棉纤维主要品质性状的气象生态模型研究

 通过分析1994—1995年在陕西杨陵和山东的鄄城、泰安、东营以及2001—2002年在长江流域棉花品种试验区域进行的试验资料,在不考虑土壤、栽培调控等因素的前提下,确定棉花铃期日均最低温、日均最高温和相对湿度、夜均温和日均降水量分别是影响棉纤维长度、比强度、麦克隆值的关键气象因子,并建立了基于铃期关键气象因子对棉纤维长度、比强度和麦克隆值的气象生态模型。上述模型既强调了遗传性对棉纤维品质性状的决定作用,也体现了气象生态因子的作用。棉纤维长度、比强度和麦克隆值气象生态模型RMSE分别为0.985 mm、1.003 cN·tex^-1和0.233,模拟值与观测值1：1直方图吻合度好,模型具有较好的预\{测性。     

河北省中南部棉纤维品质与气象因子相关性研究

为明确气象因子对河北省中南部棉纤维品质影响,2007-2008年在南宫、辛集、保定三个生态点设置田间实验,供试品种为鲁棉研27号,研究表明：不同生态点、开花期间棉纤维比强度、2.5%跨长、马克隆值差异呈显著水平(p<0.05);不同开花期棉铃纤维伸长率差异呈显著水平;同比强度相关性呈显著水平的气象因子共5项,分别为日均温、日温差、日最低气温、日最高气温和平均相对湿度;2.5%跨长同日照时数呈显著正相关;同伸长率相关性呈显著水平的气象因子为日照时数和平均相对湿度;马克隆值同平均相对湿度和日温差呈显著负相关,与日最高气温呈正相关。棉纤维各项指标与影响其最大气象因子多项式拟合表明,当棉铃发育期日均温为25-26℃纤维比强度较好,日照时数为6.5-7.0小时,棉纤维伸长率最大,马克隆值适宜的日最高气温27-28℃或30-31℃。同时,建立了气象因子与纤维品质动态回归模型。研究结果将为棉纤维品质生态区划和品质生态模型定量化提供依据     

中国主产棉区气象因子和纤维品质的相关性研究

研究选取保定、徐州、阿克苏等覆盖全国主产棉区的27个样点,在不考虑土壤、播期、栽培措施等因素的前提下,对所选样点2006-2011年的棉纤维品质数据和7-9月气象数据进行不同区域水平下的多元逐步回归分析,初步建立棉纤维品质的气象生态模型,并找出影响棉纤维品质的关键气象因子。结果表明:(1)在全国主产棉区,日平均温度越高,≥12℃有效积温和降水日数越少,棉花纤维越长;日均最低温度越高,纤维比强度越大;日均最低温度和平均湿度越高,降水日数越多,马克隆值越大。(2)在黄河流域棉区,日均温和平均湿度越高,棉花纤维越长;降水日数越多,纤维强度越大。(3)在长江流域棉区,降水越多,纤维越长;≥12℃有效积温和降水量越多,马克隆值越大;日均最低温度越高,≥12℃有效积温越小,品级越好。(4)在西北内陆棉区,日照时数和降水量越大,纤维越长;≥12℃有效积温越大,纤维比强度增加;日照时数越多、降水日数越少,马克隆值越大。气象因子对棉花纤维品质有着重要影响,定量化研究气象因子与棉花纤维品质之间的相关关系是纤维品质形成模型建立的基础。     

纤维比强度气象生态模型的研究

在前人的研究基础上,利用多个试验的结果,论证了铃期日均温、日最高温度、相对湿度是影响纤维比强度的关键因子,明确了品种遗传因子在最终的纤维比强度形成中所起的决定作用。参考了前人的比强度是多个棉纤维品质指标中受环境影响变异性最大的指标的研究结论,提出了比强度多因素气象生态模型多个模型形式。利用试验结果进行模型的拟合并进行了模型检验,确定了最高温度和相对湿度交互作用的模型为最佳的比强度模型。模型的形式为： , 。模拟值与观测值1：1直方图符合度好,MRSE为1.0282 cN/tex,证明了模型具有较好的预测性和较高的精度。     

北疆棉纤维品质气候生态位适宜度研究

 以北疆高产棉花纤维品质形成为研究对象,引入生态位适宜度理论对与棉纤维品质形成发育相关的7个生态因子进行生态位适宜度测算,对比实际收获棉纤维品质的灰色关联度分析,结果表明,北疆高产田棉纤维生态位适宜度值第3~6果枝较高,第1～2、第7～8、第9～10果枝相继下降。影响棉纤维发育的生态因子的生态位适宜度值（F_i）与棉花纤维品质之间存在极显著的线性相关关系,不同果枝节位棉纤维品质的生态位适宜度值对棉花纤维品质具有较好的预测性,生态位适宜度分析法可以作为指导棉花生长调控、建立高产高效棉花群体的重要依据。     

棉花纤维品质指标的时空分布模型研究

建立棉花纤维品质指标的时空分布模型,对预测我国不同生态区棉花纤维品质,指导我国原棉进出口和纺纱企业配棉都具有重要意义。本文在田间试验的基础上,系统分析了棉花花铃期生理生态因子对棉花纤维品质的影响,量化了棉花品种、棉株空间枝节、花铃期日均温、光照长度、土壤含水量、棉株含氮量与棉花纤维品质指标形成的关系,并结合已有的棉花纤维品质指标生态模型,构建了机理性较强的预测纤维长度、比强度、麦克隆值、长度整齐度等单一纤维品质指标的时空分布模型及综合指标模型。利用不同年份、不同品种类型、不同生态区域、不同肥水管理条件下的试验资料对棉花纤维品质指标的时空分布模型进行了检验,显示纤维长度、比强度、麦克隆值、长度整齐度的模拟值与观察值之间的均方差根（RMSE）,在时间分布模型中分别为0.15 mm、0.29 cN tex^-1、0.18和0.36,在空间分布模型中分别为0.22 mm、0.60 cN tex^-1和 0.15和0.86,与实际观察值间的误差皆小于5 %,说明本模型具有较好的预测性、通用性和准确性。     

棉纤维细胞发育过程中纤维素的生物合成

棉纤维是由胚珠外珠被表皮细胞在受精前后经分化突起、伸长和细胞壁增厚而形成。棉花纤维单细胞发育同步性和次生壁形成期纤维素大量合成的特点已成为研究纤维素生物合成和细胞发育分子机制的模式植物之一。棉纤维中次生壁纤维素发育的时间、合成的速率和沉淀的类型极大地影响着棉花纤维长度和纤维强度,阐明棉纤维细胞纤维素生物合成的机制,将有助于推动棉纤维产量与品质改良的分子工程。本文主要介绍了棉纤维不同发育阶段纤维素合成的特点,纤维素合成的场所、底物,碳代谢模型,基因表达与调控的研究进展。     

主要生理机制

 笔者结合国内外对于棉纤维发育过程中纤维细胞内部生理生化反应的最新研究成果,依据棉花纤维比强度形成机制,综述了棉纤维比强度形成的关键时期次生壁加厚期,纤维素生物合成的物质变化、参与调控其合成的酶系（纤维素合成酶,蔗糖合成酶,β-1,3-葡聚糖合酶,β-1,3-葡聚糖酶,吲哚乙酸氧化酶和过氧化物酶）及影响合成的主要因素（基因型,温度,激素）等方面的研究进展。为探索改善棉纤维比强度的生理调控途径和培育高纤维强度的棉花品种提供了理论依据。     

棉纤维加厚发育生理特性的基因型差异及对纤维比强度的影响

选择3类棉纤维比强度差异明显的品种,于2004—2005年在江苏南京（长江流域下游棉区）研究棉纤维加厚发育过程中主要生理特性的基因型差异及对纤维比强度的影响,为探索改善棉纤维比强度的生理调控途径提供理论依据。结果表明,高纤维比强度基因型（科棉1号）棉纤维中可溶性糖转化多,进入纤维次生壁加厚发育期的β-1,3-葡聚糖含量峰值高,纤维素合成关键酶（蔗糖合成酶和β-1,3-葡聚糖酶）活性增强快、峰值高,纤维素累积速率平缓且快速累积期长;而较低纤维比强度基因型（苏棉15和德夏棉1号）的棉纤维加厚发育生理特征与此相反;中等棉纤维比强度基因型（美棉33B）则介于上述两者之间。与纤维素生物合成相关的物质和关键酶活性变化的基因型差异是造成纤维素累积速率及纤维比强度差异的主要生理原因之一。此外,β-1,3-葡聚糖含量的剧增可作为棉纤维进入次生壁加厚发育阶段的一个重要特征。     

次生壁加厚过程中影响棉纤维素合成的 主要生理机制

笔者结合国内外对于棉纤维发育过程中纤维细胞内部生理生化反应的最新研究成果,依据棉花纤维比强度形成机制,综述了棉纤维比强度形成的关键时期次生壁加厚期,纤维素生物合成的物质变化、参与调控其合成的酶系（纤维素合成酶,蔗糖合成酶,β-1,3-葡聚糖合酶,β-1,3-葡聚糖酶,吲哚乙酸氧化酶和过氧化物酶）及影响合成的主要因素（基因型,温度,激素）等方面的研究进展。为探索改善棉纤维比强度的生理调控途径和培育高纤维强度的棉花品种提供了理论依据。     

基于多视角反射光谱的冬小麦冠层叶片氮素营养监测研究

通过2个蛋白质含量不同的冬小麦品种和4个氮素水平的试验,研究传感器在垂直冬小麦垄平面上,冠层不同观测角度的反射光谱与叶片氮素营养的关系,改进小麦冠层氮素光谱诊断的理论与方法。结果表明,在本试验选择的7种植被指数光谱特征参量中,2个小麦品种均表现为比值植被指数（RVI[670,890]）与冠层叶片氮素含量（CLNC）相关性最高;不同视角的RVI与冠层叶片氮素含量关系中,0°、30°和90°的相关性最高;利用0°、30°和90°的RVI与CLNC进行模型拟合,其模型的决定系数是0°﹥30°﹥90°;在建立的0°模型中,京411小麦模型RMSE为0.2915,预测准确率为90.2%,中优9507模型RMSE为0.3827,预测准确率为87.2%。本研究证明改变反射光谱观测角度,能够提高冠层叶片氮素含量的光谱预测精度,不同小麦品种其光谱特征与冠层叶片氮素含量关系不同,在应用中要根据不同的小麦品种建立相应的模型。     

不同类型饲用作物营养成分的比较研究

对3种类型饲用作物杂交苏丹草皖草2号、墨西哥玉米和粮饲兼用玉米农大108进行了比较。结果表明,鲜、干物质产量以皖草2号最高,墨西哥玉米其次,农大108最低。皖草2号和墨西哥玉米叶片是干物质产量构成的主体,对农大108茎秆是主体。皖草2号粗蛋白(CP)、无氮浸出物(NFE)、酸性洗涤纤维(AWF)、粗脂肪(EE)、粗灰分(CA) 5大养分产量均显著高于墨西哥玉米和农大108,其粗蛋白和粗灰分含量均低于墨西哥玉米高于农大108。皖草2号总能量(GE)极显著高于墨西哥玉米和农大108,分别高出1 448.024×10⁶ J·hm^-2和2 339.687×10⁶ J·hm^-2。农大108干物质和粗蛋白降解率最高,分别为57.880%和12.424%。墨西哥玉米粗纤维的降解率显著高于皖草2号,但它们的干物质和粗蛋白降解率差异不显著。3种类型饲用作物营养价值差异来自其生物学特性的显著差异。     

棉花季节桃加厚发育生理特性的差异及与纤维比强度的关系

选用3类棉纤维比强度差异明显的4个棉花品种, 研究棉花伏前桃、伏桃、早秋桃和晚秋桃纤维加厚发育过程中主要生理特征的差异及与纤维比强度的关系。结果表明, 棉花季节桃纤维加厚发育过程中物质转化特征和相关酶活性存在较大差异, 最终导致纤维比强度差异的形成, 且季节桃间的差异在各类品种内表现一致。伏前桃和伏桃纤维加厚发育处于较为适宜的温度条件(铃龄10~50 d日均温26.0~28.5℃)和棉株生理年龄(3~9果枝)下, 纤维素合成相关酶活性越高, 相关物质转化越多, 纤维素快增持续期长, 纤维素累积速率平缓, 越利于高强纤维的形成。早秋桃纤维发育后期温度条件较伏前桃差且棉株开始衰老, 但其纤维合成相关物质转化率高, 纤维素累积特征优于伏前桃, 最终纤维强度高于伏前桃; 随着铃龄10~50 d日均温降至20℃以下和棉株进一步的衰老(16果枝以上), 晚秋桃纤维素快速累积期延长, 相关物质转化率降低, 纤维累积速率过慢, 纤维细胞发育迟缓, 造成最终纤维比强度较低。     

温度对光敏感雄性核不育水稻育性转换的影响研究

在北京(N39°56′)自然变温和人工控温条件下分别对比观察光敏感雄性核不育(pgms)水稻的育性对10小时、16(或15)小时两种光周期的反应。试验结果指出: 1.在适宜水稻发育的温度范围内,pgms水稻均有因光周期不同而发生的育性转换。而且光周期效应远大于温度不同所引起的育性变化。 2.温度变化可诱发长日光周期状态下pgms水稻的     

花铃期干旱胁迫下氮素水平对棉花光合作用与叶绿素荧光特性的影响

于2004—2005在江苏南京农业大学卫岗试验站进行盆栽试验, 设置干旱与对照2个土壤水分处理, 每个处理再设置3个氮素水平, 研究了花铃期干旱胁迫下氮素水平对棉花叶片光合作用与叶绿素荧光参数的影响, 以期为棉花花铃期干旱时的合理氮肥运筹提供理论依据。结果表明, 与对照相比, 干旱处理显著降低了棉株凌晨叶水势、土壤相对含水量、净光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)与胞间CO₂浓度(C_i), 但提高了叶绿素a(Chl a)、叶绿素b(Chl b)、总叶绿素(Chl a+b)及类胡萝卜素(Car)的含量。干旱处理下, P_n、G_s、C_i、Chl a、Chl b、Chl a+b及Car均以240 kg hm^-2氮素水平最高。干旱胁迫下叶绿素初始荧光(Fo)明显升高, 且随氮素水平的提高而增大; 而最大光化学效率(F_v/F_m)、光系统II(PS II)量子产量(ΦPS II)、电子传递速率(ETR)与光化学猝灭系数(qP)均显著降低, 干旱胁迫亦增大了非光化学猝灭系数(NPQ)。干旱胁迫下F_v/F_m、ΦPS II、ETR与qP均以240 kg hm^-2氮素水平最高。干旱胁迫显著降低叶片蒸腾速率(Tr), 导致叶温升高, 增施氮肥进一步增大了叶温。干旱胁迫降低了棉株各器官干物质重, 而施氮则增大水分胁迫指数。综合分析认为, 过量施氮或施氮不足均不利于提高棉花叶片光合性能。两年试验结果表明, 在本试验设置的3个氮素水平中, 花铃期干旱胁迫下以240 kg hm^-2纯氮, 且基施50%, 初花期追施50%较适宜。     

Nitrogen Uptake by Rice (Oryza sativa L.) Exposed to Low Water Temperatures at Different Growth Stages

The responses of nitrogen (N) uptake by rice (Oryza sativa L.) to low water temperatures at different growth stages were examined during a 3‐year field trial in northern Japan. Cool irrigation water was applied at two to three temperature levels (16–25 °C) for 20–34 days during the vegetative stage and then during reproductive growth. We measured the N uptake rate, N content and canopy radiation interception during both growth stages. Exposure to low water temperature during either the vegetative or the reproductive growth stage slowed N uptake, and the magnitude of the decrease differed between the growth stages; the decrease was greater during vegetative growth than during reproductive growth. Consequently, total N uptake at maturity was most strongly reduced by low water temperature during vegetative growth and was not affected by low water temperature during reproductive growth, even though N distribution to the panicle was greatly reduced. The variations in N uptake during the growing season among growth stages and years were explained better by the amount of canopy radiation capture than by the number of degree‐days based on water temperature. This strong dependency on canopy radiation capture improves our understanding of the factors responsible for variations in N uptake under different levels of water temperature, and this knowledge will provide an opportunity to simplify the modelling of N uptake.     

播期对棉铃生物量和氮累积与分配的影响及其与棉铃品质的关系

试验于2005年在江苏徐州(117°11′E,34°15′N)、2007年在河南安阳(114°13′E,36°04′N)进行,设置正常播期(4月25日)和晚播(5月25日)两个播期,研究播期对棉铃生物量和氮累积与分配的影响及其与棉铃品质的关系。结果表明,晚播显著影响棉铃(铃壳、棉籽、纤维)生物量和氮的累积与分配,进而影响铃重、棉纤维和棉籽品质形成。与正常播期比较,晚播条件下有以下变化:(1)棉株中部果枝棉铃铃期日均温下降,2005、2007年分别由24.8℃降至20.8℃、24.1℃降至19.4℃。(2)铃壳生物量升高、氮累积量下降;棉籽、棉纤维生物量和氮的快速累积起始时间推迟,累积速率峰值降低且出现时间晚,导致棉籽和棉纤维生物量和氮的累积量降低;棉纤维氮累积速率峰值出现时间早于生物量,棉籽则相反。(3)铃壳生物量和氮的累积量所占整个棉铃中的比率上升,棉籽生物量和氮的分配系数降低;棉纤维生物量的分配系数降低,但棉纤维氮的分配系数变化较小。(4)铃重、棉纤维比强度和棉籽蛋白质、油含量显著降低。综上所述,中部果枝棉铃在晚播条件下,铃期日均温降低导致光合产物和氮素向纤维和棉籽中的分配及铃壳的再转运过程受阻,棉籽和纤维的生物量和氮累积量降低,最终铃重降低、棉纤维和棉籽品质变劣。     

氮肥运筹模式对小麦茎秆抗倒性能的影响

以高产强筋小麦品种烟农19为试验材料, 通过不同施氮水平(202.5、270.0和337.5 kg hm^-2)和不同基追比例的施肥试验, 对小麦茎秆结构和细胞壁化学成分及茎秆抗倒指数(CLRI, 茎秆机械强度/茎秆重心高度)等生理生化指标进行了研究。结果表明, 氮肥运筹模式显著影响小麦茎秆抗倒能力。基部节间长度和含氮量均随施氮水平和基肥比例的增加而增加, 基部节间粗度、秆壁厚度、节间充实度、机械强度则表现相反。而细胞壁纤维素、木质素含量和CLRI则随施氮水平的增加呈现出先增后降的趋势, 但随基肥比例的增加而下降。CLRI与基部节间粗度、壁厚、充实度及机械强度呈极显著正相关, 而与基部节间长度和氮含量呈极显著负相关。CLRI可作为小麦抗茎倒伏能力的综合评价指标。     

不同供肥条件下水分分配对旱地玉米产量的影响

以盆栽试验和田间试验研究了不同供肥条件下不同生育期水分状况对玉米产量的影响。结果表明，任何生育期的土壤干旱胁迫均会导致玉米减产，肥料供应充足时减产幅度较小；干旱胁迫越严重，肥料的这一作用越显著。无论正常供肥还是低肥，玉米对抽雄期土壤水分最敏感，防止这一时期干旱胁迫对保证玉米产量具有重要意义。拔节期是旱地玉米有限灌溉的另一个关键时期，水分的增产潜力很大，低肥时增加拔节期土壤水分供应效果更显著。玉米苗期并不耐旱，尤其是低肥时苗期干旱显著影响玉米的籽粒产量。在相对含水量45%~90%范围内，玉米产量随土壤含水量的增加而增加，但增加幅度与肥料供应和生育期有关。玉米获得最高产量的土壤水分条件与肥料供应密切相关，与正常供肥相比，低肥时所需土壤含水量较低。玉米增产的肥效大于水效，产量随肥料投入的增加显著提高，水分胁迫条件下增加肥料供应同样具有增产作用。肥料供应不足时水分的增产作用会受到限制。在现有的水资源条件下，提高肥料供应水平是旱地玉米增产的主要途径。