的作用机制，为耐旱水稻品种的分子育种和生理改良提供了重要理论依据，后续需在田间长期干旱条件下验证该机制，并探究其在其他作物中的适用性。
原文链接：
https://doi.org/10.1111/nph.71055
