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近年来，叶肉导度已经成为人们研究光合作用过程中不可或缺的因素。干旱胁迫导致气孔关闭，叶肉导度降低进而限制光合作用。叶肉导度已经成为继气孔导度和生物化学能力之后另一个限制光合作用的重要因素。水通道蛋白除了能够运输水分外，还有助于小分子如CO2在叶肉内的运输，因此水通道蛋白表达量越高可能越有利于CO2进入到羧化部位，进而促进植物的光合作用。以往关于水通道蛋白和叶肉导度的研究集中在生长周期短的农作物上，而像杨树这种速生树种的研究比较少，尤其是不同水通道蛋白表达水平对转基因杨树在不同环境胁迫下光合作用及适应策略的研究比较少。这方面的研究有助于了解水通道蛋白在不同胁迫条件下对光合作用的贡献及植株的适应策略，为水通道蛋白和叶肉导度在不同环境条件下的关系研究提供思路和试验基础。
本文以转质膜嵌入蛋白，即一种水通道蛋白，(PtPIP1；3)基因的84K杨(Populus alba×P.glandulosa)一年生组培苗为研究对象，分析短期和长期干旱胁迫下，水通道蛋白基因不同表达水平杨树的光合特性和叶肉导度的变化;分析遮阴对水通道蛋白基因不同表达水平杨树生长、生物量分配及叶片解剖结构的影响，解析水通道蛋白对不同逆境胁迫下对植株光合作用的贡献。主要研究结果如下:
1.本试验通过测定干旱及复水过程中的光合参数，分析植株在此过程中的光合作用的主要限制因素。通过对温室内短期干旱胁迫及复水后杨树光合特性的分析，发现在干旱6d后叶片气孔导度降到0.05mol CO2·m-2·s-1。左右，光化学反应过程及羧化反应速度虽然也显著降低，但下降幅度没有气孔导度(gs)和叶肉导度(gm)大，此时的光合作用主要受到gs和gm的制约。复水后叶肉导度很快恢复，而羧化反应及光化学淬灭过程没有恢复到对照水平，此时的光合作用主要受到光化学淬灭和/或羧化反应的制约。叶肉导度(gm)和气孔导度(gs)对干旱及复水过程的响应不同步。
2.本试验通过测定转水通道蛋白基因(PtPIP1；3)植株和野生型植株在短期干旱胁迫下的光合参数及叶绿素荧光参数，分析水通道蛋白在胁迫发生及胁迫解除后的作用。通过适当延长干旱处理时间发现，干旱6d后水通道蛋白过表达植株(PB13)的净光合速率(Pn)和气孔导度(gs)下降速度大于野生型植株(WT)，在干旱胁迫来临时PB13迅速降低了叶肉导度(gm)和气孔导度(gs)。干旱至第10d，Pn降到2μmol CO2m-2s-1，gs降到0.05mol CO2m-2s-1，gm降到对照的10％以下，此时植株光合作用主要受到叶肉导度的制约。复水1d后的gm快速恢复，此时的光合作用主要受到生物化学的制约。复水3d后，PB13植株的光合参数和叶绿素荧光参数比WT的恢复快。光合作用主要受到生物化学过程和gm的限制。复水后PB13光合作用的恢复速度大于WT，说明水通道蛋白PIP1有助于干旱胁迫后光合作用的迅速恢复。在温室内条件下，水通道蛋白基因(PtPIP1；3)过表达提高杨树的叶肉导度(gm)、净光合速率(Pn)，并有助于杨树在短期干旱胁迫下光合作用的快速恢复。
3.通过比较野外生长的过表达植株、抑制表达植株和野生型植株的光合参数、叶肉导度和生物量的分配情况，研究水通道蛋白在较长时间胁迫下对CO2导度及生长的作用。在野外生长条件下，水通道蛋白(PIP1；3)基因过表达同样提高叶肉导度(gm)，但净光合速率(Pn)并没有显著高于野生型。另外还发现过表达有利于植物的水分平衡。与野生型相比，过表达对较长时间的严重干旱胁迫有更强的耐性，体现在光合作用、叶肉导度、以及生长都下降的较少。相反，在正常供水情况下，水通道蛋白(PIP1；3)基因抑制表达(PRl3)降低了叶肉导度和光合作用，植株生长受到明显影响。抑制表达对较长时间的严重干旱胁迫有更弱的耐性，其gm降为对照的2％，光合作用和生长都表现的最差。但值得注意的是在中度干旱处理情况下抑制表达的根冠比显著升高，说明水通道蛋白在干旱胁迫下参与光合性能的调节，基因抑制表达后导致CO2吸收受到影响，因此抑制表达植株地上部分受到的抑制更多。在中度干旱胁迫下gm是光合作用的主要限制因素;重度胁迫下gm依然是PB13和WT的主要限制因素，而生物化学是PR13的主要限制因素。水通道蛋白抑制表达后抑制植物的生长，耐旱性降低，即便在生物量的分配上有变化，但依旧不能补偿这种抑制作用来的影响。水通道蛋白基因过表达有利于植株适应长期的干旱胁迫。
4.本研究通过测定遮阴条件下转基因植株和野生型植株的叶肉导度和叶片解剖结构的变化，分析低光下水通道蛋白对叶肉导度的调节作用。遮阴后PB13的gm下降最多，降为对照的18％。遮阴导致叶片的解剖结构产生变化，其中PR13变化最大，PB13最小，可见结构的变化不能完全解释遮阴后gm的差异。在全光下PR13的叶片最厚、叶面积最小、比叶重最大，这种植株可能通过增加叶片厚度来弥补光合能力的不足并抵抗外界高温防止光抑制同时这种结构限制了植株的光合作用，导致在正常光照下gm比PB13和WT的低;而低光下这种现象更明显，即PR13叶片最薄、比叶重最最小，即便叶片结构上有调整，但由于叶面积小和Cc含量低导致在PIP1基因抑制表达植株的生长受到影响。水通道蛋白参与低光下gm的调节。
本文以转质膜嵌入蛋白，即一种水通道蛋白，(PtPIP1；3)基因的84K杨(Populus alba×P.glandulosa)一年生组培苗为研究对象，分析短期和长期干旱胁迫下，水通道蛋白基因不同表达水平杨树的光合特性和叶肉导度的变化;分析遮阴对水通道蛋白基因不同表达水平杨树生长、生物量分配及叶片解剖结构的影响，解析水通道蛋白对不同逆境胁迫下对植株光合作用的贡献。主要研究结果如下:
1.本试验通过测定干旱及复水过程中的光合参数，分析植株在此过程中的光合作用的主要限制因素。通过对温室内短期干旱胁迫及复水后杨树光合特性的分析，发现在干旱6d后叶片气孔导度降到0.05mol CO2·m-2·s-1。左右，光化学反应过程及羧化反应速度虽然也显著降低，但下降幅度没有气孔导度(gs)和叶肉导度(gm)大，此时的光合作用主要受到gs和gm的制约。复水后叶肉导度很快恢复，而羧化反应及光化学淬灭过程没有恢复到对照水平，此时的光合作用主要受到光化学淬灭和/或羧化反应的制约。叶肉导度(gm)和气孔导度(gs)对干旱及复水过程的响应不同步。
2.本试验通过测定转水通道蛋白基因(PtPIP1；3)植株和野生型植株在短期干旱胁迫下的光合参数及叶绿素荧光参数，分析水通道蛋白在胁迫发生及胁迫解除后的作用。通过适当延长干旱处理时间发现，干旱6d后水通道蛋白过表达植株(PB13)的净光合速率(Pn)和气孔导度(gs)下降速度大于野生型植株(WT)，在干旱胁迫来临时PB13迅速降低了叶肉导度(gm)和气孔导度(gs)。干旱至第10d，Pn降到2μmol CO2m-2s-1，gs降到0.05mol CO2m-2s-1，gm降到对照的10％以下，此时植株光合作用主要受到叶肉导度的制约。复水1d后的gm快速恢复，此时的光合作用主要受到生物化学的制约。复水3d后，PB13植株的光合参数和叶绿素荧光参数比WT的恢复快。光合作用主要受到生物化学过程和gm的限制。复水后PB13光合作用的恢复速度大于WT，说明水通道蛋白PIP1有助于干旱胁迫后光合作用的迅速恢复。在温室内条件下，水通道蛋白基因(PtPIP1；3)过表达提高杨树的叶肉导度(gm)、净光合速率(Pn)，并有助于杨树在短期干旱胁迫下光合作用的快速恢复。
3.通过比较野外生长的过表达植株、抑制表达植株和野生型植株的光合参数、叶肉导度和生物量的分配情况，研究水通道蛋白在较长时间胁迫下对CO2导度及生长的作用。在野外生长条件下，水通道蛋白(PIP1；3)基因过表达同样提高叶肉导度(gm)，但净光合速率(Pn)并没有显著高于野生型。另外还发现过表达有利于植物的水分平衡。与野生型相比，过表达对较长时间的严重干旱胁迫有更强的耐性，体现在光合作用、叶肉导度、以及生长都下降的较少。相反，在正常供水情况下，水通道蛋白(PIP1；3)基因抑制表达(PRl3)降低了叶肉导度和光合作用，植株生长受到明显影响。抑制表达对较长时间的严重干旱胁迫有更弱的耐性，其gm降为对照的2％，光合作用和生长都表现的最差。但值得注意的是在中度干旱处理情况下抑制表达的根冠比显著升高，说明水通道蛋白在干旱胁迫下参与光合性能的调节，基因抑制表达后导致CO2吸收受到影响，因此抑制表达植株地上部分受到的抑制更多。在中度干旱胁迫下gm是光合作用的主要限制因素;重度胁迫下gm依然是PB13和WT的主要限制因素，而生物化学是PR13的主要限制因素。水通道蛋白抑制表达后抑制植物的生长，耐旱性降低，即便在生物量的分配上有变化，但依旧不能补偿这种抑制作用来的影响。水通道蛋白基因过表达有利于植株适应长期的干旱胁迫。
4.本研究通过测定遮阴条件下转基因植株和野生型植株的叶肉导度和叶片解剖结构的变化，分析低光下水通道蛋白对叶肉导度的调节作用。遮阴后PB13的gm下降最多，降为对照的18％。遮阴导致叶片的解剖结构产生变化，其中PR13变化最大，PB13最小，可见结构的变化不能完全解释遮阴后gm的差异。在全光下PR13的叶片最厚、叶面积最小、比叶重最大，这种植株可能通过增加叶片厚度来弥补光合能力的不足并抵抗外界高温防止光抑制同时这种结构限制了植株的光合作用，导致在正常光照下gm比PB13和WT的低;而低光下这种现象更明显，即PR13叶片最薄、比叶重最最小，即便叶片结构上有调整，但由于叶面积小和Cc含量低导致在PIP1基因抑制表达植株的生长受到影响。水通道蛋白参与低光下gm的调节。