现代科技综述知识文库：植物的水分利用效率.pdf

现代科技综述系列—— 植植物物的的水水分分利利用用效效率率 科技是人类区别于动物的重要文明之一， 是人类对自然规律研究 利用的学科。 本文提供对科技基本概念 “植物的水分利用效率” 的解读，以供大家了解。 植植物物的的水水分分利利用用效效率率 植物产量 水分消耗之间的定量关系。 研究的主要目标是谋求如何最有效地利用水分，即以 最低限度的用水获取最大的产量或收益。 植物产量主要来自光合作用。 水分消耗主要是通过蒸腾作用(大田应包括蒸发) 。 陆生植物由于经常处在水分不足的环境中，在蒸腾作 用 光合作用之间常出现尖锐的矛盾。 协调 解决这一矛盾，是提高 保证旱地作物产量的 必由之路。 测定植物的水分利用效率(WUE)，可表达二者之间的 定量关系。 其测定 表达的指标，最早用需水量、蒸腾系数、蒸 腾效率，后改用蒸腾比，最近多用WUE 。 这些名词含义本质相同，但又有差别，可互相换算。 自1890年美国King首先研究田间作物需水量开始，这 方面的工作普遍展开。 19世纪末 20世纪的前50年，人们对土壤含水量、气 候条件、植物营养状况、害虫等进行了比较系统 深 入的研究，发现作物产量 水分利用之间是完全相关 的。 但由于盆栽试验 大田试验结果之间较大的矛盾一时 无法调 ，该研究曾一度受到波折 阻碍。 1958年，de Wit对前人研究资料进行分析，将盆栽试验 大田试验结果完美地统一起来，把植物水分利用的 研究极大地向前推进了一步，堪称现代研究之里程 碑。 他认为，在半干旱地区，产量 水分利用之间的关系 为Y=mT ／E(式中，Y为干物质产量；T为蒸腾量；m 为仅依赖于种或品种的作物因子，是一常数；E0为自 由水面蒸发) 。 在湿润地区，水分不受限制，太阳辐射是限制因子， 此时，Y=nT(n为一常数) 。 在此之后提出的各种模型都是以此为基础的。 对植物的水分利用效率进行理论分析，可以得出植物 在一定条件下能达到的最大WUE 。 把它 实际测定的数值比较，可找出二者之间的差距 原因，据此制定改进措施。 植物在吸收COS2进行光合作用的同时向大气散失水 汽，这就是光合(P) 蒸腾(T) 。 Kr mer(1983)根据CO2 水蒸汽进出叶片扩散常数的不 同得出最大WUE为： 式中，△CO2 C －Ci为细胞质 体中CO2浓度与大气中CO2浓度之差；△H2O Wi－ W 为细胞间隙中水汽浓度与大气中水汽浓度之差；γ 为气孔扩散的界面阻力；γs为气孔阻力；γm为叶肉阻 力；gCO2及gH2O分别为CO2 水汽经扩散途径的传 导率。 gH2O ／gCO2=水汽 CO2在空气中的扩散常数比，即 DH2O ／DCO2= 1．56或DCO2 ／DH2O=0 ．64 。 由于水分是由叶肉细胞壁表面蒸发，通过细胞间隙 气孔进入大气的；而CO2 除了经过上述途径外，还要 通过叶肉细胞壁、原生质膜、胞质水相、叶绿体膜、 光反应 暗反应，才能被固定到光合产物中去。 因此，Nobel(1980)进一步将与WUE有关的植物叶片解 剖性状参数导入以上公式，用来说明 计算叶片解剖 构造及其与WUE之间的定量关系。 他用CO2 的细胞传导 叶肉细胞壁面积与叶片表面面 积之比(A叶肉／A叶片) 的乘积来表示CO2 的叶肉传导 (或其倒数叶肉阻力) ．由此得 此式表达了大气(C ， W )、叶温()、大气(gH 。 o)、细胞性状(