近日，南京信息工程大学应用气象学院冯兆忠教授团队在臭氧（O3）浓度升高对叶肉导度影响的机制上取得重要进展，研究结果以“Variations in leaf anatomical characteristics drive the decrease of mesophyll conductance in poplar under elevated ozone”为题在线发表于国际著名学术期刊Global Change Biology（IF=13.2）上。
臭氧（O3）是对植物具有毒害作用的气态污染物。随着工业化和城市化进程加快，近地层O3浓度不断升高已经成为重要的大气污染物。高浓度O3通过气孔进入植物叶片内产生氧化胁迫，抑制叶片光合速率，进而降低植被生产力。叶肉导度是CO2从细胞间隙向叶绿体内Rubisco酶羧化位点传导阻力的倒数，与气孔导度和光合生化能力（最大羧化速率和最大电子传递速率）共同决定了叶片光合速率。团队前期在杨树的研究中已经发现O3浓度升高导致叶肉导度降低，是抑制叶片光合速率的关键，但是内在机理尚不清楚。
该研究首先采用整合分析的手段，收集全球范围内O3对叶肉导度影响的实验研究结果。综合分析表明O3浓度升高显著降低了气孔导度、叶肉导度和光合生化能力，叶片光合速率的降低主要是由于O3浓度升高对叶肉导度的抑制。
随后为了探究O3浓度升高下叶肉导度降低与叶片结构的关系，在野外利用开顶箱将两种不同O3敏感性的杨树暴露于环境O3浓度和升高O3浓度处理下。同时测定气体交换和叶绿素荧光计算叶肉导度，并采集叶片制作光镜和电镜切片，测定叶片栅栏和海绵组织的结构特征。研究结果表明O3浓度升高降低了叶片的厚度，但对细胞间隙面积无显著影响。在超微结构上，O3浓度升高增加了细胞壁厚度、减少了叶绿体数量、缩小叶绿体和淀粉粒尺寸，最终增加了叶绿体之间和叶绿体到细胞壁的距离。为了进一步明确O3浓度升高下哪一个叶片结构特征对叶肉导度具有重要影响，利用一维CO2传输模型，将叶片结构特征参数作为输入，模拟不同部分的CO2传输导度。结果表明O3浓度升高主要是增加了细胞壁厚度降低了CO2穿过细胞壁的传输导度，此外还减少叶绿体尺寸、增加了叶绿体到细胞壁的距离，进而减少CO2在细胞质内的传输导度。
最后为了验证O3浓度升高减少叶肉导度的关键是改变叶片结构特征，通过整合全球发表的O3浓度升高下的叶片结构特征数据，结果表明O3浓度升高对细胞间隙面积无显著影响，显著增加了细胞壁厚度，但显著降低了叶绿体和淀粉粒尺寸。整合分析的结果有力的确认了本研究的实验发现，O3浓度升高增厚细胞壁和缩小叶绿体是导致叶肉导度降低的关键。
冯兆忠教授团队长期关注O3浓度升高对叶肉导度的影响，先后在Global Change Biology、Tree Physiology、Forest Ecology and Management、Environmental Pollution和Science of the Total Environment等期刊上发表多篇相关研究论文。南京信息工程大学环境变化生态效应研究组徐彦森博士为论文第一作者，冯兆忠教授为通讯作者，其他合作者还包括中科院地理所彭金龙博士生、瑞典哥德堡大学Johan Uddling教授。本研究受国家自然科学基金、江苏省青年基金和南京信息工程大学人才启动费等项目资助。
原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/gcb.16621