生态学研究进展植物水分利用效率及其影响因素
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• 植物体内抗氧化系统主要有两类：①酶保护系统，包括Ｓ ＯＤ （超氧化物歧化酶）、ＰＯＤ（过氧化物酶）、Ｃ ＡＴ（过氧化氢酶）等；；②非酶保护系统，包括ＡＳＡ （抗坏血酸）、ＧＳＨ （谷胱甘肽）、Ｃｙｔｆ （细 胞色素ｆ ）、维生素Ｅ 和类胡萝卜素等。
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生态学研究进展植物水分利用效率及 其影响因素
• 在早期的研究中发现，干旱胁迫下根中合成的ＡＢＡ极有 可能充当化学“信息”物质，它们在地上和地下部分组织 中的拮抗作用和配比平衡将影响植物的气孔行为、光合作 用和形态建成等诸多方面，从而使植物的水分和同化产物 利用效率提高，能够在干旱环境下正常生长。
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生态学研究进展植物水分利用效率及 其影响因素
• 水分利用效率是植物光合和蒸腾特性的综合反映。水分利 用效率用植物的净光合速率与蒸腾速率的比值来表示。水 分利用效率高，说明植物对水分利用比较经济、抗旱性较 强。
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生态学研究进展植物水分利用效率及 其影响因素
氧化酶活性与抗旱性
• 许多研究显示，干旱对植物的伤害与干旱条件下植物体内 活性氧积累导致脂质过氧化引起的膜伤害有关。活性氧对 许多生物功能分子有破坏作用，包括引起膜过氧化作用。 然而，生物体经过长期进化形成了完善和复杂的酶类和非 酶类抗氧化保护系统来清除活性氧。
• 单叶水平蒸腾效率：即瞬间CO2的同化速率（A）与蒸腾 速率（E）或与叶片导度（g）之比 。
• 群体水平WUE：对于植物群体来说，WUE＝干物质量 /(蒸腾量＋蒸发量) 。
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生态学研究进展植物水分利用效率及 其影响因素
植物水分利用效率的影响因素
• C3、C4、CAM植物光合途径及固定CO2的羧化酶不同， 的WUE也是不同的。
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生态学研究进展植物水分利用效率及 其影响因素
植物水分利用效率的含义及分类
• 植物的水分利用效率(WUE)系指植物消耗单位重量的水分 所合成的干物质量。
• 蒸腾效率（W）：植物消耗单位重量的水所生产的干物质 的质量，蒸腾效率可以通过不同的技术手段来获得，其中， 最古老的方法是用植物的生物量除以总的蒸腾量。
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生态学研究进展植物水分利用效率及 其影响因素
形态适应特征与抗旱性
• 一些荒漠木本植物的根系发达、深扎、根冠比大，因而能 有效的吸收利用土壤中的水分，特别是土壤深层水分。一 些植物的叶细胞小，细胞壁较厚，厚壁的机械组织发达， 叶片气孔多而小，叶脉较密，输导组织发达，叶片表面绒 毛多，角质化程度高或蜡质层厚等。这些形态和结构特征 有的能增强植物对水分的吸收和运输，有的能减少水分的 丢失。
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生态学研究进展植物水分利用效率及 其影响因素
光合生理指标与抗旱性
• 抗旱性强的物种能维持相对较高的光合速率或净光合生产 率，光合速率是一个可靠的抗旱性鉴定指标。
• 气孔导度在光合作用中决定植物对ＣＯ２的吸收，在蒸腾 作用中决定植物对水分的排放。气孔导度对环境因子的变 化十分敏感，凡是影响植物光合作用和叶片水分状况的各 种因素都有可能对气孔导度造成影响。
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生态学研究进展植物水分利用效率及 其影响因素
植物水分利用效率的影响因素
• 水分利用效率是一个综合性状，一方面与品种基因型对水 分代谢反应的遗传差异密切相关，另一方面与光合产物的 合成和分配的基因型差异有关。
• 植物WUE是一个可遗传的性状，高WUE有可能将抗旱性 和丰产性结合为一体。
干旱诱导蛋白与抗旱性
• 植物在受到干旱胁迫时，原来一些蛋白质的合成受到抑制， 体内总蛋白质的合成速率下降，与此同时又合成一些新的 蛋白质，这就是干旱诱导蛋白。干旱诱导蛋白在植物对逆 境的适应过程中起重要的保护作用，可以提高植物对干旱 的耐胁迫能力。
• 研究表明，在水分亏缺造成植物的各种损伤出现之前，植 物就对水分胁迫做出包括基因表达在内的适应性调节反应， 这是植物自身的保护性选择。因此对干旱诱导蛋白的研究 也成为解释植物适应干旱逆境基因表达机制的热点。
• CAM植物叶片退化或具有很厚的角质层，而且气孔白天关 闭，夜间开放吸收CO2，所以蒸腾速率很低，WUE很高。
• C4植物有两条固定CO2的途径：除了有卡尔文循环外，还 有一条C4途径。由于PEP羧化酶具有很高的CO2亲和力和 C4途径“CO2泵”的作用，C4植物在水分不足，气孔开度 变小时仍能利用叶肉组织含量较低CO2进行光合作用，而 且光呼吸速率低，并且叶肉细胞中的PEP羧化酶能将从维 管束鞘中光呼吸作用释放出的CO2再次固定，所以C4植物 比C3植物具有更高的WUE
• 水分利用效率是植物光合和蒸腾特性的综合反映。水分利 用效率高，说明植物对水分利用比较经济、抗旱性较强。
生态学研究进展--植物水 分利用效率及其影响因
素
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2020/11/26
生态学研究进展植物水分利用效率及 其影响因素
植物抗旱机理研究进展
• 在干旱区，特别是在荒漠中，植物长期生长在干旱、炎热 的恶劣环境中，在形态结构及生理功能上形成了独特的适 应特征。
• 抗旱性是植物对逆境的一种功能性适应，植物抗旱的机理 不是孤立的一个因素作用，是多种性状的一个综合，主要 涉及到形态、结构和生理等多方面的特性。
渗透调节与植物抗旱性
• 渗透调节机制的研究一直是植物抗旱性领域的研究热点。 关于渗透调节机制目前有３ 种解释：一是渗透调节物质 作为一种渗压剂，进行渗透调节，稳定体内渗压平衡，从 而增强植物保水能力；二是渗透调节物质可能作为一种溶 剂，代替水参与生化反应，这种情况下渗透调节物质被称 为低分子量伴侣；三是渗透调节物质在水分胁迫下与蛋白 质疏水表面结合，将疏水表面转化成亲水表面，可使更多 的水分子结合在蛋白质原来的疏水区域，稳定了疏水表面， 保证蛋白质结构的稳定性。
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生态学研究进展植物水分利用效率及 其影响因素
激素及气孔调节与抗旱性
• 内源激素是植物体生命活动的调节者。干旱胁迫引起气孔 关闭的机理问题是长期以来研究者们争论的问题，对之能 被多数人接受的观点是水分胁迫常常是通过增加脱落酸 （ＡＢＡ）含量，而ＡＢＡ 可作为一种触发器刺激气孔 关闭。
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生态学研究进展植物水分利用效率及 其影响因素
• 在早期的研究中发现，干旱胁迫下根中合成的ＡＢＡ极有 可能充当化学“信息”物质，它们在地上和地下部分组织 中的拮抗作用和配比平衡将影响植物的气孔行为、光合作 用和形态建成等诸多方面，从而使植物的水分和同化产物 利用效率提高，能够在干旱环境下正常生长。
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生态学研究进展植物水分利用效率及 其影响因素
• 水分利用效率是植物光合和蒸腾特性的综合反映。水分利 用效率用植物的净光合速率与蒸腾速率的比值来表示。水 分利用效率高，说明植物对水分利用比较经济、抗旱性较 强。
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生态学研究进展植物水分利用效率及 其影响因素
氧化酶活性与抗旱性
• 许多研究显示，干旱对植物的伤害与干旱条件下植物体内 活性氧积累导致脂质过氧化引起的膜伤害有关。活性氧对 许多生物功能分子有破坏作用，包括引起膜过氧化作用。 然而，生物体经过长期进化形成了完善和复杂的酶类和非 酶类抗氧化保护系统来清除活性氧。
• 单叶水平蒸腾效率：即瞬间CO2的同化速率（A）与蒸腾 速率（E）或与叶片导度（g）之比 。
• 群体水平WUE：对于植物群体来说，WUE＝干物质量 /(蒸腾量＋蒸发量) 。
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生态学研究进展植物水分利用效率及 其影响因素
植物水分利用效率的影响因素
• C3、C4、CAM植物光合途径及固定CO2的羧化酶不同， 的WUE也是不同的。
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生态学研究进展植物水分利用效率及 其影响因素
植物水分利用效率的含义及分类
• 植物的水分利用效率(WUE)系指植物消耗单位重量的水分 所合成的干物质量。
• 蒸腾效率（W）：植物消耗单位重量的水所生产的干物质 的质量，蒸腾效率可以通过不同的技术手段来获得，其中， 最古老的方法是用植物的生物量除以总的蒸腾量。
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生态学研究进展植物水分利用效率及 其影响因素
形态适应特征与抗旱性
• 一些荒漠木本植物的根系发达、深扎、根冠比大，因而能 有效的吸收利用土壤中的水分，特别是土壤深层水分。一 些植物的叶细胞小，细胞壁较厚，厚壁的机械组织发达， 叶片气孔多而小，叶脉较密，输导组织发达，叶片表面绒 毛多，角质化程度高或蜡质层厚等。这些形态和结构特征 有的能增强植物对水分的吸收和运输，有的能减少水分的 丢失。
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生态学研究进展植物水分利用效率及 其影响因素
光合生理指标与抗旱性
• 抗旱性强的物种能维持相对较高的光合速率或净光合生产 率，光合速率是一个可靠的抗旱性鉴定指标。
• 气孔导度在光合作用中决定植物对ＣＯ２的吸收，在蒸腾 作用中决定植物对水分的排放。气孔导度对环境因子的变 化十分敏感，凡是影响植物光合作用和叶片水分状况的各 种因素都有可能对气孔导度造成影响。
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生态学研究进展植物水分利用效率及 其影响因素
植物水分利用效率的影响因素
• 水分利用效率是一个综合性状，一方面与品种基因型对水 分代谢反应的遗传差异密切相关，另一方面与光合产物的 合成和分配的基因型差异有关。
• 植物WUE是一个可遗传的性状，高WUE有可能将抗旱性 和丰产性结合为一体。
干旱诱导蛋白与抗旱性
• 植物在受到干旱胁迫时，原来一些蛋白质的合成受到抑制， 体内总蛋白质的合成速率下降，与此同时又合成一些新的 蛋白质，这就是干旱诱导蛋白。干旱诱导蛋白在植物对逆 境的适应过程中起重要的保护作用，可以提高植物对干旱 的耐胁迫能力。
• 研究表明，在水分亏缺造成植物的各种损伤出现之前，植 物就对水分胁迫做出包括基因表达在内的适应性调节反应， 这是植物自身的保护性选择。因此对干旱诱导蛋白的研究 也成为解释植物适应干旱逆境基因表达机制的热点。
• CAM植物叶片退化或具有很厚的角质层，而且气孔白天关 闭，夜间开放吸收CO2，所以蒸腾速率很低，WUE很高。
• C4植物有两条固定CO2的途径：除了有卡尔文循环外，还 有一条C4途径。由于PEP羧化酶具有很高的CO2亲和力和 C4途径“CO2泵”的作用，C4植物在水分不足，气孔开度 变小时仍能利用叶肉组织含量较低CO2进行光合作用，而 且光呼吸速率低，并且叶肉细胞中的PEP羧化酶能将从维 管束鞘中光呼吸作用释放出的CO2再次固定，所以C4植物 比C3植物具有更高的WUE
• 水分利用效率是植物光合和蒸腾特性的综合反映。水分利 用效率高，说明植物对水分利用比较经济、抗旱性较强。
生态学研究进展--植物水 分利用效率及其影响因
素
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2020/11/26
生态学研究进展植物水分利用效率及 其影响因素
植物抗旱机理研究进展
• 在干旱区，特别是在荒漠中，植物长期生长在干旱、炎热 的恶劣环境中，在形态结构及生理功能上形成了独特的适 应特征。
• 抗旱性是植物对逆境的一种功能性适应，植物抗旱的机理 不是孤立的一个因素作用，是多种性状的一个综合，主要 涉及到形态、结构和生理等多方面的特性。
渗透调节与植物抗旱性
• 渗透调节机制的研究一直是植物抗旱性领域的研究热点。 关于渗透调节机制目前有３ 种解释：一是渗透调节物质 作为一种渗压剂，进行渗透调节，稳定体内渗压平衡，从 而增强植物保水能力；二是渗透调节物质可能作为一种溶 剂，代替水参与生化反应，这种情况下渗透调节物质被称 为低分子量伴侣；三是渗透调节物质在水分胁迫下与蛋白 质疏水表面结合，将疏水表面转化成亲水表面，可使更多 的水分子结合在蛋白质原来的疏水区域，稳定了疏水表面， 保证蛋白质结构的稳定性。
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生态学研究进展植物水分利用效率及 其影响因素
激素及气孔调节与抗旱性
• 内源激素是植物体生命活动的调节者。干旱胁迫引起气孔 关闭的机理问题是长期以来研究者们争论的问题，对之能 被多数人接受的观点是水分胁迫常常是通过增加脱落酸 （ＡＢＡ）含量，而ＡＢＡ 可作为一种触发器刺激气孔 关闭。