针对极端干旱下全球森林大量死亡的问题，中国科学院地理科学与资源研究所研究员马泽清团队发现一种新的叶片抗旱机制：植物可通过调节细胞壁果胶含量来塑造叶片水力特性，从而适应干旱环境。近日，相关研究成果发表于《自然-通讯》。

随着全球严重干旱现象愈演愈烈，植物抗旱性机制研究日益迫切，叶片水分生理性状已成为植物生理生态学研究的核心议题。“该研究主要评估不同树种的抗旱能力，其中叶片水势是关键的参数。”论文通讯作者马泽清告诉《中国科学报》，过去40年，研究发现水势参数与土壤水势、叶片大小、环境要素及树种等因素相关，但其内在的细胞生物学机制，尤其是细胞壁生化组分在抗旱过程中所发挥的具体作用，仍缺乏系统而深入的解析。

细胞壁作为植物细胞的“外骨骼”，通过其物理结构与生化组分共同调控细胞膨压与水分功能，在植物应对干旱过程中发挥关键作用。研究团队以热带-亚热带干旱与湿润森林69个优势树种为对象，全面测定了叶片水分生理、细胞壁生化组分与细胞解剖结构等3个维度数据，突破单一尺度局限，构建了从细胞壁性状到叶片抗旱功能的整体生理生态框架，从细胞-树木-森林生态系统多尺度探索了植物的干旱适应性。

研究团队在喀斯特地区发现，由于土壤与岩石保水性差，植物演化出一种灵活的适应机制：依靠细胞壁中的多糖类物质（果胶）维持细胞壁弹性和渗透压平衡。具体表现为，在缺水时，果胶不仅能提高细胞壁弹性，同时其浓度的变化也主动调节着细胞渗透压，最终维持叶片在干旱胁迫下的水分生理功能。

与此形成对比的是，团队在西双版纳典型雨林的研究发现，得益于湿润的土壤环境，叶片通过增加栅栏组织投资优化结构，来提升叶片结构稳定性与机械支持，以适应相对稳定的湿润环境。

“这一结果表明，干旱与湿润森林树种采取了截然不同的叶片抗旱策略。”马泽清表示，研究团队通过检测细胞壁果胶钙的多种组分，证实其在影响叶片水分关系和耐旱性方面具有重要作用，“这是一项突破性发现，首次揭示了细胞壁生化组分，尤其是果胶钙在树木干旱响应中的动态调节功能。”

此外，该研究还对叶片六个关键结构——上表皮、栅栏组织、海绵组织、下表皮、气孔、叶脉进行定量分析，精准测算光合组织与细胞壁保护组织的占比关系，不仅为快速评估叶片光合潜能及树木抗旱能力提供可靠依据，还对植物抗逆育种及遗传改良研究具有重要理论与实践价值。

“本研究迈出了将特定细胞壁组成与物种耐旱性直接联系起来的关键一步。”马泽清说，未来将进一步验证该发现在全球生态系统、谱系内和谱系间以及物种内的普遍性，为应对气候变化的生态修复提供支撑。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-025-68251-w

干旱和湿润森林叶片解剖结构与细胞壁组分差异。受访者供图