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。     

‘Y两优2号’叶片叶绿素含量QTL的定位

优化叶片叶绿素含量有利于提高冠层光合效率。第三期超级稻品种‘Y两优2号’(YLY2)是由父本‘远恢2号’(YH2)与母本‘Y58S’杂交而成的两系法杂交水稻。‘YLY2’与其父本‘YH2’叶片均具有低叶绿素含量的特性。为鉴定控制‘YLY2’叶绿素含量的关键基因,本研究以‘YLY2’构建的高世代重组自交系(RIL)为材料,利用基因组重测序方法构建了该群体的高密度遗传图谱;通过多年测量不同生长发育阶段的叶片叶绿素含量(SPAD)值,开展数量性状位点(quantitative trait locus, QTL)定位。本研究鉴定出了控制叶片SPAD的15个潜在QTL,并确定了其遗传效应值。研究发现的15个QTL中有4个与以往的研究位于相似位点,同时也发现了全新QTL位点,为鉴定控制‘YLY2’叶绿素含量的关键基因提供了一定的科学依据。     

施肥量对2个超级稻品种叶片SPAD值的影响

为探讨超级稻品种‘松粳9 号’和‘松粳15’叶片SPAD 值的变化规律,明确叶片SPAD 值与产量性状的关系,以超级稻‘松粳9 号’和‘松粳15’为材料,通过田间小区对比试验,研究了不同肥力条件下超级稻‘松粳9 号’和‘松粳15’上部4 个叶片在拔节期、抽穗期、灌浆期、成熟期SPAD 值的变化。结果表明,随着施肥量的增加,2 个超级稻品种叶片SPAD 值呈逐步增加的趋势,施肥量越高增加的幅度越小。在整个调查期内,‘松粳15’叶片SPAD 值明显高于‘松粳9 号’。2 个超级稻品种叶片SPAD 值与每穴穗数、每穗粒数、公顷产量呈正相关,与结实率、千粒重呈负相关,与每穗粒数、结实率相关性更为紧密,相关性达到了显著或极显著水平。     

涝渍胁迫下辣椒叶绿素含量与SPAD值相关性模型建立及应用

为研究涝渍胁迫下辣椒叶片叶绿素含量与SPAD值(single-photon avalanche diode)相关性,使用叶绿素荧光仪和分光光度计法测量辣椒叶片叶绿素含量,探讨正常管理及涝渍胁迫下辣椒叶片叶绿素含量与SPAD值的相关性。结果表明,正常管理条件下所有品种SPAD值与辣椒叶片叶绿素含量呈正相关,能真实评价辣椒叶片叶绿素含量,其中‘汇丰二号’的4个拟合模型相关系数达显著,最优拟合模型为线性方程。涝渍胁迫严重干扰了使用SPAD值评价辣椒叶片叶绿素含量的准确性,短期胁迫与长期胁迫对不同品种的干扰程度存在显著差异。本研究建立了正常管理及涝渍胁迫下辣椒SPAD值与叶绿素含量最优相关性函数,经检验相关系数达显著水平的相关性模型可直接应用到相关研究中,测量SPAD值代入方程即可快速获取叶绿素含量,实现了对辣椒叶绿素含量的无损检测。     

华南晚籼杂交稻叶片SPAD值及其一般配合力和遗传效应的动态变化

本研究旨在揭示华南晚籼杂交稻叶片SPAD值一般配合力及遗传参数的动态变化规律,为华南杂交水稻的高产高效新品种培育提供相关的科学依据。以华南地区生产上广泛应用的3个籼稻不育系和6个籼稻恢复系配置了18个不完全双列杂交组合,分析不同发育阶段叶片SPAD值及其一般配合力及遗传效应的动态变化规律。结果表明：杂种及其亲本叶片SPAD值移栽后呈逐渐下降趋势,于幼穗分化期（栽后43或50 d）达到最低点,始穗期(60 DAT)后快速下降。不同组合以及同一组合在不同发育时期叶片SPAD值存在较大差异。灌浆结实期至蜡熟期,‘荣丰A’、‘五丰A’、‘华占’和‘广恢308’及其相应组合叶片SPAD值下降较快,而‘明恢63’和‘桂99’及其相应杂交组合依然保持相对较高的SPAD值,并与亲本SPAD值一般配合力的动态变化相一致。除分蘖始期叶片SPAD值以特殊配合力为主外,达70.76%,其余发育阶段叶片SPAD值均以一般配合力起主导作用。杂种叶片SPAD值在生殖生长阶段的遗传力(21.90%～63.89%),显著高于其营养生长阶段的遗传力(8.02%～14.79%);其遗传效应以加性效应为主,同时存在显性或/和...     

用机器视觉技术获取棉花叶片叶绿素浓度

运用机器视觉技术获取棉花叶片颜色特征，建立棉花叶片叶绿素测定模型。研究表明，（1）RGB颜色系统的B/R、色度坐标b、b/r值及HIS彩色系统中的饱和度S值均与棉叶叶绿素含量显著或极显著相关，可用于测定叶片叶绿素浓度；（2）棉花叶片正、背面RGB、HIS颜色系统的颜色特征值与叶绿素浓度的相关性高度一致，且叶片背面的颜色特征值与叶绿素浓度之间的相关性更高；（3）基于机器视觉技术建立和筛选出了6组棉叶叶绿素含量预测模型，预测误差在7.8%~13.65%之间。为棉花生长的快速监测提供了依据。     

基于水稻不同生育期叶绿素值推荐追施氮量的研究初报

为研究水稻生育期内不同施氮量、叶绿素值与产量之间的相关关系,提出基于叶绿素诊断值的合理推荐施氮量,为宁夏灌区水稻合理追施氮肥提供科学依据。采用多点田间定位试验研究不同施氮处理下水稻不同生育期内的叶绿素SPAD值动态变化规律,并对水稻叶绿素SPAD值、施氮量和产量进行回归统计分析。结果表明:从分蘖期开始,水稻叶绿素SPAD值随着生育期的推进逐渐增加,在分蘖后期到拔节初期SPAD值达到最高点,然后在孕穗期-抽穗期-乳熟期SPAD值呈下降趋势;水稻不同生育期叶片叶绿素值与施氮量呈正相关,随着施氮量增加,叶绿素值也增加;水稻孕穗期、抽穗期前期叶绿素值与产量呈正相关,从而提出基于水稻不同生育期叶绿素诊断值的氮肥推荐追施量,在分蘖-拔节期间,叶绿素SPAD值要达到32～35之间,追施氮量在30～60kg/hm2;在拔节-孕穗前期,叶绿素SPAD值要达到35～40之间,追施氮量在45～75kg/hm2,在孕穗后期,叶绿素SPAD值控制在40～45之间,追施氮量在15～30kg/hm2,若叶绿素SPAD值超过40～45之间,可以免追穗肥。     

基于机器视觉的棉花群体叶绿素监测

研究了利用机器视觉技术快速获取棉花群体叶绿素信息的方法，以期获得预测性高的颜色特征参数。结果表明，RGB颜色系统的G－R、(G－R)/(G+R)、r与g的组合值和棉花功能叶叶绿素含量、群体绿色指数呈极显著相关，而且拟合度较高；HIS颜色系统的Hue值和棉花功能叶叶绿素含量、群体绿色指数之间也极显著相关。对筛选出的两组模型进行检验，预测精度在84.07%~93.04%之间，推荐预测精度最高的G－R参数作为获取棉花群体叶绿素信息的最佳颜色指标。G－R预测叶绿素含量和群体绿色指数的模型分别为y=－1.3008+0.2125(G－R)－0.0038(G－R)2（R²=0.8669**）和y=－0.9726+0.1227 (G－R)－0.0016(G－R)²（R²=0.7487**）。     

红叶山茶(Camellia japonica)叶片色素含量与叶色参数的相关性分析

以3个红叶山茶品种‘红叶黑魔法’、‘黑魔法’和‘黑蛋石’为试验材料,分别测定叶片不同发育阶段叶绿素、类胡萝卜素、总花青苷含量及叶色参数L~*、a~*、b~*值,并通过相关性分析探讨叶色参数与叶片色素含量变化之间的关系。结果表明,首先,3个不同发育阶段叶片中叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量呈上升趋势,不同品种同一发育阶段的色素含量相近。‘红叶黑魔法’和‘黑蛋石’叶片总花青苷含量在新叶展开10 d左右达到最大值,此后极显著下降,而‘黑魔法’叶片的花青苷含量则变化不大。其次,从色素比值来看,在新叶展开10 d时,花青苷的所占比值最大,‘红叶黑魔法’和‘黑蛋石’的花青苷比值分别达到87.88%和79.08%,极显著地高于叶绿素所占比值。到50 d时,花青苷比值下降至31.74%和23.68%,且3个品种花青苷含量相近,而叶绿素和类胡萝卜素比例则显著增加,这一结果较好地解释了这3个品种叶片的呈色变化,说明花青苷含量及其各种色素含量的比例变化是导致红叶山茶叶色变化的主要原因。最后,3个品种的a*值均与花青苷含量呈显著正相关,而与叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素呈负相关,a~*值可作为描述红叶山茶品种叶色变化的代表性参数。     

四种臭椿不同叶位叶片色素组成及分布变化

为揭示臭椿不同叶位叶色变化生理机制,以期为臭椿的育种和推广提供依据。以4种臭椿（‘朝阳椿’、‘千红椿’、‘普通臭椿’、‘聊红椿’）的1年生无性系苗木为材料,对5个存在明显叶色转换的叶位的叶片色素含量、叶色参数、以及叶片表皮和横切面的结构和颜色进行观测。结果表明：各品种随着叶位的下降,总叶绿素(Chl)含量和类胡萝卜素(Car)含量均显著增加(P<0.05),花青素(Ant)含量、Car:Chl和Ant:Chl均显著减少(P<0.05),叶绿素a与叶绿素b的含量比值(Chla:Chlb)呈增加趋势。同一叶位Chl、Car含量以‘普通臭椿’和‘千红椿’较高、Ant含量以‘千红椿’最高、Ant:Chl以‘朝阳椿’和‘千红椿’较高、Car:Chl和Chla:Chlb均以‘朝阳椿’最高。各品种叶肉厚度(LM)和栅栏组织厚度(PT)均随叶位下降而增加(P<0.05),各叶位LM和PT多以‘朝阳椿’和‘聊红椿’较大。各叶位亮度L*值、黄蓝属性色相b*值、彩度C*值多以‘朝阳椿’最大（叶位4时最大）,叶位1～4的红绿属性色相a*值均以‘朝阳椿’和‘千红椿’较大（叶位1时最大）。叶片腺...     

基于数码相机的水稻氮素营养诊断

作物叶片的颜色与其氮素营养状况密切相关,因此可以用叶片的绿色程度来反映其氮素水平。为了量化水稻叶片颜色特征并建立其与氮素营养状况间的关系,使用数码相机拍摄了不同品种、氮肥用量的水稻叶片图像,并比较了3个图像特征参数色相(H, Hue)、明度(V, Value)、深绿色指数(DGCI)与SPAD值及水稻叶片含氮量的关系。结果表明,H、V、DGCI与SPAD值间存在良好的线性关系,拔节期、孕穗期DGCI和SPAD值间的决定系数分别为0.62**、0.60**。同时,3个特征参数和叶片含氮量间也存在良好的线性关系,孕穗期H、V、DGCI与叶片含氮量间的决定系数分别为0.53**、0.63**、0.59**。利用图像特征参数对水稻进行氮素营养诊断时选择孕穗期较好,3个特征参数中V较稳定,与水稻氮素营养间关系最好。     

沿黄稻区主要水稻品种的需肥规律、叶色动态与施氮技术研究

３种供试水稻品种的营养需求存在差异,生育期间吸收氮、磷、钾的绝对量以郑稻６号最多,黄金晴最少;郑稻６号对氮的吸收积累在生育中前期相对较低,在抽穗至成熟阶段相对较高。因此,施肥时应充分考虑品种需肥特点,以保证高产高效。水稻叶色与施氮量相关,低氮时水稻倒二叶叶色值（ＳＰＡＤ）变幅为４１．８～２２．１,中等施氮量时为４４．３～２６．４,而高氮量时为４４．６～３２．３。采用中等施氮量（Ｎ２２５．０）时,水稻齐穗前叶色值一直保持在３７以上,且后期叶色绿而不浓。因此认为,水稻齐穗前倒二叶ＳＰＡＤ值３７可作为是否追施氮肥的参考指标。     

蝴蝶兰叶片生长曲线与环境积温的关系研究

为研究蝴蝶兰生长发育与环境积温之间的关系,运用纸片法、校正系数计算和线性回归分析法对蝴蝶兰叶面积计算公式进行优化,进而建立蝴蝶兰叶片生长速率曲线,并对曲线进行拟合和分析。研究结果表明,蝴蝶兰营养生长期间叶片总面积S 与积温T 呈二次函数关系,数学模型为S=0.043T2+21.36T+215.60。生长模型能较好地反映蝴蝶兰叶片营养生长期内的生长动态变化。运用生长模型对蝴蝶兰叶片生长量进行生长曲线的拟合和分析是可行的。     

作物模型中单叶最大光合作用速率的温度响应修订

作物的光合作用对温度变化敏感, 其温度依存性随品种、生长环境的变化而改变。基于光效率模型的作物生长模型, 在应用中很少对光合作用的温度影响参数值进行订正, 且在全生育期使用相同的参数值, 难免会增加干物质模拟的误差。为此, 本文以ORYZA2000模型为例, 提出了一种修订光合作用温度影响参数值的方法。为确定方法的有效性, 结合2012年和2013年水稻品种两优培九的温度梯度控制实验, 首先利用抽穗开花期光合作用观测曲线提取了不同温度水平的光合作用参数值, 然后结合Arrhenius方程和Peaked方程建立了温度敏感性参数的温度影响方程。将这些方程代入机理性光合作用模型, 模拟了单叶最大光合作用速率与温度的曲线关系。最后, 以归一化后的曲线关系修订作物模型参数值, 并利用两年地上部分生物量(WAGT)观测值对其验证。结果显示, 两优培九单叶最大总光合作用速率随温度的变化关系不同于ORYZA2000的默认设置, 修订后的最适温度为38~40°C, 高于默认值。在10~20°C的低温段, 修订后的温度影响系数低于默认值。从WAGT模拟值的相对误差看, 修订后较修订前平均降低约3.3%。本研究为改进干物质模拟精度和分析不同品种光合作用的温度依存性提供了重要参考。     

采用SPAD仪进行甜菜氮素营养诊断技术研究

为研究甜菜大田栽培及生产过程中氮素的营养状态,以便及时补充氮素亏缺,使用SPAD-502仪(soil plant analysis development)测定了甜菜叶片不同叶位和叶序的SPAD值,发现SPAD值的分布特点及其规律性,建立了基于SPAD值的氮素营养快速诊断方法。试验设计了室内盆栽及田间试验,对不同基因型、不同发育阶段甜菜叶片不同叶位叶序的SPAD值进行测定,统计并分析SPAD值与叶片的叶绿素含量及植株全氮含量的相关性。结果表明：甜菜叶片SPAD值在不同叶位及叶序上有差异,其中叶片尖部SPAD最大值出现的次数与叶片侧缘部和叶片基部相比较有较明显优势,施氮及不施氮处理均达到50%以上;4~6片真叶期后最高叶片SPAD值与测得的同株叶片的SPAD值有较显著的相关性,所以最高叶片的叶片尖部可作为甜菜叶片SPAD值的最适测定部位;增加施氮量能提高叶片SPAD值;不同品种间叶片SPAD值也有差异;SPAD值与不同发育阶段甜菜叶片的叶绿素含量以及植株全氮含量分别建立线性方程,拟合后发现叶片SPAD值和总叶绿素含量之间为极显著相关,与植株含氮量之间为相关性显著。因此,利用叶片SPAD值可实时监测甜菜生长与光合效应,进行氮素营养的快速诊断。     

水稻抽穗期叶色诊断指标与叶面积指数及结实期光强的关系

叶色是氮素营养诊断最常用的指标，获得准确的叶色诊断指标是水稻精确定量施氮的基础。叶色诊断指标实际上就是稻谷产量最高时的最适叶色。已有报告指出，叶色诊断指标受到群体大小和结实期光照条件的影响。研究的目的是，找出叶色诊断指标随群体大小和光照条件而变化的规律，为精确定量施氮提供理论和技术依据。2004—2005年早季和晚季，在广州以两系杂交稻粤杂122为试材，设置8种不同氮肥处理，进行2年4季田间试验，抽穗期测定叶色(SPAD)和叶面积指数(LAI)，成熟期测产。结果表明：(1)不同季节的最适叶色存在明显差异，4季变动于39~45之间。根据产量与叶色的定量关系，可以准确、快速地确定特定条件下的叶色诊断指标。(2)稻谷产量与抽穗期群体指数(SPAD与LAI的乘积)呈开口向下的抛物线关系。抽穗期SPAD、LAI和结实期日照时数，可以解释不同年度、季节和不同氮肥处理的稻谷产量变异的86%。最适群体指数随着结实期日照时数的增加而提高。(3)最适叶色随着日照时数的增加而提高，随着LAI的增加而降低，3者之间存在显著的定量关系。应用这一关系，可根据结实期光照条件，估计出异地异季的叶色诊断指标。     

棉花氮素和SPAD值叶位分布规律研究

 在盆栽和大田氮肥试验的基础上,研究棉花氮素和叶绿素含量（SPAD值）随叶位的空间分布特征,并对不同叶位叶片的含氮率、SPAD值之间及其与总叶片含氮率和植株含氮率之间的相关性进行了分析。结果表明棉花不同叶位叶片含氮率、叶绿素含量、SPAD值均存在差异,增加施氮量能提高叶片含氮率、叶绿素含量和SPAD值,同时减小叶位间的差异;SPAD值对氮素的敏感性为倒4叶最高,倒2叶最低,而倒1、倒3叶的敏感性排序因品种不同而不同;蕾期、初花期和盛花期均以倒4叶与总叶片及植株含氮率相关系数最高;且适宜氮素水平下,初花期倒4叶SPAD值的变异系数最小。以某一特定叶片的SPAD值或以叶色差的大小来诊断棉花氮素营养状况时,倒4叶是较为理想的指示叶。     

10个黑麦草品种叶片SPAD值、叶绿素含量和蛋白质含量的相关性研究

为了了解不同黑麦草品种的叶片SPAD值与叶绿素含量及蛋白质含量的关系,通过测定了10个黑麦草品种叶片SPAD值、叶绿素和蛋白质含量,对这10个品种的SPAD值、叶绿素和蛋白质含量进行了比较,同时分析了SPAD值与叶绿素含量和蛋白质含量的关系。结果表明：10个黑麦草品种SPAD值、叶绿素含量和蛋白质含量之间差异显著,其中A25、A22品种在SPAD值、叶绿素含量及蛋白质含量都优于其他品种。10个黑麦草品种SPAD值与叶绿素含量、蛋白质含量直线回归显著。这为进一步利用SPAD值来判断黑麦草的叶绿素含量和蛋白质含量提供了依据。