Vegetable Res 综述 | 西北农林科技大学李建明课题组系统分析了水汽压差对设施蔬菜生理和生产力的影响

近年来，全球气温逐步升高，水汽压差（vapor pressure deficit, VPD）大幅度增加，严重影响作物生长。

2023年7月，Vegetable Research 在线发表了西北农林科技大学园艺学院李建明教授团队题为Systemic effects of the vapor pressure deficit on the physiology and productivity of protected vegetables 的综述论文。系统综述了VPD变化对蔬菜作物水分运输动力、解剖结构、气孔、光合、营养吸收和产量品质的影响，解析了VPD对蔬菜作物生理功能和生产力的作用机理，阐明降低VPD能有效克服极端天气对蔬菜作物造成的伤害。

在VPD变化对蔬菜作物水分运输动力的影响中，大量研究揭示了在高VPD环境下，大气蒸腾拉力增强，土壤-植物-大气连续体（SPAC系统）间水势差增大，叶-汽边界处水势差明显增加。降低VPD有效降低大气蒸发需求，降低叶-汽边界水势差，从而提高植物水势并改善植物水分状况。在VPD变化对蔬菜作物解剖结构的影响中发现，长期在高VPD下生长的植物为减少蒸腾耗水，增加储水能力具有较厚的叶片和海绵组织，降低VPD有效增加栅栏组织厚度和栅海比。在高VPD处理下细胞排列紧密，减少了CO₂与叶绿体的有效接触面积，增大了叶绿体与细胞膜间的距离，增长了CO₂在细胞质中的扩散路径，减少了CO₂进入叶绿体。植物解剖结构的变化增加了CO₂运输阻力，降低了叶肉导度，最终降低了光合速率。在VPD变化对蔬菜作物气孔和光合的影响中发现，VPD的快速增加导致气孔孔径和气孔导度降低，而气孔对环境变化的敏感性提高。高VPD下气孔导度的降低引起了胞间CO₂浓度减少，进而限制了叶片光合速率。通过将光合作用的下降分解为由气孔限制、叶肉限制和生化限制导致的下降，并进行定量分析发现高VPD下光合作用的降低主要是由气孔限制和叶肉限制导致的，并且光合作用的大幅下降主要是气孔限制的结果。在VPD变化对蔬菜作物营养吸收的影响中发现，降低VPD提高了植物对氮、磷、钾、钙等营养元素的积累，提高了对硝酸盐的吸收，有效降低了植株能量损失，提高番茄氮素吸收同化效率。降低VPD有效降低高温环境下的施钾量，提高钾肥利用效率。高VPD环境下果实易缺钙，造成脐腐病。降低VPD可以增加果实对钙的吸收，减少脐腐病的发生，从而提高产量。不同栽培品种对VPD变化的响应趋势不同，为增加产量，减少脐腐病的发生，一方面采用降低VPD的环境调控方式，另一方面通过选育抗高VPD的优良栽培品种。在VPD变化对蔬菜作物产量品质的影响中发现，高VPD严重降低了蔬菜作物的产量、营养品质和水分利用效率,但提高了果实颜色和风味品质。综合分析调控VPD对蔬菜作物生长的影响对蔬菜优质高效生产提供了重要的指导意义。

图1 水汽压差（VPD）对蔬菜作物水分运输、植物生理和生产力的影响

图2 降低VPD通过增加木质部导管面积和叶脉密度增加水分运输，以及通过降低气孔和叶肉CO₂扩散阻力提高光合能力的示意图

团队介绍

西北农林科技大学园艺学院李建明教授团队长期开展VPD对SPAC系统水分运移的研究，该团队以SPAC系统为主线，系统解析了VPD调控对蔬菜水分吸收、运输与蒸腾的动力关系，观察并分析了水分运输途径器官解剖结构的变化；阐述了VPD变化对蔬菜光合作用、CO₂耦合效应、营养元素吸收、土壤水分胁迫、蔬菜水分利用效率及产量品质的影响机制。同时，运用物理动力学方法、数学方法分别分析了水分运输动力与环境条件变化的关系、器官解剖结构变化与环境条件变化的关系；通过将土壤、植物、大气作为一个物理连续体，构建了一系列温室环境因子驱动的作物水分运移变化的模型；综合分析了土壤和大气环境与植物茎流、光合速率、养分吸收、干物质积累变化的关系，明确了水分运输阻力产生的主要因素及其对光合作用、主要营养元素吸收运输的影响机制。研究揭示了调控大气VPD提高蔬菜水分吸收与运输的生物学动力机制，为温室环境蔬菜水分的科学管理提供理论依据。相关工作得到了国家大宗蔬菜产业技术体系岗位专家项目（CARS-23-C05）、陕西省技术创新引导专项（基金）（2021QFY08-04）、陕西省科技创新驱动项目-优势产业技术研发（NYKJ-2020-YL-08）的支持。

团队合照

原文链接：

https://doi.org/10.48130/VR-2023-0020

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About Vegetable Research

Vegetable Research是一本开放获取的期刊，致力于传播蔬菜作物研究进展。欢迎蔬菜研究所有领域的原始研究论文、方法、资源和综述等投稿，主题范围包括（但不限于）遗传、育种、组学、分子生物学、生物技术、与环境和其他生物系统的相互作用以及采收前/后的生产。期刊主编由中国农业大学张小兰教授和法国图卢兹国立理工学院Julien Pirrello博士共同担任。

期刊官网：

www.maxapress.com/vegres

投稿网址：

mc03.manuscriptcentral.com/vegres

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