植物叶片水分利用效率研究综述

植物能否适应当地的极限环境条件,最主要的看它们能否很好地协调碳同化和水分耗散之间的关系,即植物水分利用效率(WUE)是其生存的关键因子.就近来研究最多的叶片水平上的WUE,从叶片WUE的定义,方法,进展等方面对其进行总结概括,并就今后植物叶片水分利用效率的研究提出了几点看法:方法上,叶片碳同位素方法是目前植物叶片长期水分利用效率研究的最佳方法,而δ13C的替代指标将继续是方法研究中的一个方向,前景乐观;研究内容上,要加强极端干旱区河岸林木的δ13C和WUE的研究;结合植物生理生态学,生物学和稳定同位素技术,探究植物叶片长期水分利用效率的机理,特别是要加强运用双重同位素模型加深和理解植物叶片长期水分利用效率变化规律和内在机制的研究;要结合多种方法,加强多时空尺度植物叶片WUE及其之间的转换研究.     

夏玉米水分利用效率的时空变化规律研究

通过小区试验,本实验在不同生育阶段控水条件下,对玉米不分利用效率（ＷＵＥ）的时空变化规律进行研究。同雄期是玉米的需水关键期,该时期控制供水较充分,供水减产１８．２％,ＷＵＥ减小１６．８％灌浆期适度控水有利于节水增产。拔节期供水对作物株高和干物质积累影响明显,拔节期耗水量对玉米产量形成重要。     

谷子叶片光合速率日变化及水分利用效率

通过降低空气湿度（从约３０％减少到５％）、增加ＣＯ２浓度（从４００μｌＣＯ２／Ｌ啬到７３０μｌＣＯ２／Ｌ）、烫叶鞘破坏韧皮部等处理对谷子叶片光合速率日变化和水分利用效率（ＷＵＥ）进行了研究,发现中午光合速率降低与不合冰物积累有关;虽然低大所相对湿度（５％）使光合速率有所降低,但提高ＷＵＥ。而烫叶鞘使光合物质积累既抑制了光合速率,又降低了ＷＵＥ。     

不同生育期玉米叶片光合特性及水分利用效率对水分胁迫的响应

利用大型移动防雨棚开展了玉米水分胁迫及复水试验,通过分析玉米叶片光合数据,揭示了不同生育期水分胁迫及复水对玉米光合特性及水分利用效率的影响。结果表明:水分胁迫导致玉米叶片整体光合速率、蒸腾速率和气孔导度下降以及光合速率日变化的峰值提前;水分胁迫后的玉米叶片蒸腾速率、光合速率和气孔导度为适应干旱缺水均较对照显著下降,从而提高了水分利用效率,缩小了与水分充足条件下玉米叶片的水分利用效率差值;在中度和重度水分胁迫条件下,玉米叶片的水分利用效率降幅低于光合速率、蒸腾速率和气孔导度的降幅, 有时甚至高于正常供水条件下的水分利用效率;适度的水分胁迫能提高玉米叶片的水分利用效率,从而增强叶片对水分的利用能力,抵御干旱的逆境;水分亏缺对玉米光合速率、蒸腾速率及水分利用效率的影响具有较明显滞后效应,干旱后复水,光合作用受抑制仍然持续;水分胁迫时间越长、胁迫程度越重,叶片的光合作用越呈不可逆性;拔节-吐丝期水分胁迫对玉米叶片光合作用的逆制比三叶-拔节期更难恢复。     

有限供水对复玉米产量及其水分利用效率的影响

在人工控制水分的测试坑条件下,对玉米全生育期的研究表明;随供水量减少则根系耗水深度明显加深,土壤各层次含水量变化较大。当供水量从适宜供水下降到中度亏缺供水时,则耗水深度由８０ｃｍ增加到１２０ｃｍ;在各生育期蒸腾速率,光合速率及产量和水分利用效率均随供水量的下降而下降;研究单叶水分利用效率表明：顶层第二叶在各叶层中最高;其日变化是９：００－１１：００时单叶ＷＵＥ最高。     

土壤含水量与苹果叶片水分利用效率的关系

以盆栽苹果幼树为试材研究了土壤相对含水量与叶片水分利用效率（WUE）的关系,探讨了引起WUE变化的原因,结果表明,土壤相对含水量（SWC）52.0％时WUE最高。SEC从77.2%降至52.0％时,气孔导度下降,并使蒸腾速率（Tr）的于净光合速率（Pn）的降幅而导致WUE升高;SEC从52.0％降至20.1%时,WUE降低的根本原因在于羧化效率下降使Pn大为降低 水后WUE回升,但至复水第7天仍低于对照,土壤渍水当天WUE下降,第3天回升至对照水平,之后随渍水期延长WUE逐渐降低,淹水第6天羧化效率开始下降。     

伤根对玉米光合作用和水分利用效率的影响

1　引　　言在世界范围内 ,水资源的短缺日益受到人们的关注 ,农业水资源的高效利用已是世界农业亟待解决的主要问题 .因此 ,现代农业不应再单纯满足于高产 ,还应着眼于节约资源 ,提高水资源利用效率 .近年来 ,为了提高产量及水分利用效率 ,农业科技工作者在植物 水分方面做了大量的工作[1～ 3 ,5～ 7,9～ 12 ] .在人类的农业生产实践中 ,水稻插秧、幼苗移栽以及对作物的中耕等都可以使植株生长状况好转 ,作物产量提高 ,而这些措施都会对植物根系产生一定的影响 .对作物根系进行人为的伤害 ,也可能会改善作物生长状况 ,调节作物对有限土壤水…     

有限供水对夏玉米产量及其水分利用效率的影响

在人工控制水分的测试坑条件下,对玉米全生育期的研究表明;随供水量减少则根系耗水深度明显加深,土壤各层次含水量变化较大。当供水量从适宜供水下降到中度亏缺供水时,则耗水深度由８０ｃｍ增加到１２０ｃｍ;在各生育期蒸腾速率,光合速率及产量和水分利用效率均随供水量的下降而下降;研究单叶水分利用效率表明：顶层第二叶在各叶层中最高;其日变化是９：００－１１：００时单叶ＷＵＥ最高。     

夏玉米群体水分利用效率影响因素分析

在夏玉米全生育期利用CO2分析系统连续测定冠层上方0.5m和2.0m高度的瞬时CO2浓度差,配合波文比装置同步测定总辐射,净辐射,温,湿度等农田小气候特征量,并计算了群体水分利用效率,结果表明,太阳总辐射,净辐射,CO2浓度差,空气饱和差等环境因素以不同机制及过程影响群体水分利用效率;群体水分利用效率与0-60cm土层土壤平均相对含水量呈负相关,土壤相对含水量在30.3%-80%范围内,水分利用效率随相对含水量的增加而降低,在生产实际中,通过秸秆覆盖,喷灌等措施降低蒸腾驱动势,提高水分利用效率,利用人工栽培措施促进根系吸收深层土壤水分,可在不增加用水的同时提高水分利用效率。     

多变低水环境下玉米籽粒产量及水分利用效率的研究

盆栽条件下采用27种动态变动供水处理模拟多变低水环境的结果显示：苗期控水、拔节期恢复充足供水,可在不减产的条件下实现节水目的。作物在多变低水环境条件下籽粒产量、耗水量和水分利用效率的变化,可分为高产高耗水型、高产节水型、较高产节水型、中产高节水型和低产低水分利用效率型。     

外源基因导入对玉米叶片物理性状的影响

【目的】探讨外源基因导入对玉米叶片物理性状的影响,为转基因玉米的安全性评价提供基础资料,也为转基因玉米的科学、有效利用提供依据。【方法】在扬州大学实验农牧场种植大北农转基因(转Cry Ab和epsps基因)和大北农(对照)、IE09S034转基因(转Cry IE基因)和IE09S034(对照)、808-双抗-12-5转基因(转Cry Ab/cry2Aj和Gloevo-epsps基因)和808瑞丰-1(对照)3对玉米品种,室内测定了不同时期(苗期、穂期和花粒期)各品种叶片的蜡质含量、叶绿素含量、茸毛密度、维管束埋深及Si、K、Ca、S、P和Cl含量。【结果】转基因玉米的叶片中蜡质含量、叶绿素含量和维管束埋深较对应的常规亲本品种大,而叶片茸毛密度则较对应的常规亲本品种小。其中,穗期的大北农、IE09S034和808-双抗-12-5转基因品种叶片蜡质含量分别较对照高17.95%、48.30%和39.31%;IE09S034和808-双抗-12-5转基因品种穗期叶片的维管束埋深分别较对照高13.70%和9.21%,花粒期分别高10.81%和14.47%;IE09S034和808-双抗-12-5转基因品种穗期叶片的叶绿素含量分别较对照高18.11%和13.13%,花粒期分别高16.62%和14.61%;大北农、IE09S034和808-双抗-12-5转基因品种花粒期叶片茸毛密度分别较对照低17.70%、17.43%和17.78%。3个品种的转基因玉米叶表面元素含量均大于相应的对照。其中,与常规亲本相比,穗期大北农转基因品种叶片中Ca和S含量分别高64.71%和61.18%,IE09S034转基因品种叶片中Si、Ca、S、P和Cl含量分别高110.26%、16.67%、44.44%、46.32%和20.00%,808-双抗-12-5转基因品种叶片中Si、Ca、S和P含量分别高34.78%、50.52%、115.47%和20.41%。【结论】外源基因的导入会诱导玉米叶片相关物理性状的改变。     

分根区施保水剂对玉米气孔导度和单叶WUE的影响

盆栽条件下,研究了陕单9号玉米(zea mays L．)在根区不施保水剂(对照)、分根区施保水剂和根区全施保水剂3种处理下,叶片气孔导度、CO2吸收和H2O蒸腾的变化。结果表明,在75％土壤饱和持水量下,各指标在3种处理之间没有明显差别;在50％土壤饱和持水量下,分根区施保水剂显著降低了叶片气孔导度,叶片CO2吸收量和H2O蒸腾量也同时降低,但H2O蒸腾量下降幅度更大;在两种水分条件下,分根区施保水剂均能提高玉米单叶水分利用效率(water use efficiency,WUE)。     

Wind increases leaf water use efficiency

A widespread perception is that, with increasing wind speed, transpiration from plant leaves increases. However, evidence suggests that increasing wind speed enhances carbon dioxide (CO₂) uptake while reducing transpiration because of more efficient convective cooling (under high solar radiation loads). We provide theoretical and experimental evidence that leaf water use efficiency (WUE, carbon uptake per water transpired) commonly increases with increasing wind speed, thus improving plants' ability to conserve water during photosynthesis. Our leaf‐scale analysis suggests that the observed global decrease in near‐surface wind speeds could have reduced WUE at a magnitude similar to the increase in WUE attributed to global rise in atmospheric CO₂ concentrations. However, there is indication that the effect of long‐term trends in wind speed on leaf gas exchange may be compensated for by the concurrent reduction in mean leaf sizes. These unintuitive feedbacks between wind, leaf size and water use efficiency call for re‐evaluation of the role of wind in plant water relations and potential re‐interpretation of temporal and geographic trends in leaf sizes.     

Establishment of multiple shoot clumps from maize (Zea mays L.) and regeneration of herbicide-resistant transgenic plantlets

A kind of quick, efficient and season-free inducing embryoid and multiple shoot clumps system from shoot tip meristems that derived from elite inbreds of maize was established. The herbicide-resistant gene als (coding Acetolactate synthase) isolated from a mutant of Arabidopsis thaliana was transferred to tissue pieces of maize multiple shoot clumps by microprojectile bombardment. Herbicide-resistant tissue and regenerants were obtained through selections with herbicide chlorsulfuron. PCR analysis and Southern blot hybridization indicated that gene als has been transferred to some regenerants. The test of spraying chlorsulfuron displayed that the transgenic plantlets and R₁ plants had favorable herbicide-resistant trait. We have established a new genotype-free system of maize which could rapidly and efficiently produce large quantities of transgenic plantlets.     

不同模拟雨量下耕作措施对夏玉米水分利用效率和产量的影响

基于西北夏玉米生产实际和降雨特征,用自制模拟降雨器,于2010年6-9月研究了250、350和450 mm模拟雨量下翻耕、免耕、免耕覆盖对夏玉米农田水分利用效率及产量的影响.结果表明： 在6-9月250 mm雨量下免耕水分利用效率比翻耕高26%,产量比翻耕高16.5%;350 mm雨量下免耕水分利用效率和产量分别比翻耕高17.6%和6.1%;在450 mm雨量下免耕的蓄水效应低于翻耕,水分利用效率比翻耕低1.1%,产量比翻耕低0.6%.免耕覆盖克服了免耕在雨量充沛时水分蓄积量低于翻耕的缺点,在3种雨量下均可有效抑制棵间蒸发,减少翻耕地表裸露造成的无效水分消耗,增加土层贮水量,增大蒸腾量占水分消耗的比例,250 mm雨量下免耕覆盖水分利用效率比翻耕高48.6%,产量比翻耕高32.9%;350 mm雨量下免耕覆盖水分利用效率比翻耕高51.6%,产量比翻耕高27.1%;450 mm雨量下免耕覆盖水分利用效率比翻耕高23.7%,产量比翻耕高13.1%.综上,免耕夏玉米在250和350 mm雨量下相对于翻耕有增产和提高水分利用效率的优势,免耕覆盖夏玉米在250、450 mm雨量下产量和水分利用效率显著高于翻耕.     

玉米脱氢抗坏血酸还原酶基因的克隆和特性研究

通过电子克隆方法得到玉米脱氢抗坏血酸还原酶基因,命名为ZmDHAR1。结果显示,ZmDHAR1基因全长723bp,开放阅读框642bp,编码214个氨基酸。ZmDHAR1基因与高粱、水稻及小麦等植物的脱氢抗坏血酸还原酶基因高度相似,其中与高粱的DHAR基因相似性为85%,与水稻的DHAR1基因相似性为83%。基因表达分析显示,ZmDHAR1基因在根以外的其他部位都可以检测到表达,而且ZmDHAR1基因可以在4℃低温、100μmol/L ABA、100mmol/L PEG、250mmol/L NaCl和机械损伤等多种逆境胁迫下均可应答表达。研究表明,ZmDHAR1基因可能在玉米抗逆境胁迫反应中发挥重要的作用。     

Effect of perfluidone on metabolism of lipids in maize (Zea mays L.) and sunflower (Helianthus annuus L.)

Treatment of germinating maize seedlings with 0.126 mM of the herbicide Perfluidone (Destun) (1,1,1-trifluoro-4-[phenylsulfonyl]-methanesulfona-o-toluidide) for 2 days in the dark, then 3 days in the light, at 25°C causes decreases in fresh weight, dry weight, shoot length, and in total chlorophyll and carotenoid contents; in contrast, sunflower seedlings seem not to be affected. Perfluidone causes marked decreases in total lipids and in glyco- and phospholipids of maize seedlings. In sunflower cotyledons, total lipids and pigments (chlorophyll, carotenoids) are not affected, but there is an increase in glycolipids at the expense of phospholipids. After Perfluidone treatment, a significant increase in the fatty acid mole ratio (180+181+182)/183 was found for the maize glycolipids, monogalactosyl diacylglycerol (MGD), digalactosyl diacylglycerol (DGD), and sterol glycoside (SG) + esterified sterol glycoside (ESG), and for the phospholipid, phosphatidylcholine (PC). In sunflower seedlings, however, only the fatty acid mole ratio of ESG + SG showed an increase and that of phosphatidylserine (PS) showed a large decrease. The differential response of the two plant species to Perfluidone suggests that the control of linolenic acid biosynthesis may vary depending on plant species and/or on plant tissues.On leave from the Department of Botany, University of London, Royal Holloway College, Egham, Surrey TW20 OEX England     

不同土壤含水量下侧柏幼树叶片水分利用效率

对植物水分利用效率的研究,可以揭示植物的内在耗水机制,为区域森林生态系统经营与维护提供依据.本研究以侧柏幼树为研究对象,通过室内控制试验设置不同的土壤水分梯度,分别用气体交换法和稳定同位素法对其不同土壤含水量条件下的瞬时水分利用效率(WUE_gs)和短期水分利用效率(WUE_cp)进行研究.结果表明:受气孔导度(g_s)的影响,叶片净光合速率(P_n)和蒸腾速率(T_r)随土壤含水量的增加呈现相同的变化趋势,均在土壤含水量为70%～80%田间持水量(FC)时达到最大值;叶片WUE_gs则在土壤含水量最低(35%～45% FC)时达到最大值(7.26 mmol·m^-2·s^-1).叶片可溶性糖、枝条韧皮部渗出液的δ¹³C都在土壤含水量最低(35%～45% FC)条件下达到最大值,且叶片可溶性糖的δ¹³C明显高于枝条韧皮部渗出液的δ¹³C,未产生明显分馏;而叶片WUE_cp也在土壤含水量最低(35%～45% FC)时达到最大值(7.26 mmol·m^-2·s^-1).相同条件下,叶片WUE_gs和WUE_cp存在一定差异(平均相差0.52 mmol·m^-2·s^-1),WUE_gs时空变异性较大,而WUE_cp更具有代表性.侧柏幼树通过降低生理生态活动和提高水分利用效率来适应干旱的土壤条件.     

留茬方式对小麦间作玉米产量和水分利用效率的影响

小麦/玉米间作是河西绿洲灌区主要间作模式,但传统间作和套种需水量大,使该地区水资源紧张.2010年在甘肃河西走廊石羊河绿洲灌区进行大田试验,研究传统小麦秸秆焚烧、秸秆翻还和秸秆立茬3种留茬方式对小麦/玉米间作作物籽粒产量、水分利用效率(WUE)和经济效益的影响.结果表明： 与焚烧和翻还的籽粒产量相比,立茬小麦单作分别增加7.2%和5.1%,立茬小麦间作分别增加6.2%和5.1%,立茬玉米单作分别增加4.7%和2.5%,立茬玉米间作分别增加7.2%和3.3%;与焚烧和翻还的WUE相比,立茬小麦单作分别增加20.4%和16.2%,立茬小麦间作分别增加17.9%和14.6%,立茬玉米单作分别增加16.7%和10.9%,立茬玉米间作分别增加11.8%和17.0%.就单作小麦、单作玉米和小麦/玉米平均值而言,焚烧、翻还、立茬处理的纯收益分别为10946、11471和13454元·hm^-2.从籽粒产量、水分利用效率和纯收益等方面考虑,立茬种植方式为甘肃省河西绿洲灌区小麦/玉米最佳种植模式.