棉籽蛋白质和油分形成的模拟模型

基于不同熟性棉花品种的异地分期播种和施氮量试验,综合量化品种特性、主要气象条件(温度、太阳辐射)和栽培措施(施氮量)对棉籽蛋白质和油分的影响,基于棉籽氮素积累和油分合成的“库限制”假设,结合棉花铃期与棉籽干物质积累模型,建立基于过程的棉籽蛋白质和油分形成模拟模型。利用不同生态点不同品种、播期和施氮量的田间试验资料对模型进行检验的结果表明,供试品种科棉1号和美棉33B棉籽的蛋白质含量模拟值与实测值的根均方差(RMSE)分别为2.05%和2.33%,其油分含量模拟值与实测值的RMSE分别为2.45%和2.95%。模型以主要气象资料(日平均温度、日太阳辐射量)和栽培措施(施氮量)作为模型输入,以棉花铃期与棉籽干物质积累模拟模型为基础,实现了较广泛生态条件下对不同品种棉花棉籽蛋白质和油分形成过程的模拟及其含量的动态预测。模型预测精度高,广适性强。     

油菜生育期动态模拟模型的构建

在13个不同熟期甘蓝型油菜品种的2年大田试验中,调查不同播期条件下各品种的生育进程及发育状态。依据油菜生理发育时间恒定原理、生理生态理论及各生育阶段与温度、光周期等外部环境关系,采用Logistic曲线描述油菜光周期效应,谐波分析法分析气温昼夜变化,分段正弦指数函数分析热效应和低温春化效应,结合上述因素构建油菜生育期动态模拟模型;确定模型光周期敏感因子、温度敏感性、生理春化时间和角果期因子4个遗传参数;模型的检验分析表明,对不同播期模拟值与观测值的根均方差平均值为2.67 d,对不同品种模拟值与观测值的根均方差平均值为3.74 d;4个遗传参数值对13个油菜品种聚类分析的结果符合品种特性。因此,该模型在一定范围内可准确揭示油菜对温、光的反应规律,具有较强的可靠性和预测性。     

棉籽蛋白质和油分形成的模拟模型

基于不同熟性棉花品种的异地分期播种和施氮量试验,综合量化品种特性、主要气象条件(温度、太阳辐射)和栽培措施(施氮量)对棉籽蛋白质和油分的影响,基于棉籽氮素积累和油分合成的“库限制”假设,结合棉花铃期与棉籽干物质积累模型,建立基于过程的棉籽蛋白质和油分形成模拟模型。利用不同生态点不同品种、播期和施氮量的田间试验资料对模型进行检验的结果表明,供试品种科棉1号和美棉33B棉籽的蛋白质含量模拟值与实测值的根均方差(RMSE)分别为2.05%和2.33%,其油分含量模拟值与实测值的RMSE分别为2.45%和2.95%。模型以主要气象资料(日平均温度、日太阳辐射量)和栽培措施(施氮量)作为模型输入,以棉花铃期与棉籽干物质积累模拟模型为基础,实现了较广泛生态条件下对不同品种棉花棉籽蛋白质和油分形成过程的模拟及其含量的动态预测。模型预测精度高,广适性强。     

基于春化效应的高山萝卜生育期模拟模型研究

为避免因抽薹而降低萝卜的食用性与商品性,有必要做好抽薹期预测。根据萝卜发育对低温春化的反应特点,2009—2013 年在鄂西南高山地区海拔400、800、1200、1600、1800 m高度对‘短叶13’、‘雪单一号’2 个萝卜品种进行了不同海拔、播期的田间试验及小气候对比观测;引入温度热效应、低温春化效应、光周期敏感性的作物发育速率影响函数,建立了萝卜抽薹生育期的数学模拟模型,并对所建模型进行了校正和检验。结果表明：播种至抽薹生育期所需天数的模拟值与实测值之间平均绝对误差(mean bsolute error,MAE）‘短叶13’与‘雪单一号’分别为2.4、2.7 天,平均相对误差（mean absolute percentage error,MAPE）分别为6.87%、3.26%;与有效积温法（MAE 分别16.9、16.0 天）和PAR日积分法（MAE 分别14.7、13.4 天）发育期模型相比,2 个品种的精度分别提高28%、14.6%以上;模型可以用于高山萝卜错季抽薹期实际预测。     

棉纤维品质指标形成的动态模拟

棉纤维品质形成的准确模拟对构建棉花生长模拟系统及优质高产管理决策具有重要意义。本文以棉铃发育的生理生态过程为基础，采用生理发育时间作为定量发育进程的尺度，通过量化品种效应及水分、日均温和日温差等生态因子对棉纤维品质指标形成的影响，构建了预测棉纤维伸长、比强度增加和纤维素积累的模拟模型。利用不同生态点不同日均温和日温差条件以及不同水分处理的试验资料对模型进行了检验。结果显示，纤维长度、纤维比强度、纤维素含量模拟值与观测值之间的根均方差（RMSE）分别为1.15 mm，1.03 cN·tex^-1和4.37%，表明模型具有较好的预测性和适用性。     

叶面积对杨梅果实生长的影响研究

根据不同叶面积累积的光温效应对于杨梅果实生长发育的影响,利用2010年1—6月的浙江省气象资料、野外物候观测资料及2010年室内杨梅的发育数据和杨梅大棚内的观测数据,建立以光温效应为尺度的杨梅果实发育模型,研究杨梅叶面积与杨梅果实生长的关系,并对其进行验证。利用模型对大棚内杨梅果实发育进程进行模拟,模型模拟的预测值与实测值间1:1线的回归估计标准误差RMSE和R²分别为0.03 cm、0.99,模型能较好的预测杨梅果实的发育进程。研究结果表明,在保留5、10、15、20片的情况下,杨梅发育速率与叶片数增加呈正相关,在保留25片叶时,发育速率较保留20片叶略有下降,适宜的叶面积是杨梅果实生长和品质形成的关键性因素。研究结果为杨梅的气象服务提供科学依据,也为杨梅的生产管理提供理论支持。     

南方双膜塑料大棚内气温的谐波模拟

目前针对南方双膜塑料大棚棚内温度模拟的研究较少,普适性也有待近一步提高。本研究基于2010—2014年的南方代表性塑料大棚内外气象观测数据,利用谐波法构建适用于南方地区双膜覆盖塑料大棚棚内温度的逐小时预报模型。结果表明:2阶谐波(基波+2次谐波)能较好地反映南方双膜覆盖大棚内温度的变化特征。基于棚外温度的谐波特征参量及其他气象要素构建的棚内温度预报模型,能较好地模拟不同天气情况下(晴、多云、阴)双膜覆盖大棚的棚内温度日变化。模型回代检验结果显示不同天气条件下绝对误差的日平均值小于1.8℃。模型对不同时间段棚内温度的模拟精度呈夜间白天,对棚内日最低温度的模拟效果突出,不同天气条件下最低温度的预报的绝对误差均低于1.2℃,模型对最高温度的预报精度较最低温度偏低0.5~1℃。     

东北冷凉区玉米籽粒脱水模型构建策略研究

建立玉米籽粒脱水模型是分析不同品种籽粒脱水特征、为产区筛选适宜机械粒收品种的重要理论工具。东北冷凉区是重要的早中熟玉米产区，该地区秋季降温快，霜期早，收获时籽粒成熟度差和含水率偏高是制约玉米机收产业发展的关键问题。在2021-2022年对东北冷凉区典型的早中熟玉米品种德美亚1号和德美亚3号进行分期播种试验，利用播期模拟不同气象条件对籽粒田间干燥过程的影响。采用全播期及部分播期等不同建模策略，构建品种籽粒脱水模型，分析不同策略下脱水模型的精度差异，探明快速构建品种脱水模型的方法。结果显示，采用不同建模策略构建的德美亚1号和德美亚3号的脱水模型，随着参与建模的播期数增加，模型参数和模拟精度无显著差异，模型参数变异性逐渐缩小。利用不同策略建立的模型在东北春玉米区3个站点检验，模型精度无明显差异。利用分期播种方式可构建稳健的品种模型，在年际间、区域间均具有稳定的预测精度，为评价玉米品种的机械粒收适宜性提供了有力的理论工具。     

新疆棉花物候期对气候变化的响应及敏感性分析

为了研究气候变化背景下棉花物候的变化规律,对棉花生长模型COSIM进行参数调校,验证实现本地化,利用数理统计及作物模型模拟的方法,分析了棉花物候期对气候变化的响应及其敏感性。结果表明：1980—2019年,新疆棉区棉花出苗期、现蕾期、开花期分别提前0.5~7.0 d/10a、0.1~5.8 d/10a、0.3~3.9 d/10a,吐絮期推迟0.1~4.7 d/10a。COSIM模型模拟棉花物候变化趋势结果与实际较一致,出苗期、现蕾期、开花期、吐絮期实际值与模拟值的RMSE分别为0.9、0.7、0.6、0.7天。以1981—2010年气候条件为基准,增温0.5℃、1℃、1.5℃、2℃,各棉区棉花出苗期、现蕾期、开花期和吐絮期分别提前0~2天、1~9天、2~12天和3~31天,营养生长、生殖生长分别缩短0~6天、2~22天。在气候变暖的趋势下,通过选择生育期较长的品种、调整播期等措施,可充分利用热量资源,实现棉花优质高产。     

基于生理发育时间的棉花生育期模拟模型

棉花生育期模拟是研究棉花生长与环境因子关系的重要内容。通过分析春播中(中早)熟常规棉、中(中早)熟转基因抗虫棉和夏播早熟短季棉三种类型16个品种(系)的生育期与环境因素的动态关系,建立了以棉花生理发育时间(PDT)为基础的棉花生育期模拟模型。模型考虑了热效应、光周期效应、品种早熟性及地膜覆盖地积温对气积温的补偿效应。利用不同年份、生态区、基因型品种、栽培措施的试验资料对模型进行了检验,结果表明不同品种生育期模拟值与观测值的符合度较好,各生育进程的RMSE在1.4～4.9d。模型既有较强的机理性,又有较好的适用性。     

新疆国家一级农试站多年土壤湿度特征分析

为了给新疆石河子垦区农业可持续发展、合理开展农业生产和气候资源利用等提供气候依据,笔者统计分析了新疆石河子国家一级农试站1996—2015年20年来0~50 cm月平均土壤湿度、年平均土壤湿度变化特征及与其他气象因子的相关性。结果表明:0~50 cm年平均土壤湿度总体呈偏湿趋势;石河子国家一级农试站0~10 cm月平均土壤湿度3月和4月湿度最大,6月、7月和8月湿度最小,随着土壤深度的增加,土壤湿度各月相差不大;0~10 cm年平均土壤湿度变化存在着准13年的年代际周期和准5年的年际周期,40~50 cm年平均土壤湿度存在着准10年的年代际周期和准5年的年际周期;0~10 cm和10~20 cm年均土壤湿度存在突变特征;0~50 cm年平均土壤湿度与年降水量、年蒸发量和年0 cm地温这些气象因子最为敏感。     

Pb2+胁迫下Ca2+对板蓝根幼苗生理特性的影响

以板蓝根为材料,研究了Pb2+胁迫下Ca2+对板蓝根幼苗POD、SOD活性、根系活力及蛋白质含量的影响。结果表明:在Pb2+处理下,板蓝根幼苗POD、SOD活性及蛋白质含量随Pb2+浓度升高呈先上升后下降的趋势,根系活力显著下降;在Ca2+处理下,浓度为80、160mg/L时,板蓝根幼苗POD、SOD活性、根系活力及蛋白质含量显著升高,浓度为320mg/L时,则显著低于对照,有明显抑制作用;Ca2+、Pb2+混合处理,80、160mg/LCa2+显著提高了Pb2+胁迫下POD、SOD活性、根系活力及蛋白质含量,具有缓解Pb2+毒害的作用,Ca2+为320mg/L时,与Pb2+起协同胁迫作用,增强对板蓝根幼苗的毒害效应。     

甘蔗Ca~(2+)/H~+反向运转体基因的克隆与表达分析

CAX(Ca~(2+)/H~+antiporter)是植物细胞膜Ca~(2+)主动运输体系的一个大类。本研究以高粱的CAX1基因(GenBank登录号为XM_002441593)为探针,利用电子克隆并结合RT-PCR技术,获得甘蔗CAX1基因的1条cDNA序列,命名为Sc CAX1(GenBank登录号为KT799799)。生物信息学分析显示,ScCAX1基因全长784 bp,包含1个645 bp的开放阅读框,编码1个214个氨基酸的蛋白质。ScCAX1蛋白被定位于叶绿体类囊体膜,为稳定的疏水性蛋白,不存在信号肽。蛋白二级结构元件多为α-螺旋,具有1个Na_Ca_ex superfamily。实时荧光定量PCR分析表明,甘蔗ScCAX1基因的表达具有组织特异性,在各组织中均表达,但在茎中表达量最低,叶中的表达量最高。在PEG、NaCl、SA、ABA和Me JA胁迫过程中,ScCAX1基因的表达均受到调控。其中ABA、SA和PEG胁迫下表达量上调,均在胁迫24 h达到最大值。SA胁迫24 h的表达量为对照的5.47倍,而ABA胁迫24 h的表达量为对照的3.5倍。NaCl胁迫6 h的表达量达最大值,为对照的2.14倍。推测ScCAX1基因能够响应逆境胁迫,其表达可能与甘蔗的抗盐、抗渗透胁迫性状有关。     

Ca2＋对过量Ee2＋胁迫下水稻保护酶活性及膜脂过氧化的影响

采用水培法研究了不同浓度Ca2 在过量Fe2 胁迫下对水稻生长、保护酶(SOD、POD、CAT)活性及脂质过氧化的影响。结果表明，Fe2 供应正常时，100—300mg kg^-1Ca2 的水培液能不同程度地促进水稻生长，提高SOD、POD活性，而对CAT的影响不大，高钙(400mg kg^-1)供应则会加剧脂质过氧化。在过量Fe2 胁迫下，100-300mgkg^-1Ca2 能较好地促进Azucena的地上部及根系的干物质积累量，对IR64的干物质积累量则以300mgkg^-1Ca2 供应为最佳。适量的Ca2 供应能提高植物体内SOD、POD和CAT的活性或使之保持在较高水平上，并使MDA含量维持在较低水平。Ca2 能较好地提高粳稻Azucena对过量Fe2 胁迫的耐性。表明适合浓度Ca2 供应提高水稻耐铁毒能力的原因之一，在于增强了植株活性氧清除能力和对生物膜结构的稳定作用。     

从携带S5n基因的水稻种质中发掘San、Sbn和Scn基因

花粉不育是籼粳杂种F₁优势利用的主要障碍之一。包括S_a、S_b和S_c等至少6个基因座位内的等位基因互作会引起花粉不育,这些座位上的中性等位基因可以克服不育性。所以,发掘和利用中性等位基因具有重要意义。本文用携带S₅ⁿ的水稻种质,分别与台中65及其携带花粉不育基因的一套近等基因系杂交,组配具有单个座位互作和多个座位同时互作的杂种F₁,首先通过观察杂种F₁的花粉育性并比较相应杂种F₁育性的差异,初步判断是否具有中性等位基因,然后,采用与S_a、S_b和S_c座位紧密连锁的分子标记对F₂植株基因型的分离进行检测,并分析其分离比例的符合度,确定存在中性等位基因的真实性。结果发现在所鉴定的6份材料中有2份(灰背子和Madhukar)同时携带S_aⁿ和S_bⁿ,3份(饭毫皮、秕五升和粤泰B)携带S_bⁿ,1份(Jackson)携带S_cⁿ。这些材料同时携带可克服杂种F₁胚囊不育和花粉不育的基因,是克服籼粳杂种F₁不育性的重要基因来源。     

The Effect of Chilling Temperature on the Permeability of Membranes to K+, Mg2+, Ca2+ ions and on the Electric Potential of Leaves in the Seedlings of Maize (Zea mays L.)

The relations between the extent of injuries in seedlings caused by a few day-long exposures to chill (5°C) and the leakage of K⁺, Mg²⁺ and Ca²⁺ ions from the leaves as well as the electric potential in seven maize hybrids, were investigated. The permeability of cells to ions was defined based on their absolute concentration in a water diffusate (C_t) and concentration expressed in relation to the total ion content in the leaves (IL index).
At lowered temperature the hybrids of higher resistance to chilling temperature were characterized by a lower value of the IL index for K⁺ and Mg²⁺ ions than the chill-sensitive hybrids. On the other hand, absolute concentration of the ions (C_t) Mg²⁺ and Ca²⁺ leaking from the leaves before chill exposure of the seedlings was positively and highly correlated with the extent of injuries in hybrids caused by 4 day-long exposures to chill. This observation is evidence that the chill injuries were predetermined through increased cell permeability to the mentioned ions at room temperature.
Changes in the electric potential of leaves in conditions of lowered temperature preceded the injuries of leaves, which became apparent after a longer period of exposure to chill. Thus, as the leakage of Mg²⁺ and Ca²⁺ ions occurs, changes in the electric potential may supply early information about the predisposition of the particular maize hybrids to chilling injuries. Leakage measurements of Mg²⁺ and Ca²⁺ ions from the leaves at room temperature may find application in the selection of chill-tolerant maize genotypes.     

盐胁迫条件下外源Ca2+对蚕豆气孔运动及质膜K+通道的调控

研究了Ca²⁺ 对NaCl胁迫下蚕豆气孔运动及质膜K+通道的影响。结果表明,100 mmol L^-1 NaCl可明显诱导气孔开放,该现象可被10 mmol L^-1 CaCl₂ 显著抑制。为探讨盐胁迫下Ca²⁺对K⁺和Na⁺跨膜运输的调控机制,我们利用膜片钳技术记录全细胞K⁺ 电流发现,在100 mmol L^-1 NaCl胁迫下,加入10 mmol L^-1 CaCl₂胞外处理,显著抑制质膜K+内向及外向通道电流,这种抑制可被1 mmol L^-1 La³⁺ (Ca²⁺通道抑制剂)缓解。非盐胁迫下,10 mmol L^-1 CaCl₂ 胞外处理也能显著抑制质膜内向K⁺通道,但明显激活其外向通道,加入1 mmol L^-1 La³⁺并不能被缓解。用H₂O₂专一的荧光探针二氯荧光素二乙酸酯(H2DCF-DA)单细胞分析保卫细胞内H₂O₂含量变化显示,在100 mmol L^-1 NaCl盐胁迫下,10 mmol L^-1 CaCl₂ 处理明显诱导H₂O₂在保卫细胞中积累;100 mmol L^-1 NaCl和10 mmol L^-1 CaCl₂单独处理并不能诱导H₂O₂积累。推测Ca²⁺在盐胁迫下可能先诱导H₂O₂在胞内积累,进而激活质膜Ca²⁺通道,迅速提高胞内Ca²⁺浓度以抑制Na⁺通过质膜K⁺通道跨膜内流,同时调节Na⁺外流,两种效应共同作用促使气孔关闭,减少盐胁迫下水分的过度散失。上述结果将为Ca²⁺调控作物抗盐机制研究提供新的思路。     

Cd2+、Cr6+单一及其复合污染对少根紫萍生理生化特性的影响

为进一步了解重金属复合污染对水生植物产生毒害作用的机制,以少根紫萍叶片叶绿素含量、过氧化物酶活性（POD）、超氧化物歧化酶活性（SOD）、丙二醛（MDA）含量为指标,通过水培试验研究了少根紫萍在Cd2+、Cr6+污染胁迫4 d后的生理生化响应,并探讨了Cd2+、Cr6+单一与复合污染对少根紫萍叶片的毒性效应及其致毒机制。结果表明,单一Cd2+污染时,Cd2+处理对少根紫萍叶绿素含量有显著影响;随Cd2+处理浓度的增加,少根紫萍叶片SOD、POD酶活性表现为先增加后降低的趋势,而MDA含量都显著增加。Cr6+单一处理对少根紫萍各项指标的影响与Cd2+相似,但均小于Cd2+对少根紫萍的影响。Cd2+- Cr6+复合污染时,叶绿素含量变化趋势与单一处理相同,并低于相应的单一Cd2+、Cr6+处理,Cd2+- Cr6+复合污染处理时SOD、POD活性仍表现为先增加后下降趋势,但SOD、POD活性与镉单一处理时比较有降低现象, MDA含量仍随浓度的增加而增加,且高于单一处理,Cd2+- Cr6+复合污染的毒性效应高于单一污染的毒性,表现为协同作用。     

菠萝皮渣水不溶性膳食纤维对油脂 胆固醇 胆酸钠及NO_2~-的吸附作用

主要研究了菠萝皮渣水不溶性膳食纤维对油脂、胆固醇、胆酸钠及NO2-的吸附作用。结果表明,菠萝皮渣水不溶性膳食纤维的膨胀力为3.25 mL/g,持水力为4.73 g/g;对花生油的吸附量为1.49 g/g,对猪油的吸附量为1.94 g/g;在中性环境下吸附胆固醇的能力比在酸性环境中的吸附能力大,pH值7时最大吸附量达33.35 mg/g,吸附平衡时间约90 min;对胆酸钠的吸附平衡时间约3 h,最大吸附量达到98.86 mg/g;对NO2-的吸附能力随着环境pH值的增大而降低,当pH值2时可在90 min内将溶液NO2-浓度从100μmol/L降至5μmol/L以下,最大吸附量可达9.94μmol/g。上述性质表明菠萝皮渣水不溶性膳食纤维是一种优质的膳食纤维资源。     

外源Mg2+对荞麦耐盐性的影响

以盐敏感荞麦品种TQ-0808为试验材料,在100 mmol/L NaCl胁迫下进行不同浓度的外源Mg2+处理,探讨外源Mg2+对荞麦耐盐生理特性的效应。结果表明,40 mmol/L外源Mg2+处理能显著降低NaCl胁迫下荞麦叶片质膜透性和丙二醛(MDA)含量,明显增加NaCl胁迫下荞麦叶片超氧化物歧化酶(SOD)活性和净光合速率,使NaCl胁迫下荞麦叶片SOD活性接近对照水平,荞麦叶片净光合速率达到对照水平。说明适当浓度的外源Mg2+处理可明显改善盐胁迫下荞麦幼苗的生理特性,对盐胁迫具有较好的缓解作用;而外源Mg2+浓度过高可能会加剧胁迫。