水(shui)分(fen)脅迫(po)是(shi)限(xian)製作物(wu)產量(liang)的主(zhu)要(yao)因素之(zhi)一(yi)。盡(jin)管(guan)過去幾(ji)十(shi)年(nian)來進行了(le)大量研(yan)究(jiu)，但(dan)幹(gan)旱(han)仍(reng)然(ran)是植(zhi)物生長(zhang)和(he)作(zuo)物生(sheng)產(chan)力的主要威(wei)脅。植物的水分平(ping)衡調(diao)節機(ji)製對脅(xie)迫反應、生產力和恢(hui)複力至關(guan)重要，這(zhe)種平衡(heng)是通(tong)過(guo)結(jie)合(he)兩(liang)種調節機製(zhi)來(lai)控(kong)製的(de)：葉(ye)片(pian)導(dao)水率和蒸騰作用。葉(ye)片導水率的連續測(ce)量仍然是一個(ge)挑戰(zhan)，但蒸騰作用(yong)可以使(shi)用高(gao)通量功能(neng)生理表(biao)型（functional physiological phenotyping, FPP）來分析(xi)，在(zai)選(xuan)擇作物改(gai)良(liang)性(xing)狀和預測特定(ding)環境條(tiao)件(jian)下的作物表現時應(ying)考(kao)慮蒸騰作用。準確(que)的產量預測對糧(liang)食(shi)生產和糧食安(an)全至(zhi)關重要，也有助於(yu)政策(ce)製定。從研究和開發(fa)的角度(du)來看(kan)，產量預(yu)測工(gong)具將(jiang)能夠(gou)減(jian)少育(yu)種(zhong)人員(yuan)選擇(ze)最佳(jia)親本(ben)係(xi)和在不(bu)同環境(jing)條件下測試(shi)新雜(za)交種所需(xu)的時(shi)間和成(cheng)本。此外(wai)，可(ke)靠(kao)的產量預測也(ye)將有(you)利(li)於種植者(zhe)進(jin)行(xing)作物管理，幫助他(ta)們(men)做出(chu)明(ming)智(zhi)的合算的決(jue)策。然而，一般(ban)來說(shuo)，作物產量的早(zao)期(qi)生長階(jie)段(duan)預測是一項(xiang)具有挑(tiao)戰性的任(ren)務，在水分脅迫下甚(shen)至更(geng)具(ju)挑戰性。最近(jin)開(kai)發的產量預測模(mo)型(xing)基(ji)於深(shen)度神(shen)經(jing)網(wang)絡(luo)，輸(shu)入2247個地(di)點(dian)的天(tian)氣和土(tu)壤(rang)條件數(shu)據以及(ji)2267個玉米雜交(jiao)種的產量數據，可準(zhun)確預測產量。該(gai)模型的開發者得(de)出結論(lun)，環境因素(su)比(bi)基因型對作物產量的影響(xiang)更大。因(yin)此(ci)，早期產量預測可能需要來自土壤-植物-大氣連(lian)續(xu)體（Soil-Plant-Atmosphere Continuum, SPAC）的大量數據。植物的生理特性與(yu)生產力關係最密切(qie)，對(dui)環(huan)境條件反(fan)應最靈(ling)敏，有望(wang)成為重要的產量預測因子(zi)。
作物生理學(xue)的最新進展(zhan)表明，在幹旱條件下，氣孔導度、滲(shen)透(tou)調節(jie)、莖(jing)稈(gan)貯藏(cang)物質的積累(lei)和再(zai)利用以及光合效(xiao)率(lv)等數量生理性狀與產量密切相關。然而(er)，大多數可用的產量預測模型不包括(kuo)有助於作物生產力(li)的關鍵植物生理性狀，如氣(qi)孔導度和光合作用。這些(xie)性狀(zhuang)是植物對變(bian)化環境的主要和最敏(min)感(gan)的反應之一，這些性狀有助(zhu)於優(you)化(hua)植物對變化環境條件的反應，也可能有助於最大限度地提(ti)高產量。
為了解(jie)決預測田(tian)間番茄產量的挑戰，Sanbon Chaka Gosa等(deng)使用全植株(zhu)功(gong)能表型（whole-plant functional phenotyping）來評(ping)估灌溉(gai)和幹旱條件下的水分關係。供(gong)試番茄在灌(guan)溉和幹旱處(chu)理條件下表現出產量的變異性。供試番(fan)茄包(bao)括兩個與加(jia)工番茄(jia)品種M82同(tong)源的隱性突(tu)變體：zeta z2083 (ZET) 和tangerine t3406 (TAN)。作為(wei)增(zeng)加產量變異和評估根ABA對表型的相對貢獻的一種方(fang)式(shi)，本試驗進行了七(qi)種嫁(jia)接(jie)組合：四(si)種異質(zhi)嫁接（M82與ZET和TAN相(xiang)互(hu)嫁接）以及每種基因型的三種自(zi)嫁接。使用Plantarray植物高通量生理學特征(zheng)監(jian)測係統(tong)（以(yi)色(se)列Plant-DiTech）連續測定幹旱處理(li)前(qian)、中、後(hou)的多種生理特(te)性。溫室和大田產量的對比分析表明，早晨(chen)整(zheng)個冠(guan)層氣孔(kong)導度和累積蒸騰(teng)量與大田總(zong)產量（TY: r2分別(bie)為0.9和0.77）和植物營(ying)養體(ti)重量（PW: r2分別(bie)為0.6和0.94）密(mi)切相關。此外，幹旱期間(jian)的最小(xiao)累積(ji)蒸騰量和恢複灌溉時的恢複率都(dou)可以預測恢複(fu)力。
圖(tu)1 大氣條件和試驗(yan)進度表示(shi)為溫(wen)室試驗過程中盆(pen)栽(zai)重(zhong)量的波(bo)動(dong)
（A） 在連續29天的實驗中，每(mei)日(ri)蒸汽壓(ya)差（VPD）和光(guang)合有效輻(fu)射（PAR）；（B）在試驗的29天內，對所有植株進行連續重量測量。
圖2 田間種植的嫁接番茄的植株重量和總產量
（A）充分灌溉條件下自嫁接和異(yi)質嫁接植株的鮮(xian)重差異；（B）有限灌溉條件下自嫁接和異質嫁接植株的鮮(xian)重差異；（C）充(chong)分灌溉條件下自嫁接和異質嫁接植株的總果(guo)實(shi)產量；（D）有限灌溉條件下自嫁接和異質嫁接植株的總果實產量。2018年實驗的數據以灰(hui)色（小寫(xie)字母(mu)）表示，2019年實驗的數據(ju)以紅色（大寫字(zi)母）表示。
圖3 冠層(ceng)氣孔導度的日變化模式作為連續全株生理測量的一個例(li)子
圖4 番茄產量構成因素與累積蒸(zheng)騰作用的相關性
圖 5 蒸騰周(zhou)期對產量預測的貢(gong)獻(xian)差(cha)異
表1 充分灌溉條件下溫室(shi)番茄幼(you)苗(miao)的生理性狀與其(qi)田間產量和生物量的相關性
Plantarray植物高通量生理學特征監測係統局(ju)部(bu)
原文(wen)出處
Gosa S, Koch A, Shenhar I, et al. Predicting tomato field-yield using continuous monitoring of young tomato water status. Plant Science, 2021, 315, 111122.
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