植物水分利用效率

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1、植物水分利用效率综述摘耍：植物水分利用效率（WUE）是评价植物生长适宜程度的综合生理生态指标，它实质上反映了植物耗水与其干物质生产之间的关系。木综述评述了植物水分利用效率计算公式，分析了水分利用效率的影响因索。讨论了稳定性碳同位素技术和指标替代法的应用。1•概念及计算公式水分利用效率指植物消耗单位水量牛产岀的同化量。它分为三种。在叶片尺度上，水分利用效率等于光合速率与蒸腾速率之比。对植物个体，WUE二干物质量/蒸腾量。对植物群体,WUE二干物质量/（蒸腾屋+蒸发量）。2•影响因子WUE受到植物和环境两方面因素的影响oWUE与植物生理因子如叶水势、气孔、光合速率、蒸腾速率等有关。叶水势对蒸腾速率

2、和光合速率的影响程度不同，从而影响WUEO气孔作为C02和水汽进出的共同通道，微妙地调节着植物的碳固定和水分散失的平衡关系，但是光合产物和水分运输系统和方向不同：一方曲，叶片通过调节气孔导度可以使碳固定最大化；另一方面气孔行为还受光合产物的反馈抑制。这造成了气孔对•C02和水汽扩散的不同步，进而影响WUEo研究表明，WUE随着气孔导度下降反而上升。不同生长发育期，卅i物的WUE不同：樊巍的研究表明，冬小麦在灌浆前期水分利用效率较高，示期则较低。在整个生氏季中，植物在早春时水分利用效率高于生长旺期。苏培玺等研究表明，荒漠植物刀水分利用效率与年生长期平均水分利用效率的和关性在8月最高，oWUE除了

3、受植物因子的调节与影响之外，同时受环境因子的控制。山于植物叶片水平的WUE是光合和蒸腾之比，因而凡影响植物光合和蒸腾的坏境因子对植物单叶WUE均有影响o彫响植物WUE的外界因了很多，如光照、水分、C02浓度、空气温度、叶温等，但其影响程度不同。樊巍认为，空气温度、叶温和饱和差是影响水分利用效率的最主要因子，而Farquhar等则认为，光照和水分是植物水分利用效率的主要影响因子。支持Farquhar的研究冇很多，如渠春梅等的研究认为，水分条件是植物水分利用效率的主要决定因素。3.稳定碳同位素技术的测定技术叶片碳同位素技术为综合分析叶片长期内部气体交换和碳吸收提供了冇力的工具。在植物光合作用吸收C

4、02过程屮，会对重同位素叱产生排斥，导致光合产物中叱/12C比率比大气C02中的低。Farquhar等通过研究发现G植物叶片中C稳定同位素甄别率或组成（叱）与叶片胞间C02和人气屮C02浓度比值（Ci/Ca）相关。当气孔张开度变小时.C6从人气进入叶片胞间空隙，速率也降低最初优先利用的光合酶.就会提高对202的利用。气孔导度降低时，随看时间的进展，就会有更多的被竣化。因此，如果叶片的光合能力没冇变化.叶片怡C值反映了在整个碳吸收过程中气孔导度的变化。因此，植物的碳同位素测定提供了综合时间的分析.这是传统叶室测定方法无法完成的。4.替代指标法在当用碳稳定同位索进行植物叶片水分利用效率的研究时，虽

5、然理论和经验研究已经说明稳定碳同位素甄别率同植物叶片水分利用效率有高度的相关关系，但测试成本很高，测试技术要求较高，这严重限制了应用，特别是，许多基因型不得不被筛选时。因此，许多研究都寻求的替代指标。主耍的替代指标包括：灰分含量，K,Si浓度，N浓度，单位叶而积的干物质量(LDM)。3.展望：近年来，随着世界范围内水资源危机的加剧，艸UE已成为半干旱地区农业研究屮的热点问题,也是该区退化植被的恢复与重建、水资源管理的关键问题之一。比较而言，从干旱区植被恢复角度对植物WUE的研究还是落后于农作物。我国干旱、半干旱和半湿润地区处于生态脆弱地带，该地区由于环境变迁和不合理的人为干扰，导致了植被严重退

6、化和十地沙漠化，山此产牛•了一系列的牛态问题，牛态环境到了非治理不可的程度。因此，今后T•旱区植被恢复中WUE的研究趋势可能会向以下几个方而发展：一是从多时空角度上，应用多种测定方法，进一步阐明该区植物的气体交换特征以及抗旱性机理，以便能够选择出低耗水、生产效率高、抗旱性强的物种；二是通过对现冇植被水分利用效率与生长结构的系统研究，筛选出结构合理、节水性强、生产力高的人工植被结构类型，为实现干旱和半干早地区植被建设的可持续发展提供理论基础；三是结合干旱、半T•旱地区，尤其是沙漠化地区另一重要限制因子N元索，研究植物WUE和氮索利用效率(NUE)的关系；四是从全球变化的角度，研究植物WUE对环境

7、因了梯度变化的适应；五是水分利用效率模型的研究与发展。国内从总体來看对作物WUE的研究较多地使用传统的直接测定和气体交换相结合的方法;对树木WUE研究都是通过测定树木叶片气体交换效率来推算树木的WUE,方法较为单一,而R由于所使用的试验材料、测定的单位不同，也使得结果Z间的可比性较差。而对稳定碳同位索法和替代指标法虽然进行了一些尝试，但还远远不够。因此，今后的研究必须结合多种测定方法进行多时空尺度