根據最新的研究，科學家在計算葉片水分流失時出現的誤差可能會歪曲植物透過光合作用產生的能量的估計值。這反過來可能會危及對單個葉片功能甚至全球氣候的模型。當植物的供水受到限制時，這些誤差尤其明顯——隨著植物育種者和氣候科學家努力應對全球變暖的影響，這種情況越來越受到關注。
新墨西哥大學（阿爾伯克基）的植物生理學家大衛·漢森說：“如果你試圖瞭解為什麼你種植的作物或特定植物能夠在更乾燥的條件下生存和表現更好，你可能會誤解這一點。”漢森於 6 月 25 日在夏威夷檀香山舉行的美國植物生物學家協會年會上介紹了他的發現。
長期以來，研究人員一直認為植物失水的主要方式是透過稱為氣孔的葉片孔隙。當水分充足時，氣孔張開，讓二氧化碳流入——最大限度地提高光合作用，但也允許水分流出。植物也會透過葉片蠟質外表面或角質層流失水分，但這種影響被認為是微不足道的。
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反過來，這種理解塑造了科學家如何推斷二氧化碳流入葉片的過程。 測量葉片內部的二氧化碳需要繁瑣的定製裝置，因此研究人員
在野外，通常使用水分流失和其他因素的測量值來計算葉片內部的二氧化碳濃度。 一旦他們估計了內部二氧化碳濃度，研究人員就可以計算出植物將氣體轉化為食物的效率——這是初級生產力的一個組成部分，初級生產力是某些氣候模型中的一個重要因素。
但是，這些計算是基於透過氣孔的水分流失，而忽略了直接透過角質層的水蒸氣。 漢森的實驗表明，當水分充足時，這是一個可行的近似值——但是當水分稀缺且氣孔關閉時，透過角質層流失的水分比例更大。 漢森說，未能對此進行調整可能會擾亂植物在光合作用期間將二氧化碳轉化為糖的效率的計算。“當氣孔關閉時，這個小錯誤現在變成了一個巨大的錯誤，”他補充道。
漢森最初在 2015 年意識到了這一點，當時密蘇里大學哥倫比亞分校的植物生理學家約翰·博耶在一次研討會後主動與他聯絡。 漢森剛剛展示了資料，表明他試圖解釋葉細胞的特性如何限制二氧化碳的捕獲。 博耶為漢森提供了一種替代解釋——透過角質層的水分流失——並描述了他實驗室在 20 世紀 80 年代收集的資料，但這些資料幾乎沒有引起關注。
博耶的團隊發現，當水分充足且氣孔張開時，透過角質層的水分流失使向日葵葉片內部二氧化碳濃度的計算結果高估了 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）。 當氣孔關閉時，預測的二氧化碳濃度比葉片內部的直接測量值高出六倍。
漢森說：“在談話後大約六個月內，我開始進行我的第一次測量，並說，‘好的，是的，這是一個問題’。” 他現在正在努力簡化這些測量，以便更多實驗室可以效仿。
博耶說，在這種情況發生之前，測量誤差可能會影響的不僅僅是單個實驗室實驗。“葉片內部的二氧化碳是氣候模型和我們對光合作用如何運作的理解的核心特徵，”他說。
伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校的植物生理學家唐納德·奧爾特說，這是一個有趣的問題。 奧爾特懷疑，透過角質層的水分流失只有在極端乾旱條件下才重要。 “我不認為它會影響我們估計全球初級生產力的方式，或者對培育更高產量的植物產生任何影響，”他說。
但漢森說，在他未發表的油菜（甘藍型油菜）研究中，這是一種為收穫其油料而種植的作物，他發現即使在植物水分充足的情況下，未考慮透過角質層流失的水分的測量值也高估了透過氣孔的水分流失，平均高估了 12.6%。
澳大利亞國立大學（堪培拉）的植物生理學家蘇珊娜·馮·凱默勒同意，即使是輕微的乾旱也可能足以影響用水量測量。“我們有模型試圖捕捉全球二氧化碳吸收和水分流失，”她說。 “這才是真正重要的地方。”
本文經許可轉載，並於首次發表於 2017 年 6 月 28 日。