基于形态模型的棉花（Gossypium hirsutum L.）虚拟生长系统研究

 【目的】基于棉花形态器官形成过程的定量描述,模拟棉花三维生长过程,为虚拟棉作研究提供技术基础。【方法】基于2005－2006年棉花品种、播期、氮素、水分和DPC化控试验,将系统分析方法和数学建模技术应用于棉花植株的形态建成,通过对棉花形态数据的定量分析,构建了棉花形态建成模型,主要包括：主茎叶长宽、主茎叶柄长、主茎节间长粗、果枝叶长宽、果枝叶柄长、果节长粗以及棉铃高度和直径等模型。结合OpenGL技术,在Visual C++6.0平台上实现了棉花虚拟生长系统VGSC（virtual growth system for cotton）。【结果】棉花形态模型采用Logistic方程描述各器官尺寸随GDD（生长度日,℃?d）、氮素、水分及DPC的动态变化过程,利用2006年的试验数据对模型进行检验,棉花主茎叶长宽、主茎叶柄长、主茎节间长粗、果枝叶长宽、果枝叶柄长、果节长粗以及棉铃高度和直径的观测值与模拟值的根均方差分别为0.85、0.82、0.87、0.57、0. 086、0.65、0.74、0.8、0.73、0. 016、0.36和0.4 cm,模型预测性好。此外,以NURBS（non-uniform rational B-spline, 非均匀有理B样条）曲面模拟棉花叶片及棉铃形状,以圆柱体实现茎（节）可视化表达,构建的虚拟生长系统主要包括模型库、数据库和人机界面。【结论】用户输入系统所需的相关参数值,就可较好地模拟显示棉花器官、个体和群体的三维动态生长过程。     

不同棉花品种纤维比强度形成的温度敏感性差异机理研究

 【目的】研究纤维比强度形成存在温度敏感性差异的2个棉花品种纤维发育生理特性对低温的响应差异。【方法】选用纤维比强度形成存在温度敏感性差异的2个品种（科棉1号：温度弱敏感型品种,苏棉15：温度敏感型品种）,通过分期播种,使相同果枝部位棉铃发育处于不同的温度条件,研究低温对棉花纤维发育相关物质含量和酶活性的影响。【结果】正常播期条件下,棉纤维发育期日均最低温为24.0和25.4℃,棉纤维中蔗糖合成酶活性高,β-1,3-葡聚糖酶活性低,蔗糖转化率和纤维素含量均较高,最终纤维比强度最高;晚播所致的低温（棉纤维发育期日均最低温低于21.1℃）则显著影响棉纤维发育,蔗糖转化率、纤维素含量、β-1,3-葡聚糖含量均下降,纤维发育相关酶活性中蔗糖合成酶活性下降、β-1,3-葡聚糖酶活性上升,导致纤维比强度降低。2个纤维比强度形成存在温度敏感性差异的棉花品种纤维发育生理特性对低温的响应存在差异,温度敏感型品种（苏棉15）的蔗糖转化率、纤维素含量及酶活性（蔗糖合成酶、β-1,3-葡聚糖酶）在因播期形成的不同温度间的变化幅度明显大于温度弱敏感型品种（科棉1号）。【结论】低于21.1℃的日均最低温影响棉纤维发育及纤维比强度形成,不同棉花品种纤维发育相关的物质含量、酶活性对低温的响应存在差异,这可能是导致纤维比强度存在温度敏感性差异的主要原因之一。     

花铃期干旱对不同部位棉铃对位叶糖代谢及铃重的影响

以美棉33B为材料,于棉花中部果枝开花时进行干旱处理(土壤相对含水量由(75±5)%自然减少直至吐絮),研究花铃期干旱对棉铃对位叶糖代谢及铃重的影响。结果表明,花铃期干旱处理,棉铃对位叶净光合速率降低,且中部降幅上部下部;棉铃对位叶可溶性糖含量下部和上部果枝增加而中部降低,蔗糖含量增加而淀粉降低,表明干旱促进叶片光合产物向蔗糖分配;棉铃对位叶蔗糖磷酸合酶、蔗糖合酶活性降低、酸性转化酶活性先降低后增加,且对中部和上部的影响大于下部,表明蔗糖合成受抑制,而其降解先抑制后促进,降低可供外运的蔗糖水平。干旱条件下铃重降低,中部降幅上部下部。因此,棉铃对位叶蔗糖合成减少和外运受抑制是花铃期干旱条件下铃重降低的蔗糖代谢基础。     

施氮量对棉田土壤速效养分和酶活性变化特征的影响

以美棉33B为材料,研究了施氮量对棉田土壤养分和酶活性的影响,为精确农业的精确施肥及棉花产量和品质改善提供理论依据。结果表明,合理施用氮肥能提高0～20cm关键生育期土壤速效养分和酶活性;速效养分质量分数分布特征为苗期和开花期升高、花铃期降低,吐絮期开始回升的趋势。施氮量主要影响0～20cm土壤脲酶和20～40cm剖面磷酸酶时空分布;脲酶活性高值出现比速效养分质量分数最高值早一个生育时期;就某一生育时期而言,脲酶活性与土壤碱解氮、速效磷、速效钾呈极显著的正相关;土壤磷酸酶与速效磷存在显著或极显著相关。整个生育期内土壤速效钾与酶活性呈显著或极显著正相关;脲酶活性高值出现比速效养分质量分数最高值早一个生育时期,为脲酶作为更灵敏的指标提供了有力证据。     

江苏大丰市“双高生态棉”栽培技术研究

介绍了江苏省大丰市"双高生态棉"创建项目实施情况,分析了公顷7500 kg(亩产千斤)子棉试验结果,提出了栽培的技术关键,指出了选用优良品种、促进早发壮苗、合理肥料投入、科学化控、主动防灾抗灾在棉花高产栽培中的重要作用。     

种植密度对棉籽生物量和脂肪与蛋白质含量的影响

以科棉1号和美棉33B为材料,2008年在江苏南京(118o50′E,32o02′N,长江流域下游棉区)和河南安阳(114°13′E,36°04′N,黄河流域黄淮棉区)设置密度试验,研究种植密度对棉籽生物量和脂肪与蛋白质含量的影响。结果表明,不同种植密度条件下,棉籽生物量和脂肪含量的变化过程均符合Logistic生长曲线。随种植密度的增大,籽指和脂肪含量降低,且存在显著的线性负相关关系。而各密度处理棉籽蛋白质含量的变化过程均近似于V字型,随种植密度的增大,棉籽蛋白质含量呈开口向下的抛物线变化趋势,南京、安阳试点分别以每公顷3.3和5.1万株密度处理的棉籽蛋白质含量最高。品种、生态点和开花期对棉籽生物量和脂肪与蛋白质含量的形成动态及其对种植密度的响应趋势没有明显影响。不同种植密度对棉籽生物量和脂肪与蛋白质含量的影响与群体冠层光照条件变化密切相关。稀植强光有利于提高棉籽生物量和脂肪含量,而过高和过低密度均不利于棉籽蛋白质的合成与累积。     

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。     

棉花蕾铃生长发育和脱落的模拟研究

采用车箱理论方法,根据棉花生长发育过程中光合产物的源、库、流关系和供需平衡,定量模拟了不同品种、播期棉花蕾铃发育和脱落动态。结果显示,棉花单株蕾数、成铃数、吐絮铃数的模拟值与观察值之间的RMSE分别平均为3.36、1.57和1.04（个）;单铃重的RMSE为0.15 g;脱落率的RMSE为8.15%。表明应用本系统模拟蕾铃发育和脱落     

棉花纤维素累积特性的基因型差异及与纤维比强度形成的关系

以14个纤维比强度差异明显的棉花品种为材料,研究了棉纤维素累积特性的基因型差异及与纤维比强度的关系。结果表明,棉株不同果枝部位棉铃的纤维素累积均符合Logistic曲线,棉纤维素累积的5个特征值（纤维素快速累积期的起始、终止时期,最大累积速率及其出现的时期,快速累积持续期）在品种间的变异均较大,与纤维比强度的相关系数存在大小和正负的差异。其中,纤维素最大累积速率和快速累积持续期的变异最大,前者与纤维比强度呈极显著负相关,后者与纤维比强度呈极显著正相关。进一步以纤维素最大累积速率和快速累积持续期为变量,在同样欧氏距离下,基于棉株上、中、下3个果枝部位数据的聚类结果不完全一致,但总体上14个品种可分为纤维素累积快、平缓、中等3种类型,德夏棉1号、科棉1号和美棉33B分别是其中心品种。同时以纤维比强度为变量的聚类分析表明,这3个品种又分别是低强纤维、高强纤维、中等强度纤维3种类型的中心品种。总之,在棉纤维发育过程中,纤维素累积特性存在明显的基因型差异,且高强纤维的形成是以纤维素平缓累积为基础,纤维素累积过快似乎不利于纤维比强度的形成。     

棉花花后果枝叶生物量和氮累积特征及临界氮浓度稀释模型的研究

在大田栽培条件下,于江苏南京（长江流域下游棉区）和河南安阳（黄河流域黄淮棉区）设置了棉花施氮水平试验,依据Justes的临界氮浓度稀释模型确定方法,研究棉花花后果枝叶临界氮浓度稀释模型及其与棉花产量的关系。结果表明, 花后棉花果枝叶的生物量增长和氮吸收累积均受施氮水平的影响,其动态变化符合S型曲线,氮累积的快速起始时间较干物质早2~4 d;棉花产量与果枝叶氮浓度关系密切,氮浓度过高或过低均不利于产量形成,花后果枝叶存在氮奢侈消费现象;棉花花后果枝叶氮浓度随施氮量的增加而增加、随生育进程而降低,其干物质累积量与氮浓度间符合幂函数关系,2试点果枝叶氮稀释曲线模型形式相同,但参数不同,不同气候区域存在独立的果枝叶氮临界、最高和最低稀释曲线模型;根据果枝叶氮浓度与产量间的关系,安阳、南京2试点,棉花果枝叶在盛花期和吐絮期的适宜氮浓度分别为4.93%、3.70%和3.33%、3.01%。临界氮稀释曲线的氮营养指数和异速生长模型对果枝叶氮营养状况的诊断与此相符。临界稀释模型具有明确的生物学意义,可以作为定量诊断果枝叶氮营养动态变化的指标之一。