本文档属于类型b（综述类论文）。
作者与发表信息
作者：A. Blum
机构：PlantStress.com, P.O. Box 16246, Tel Aviv, Israel
期刊：Australian Journal of Agricultural Research
发表时间：2005年
论文主题
本文探讨了作物抗旱性（drought resistance, DR）、水分利用效率（water-use efficiency, WUE）和产量潜力（yield potential, YP）之间的关系，并分析了这些性状在干旱环境下是否兼容、矛盾或相互排斥。作者批判性地回顾了相关研究，旨在为育种项目提供理论指导，避免概念混淆和决策错误。
主要观点与论据
1. 产量潜力（YP）与抗旱性（DR）的关系
- 矛盾性：高YP通常是育种的主要目标，但在严重干旱条件下，高YP可能与抗旱性不兼容。例如，高YP品种在水分充足时表现优异，但在极端干旱下可能因水分需求过高而表现不佳。
- 交叉点（crossover interaction）：实验数据显示，在产量低于2-3吨/公顷的极端干旱条件下，高YP品种的产量可能低于某些低YP但抗旱性更强的品种。这表明，抗旱性并非单纯依赖于YP，而是由独立的生理机制（如脱水避免）决定。
- 脱水避免（dehydration avoidance）的作用：抗旱性强的作物通常通过早期开花、较小的叶面积、有限分蘖等性状维持较高的植株水分状态，但这些性状可能限制YP。
2. 渗透调节（osmotic adjustment, OA）的作用
- OA的定义与功能：OA是作物在干旱条件下积累渗透调节物质（如脯氨酸、甜菜碱）以维持细胞膨压和水分吸收的能力。
- OA与产量的关系：多项研究表明，OA能显著提高作物在干旱条件下的产量（表1列举了多种作物的证据），但尚无证据表明OA会降低YP。例如，小麦、高粱和鹰嘴豆中OA强的品种在干旱下产量更高。
- 可能的“渗透保护”机制：OA可能通过稳定细胞膜、保护酶活性等方式间接支持产量，但这一机制尚未量化。
3. 水分利用效率（WUE）的误解与真相
- WUE的简化误区：WUE常被错误等同于抗旱性，但实际上它是产量与耗水量（water use, WU）的比值，受分母（WU）影响更大。
- WUE与YP的权衡：高WUE通常源于低WU（如减少叶面积、缩短生长期），而这可能牺牲YP。例如，碳同位素判别法（carbon isotope discrimination）筛选的高WUE小麦品种往往植株较小，适合土壤储水量有限的地区，但在依赖季节性降雨的地区可能表现不佳。
- WUE的应用局限性：在干旱环境中，最大化土壤水分利用（而非高WUE）可能是更有效的抗旱策略。
4. 脱水耐受（dehydration tolerance）的局限性
- 定义与罕见性：脱水耐受指作物在脱水状态下维持功能的能力，但在大多数作物中极为罕见（除种子胚胎和“复活植物”外）。
- 茎秆储备利用（stem reserve utilization）的例外：某些谷物（如小麦）在灌浆期干旱时，可通过动员茎秆储备（如碳水化合物）维持籽粒充实，这是一种有效的脱水耐受机制。
- 与非衰老（stay-green）性状的矛盾：非衰老性状虽能延长光合作用，但在严重干旱下可能抑制储备动员，二者需根据目标环境权衡选择。
5. 育种策略的优化方向
- 系统性考量：单一“抗旱基因”的效果需结合YP、DR和WUE整体评估。例如，ABA不敏感基因或OA性状可能在不降低YP的情况下增强抗旱性。
- 直接选择低WU性状：若目标是通过减少耗水量提高WUE，可直接选择小株型、早熟等简单性状，而非依赖复杂的WUE测量。
论文的意义与价值
- 理论贡献：澄清了YP、DR和WUE之间的复杂关系，纠正了“高WUE即抗旱”等常见误解。
- 实践指导：为干旱环境下的作物育种提供了具体策略，如优先选择OA性状、平衡储备动员与非衰老特性。
- 跨学科启示：提醒分子生物学家在转基因研究中需结合田间表现评估基因功能，避免脱离实际的宣传。
亮点总结
- 批判性分析了YP、DR和WUE的兼容性，指出其矛盾与协同条件。
- 强调OA对产量的积极作用，并驳斥了“OA降低YP”的旧观点。
- 提出WUE的优化需结合具体环境，而非盲目追求高比值。
- 首次系统探讨茎秆储备利用与非衰老性状的互斥关系。