植物形态结构模拟与可视化研究进展

 本文较系统阐述了植物形态结构模拟与可视化研究的社会背景、学术价值和经济意义,从创立与发展、研究与发展的总体趋势和特点、研究居世界先进水平的机构或学者以及领先标志等方面综述了植物形态结构模拟与可视化的研究进展;指出了该研究的前沿领域、空白点及薄弱环节,分析了中国在该研究中的总体水平、差距及其成因;最后在研究展望基础上提出了若干政策建议。     

基于形态参数的棉株可视化系统建模研究

通过对棉株形态拓扑结构特征及空间分布规律的分析,提出一种利用三次样条插值曲线对植物参数进行控制的虚拟植株形态可视化方法,基于此方法生成棉桃、叶片、分枝等器官几何模型,并按照器官位置参数以逐级寻迹的方式构建棉株群体,以MATLAB为开发工具,开发了基于形态参数的棉花可视化系统,进行动态碰撞检测与参数优化,实现了棉株群体可视化展示和三维位置点坐标数据的输出。     

冬小麦返青后株高模拟模型及生长可视化研究

小麦生长模拟模型对小麦生长管理调控、产量预测和经济效益分析等有重要指导作用,针对小麦生长模拟模型和生长可视化不易实现的问题,以冬小麦品种衡观35、济麦22和衡4399为材料,于2015-2016年小麦生长季内开展不同品种和施氮水平的田间试验,通过分析各品种冬小麦返青后株高和有效积温的定量关系,用Logistic方程构建了冬小麦返青后株高模拟模型,经数据检验,株高模拟模型绝对误差在0.01~2.72cm,根均方差(RMSE)在0.4~1.26cm,平均绝对误差(d_a)在0.36~1.11cm,平均绝对误差与实测值平均数的比值(d_(ap))在1.32%~3.46%,结果表明所建模拟模型精度较高,对不同品种冬小麦株高生长具有较好预测性。借助该模拟模型和已有研究成果,本研究构造了不同品种、不同施氮水平下的冬小麦株高生长状态,逼真模拟冬小麦返青后株高动态生长过程,实现了不同品种冬小麦在不同施氮水平下的生长可视化。     

超级杂交稻组合的产量性状和株叶形态分析

[目的]为长江中下游地区实现新的超级杂交稻育种目标提供依据。[方法]以汕优63为对照,采用完全随机区组设计,对11个超级杂交稻组合的产量性状和株叶形态进行分析。[结果]11个组合的产量均高于对照,但有效穗数、结实率和千粒重的平均值均比对照低。有效穗数、穴穗重、一次枝梗数、二次枝梗数、穗粒数、单穗粒重与产量呈正相关。株型优势与产量明显相关,各产量性状之间相互影响。红莲优6号、88S/747、Ⅱ优明86、88S/0293有明显的株型优势,增产幅度均在25%以上。[结论]超级杂交稻主要增产因子是穴穗重、穗粒数、单穗粒重、二次枝梗数、有效穗数和一次枝梗数,株型优势与产量有明显的关系,株叶形态符合"长、直、窄、凹、厚"的标准。     

基于积温变化的水稻叶形态伸展过程可视化模拟

通过分析水稻叶片生长过程中的几何形态数据,构建了水稻叶片几何形态参数与有效积温之间的动态关系模型和水稻叶片空间形态三维模型.结合水稻植株分蘖拓扑结构,利用OpenGL图形接口,在计算机上实现了水稻穗前形态随环境温度动态生长过程的可视化模拟,具有较强的真实感,为构建虚拟水稻生长系统奠定了基础.     

紧凑型玉米合理群体结构的研究

于1990年至1991年选用紧凑型玉米杂交种——湘玉四号,进行了合理群体结构的研究。结果表明,在其产量构成的三因素中,亩穗数是影响产量的主要因素。亩产欲达550公斤,种植密度应是6000株/亩,实收亩穗数在5800穗以上;授粉期最大叶面积指数应在4.7以上,授粉后20天应稳定在4.2左右,到腊熟期还应保持在2.8以上。     

短叶罗汉松雌雄株叶片形态结构特征的比较研究

以成熟的短叶罗汉松(Podocarpus macrophyllus var.maki)叶片为实验材料,运用光学显微镜、扫描电镜和透射电镜对叶片进行观察,比较了雌、雄株叶片在解剖结构和表皮形态上的差异。结果表明:短叶罗汉松雌、雄株的叶片均为异面叶,雌、雄株叶片的栅栏组织厚度、上下表皮厚度、叶片紧密度、上下角质层厚度的差异均达到了极显著水平(P<0.01),转输组织长度、栅海比存在显著差异(P<0.05);雌、雄株的气孔宽度、气孔密度和气孔器长度存在极显著差异(P<0.01);在扫描电镜下,雌、雄株叶片表皮的角质层纹饰、细胞壁等微形态结构存在着明显的性别差异;根据叶片表皮的蜡质能谱分析,雌、雄株叶片含有相同的9种元素,其中雌株的C、O、Si、Au等元素的含量大于雄株,而雌株的Na、Mg、K、Al、Ca等元素含量小于雄株;在透射电镜下观察发现在雌、雄株叶片的栅栏组织内均含有线粒体和叶绿体,且雌株叶片内的线粒体和叶绿体稍大于雄株。     

短叶罗汉松雌雄株叶片形态结构特征的比较研究

以成熟的短叶罗汉松(Podocarpus macrophyllus var.maki)叶片为实验材料,运用光学显微镜、扫描电镜和透射电镜对叶片进行观察,比较了雌、雄株叶片在解剖结构和表皮形态上的差异.结果表明:短叶罗汉松雌、雄株的叶片均为异面叶,雌、雄株叶片的栅栏组织厚度、上下表皮厚度、叶片紧密度、上下角质层厚度的差异均达到了极显著水平(P<0.01),转输组织长度、栅海比存在显著差异(P<0.05);雌、雄株的气孔宽度、气孔密度和气孔器长度存在极显著差异(P<0.01);在扫描电镜下,雌、雄株叶片表皮的角质层纹饰、细胞壁等微形态结构存在着明显的性别差异;根据叶片表皮的蜡质能谱分析,雌、雄株叶片含有相同的9种元素,其中雌株的C、O、Si、Au等元素的含量大于雄株,而雌株的Na、Mg、K、Al、Ca等元素含量小于雄株;在透射电镜下观察发现在雌、雄株叶片的栅栏组织内均含有线粒体和叶绿体,且雌株叶片内的线粒体和叶绿体稍大于雄株.     

小麦生长模拟与三维可视化系统构建技术研究

作物生长过程的三维可视化是虚拟作物研究的关键技术之一,针对小麦形态结构复杂,小麦生长可视化不易实现的问题,以小麦作物为对象,在已有研究成果基础上,结合小麦生长模拟模型和形态结构模型,从系统结构与功能、系统设计与实现、真实感图形渲染技术（颜色渲染、纹理映射、光照处理）等方面入手,构建小麦生长模拟与三维可视化系统,实现了小麦生长模型和形态结构模型的有机结合,最终实现了小麦生长过程的三维可视化。小麦生长模拟与三维可视化系统将为小麦作物生长动态预测、栽培管理调控、作物株型设计等提供形象逼真的可视化工具,为小麦理想株型筛选,高产、高效、抗倒伏设计与优化等提供技术支撑。     

玉米灰斑病研究进展

玉蜀黍尾孢菌（Ｇｅｒｃｏｓｐｏｒａｚｅａｅ－ｍａｙｄｉｓ）引起的玉米灰斑病目前已经发展成一重要病害。该病主要发生在温暖、湿润的地区,各玉米品种之间的抗病性存在明显差异,其抗病性主要受附加基因控制国内外都有一些抗病品种,但是多数品种感病。     

玉米叶斑病菌对23种杀菌剂的敏感性测定

采用孢子萌发法测定了玉米大斑病菌(Exerohilum turcicum)、玉米弯孢霉叶斑病菌(Curvualaria lunata)、玉米灰斑病菌(Cercospora zeae-maydis)孢子萌发对23种杀菌剂的敏感性;抑菌圈法测定了玉米大斑病菌和玉米弯孢霉叶斑病菌菌落生长对各药剂的敏感性.结果表明:3种病菌孢...     

玉米灰斑病发生趋势研究

对玉米灰斑病在黑龙江省的发生情况进行了调查。结果表明：在2005～2007年调查的玉米品种中未发现对灰斑病免疫的品种;三个年度绝大多数品种的发病率都是100%,无年度差异;三年间病情指数大多数集中在10%～30%,属轻度发生,年度间差异不明显。     

玉米弯孢菌叶斑病田间流行动态研究

通过对玉米弯孢菌叶斑病（Curvularia lunata（Wakker）Boed）时间（季节）流行动态和空间流行动态的系统研究,绘制出时间流行曲线和空间流行曲线。研究结果表明,相同菌株在不同玉米品种上及不同菌株在相同玉米品种上的致病性和发展速度有差异,并随着调查时间的延后,病情指数有增加趋势,流行曲线经过升高—平稳的循环过程达到高峰值,8月下旬至9月初各个品种均达到发病高峰。玉米弯孢菌叶斑病以中心传播方式进行传播,随着距菌源中心距离的增大,东、西、南、北各个方向的病情指数均有降低趋势。不同发病时期每个距离调查点的不同方向病情指数存在差异,距菌源中心较远处,东向比西向发病重,而发病前期和发病中期南向比北向发病重,发病后期距菌源中心近处各个方向无差异。     

基于图像处理的水稻叶片三维可视化研究

介绍利用数字图像处理技术提取水稻叶片几何参数及边缘轮廓曲线的方法,分别利用三角网格化技术和贝塞尔曲线来描述叶片边缘信息,并对2种方法进行比较。通过二次生长曲线方程实现了水稻叶片的三维建模及可视化表达。     

玉米叶斑病流行动态及管理综合模拟模型研究Ⅰ.玉米叶片生长子模型

用不同的生长模型拟合玉米的生长发育数据.结果表明,Gompertz模型能较好地描述玉米总叶片数随有效积温变化的动态;Locistic模型能较好地描述玉米总面积和玉米株高的发展变化动态.根据上述模型得到玉米叶面积相对日增量随有效积温发展变化的三参数高斯模型:y=3.505 4EXP{-0.5[(x-1111.4854)/256.095 2]2}(R2=0.9944).     

玉米叶夹角、叶向值主基因+多基因遗传模型分析

为探讨玉米叶夹角、叶向值的遗传规律,以7873/PH6WC的六世代P1、P2、F1、B1、B2、F2为材料,在春播和夏播环境下,田间分穗上、穗下调查叶夹角和叶向值,对其主基因+多基因遗传模型进行分析。结果表明,在春播和夏播环境下,穗上叶夹角和穗上叶向值最适模型均为E-1模型,存在2对主基因。穗下叶向值在春播和夏播环境中都符合D-2模型,存在1对主基因。穗下叶夹角在春播环境中符合D-2模型,但在夏播环境中没有检测到主基因,属于多基因遗传模型(即C-0模型)。夏播环境中,穗上叶夹角、叶向值、穗下叶夹角均检测到较高的主基因贡献率。夏播环境中,穗上叶夹角F2世代的主基因遗传率为85.60%,穗上叶向值主基因遗传率在B2和F2世代分别为88.92%、88.69%,穗下叶向值在B2世代的主基因遗传率为82.43%。但春播环境中,只有穗上叶向值在F2世代有较高的主基因遗传率(90.27%)。玉米叶夹角和叶向值存在较大的主基因遗传率,可以采用单交重组或简单回交转育的方法进行遗传改良。     

玉米圆斑病菌的生物学特性研究

采用形态学和分子生物学方法,鉴定了玉米圆斑病菌并对其生物学特性进行了研究。结果表明,菌落生长最适培养基为PDA,最适温度为25℃;分生孢子萌发的最适碳源为蔗糖,浓度为0.5%,最适pH为7,最适温度为25℃,在不同培养基上分生孢子形态变化比较大。     

玉米抽雄期不同叶位叶片生理特性的研究

以紧凑型玉米郑单958为材料,应用农学和植物化学技术,研究了抽雄期玉米不同叶位叶片的形态和生理特性的区别.结果表明:抽雄期玉米植株中部的第12～14叶位叶片的叶面积较大,叶绿体色素含量、净光合速率、干物质重量、含水量以及蛋白质含量较高,并且各性状之间具有相关性,而下部的衰老叶片和上部的新展开叶片生理活性不稳定,叶绿体色素含量、净光合速率及蛋白质含量均低于中部叶片.对于具有22～23片叶的紧凑型玉米,以第12～14叶的生理性状代表抽雄期玉米植株的生理特性较为适宜.     

光强对玉米幼苗不同叶位叶片花环结构的影响

以玉米为材料,通过观察不同光强下玉米幼苗叶片的显微结构,探讨光强和叶位变化对玉米叶片花环结构的影响。结果表明:在同一光强下,不同叶位的花环结构发育程度不同,在不同光强下,同一叶位的花环结构发育程度也不同。总体上,同一光强下,叶片的花环结构从1-5叶位逐步完善;而同一叶位的花环结构从200、1 300、1 000μmol/(m2.s)到600μmol/(m2.s)光强下逐步完善。