不同株型水稻叶倾角群体分布的模拟

 以株型因子为参数，建立了不同株型品种水稻叶倾角分布模型。对该模型进行验证，模拟值与实测值的1∶1回归直线的R2和RMSE分别为0.9472和3.93%。用本模型对3种株型、6个冠层高度和7个生长期的水稻冠层叶倾角分布的模拟结果表明，3种株型水稻叶倾角分布不同，紧凑株型的两优培九叶倾角较大，叶片挺立；松散株型的汕优63叶倾角最小，叶片披垂；中间型两优Y06介于两者中间，与实际观察结果一致。同一品种7个生长期叶倾角分布不同，从分蘖期到孕穗期，冠层叶倾角逐渐变大，叶片逐渐挺立；从孕穗期到成熟期，两优培九叶倾角变化不明显，汕优63和两优Y06则逐渐变小，叶片逐渐披散，其中，汕优63尤为明显。同一品种相同生长期的 6个冠层高度叶倾角分布不同，随着冠层高度增加，3个品种的分层LAI均减小，两优培九叶倾角变化不大，汕优63逐渐增大，两优Y06逐渐减小。试验证明该模型具有良好实用性。     

玉米开花规律及其花粉生物学特性研究

[目的]比较研究2个不同玉米(Zea mys L.)品种开花规律及其花粉生物学特性。[方法]供试玉米品种为紫糯18和吉单35。观察和测定指标分别为每日每时雄穗小花开花数量、单株花粉量、花粉活力、花粉直径及密度。[结果]玉米开花主要集中在始花日第2～6天,大部分在07:00～09:00开放。玉米花粉直径为74.6～88.7μm,密度为1.12～1.13 g/cm3。不同玉米品种散粉量差异较大,花粉活力也有不同。花粉活力的持续时间与空气湿度和温度有关,湿度高,气温低,花粉易存活。在20～25℃、相对湿度80%时,多数花粉活力能够保持3 h。[结论]该研究可为玉米育种及转基因玉米扩散模型研究提供科学依据。     

两系杂交稻品种两优培九作物生长率的气候模型及分析

分析两系杂交稻品种两优培九生长速率(CGR)的气候生态特性,对于优化规划种植区域具有积极意义。通过建立大田生长期（返青-成熟）相应于7个气象参数的CGR模型,并依据1980-2002年的气候资料,计算了109个地区（包括季节）的两优培九CGR,按7个水稻种植生态条件类型归纳,平均值变化在13.83～23.44 g/d·m2。华南地区早、晚稻CGR较低,长江中下游流域一季中稻较高,黄淮稻区、四川盆地稻区和云贵高原单季稻区的CGR高达18～22 g/d·m2。综合考虑生长季节的要求和CGR的优势,两优培九的最优化种植区域宜在长江中下游流域和黄淮流域偏南地区。     

转基因水稻B2花粉活力的温度模型

 以含bar基因的抗Basta转基因粳稻B2为材料，分别在5℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃下进行处理，用2,3,5-氯化三苯基四氮唑（TTC）染色法测定了不同温度处理下转基因水稻B2花粉离体0、1、2、3、4、5、6、8、12、14 min后的活力。B2花粉离体后活力呈现“S”型下降，用Logistic模型可精确模拟两者的关系; 其次, B2花粉离体后活力随着温度先升后降，花粉活力的最适温度范围是20℃~30℃，25℃时活力最强，高温对花粉活力的胁迫作用更大。采用指数方程和Logistic方程分段函数，建立B2花粉活力的温度模型，可精确预测花粉存活时间和寿命，为进一步准确估算转基因水稻基因飘移距离提供依据。     

两系杂交稻两优培九的生态适应性研究及其种植区域规划

 【目的】实现两系超级稻两优培九大面积种植，分析其生态适应性，合理规划和选择最适宜种植区域。【方法】在南方稻区8个试验点连续2年进行区域生态适应性试验。根据水稻生长发育和产量形成与种植环境相协调一致的原理，采用生长解析方法，选择生育期（GD）、生长速率（ ）、灌浆速率（ ）和产量指数（YI）为分析要素，分析两优培九在中国南方稻区的适应性。【结果】GD、 、 都可以建立决定系数较高的环境模型，YI可以由GD、 、 综合表达。两优培九出穗的高温促进率，短日下为5级，长日下为3级，短日促进率为4～5级，为中等感光型，在华南双季稻区的生育期稳定性低于长江中下游稻区及江淮稻区。 等值线呈东南-西北走向，与该地区的夏季温度分布基本一致。长江中下游稻区和江淮稻区是 距平+10%的高值区，华南双季稻区为距平负值区。 除了受灌浆结实期的环境影响外，还受到抽穗前积累的干物质量（GW）运转的影响。 等值线基本呈纬向分布，距平-20%线在24°N以南，大致与两优培九作双季连作稻种植的北界一致。24～28°N为 距平负值区域，28～30°N为 距平正值区域，距平+20%区域在江淮稻区。因地势特点， 和 在四川盆地及洞庭湖地区有相对低值区，在云贵高原河谷和湘、黔、川交界的低山丘陵有相对高值区。两优培九YI在南方稻区自南向北递增，平均达到（10.01±2.71）t•ha-1。其中，华南双季稻区为（7.31±1.00）t•ha-1，华中单双季稻区为（9.34±1.28）t•ha-1，长江中下游和江淮稻区为（11.93±2.04）t•ha-1，洞庭湖地区和四川盆地是7.5～9.0 t•ha-1的低YI区，云贵高原河谷地区有15 t•ha-1以上的生产潜力，南方丘陵也有10.5 t•ha-1的高YI区。【结论】在种植区规划上，两优培九宜作为一季中稻，继续向28～30°N华中单双季稻区北部最有利的生态区域发展。     

两系杂交稻两优培九粒重因子的环境模型解析及生态特征分析

为探究两系杂交稻两优培九粒重对气候的反应和生态适应性，用2006年和2007年在南方稻区8个生态点29点次的田间种植试验资料，将粒重解析为谷粒长、宽、厚和比重4个因子，组建了谷粒面积(S)、厚度(H)和比重(ρ)的环境预测模型。相关分析表明，谷粒面积S的影响期在颖花分化期(III~IV期)至花粉母细胞减数分裂期(VI~VII期)，温度是其主要影响因子，有利于谷粒长度和宽度发育的日平均气温( )为27~29℃，最高气温(T_max) 34℃，最低气温(T_min) 24℃。谷粒厚度H与抽穗后1~30 d的Tmax呈二次曲线关系，与 呈负相关。谷粒比重ρ与日照时数(SH)呈正相关，影响时期在抽穗后1~10 d；与Tmax呈负相关，影响时期在抽穗后1~30 d。有利于增加ρ的气象指标是SH达到8 h，T_max低于30℃。用1951—2002年的气候资料模拟计算了95个地区的两优培九千粒重，按7个水稻生态区归纳，平均值变化在25.93~28.01 g之间。千粒重的区域分布明显随纬度而递增，由于地形影响，在湘、赣、粤北地区还表现出一定的经向影响。晚季稻的千粒重则比早季稻高1.39 g。幼穗分化期的温度和灌浆结实期的温度、日照时数是造成两优培九粒重区域和季节特征的主要生态原因。     

海南南繁区水稻基因飘流的最大阈值距离及其时空分布特征

【目的】陵水、三亚、乐东三县(市)是各类水稻(包括转基因水稻)冬季南繁的主要基地或中心。计算并绘制海南南繁区乡镇尺度水稻基因飘流的最大阈值距离图,为南繁水稻育种设置合理的隔离距离提供参考。【方法】采用已建立的水稻基因飘流模型和阈值分析方法,依托南繁区自动气象站资料,计算了该区域乡、镇尺度向不育系和栽培稻基因飘流的最大阈值距离(the maximum threshold distances of gene flow,MTDs),分析其时、空分布特征和影响因子。参照中国农业部有关水稻种子生产的质量标准,阈值分别设为1%和0.1%。【结果】南繁区向不育系的MTD1%平均值为(110±31)m,最短为53 m,最长为195 m。向不育系的MTD0.1%平均值为(169±44)m,最短为75 m,最长为271 m。向栽培稻的MTD1%均小于1 m;MTD0.1%平均值为(3.4±1.1)m,最短为0.6m,最长为5.8 m。向不育系和栽培稻的MTD0.1%两者相差近50倍。南繁区MTDs有2个高值区和4个高值点,3个低值区和5个低值点。以陵水、三亚、乐东为主体的南繁区,地处热带,三面临海,北面有五指山为屏障。冬季盛行东北季风,春季和初夏盛行南太平洋的东南季风和印度洋的西南季风。因此,南繁区的沿海陆地平原大都风速较大;沿海陆地与五指山区之间为中、低山丘陵地带,丘陵的走向和高度决定了该区的风向和风速;五指山南坡附近的丘陵地区,风速会因屏障效应而明显减小。【结论】地形特征和大气环流影响风向和风速,决定了南繁区MTDs空间分布的基本格局:高值区主要分布在该地区的东翼、西翼和南部沿海平原;低值区主要分布在五指山南麓的屏障区域。     

转基因水稻基因飘流研究十年回顾

中国是世界最大的水稻生产国和亚洲栽培稻的起源中心之一。随着中国转基因水稻研发的快速发展,需要研究水稻转基因飘流可能对环境和食品安全带来的潜在风险。基因飘流及其数据是对转基因水稻进行科学评估和监管的重要参数。为此,从2002年开始组建了研究团队,对转基因水稻的基因飘流进行了为期10年的系统研究。取得的结果主要包括:(1)阐明了水稻基因飘流的基本规律,揭示了影响水稻基因飘流的生物学和气象学主控因子。沿水稻开花期的主流风向,采用长方形田间试验设计,分别在三亚、广州和杭州3个点2-3个生长季,研究了纯合转bar基因花粉供体L201或B2(姐妹系,抗除草剂Basta)向19个非转基因受体(包括不育系、常规稻品种、杂交稻F1和普通野生稻)在不同距离上的基因飘流率,明确了转基因向不育系的飘流率最高,向普通栽培稻品种的基因飘流率最低(相邻种植时小于1%或0.1%),向普通野生稻的基因飘流率介于不育系和常规稻之间,向不育系的最大基因飘流率比向普通野生稻和栽培稻要大1-3个数量级;基因飘流率随距离增加呈负指数曲线衰减,且存在急剧降低的"拐点","拐点"的距离与试验点水稻开花期的风速密切相关,广州和杭州为1-2 m,三亚约为5 m;采用圆形、以花粉供体为中心的田间试验设计,以异交结实率很高的不育系博A作受体,清晰地解析了风向与基因飘流率的数值关系,主流和次主流风向下游4个扇区的基因飘流事件累计达90%-96%,而逆风向和侧逆风向4个扇区仅为4%-10%。综上所述,水稻转基因飘流率与常规育成品种间的异交率(一般在1%以下)基本相同,在数量级上转基因并未增加新的风险。(2)建立了以气象资料为参数的水稻花粉扩散和基因飘流普适模型,计算和预测了中国南方稻区17省、市的最大基因飘流阈值距离(maximum threshold distances,MTDs)。受东南季风和地形地貌的影响,中国南方稻区MTDs的空间分布特征为:东西之间有自东向西逐渐减小的趋势,南北之间首先在南方丘陵地区逐渐减小、越过南岭后再向东南沿海地区逐渐增大。(3)利用人工构建的普通野生稻与基因(Bt或bar)飘流后代栽/野F1杂种混栽群体,经多年多代跟踪观察,分析了转基因飘流至普通野生稻后的命运,发现栽/野F1杂种在3-5年后完全消失,混栽群体中检测不到外源的Bt和bar,有理由推测普通野生稻具有自我保护的机制。(4)研究了小规模田间试验中采用花期隔离和布帐隔离措施降低水稻基因飘流率的效果;调查了海南、广东、广西普通野生稻原生境居群与相邻种植的栽培稻花期相遇情况,建立了相应的数据库;研究了基因拆分技术作为生物学限控措施从根本上限控基因飘流的效果;以本研究的结果及对国际上主要农作物基因飘流的调研数据为基础,提出了在水稻基因飘流风险评估和监管中采用分类管理和阈值管理的原则。在10年回顾和科学分析的基础上,对未来研究的重点也进行了展望。     

不同品种水稻开花量估算模型

以粳稻、籼稻和不育系3个类型10个水稻品种为试验材料,观测其逐日开花率和逐时开花率、每日始花穗数和开花总颖花数。利用正态分布函数模拟单穗理论开花率,并考虑温度、湿度、降水量、日照时数对开花率的影响,建立了开花率差值的逐步回归方程,进一步估算群体开花量的动态变化。结果表明,水稻的花期、花时性状主要由品种的遗传特性决定。粳稻的开花率峰值最明显,出现时间为11:48-12:22,开花历期较长,平均为7.7d;籼稻的峰值出现时间为9:36-10:53,开花历期平均为6.0d;不育系的开花率峰值不明显,开花历期平均为7.0d。研究同时表明,气象条件会改变水稻的开花习性,使逐日和逐时开花率相对差值分别在-16.85%~28.78%和-66.88%~95.03%的范围内波动,其中籼稻和不育系对气象条件的变化敏感程度较高,多数品种的开花率差值与温度、湿度的相关系数通过了0.05或0.01水平的显著性检验。因此,考虑气象条件对开花率的影响,可明显提高单穗开花量的拟合效果,有助于完善群体开花量模型。研究结果对掌握水稻开花生物学特性、了解气象条件对水稻开花习性的影响以及为水稻杂交育种和雄性不育系研究提供依据具有积极意义。     

两系法杂交稻安全制种的低温防御灌水理论与技术

 归纳了中国南方稻区8月中下旬低温的发生频率、强度和持续时间。明确了保证两系法杂交稻制种纯度的灌水增温幅度以2℃为宜。测定了培矮64S育性敏感期的幼穗高度和冠层结构特征，分析了灌水后冠层增温的空间和时间规律。结果表明，灌水的有效增温高度在株高40 cm以内，以20 cm处最为显著，平均可达3.1℃。提出防御低温的灌水技术为：15～20 cm的灌水深度；流动灌水；晴（昙）天17时灌水，次日10时排水，阴（雨）天24 h灌水；田块比较大时，适当增加入水口和出水口数量。通过不育系花粉育性和自交结实率的观测，证实了该技术的有效性。