棉花茎枝叶形态模型研究

 在2005－2006年盆栽试验基础上,系统分析了生态因子对棉花主茎叶、果枝叶和主茎节间、果节形态发生的影响,量化了温度、氮素、水分、化控（DPC）等与棉花各器官形态建成的关系,构建了基于有效积温（GDD）、以Logistic模型为基础的棉花主茎和果枝的叶片长度、宽度、叶柄长度及主茎节间、果节长度和粗度形态发生的动态模型。利用不同氮素水平、不同品种、水分、化控试验资料对模型进行了检验。结果表明,棉花主茎和果枝的叶片长度和宽度、叶柄长度及主茎节间、果节长度和粗度的模拟值与观察值之间均方差根（RMSE）分别为0.66 cm、0.87 cm、0.77 cm、0.57 cm、0.77 mm、0.43 cm、0.55 cm、0.43 cm、0.73 cm、0.56 mm,棉花器官形态发生的模拟值与观测值具有较好的吻合度,说明模型具有较好的预测性和准确性     

水稻叶色变化动态的模拟模型研究

定量描述叶片颜色变化的动态过程是植物生长数字化和可视化的重要内容。本研究通过对不同水稻品种和不同水氮处理条件下主茎和分蘖不同叶位叶色变化过程的连续观测和定量分析，构建了水稻叶片颜色随生长度日变化的动态模拟模型。水稻叶片颜色变化的基本过程可以用3个阶段的SPAD值分别表达，第一阶段为基于幂函数的伸长期，叶色逐渐增强，第二阶段为相对稳定的功能期，叶色基本不变，第三阶段为基于二次曲线的衰老期，叶色逐渐减弱；并基于二次曲线方程分别描述了叶片含氮量和含水量对叶色变化过程的调控效应。在此基础上，进一步建立了叶片SPAD值与叶色组分（RGB）值的关系模型。利用独立的水稻田间试验资料对所建模型进行了测试和检验，显示主茎不同叶位叶色变化3个阶段模拟值的均方根差分别为2.58、3.69和3.82，4个分蘖不同叶位叶色变化模拟值的均方根差分别为4.65、4.39、3.51和4.25；SPAD值与叶色组分间模拟值的均方根差分别为2.98和3.25。表明本模型可较好地模拟不同生长条件下水稻不同茎蘖上不同叶位叶色的动态变化过程，从而为实现水稻生长系统的数字化模拟和可视化显示奠定了基础。     

水稻叶曲线特征的机理模型

通过对水稻叶片的受力分析，推导了叶曲线方程，并进行了影响系数的参数化和方程求解。对叶曲线方程的灵敏度分析表明，方程较好地体现了叶长、叶宽、叶形、比叶重和叶片形变系数等参数对叶曲线的综合影响，与生产中水稻株型特征变化相一致。进一步利用三维数字化仪获得的不同品种类型水稻拔节期和孕穗期叶脉空间坐标试验数据对叶曲线方程进行了模拟分析，结果表明叶曲线方程可以合理而可靠地定量描述水稻叶曲线特征的动态变化规律。     

增强叶片氮素输出对水稻分蘖和碳代谢的影响

增施氮肥是保证水稻高产的重要栽培措施,但高氮肥投入所增加的植株氮素积累大部分滞留在营养器官中,对产量的促进作用有限。叶片是氮素储存的主要器官及籽粒氮素的主要供给源。为了明确植株中氮素分配对水稻生长的影响,本研究将拟南芥铵转运蛋白基因AtAMT1.2在水稻韧皮部特异表达,促进叶片氮素输出,检测转基因水稻植株在不同氮肥浓度下的生长情况。试验结果显示,高氮下pOsSUT1::AtAMT1.2转基因水稻分蘖数、氮素利用效率显著增加,叶片中糖输出量增加,分蘖芽中独角金内酯途径相关基因OsTB1、OsD14表达水平下调。研究说明增加叶片氮素输出能够增大叶片中糖向分蘖芽的转运量,促进分蘖生长,从而提高了有效分蘖数并带来了更高的氮素利用效率。     

水稻叶片形态因子及其在F1代的遗传

以3个光温敏核不育水稻和14个常规水稻品种及用NCⅡ设计杂交获得的42个F1为材料，于分蘖盛期、穗分化期和齐穗期测定了上位展开叶的10项形态因子，分析了不同生育阶段的叶片形态因子及各因子间的相关性并进行回归验证，认为叶长、叶宽、叶角、叶卷度和比叶重是水稻叶片形态的5项基本因子。通过亲本与其F1叶片形态因子的比较，     

小麦茎顶端原基分化的动态模式与特征研究

小麦各类茎顶端原基分化与播种后累积生长度日(GDD)之间均呈S曲线关系, 符合Logistic数学模型, 表明小麦茎顶端各类原基的分化一旦启动, 其分化速率均随着GDD的增加呈现“慢-快-慢”的动态变化规律。 虽然不同播期对苞叶原基和小穗原基的分化模式具有调节作用, 但冬性与春性品种以及主茎与分蘖顶端原基分化的模式基本一致     

水稻冠层结构的动态模拟研究

根据水稻器官生长的生物学规律,在试验研究的基础上,结合生长模型相关输出,构建了普适性的水稻冠层拓扑结构模型。以节间及其着生叶或穗为单位,将水稻植株分解成若干生长单元,来描述水稻植株的冠层拓扑结构;利用Logistic曲线模拟器官伸长过程,并结合器官发育与叶龄关系,确定了各器官的初始伸长时间和伸长历期,构建了水稻植株冠层动态生长模型;最后对模型进行了检验,初步实现了以日为单位的虚拟水稻生长。     

棉花地上部形态建成的光温模型

以不同株型棉花品种为研究对象,基于“同类相似性”原理,借助数学建模和统计分析方法,系统分析光温生态因子对棉花叶片长、宽,叶柄长、粗,主茎节间长、粗,果节长、粗,蕾铃高、直径等形态指标的影响,量化温、光因子与棉花各器官形态建成的关系,构建了基于GDD (growing degree day)和Logistic方程的棉花形态建成光温模型。利用独立的试验数据对模型进行了检验,结果表明,棉花主茎叶片的长度和宽度、叶柄长度、主茎节间的长度和粗度、果枝叶片的长度和宽度、叶柄长度、果节的长度和粗度、蕾铃高度和直径的RMSE值分别为0.48、0.65、0.53、0.09、0.02、0.55、0.28、0.23、0.14、0.17、0.20和0.11 cm。显示棉花器官形态指标的模拟值与检验值具有较好的吻合度,说明模型具有良好的预测性和描述性。     

不同形态氮素营养及水分胁迫条件下赤霉酸对水稻生理特性的影响

以水稻品种金优402为研究材料,采用营养液培养,聚乙二醇模拟水分胁迫的方法,研究不同形态氮素营养和水分胁迫条件下,外源激素赤霉酸对水稻生理特性和生长的影响。试验设置3种水分条件和5种氮素营养(NH4+-N/NO3--N为0/100,25/75,50/50,75/25,100/0)条件,共15个处理:即正常水分处理,作为试验的对照;水分胁迫处理和水分胁迫加赤霉酸处理。结果表明,水分胁迫抑制水稻叶面积扩展,降低叶片相对含水量和叶绿素含量,增加脯氨酸的积累;添加赤霉酸则将除脯氨酸外的上述水稻的各项生理参数显著地提高到接近对照的水平。添加外源赤霉酸可以通过维持水稻膜渗透、增加叶面积、提高叶片相对含水量和叶绿素含量等生理机制,改善水稻幼苗对水分胁迫的适应能力。在水分胁迫下,NH4+-N/NO3--N为25/75的氮素营养最有利于缓解胁迫的影响,水分胁迫添加赤霉酸后,则以NH4+-N/NO3--N为50/50的氮素营养效果最佳。     

棉花地上部生长的功能-结构模型研究

利用2008-2010年棉花密度试验, 分析棉株器官生物量-形态间异速生长关系, 改进COTGROW模型中的发育和形态发生模块, 构建了棉花地上部器官形态建成模型; 基于COTGROW模型模拟数据,与GroIMP可视化开发平台的数据链接, 实现了棉花生长过程的可视化; 利用建立的功能-结构模型对不同密度棉花冠层的光截获量进行了模拟。利用2010年的试验数据检验模型, 结果表明, 棉花株高、主茎节数、果枝数、各果枝果节数、节间长度、节间直径、叶片长度、叶片宽度、叶柄长度、叶柄直径、棉铃长度以及铃直径测定值与模拟值间的均方根误差分别为3.85、0.64、0.52、0.66、1.00、0.15、1.58、2.39、2.54、0.05、0.13和0.10 cm, 模型效果较好; 构建的棉花地上部功能-结构模型可以较好地模拟棉花的形态特征, 并较逼真地显示棉花器官、植株的三维动态生长过程, 可以反映出不同环境条件、不同密度处理下棉花植株的三维形态, 在可视化的基础上模拟棉花冠层空间的光截获量。为虚拟棉作研究提供了技术基础。     

穗肥运筹对不同秧龄机插超级稻宁粳1号产量及群体质量的影响

以超级稻宁粳1号为材料,研究穗肥施用时间对不同秧龄机插水稻产量及其群体质量的影响。结果表明,相同穗肥施用条件下,机插水稻在适龄移栽时其产量、各生育阶段的群体生长速率、茎蘖动态、叶面积指数、光合势等均优于超秧龄移栽水稻。适龄移栽并于叶龄余数4、3 (D4-3)等量施用穗肥时,其产量、拔节至抽穗和抽穗至成熟阶段的群体生长速率、茎蘖成穗率、抽穗后的叶面积指数和群体光合势、抽穗期有效叶面积及其比率、高效叶面积及其比率、上三叶的叶片披垂度均高于叶龄余数5、3 (D5-3)和叶龄余数5、4 (D5-4)时等量施用穗肥的处理。而超秧龄移栽时,D5-4处理的产量、抽穗至成熟阶段的群体生长速率、拔节后各生育时期的群体茎蘖动态、群体叶面积指数、有效分蘖临界叶龄期(N-n)后的群体光合势、抽穗期有效叶面积和高效叶面积、基部3节间长度及3节间总长占秆长比例均优于D5-3和D4-3处理。说明机插水稻适龄移栽对水稻高产的获得尤为重要。适龄移栽时,穗肥于叶龄余数4、3等量施用可以形成良好的群体获得高产,而在超秧龄移栽时,将穗肥施用时间适当提前到叶龄余数5、4,可以促进部分动摇分蘖转化为有效分蘖并最终成穗,适当弥补秧苗因超秧龄移栽而造成的生长量不足,但穗肥的提前施用也使得基部节间过度伸长,增加了倒伏的风险。     

华南双季超级稻秧苗形态性状的比较研究

2007年早、晚季在广州,以最新育成的超级杂交稻强优组合天优10号、天优122、五丰优128、特优138、两优培九,常规超级稻品种玉香油占为供试材料,对其秧苗形态特性作了比较研究,结果表明：在华南稻区早、晚季节生态环境下,供试材料间植株高度、主茎叶片数目、单株茎数、叶鞘基部宽度的差异达显著或极显著水平。这不但证明了以往研究中将这些性状作为华南双季超级稻动态株型育种中秧苗期（大苗）理想形态性状指标的可靠性,而且还完善了华南双季超级稻动态株型育种中秧苗期（大苗）理想形态性状指标,即：早、晚季植株高度分别为35.0～38.9 cm和33.5～37.8cm,早、晚季主茎叶片数分别为5.2～5.8片和4.9～5.2片,早、晚季单株茎数分别为1.5～3.0条和3.0～3.7条,早、晚季叶鞘基部宽分别为0.70-0.75cm和0.51～0.59cm。     

基于生物量的油菜主茎叶片形态参数模拟研究

为了定量油菜主茎叶片形态参数与生物量间的关系,本研究基于2011—2012年和2012—2013年不同品种、移栽密度及施肥水平油菜田间试验,通过观测不同品种和处理油菜叶片长、最大叶宽和叶柄长等形态参数,并分析了上述参数与叶片生物量的关系,构建了基于生物量的油菜叶长、最大叶宽和叶柄长模型。结果表明,在全生育期,不同品种和处理下油菜主茎叶长和最大叶宽均与叶片生物量的平方根成正比,而叶柄长与叶长成正比。所建模型利用截距为0的线性函数描述叶长和最大叶宽随生物量平方根的变化,用直线式描述叶柄长随叶长的变化。经独立试验资料检验,除宁油16叶柄长模型误差较大外,所建模型对其余形态参数均具有较好预测性,为通过生物量将油菜生长模型与形态结构模型结合提供了机理性较强的方法,为建立油菜功能-结构模型奠定了基础。     

光温要素对水稻群体茎蘖增长动态影响的分析及模拟

为研究水稻茎蘖增长阶段光温要素对茎蘖动态的影响,并验证现有茎蘖动态模拟模型中的光温影响方程,以籼型两系杂交稻陵两优268和两优培九为试验品种,进行了为期2年每年7个播期的大田试验。首先,采用Richards方程对茎蘖观测数据进行拟合,获取茎蘖增长动态的特征参数。然后,分析特征参数与茎蘖增长期内平均光温要素和气候要素的关系,并在此基础上,以光温组合因子为自变量,分别构建2个品种茎蘖增长速率和分蘖率的光温组合影响方程,将获取的方程替换水稻群体茎蘖动态模拟模型中的光温影响方程。最后,验证和比较替换前后模型的模拟结果及与实测茎蘖动态的误差。结果显示,受光温要素的共同作用,平均茎蘖增长速率和最大茎蘖密度均与光温要素显著正相关,表明光温要素不仅影响茎蘖增长速率,也影响实际最大群体茎蘖密度,这在构建的光温组合影响方程中得到了较好的反映。较现有模型,替换后模型在茎蘖增长动态上的模拟误差总体减小,模拟的茎蘖增长速率和最大茎蘖密度与实际吻合较好,但在部分验证数据上仍存在较大误差。然而,本文提出的验证和改进光温影响方程的方法,对了解光温影响机制和完善群体茎蘖动态模拟模型具有一定的参考价值。     

水培条件下氮浓度对水稻氮素吸收和分蘖发生的影响研究

本文应用不同氮浓度溶液对早籼稻和晚粳稻代表品种进行水培试验，考虑其对分蘖芽的分化发育和分蘖的发生终止的影响。试验表明，茎鞘含氮率与分蘖的关系甚为密切，在含氮率２．７￣３．３％时，水稻分蘖正常发生；低于１．３％时，分蘖芽的分化发育就停留在三幼一基期；处在中间状态的含氮率，分蘖芽的分化发育进程滞缓，分蘖的出生时间滞后。     

扬稻6号谷壳生长动态及其影响因素的研究

盆栽条件下,以扬稻6号为供试品种,设计不同处理改变谷壳形成期植株的营养水平,研究其对谷壳生长的影响.结果表明,谷壳伸长、增宽过程符合"S"型曲线,可用Richards方程进行拟合(R2=0.9964**～0.9997**);生长曲线中以快增期的生长速度和生长量为最大,以缓增期的生长持续时间为最长,谷壳增宽较伸长稍为滞后;谷壳的长度和宽度主要     

植物生长调节剂对寒地水稻产量和品质的影响

为了研究不同植物生长调节剂对寒地水稻产量和品质的影响,在大田条件下,以寒地水稻‘空育131’为材料,叶面喷施4种植物生长调节剂,调查叶龄及茎蘖动态变化,研究水稻抽穗后物质生产、转运和输出变化,比较农艺性状、产量构成、产量及品质变化的差异。结果表明：与CK相比,叶面喷施ND调节剂明显加速了水稻叶龄进程,增加了水稻分蘖茎数、穗长以及抽穗至乳熟阶段水稻茎鞘物质的输出率和转运率,显著提高了水稻抽穗期的光合势和净同化率,提高了水稻籽粒千粒重、穗粒数以及单株产量,进而提高了水稻产量,实现产量增幅7.04%,BaDao调节剂次之;另一方面,叶面喷施ND和BaDao提高了稻谷糙米率和精米率,以ND表现最佳。而喷施PY显著降低植株高度和节间长度,抑制了水稻株高和节间长度的正常生长,明显降低了稻米的垩白率、垩白大小和垩白度,其次是BaDao调节剂。以上试验研究表明,叶面喷施ND和BaDao调节剂,可提高寒地水稻籽粒产量,改善稻米品质。     

Morphological Classification of Traditional Philippine Upland Rice Cultivars in Upland Nurseries Using Cluster Analysis Methods for Recommendation, Breeding and Selection Purposes

Using eight morphological parameters with six cluster analysis methods, a set of 21 traditional and four improved Philippine upland rice cultivars (cvs) could be separated into five groups: (1) improved semi-dwarf plant type, (2) improved or 'moderately modified' (short) Indica plant type, (3) traditional tall Indica plant type, (4) traditional tall Japonica plant type and (5) traditional short Japonica plant type. The results emphasized the importance of the separation into Indica and Japonica plant types, but the cultivars could be classified more accurately using growth characteristics such as tillering ability, followed by plant height and leaf area parameters. The clusters containing Indica cvs consistently showed a higher tiller number per plant, a higher growth stage (DC classification) and narrower leaves than clusters with Japonica cvs. The parameters culm length, plant height, leaf area, leaf length and width were represented in subgroups with both long and short expression of the respective characteristic. Use of the existing variability of morphological traits within the group of traditional upland rice cvs should be beneficial in recommendation, breeding, selection and development of upland rice cvs for the different rice ecosystems as well as for the upland rice/rice blast pathosystem.