宿根甘蔗光合生产和干物质分配模型的构建

摘要

本文根据甘蔗生物学特性,利用湛江地区种植过的七个甘蔗品种为试验材料,通过田间试验和广泛收集资料,以甘蔗生长发育的生理生态过程为主线,建立了基于生理过程的光合生产动态及其相关模拟模型,包括比叶重动态模型、单株总叶面积动态模型、茎蘖消长动态模型、叶面积指数动态模型、净光合速率动态模型、干物质分配指数动态模型、器官鲜重含水率动态模型以及光合生产动态模型和干物质分配动态模型。其中光合生产动态模型是本研究的重点,它包括单叶光合作用模型、群体光合作用模型、呼吸作用模型和干物质积累模型。通过与干物质分配指数动态模型相结合建立了干物质分配动态模型。利用未参与建模的数据进行参数调试和模型检验,检验结果表明:模型对甘蔗蔗株在生育期干物质积累与分配的总量具有较好的预测效果。但是用此模型来模拟蔗株不同生育期的干物质积累与分配,在某些发育阶段,模拟与实测值间还存在较大差异,故需进一步完善模型,为今后甘蔗生长模型的研究和发展提供科学依据和参考。
　　 根据甘蔗比叶重的在不同生育时期的动态变化情况,用方程y=EXP(a(x-b)2+c)+d进行拟合,拟合结果表明,该模型能较好地模拟不同甘蔗品种叶片比叶重的变化情况。
　　 根据甘蔗群体的叶面积指数和蔗株总叶面积的动态变化规律以及在生长后期都有下降的趋势,本研究用加了二次函数的LOGISTIC方程进行了拟合,这样无论是拟合的精度还是实际的意义都能较好地反应甘蔗群体叶面积指数和蔗株总叶面积的变化情况。拟合结果表明,该模型对甘蔗叶面积指数和蔗株总叶面积的动态变化具有较好的解释性。
　　 通过测定七个不同甘蔗品种在不同生育时期的净光合速率,发现净光合速率随生育时期的变化为一单峰曲线,甘蔗群体茎蘖数也有类似的动态变化,本研究用Lorentzian曲线方程分别进行拟合,拟合结果表明:对七个甘蔗品种净光合速率和茎蘖数动态变化拟合的精度很高。同时通过对七个甘蔗品种净光合速率性状的聚类分析,把七个甘蔗品种分为三类。对每一类分别建立了模型。由于模型中的参数可以反映出不同品种甘蔗光合作用特性,可以为甘蔗的高光效育种提供参考以提高育种效率。
　　 本研究在甘蔗单叶光合作用模型的基础上,构建了温度对光合作用最大速率的影响函数。通过拟合光合作用速率随生育期的动态变化,建立了生理年龄因子对光合作用最大速率影响的模型。根据门司.佐伯的理论来计算甘蔗群体冠层每日的光同化量,再通过同化量与呼吸消耗量之差建立了光合生产与干物质积累模型。
　　 本研究采用某一时刻甘蔗植株地上部各器官干物质重与总干物质重的比例来计算地上部各个器官的干物质分配指数,并以干物质分配指数和生物量为基础模拟了甘蔗地上部各器官干物重的动态变化,从而构建了以干物质分配指数为基础的甘蔗地上部干物质分配模拟模型。通过与甘蔗器官鲜重含水率的动态模拟模型相结合建立了甘蔗单株鲜重动态模型。进一步利用独立的试验资料对所建模型进行了检验,结果显示本模型具有较好的预测性。

目录

文摘

英文文摘

1 引言

1.1 甘蔗生产与育种

1.1.1 甘蔗生产

1.1.2 甘蔗育种

1.2 作物模拟模型的研究与应用

1.2.1 作物模拟模型的概念、类型及意义

1.2.2 作物生长模拟模型研究概况

1.2.3 作物生长模拟模型的应用

1.3 作物模型与QTL定位的结合在作物育种上的运用

1.4 甘蔗模拟模型的研究现状

1.5 技术路线

2 材料与方法

2.1 试验目的与内容

2.1.1 试验目的

2.1.2 试验内容

2.2 试验材料与方法

2.3 测定项目及方法

2.3.1 甘蔗重量及比叶重的测定

2.3.2 光合作用相关指标的测定

2.4 数据处理

2.5 模型假设与构建方法

2.5.1 模型假设

2.5.2 模型构建方法

3 结果与分析

3.1 不同甘蔗品种比叶重动态模型

3.2 不同甘蔗品种单株总叶面积动态模型

3.3 不同甘蔗品种茎蘖消长动态模型

3.4 不同甘蔗品种叶面积指数动态模型

3.5 不同甘蔗品种净光合速率动态模型

3.6 不同甘蔗品种地上部器官干物质分配指数动态模型

3.6.1 叶片干物质分配指数动态模型

3.6.2 蔗茎干物质分配指数动态模型

3.6.3 叶鞘干物质分配指数动态模型

3.7 不同甘蔗品种地上部器官鲜重含水率动态模型

3.7.1 叶片鲜重含水率动态模型

3.7.2 叶鞘鲜重含水率动态模型

3.7.3 蔗茎鲜重含水率动态模型

3.8 甘蔗试验期气候特征

3.8.1 温度

3.8.2 日照

3.8.3 降水量

3.9 光合生产模型

3.9.1 单叶光合作用模型

3.9.2 群体光合作用模型

3.9.3 呼吸作用模型

3.9.4 干物质积累

3.10 干物质分配模型

3.11 产量形成模型

3.12 模型的检验

3.12.1模型检验的材料与方法

3.12.2模型检验结果

4 结论与讨论

4.1 结论

4.1.1 甘蔗光合生产与干物质分配模型

4.1.2 叶片比叶重动态模型

4.1.3 茎蘖消长动态模型

4.1.4 单株总叶面积动态模型

4.1.5 叶面积指数动态模型

4.1.6 净光合速率动态模型

4.1.7 不同器官分配指数动态模型

4.1.8 不同器官鲜重含水率动态模型

4.1.9 产量形成模型

4.2 讨论

4.2.1 本研究的创新之处

4.2.2 模型存在的不足以及今后研究的方向

参考文献

致谢

导师简介

作者简介