品种间WUE不同的原因.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,品种间,WUE,不同的原因,目 录,水分利用率（,WUE,）的内涵,水分利用率（,WUE,）的研究意义,水分利用率（,WUE,）的研究层次,作物不同品种间,WUE,的差异研究进展,水分利用率（,WUE,）研究发展方向,水分利用效率,(WUE),水分利用率（,WUE,）的内涵：,水分利用效率,(WUE),是作物对水分吸收利用过程效率的一个指标，可定义为作物消耗单位水分,(,耗水量,),所生产的同化物质,(,干物质,),的量。它实质上反映了作物耗水与干物质生产之间的关系。,WUE,包括了在缺水条件下的抗旱、耐旱性和对有限水分的高效利用能力，在中度水分胁迫时节约和高效利用水资源的能力，以及在允足水分条件下对水分高效利用和最大生产潜力，是选育抗旱节水品种的很有价值的指标。,水分利用效率,(WUE),水分利用率（,WUE,）的研究意义：,干旱已经成为人类面临的严重生态问题。水资源短缺也成为世界性问题。中国是一个缺水大国，目前，中国缺水约为,300,400,亿,m3,，其中，农业用水量占全国用水总量的,70%,以上。但农业缺水达,80%,以上。随着社会和经济的发展，需水量将大大增加，到,2030,年，中国人口将达到,16,亿，需要粮食,6400,亿,kg,，届时将缺水,1200,亿,m3,，水资源紧缺已成为21,世纪中国粮食安全的瓶颈。,提高植物水分利用率和耐旱性以及挖掘植物自身的抗旱节水潜力，在获得相同产量的条件下消耗较少的水分，或者在消耗相同水分的条件下获得较高的产量，就显得更为重要。可视为实现进一步节水增产的关键环节和潜力所在。提高农业用水效率，发展节水农业，是农业可持续发展的唯一选择。,水分利用效率,(WUE),水分利用率的研究层次：,由于供给水分的不同及期望得到的产品的差异，作物的水分利用效率,(WUE),在实际计算时可有多种表达方法。,据王天铎等的分类，可将研究分为,4,个层次,：,水分利用效率,(WUE),1,）单叶水平上的,WUE,2,）作物群体水平上的,WUE,3,）产量水平上的,WUE,4,）细胞或分子水平上的,WUE,1,）叶片水平上的,WUE,：,指水的生理利用效率，定义为单位水量通过叶片蒸腾散失时光合作用所形成的有机物质，它取决于光合速率与蒸腾速率的比值，是植物消耗水分形成干物质的基本效率，也就是水分利用效率的理论值。决定了它其他层次水分利用效率中的基础地位。,通常以净光合速率,(,Pn,),与蒸腾速率,(T),之比来表示,:,WUE=,Pn,/T,根据,Fick,扩散定律，水汽和,CO,通量可由浓度梯度和扩散阻力（边界层阻抗和气孔阻抗）等来描述。单位也面积上叶片的水分利用率可表示为,：,据研究（,Farquhar,等，,1982,）,13,C,同位素丰度与,细胞间,CO,和,大气,CO,分压之比呈线性关系，所以,13,C,同位素丰度与,WUE,呈显著负相关，从而也用于阐述品种,WUE,差异的内在差异。,水分利用效率,(WUE),2,）群体水平上的,WUE,：,指作物群体,CO,净同化量与蒸腾量之比，即群体,CO,通量和作物蒸腾的水汽通量之比。它与单叶水平相比更接近于实际情况，可象征田间或区域的水分利用率。,在田间群体水平上，,WUE,通常以地上部干物质,(w),与蒸散量,(ET),之比来表示：,WUE=w/ET,而农田蒸散（,ET,）包括作物蒸腾（,E,）和棵间蒸发（,T),两部分，作物蒸腾占农田蒸散的比例,a,因作物不同或作物的不同生育时期而异，影响着群体的,WUE,。,水分利用效率,(WUE),3,）产量水平上的,WUE,：,通常是指单位耗水量生产的产量，产量可表示为净生产量或经济产量，其中经济产量更接近农业生产实际；耗水量考虑到土壤表面的无效蒸发对节水更有实际意义。目前这个层面研究最多，是农田、作物节水研究的重要内容。表示为：,WUE=Y/WU,其中，,Y,为作物产量，,WU,为作物用水量。对用水而言，作物的,WUE,可分三种：,用作物耗水量，即蒸散量,(ET),可得普遍所指的水分利用率（也称蒸散效率）。,用灌溉水量（,I,）可得灌溉水利用率，对确定最佳灌溉定额，节水灌溉意义重大。,用天然降水（,P,）可得降水利用率，是旱地节水农业的重要指标。,水分利用效率,(WUE),4,）细胞水平或分子水平上的,WUE,：,主要是用于分析品种间,WUE,差异的生物学基础，为利用分子生物学技术提高作物水分利用提供理论基础，目前尚处于研究的初级阶段。,水分利用效率,(WUE),作物不同品种间,WUE,的差异研究进展：,1.,品种间,WUE,的差异表现：,1,）作物本身特性。,包括形态、抗旱性的差异、解剖结构、蒸腾比率、,CO2,同化方式及气孔行为的不同，使不同作物品种在水分消耗、产量形成上表现差异而最终导致,WUE,差异。,2,）同一作物不同品种间也存在,WUE,的差异。,如张岁歧等利用,10,个小麦进化材料在管栽条件下，进行了小麦整株,WUE,及根系特征的研究。结果表明，无论是在干旱和供水条件下，在小麦染色体从,2X-4X-6X,的进化过程中，整株水平的,WUE,随染色体倍性的增加而增加。对小麦进化材料和旱地品种和水地品种的研究中，也同样发现随着小麦由,2X-4X-6X,旱地品种一水地品种的高产育种进化，无论是在水培和大田条件，小麦大田群体,WUE,和水培单株,WUE,都有递增进化的趋势。,据研究表明，现代小麦栽培品种,WUE,最高和最低相差,50%,以上表现为水地品种,水旱地品种,旱地品种。,水分利用效率,(WUE),2.,品种间,WUE,的差异原因研究,：,以小麦为研究对象,1,）,生理生化机制研究进展,植物组织器官的水势状况体现了植物体内水分的能量状态，可与土壤、大气中的水分联系起来成为一体,(Soil-plant-atmosphere-continuum,，,SPAC),，决定着植物对水分的吸收、运输和散失过程，在干旱条件下维持较高的,叶水势,是植物抗早性的一个重要生理机制。龚明认为耐旱性强的小麦品种受低水势影响不大，用水势难以鉴定品种抗旱节水性。小麦抗旱性是许多生理生化反应（过程）综合于整体植株上而表现出来的综合性状，是一种可遗传的数量性状,(quantitative character),，只有结合等,相对含水量、光合能力、叶片导度、蒸腾比率,等其他相关生理生化指标才能对小麦抗旱性做出较全面的生理学评价。,CO,和,O,在叶片气孔进行交换时，作物不可避免的丧失一部分水，数学模型交换过程表明,WUE,是叶片内外的,CO,和,O,浓度梯度函数，所以,气孔运动,是,WUE,高低的影响因素。此外，,王玉国等在研究中发现，抗旱品种比不抗旱品种叶片,水势高，蒸腾速率低，气孔阻力大，光合速率和,WUE,高。,水分利用效率,(WUE),2.,品种间,WUE,的差异原因研究,：,以小麦为研究对象,1,）,生理生化机制研究进展,激素,在植物抗旱和高,WUE,方面有重要的作用。在目前这个领域的研究中，最多的研究就是脱落酸,(ABA),。随着激素研究的深入，在植物的胁迫性反应中常常不是一种激素，而是多种激素以相当复杂的方式在协调起作用，激素在植物抗旱生理调控中的相互关系，说法不一。,在干旱条件下，叶片聚集大量的脱落酸,(ABA),，降低气孔的开度，提高叶片,WUE,来适应水分胁迫。根部产生大量的生长素,(IAA),促进根系下扎，吸收深层水分而缓解缺水压力。,旱地品种在茎秆和叶片处赤霉素,(GAl+3),的超补偿效应，使株高和生物学产量有明显增加的趋势，表现了高秆旱薄型品种遇水对赤霉素敏感，快速生长，高效利用水分的特性。水地品种穗部玉米素核苷,(ZR),和,GAl+3,在各部位的大量聚集，产生补偿效应，提高经济产量，这也说明了不同抗旱类型小麦适应干旱的策略差异的可能性。,生长调节物质的变化,与作物水分利用的关系需进一步探讨。,水分利用效率,(WUE),2.,品种间,WUE,的差异原因研究,：,以小麦为研究对象,2,）形态解剖学指标的研究进展,提高经济系数,(,收获指数,),有利于提高产量水平的,WUE,。冬小麦籽粒干物质来源于,3,部分：开花后直接运输到籽粒中的光合产物、开花前储存在营养器官中的干物质和开花后暂时储存在营养器官中的干物质。,株高和株型、叶型、根系形态和内部水流阻力、根冠比、灌浆特性、库源关系,都影响到品种的经济系数，从而影响,WUE,。,叶片厚度,和,叶片解剖结构,对,WUE,有较大影响。此外，,乔蕊清等近年来在不同供水条件下，研究得出小麦耐旱性强的品种有效,分蘖多、多穗多花,是旱地小麦品种的主要特点。,导水率和复水后的恢复能力,不同对补灌效果的影响及叶,边界层阻抗和气孔阻抗对,蒸腾速率的影响,。,水分利用效率,(WUE),光合作用,内部因素：如 叶片对蒸腾和光合作用的影响,气孔,叶内面积,气孔频度（多少）,气孔大小,多,大,大,蒸腾加快,2.,品种间,WUE,的差异原因研究,：,以小麦为研究对象,3,）遗传基因的研究进展,在小麦染色体从,2X-4X-6X,的进化过程中，整株水平的,WUE,随染色体倍性的增加而增加。,Handly,通过对中国春小麦（,Chinese Spring,）,-,Betzes,大麦附加系的地上部,13C,分析，认为大麦,4H,染色体上载有控制,WUE,的基因，黑麦,4R,和大麦,4H,染色体上都载有控制高,WUE,的基因。另外已有许多研究表明，小麦近缘野生种属中，第,4,部分同源群染色体上载有不少可能与,WUE,有关的优良抗性基因，如有可能利用辐射诱变易位系选育方法，可实现将,4R,染色体上控制,WUE,的基因转移到小麦中，培育抗旱高产高,WUE,小麦品种，值得小麦生理遗传育种研究者引起高度重视。,水分利用效率,(WUE),水分利用效率,(WUE),2.,品种间,WUE,的差异原因研究,：,以小麦为研究对象,3,）遗传基因的研究进展,定向培育高,WUE,品种或转高,WUE,基因无疑是缺水区农业发展中一个关键性目标，具有良好的发展前景。据报道已有上百个与植物耐旱性有关的基因被克隆，并获得不少不同机制相联系的耐旱性转基因植株。现在也有零星的关于克隆抗旱和高,WUE,基因的报道。,2005,年,Nature,上发表的关于控制,WUE,基因,ERECTA,的克隆，更增加了定向培育,WUE,品种的信心。,在干旱半干旱地区，提高作物水分利用效率（,Water use efficiency,WUE,）是一个很重要的问题。但是，,WUE,是由多基因控制的，并且通过多途径实现的复杂综合性状。从严格意义上来讲，尚未形成切实可行的选育高,WUE,品种的技术路线。要想通过转基因技术获得高抗旱高,WUE,品种，还需要长期努力。,水分利用效率,(WUE),水分利用率（,WUE,）研究发展方向：,当前的主要限制因素是不能充分认识不同生态型作物的抗旱节水机理，因此，目前应切实加强生物节水基础研究，进一步深入研究作物高效用水生理调控机理，进一步完善抗旱节水鉴定评价技术与指标件系；以寻求起关键作用的主效因子，扩展,WUE,研究思路。,水分利用效率,(WUE),参考文献：,孙昌禹；董文琦；刘孟雨；董宝娣 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