叶片轴向解剖变异调控高粱和玉米在不同水分条件下的光合响应机制

这篇研究通过系统分析高粱和玉米叶片不同区域（基部、中部、顶端）在干旱条件下的解剖结构与光合特性，揭示了两种C4作物对水分胁迫的差异化响应机制。研究发现，高粱通过增加叶片厚度、维管束鞘面积和光化学效率（ΦPSII/Fv/Fm）维持光合稳定性，而玉米则表现出水分利用效率（WUE）和维管系统的显著衰退。中部叶片区域在两种作物中均表现出更强的环境适应性，为作物抗旱育种提供了关键靶点。

　　

Abstract
水分限制引发植物产生包括耐受反应在内的多种变化。作为具有不同抗旱性的C₄作物，高粱和玉米在叶片解剖和生理方面的差异尚不明确。本研究旨在探究干旱对玉米和高粱叶片轴向解剖和光合特性的影响。

INTRODUCTION
气候变化导致水分限制事件频发，严重影响作物生产力。玉米（Zea mays L.）作为高需水且干旱敏感的作物，与抗旱性强的高粱（Sorghum bicolor）形成鲜明对比。两者虽均具有Kranz解剖结构和C₄代谢途径，但叶片形态和抗旱机制存在显著差异。以往研究多集中于叶片中部，而轴向变异对光合的影响尚未系统解析。

MATERIAL AND METHODS
实验在巴西拉夫拉斯大学温室进行，设置田间持水量（FC）、75% FC和50% FC三种水分处理。测定叶片三个区域（基部、中部、顶端）的光合参数（净光合速率A、蒸腾速率E）、叶绿素荧光（Fv/Fm、ΦPSII、ETR）和解剖特征（叶片厚度、维管束鞘面积、气孔密度等）。

RESULTS

1. 生长响应：50% FC显著抑制玉米叶片伸长，而高粱在75% FC下表现最佳。
2. 光合特性：高粱中部叶片在干旱下维持稳定光合，玉米顶端光合显著降低；高粱光化学参数（ΦPSII/Fv/Fm）普遍提升，而玉米仅ETR在50% FC下增加。
3. 解剖变异：高粱在75% FC下叶片厚度和维管束鞘面积增加，玉米则减少；中部区域在两种作物中均表现出更大的维管束鞘和木质部导管直径。
4. 气孔调控：高粱气孔指数和密度随干旱降低，玉米则保持稳定或增加，导致其蒸腾速率更高。

DISCUSSION
叶片中部区域的功能优势与其形态特征密切相关：更大的维管束鞘面积支持C₄代谢的Rubisco活性，增厚的叶片和优化的气孔分布协同维持水分利用效率。高粱通过增强PSII光化学活性和减少气孔开度实现抗旱，而玉米的解剖衰退和气孔失控加剧了干旱敏感性。研究首次揭示维管束鞘面积作为C₄作物抗旱关键指标的重要性。

CONCLUSION
叶片轴向解剖变异是调控C₄作物抗旱性的重要因素，中部区域的功能优势为抗旱育种提供了明确靶点。该研究为理解作物干旱响应机制提供了新的空间维度视角。