日光温室黄瓜生长发育模拟模型

实现日光温室黄瓜生长发育动态模拟预测,可为日光温室黄瓜智慧生产管理提供技术支撑.本研究依据黄瓜生长发育的光温反应特性,以‘津优35’为试验品种,利用2年4茬分期播种试验观测数据建立基于钟模型的温室黄瓜发育模拟模型.依据温室黄瓜叶片生长与关键气象因子(温度和辐射)的关系,以辐热积(TEP)为自变量构建了黄瓜叶面积指数(LAI)模拟模型;依据单位叶面积光合作用对叶面积指数和日长的二重积分,结合黄瓜不同器官的呼吸消耗,构建了黄瓜干重生产分配模拟模型,结合器官含水量,构建了黄瓜器官鲜重模拟模块.基于各子模块构建了温室黄瓜生长发育模拟模型,确定了模型品种参数并进行检验.结果表明: 日光温室黄瓜移栽期-伸蔓期、移栽期-初花期、移栽期-采收初期和移栽期-拉秧期的模拟值与观测值的均方根误差(RMSE)在3.9～10.5 d,归一化均方根标准误差(nRMSE)在6.5%～28.6%,符合度指数(D)在0.79～0.97.LAI与TEP呈S型曲线变化关系,LAI模拟值与实际观测值的RMSE为0.19,nRMSE为17.2%,D值为0.90.根、茎、叶、花和果干重模拟值与实际观测值的RMSE在0.39～8.94 g·m^-2,nRMSE在10.9%～17.7%,D值均为0.98以上.表明模型能够较准确地模拟黄瓜关键发育期、叶面积和各器官干鲜重,定量化日光温室黄瓜生长发育过程.     

黄瓜霜霉病菌侵染若干因子的研究

研究了温、湿度条件对黄瓜霜霉病菌致病性的影响,结果表明,25～35℃最适宜黄瓜霜霉病的发生,15/35℃的交替温度变化最有利于霜霉病菌的侵染,但35℃以上的高温对霜霉病菌具有杀伤作用;2 h的湿度条件就足以引起侵染,一旦侵入寄主,环境湿度条件对病害的发展影响不大.-20℃低温冷冻保存10个月和干燥放置7 d的霜霉菌种仍具致病力.发病的黄瓜叶片可以连续产生孢子囊,但随着发病时间的延长产生孢子囊量逐渐减少.活体叶片单位面积上产生的孢子囊量比离体叶片大,且显症天数与叶片单位面积产生孢囊量呈抛物线型关系.     

温室甜椒叶面积指数形成模拟模型

叶面积指数是光合作用驱动的作物生长模型以及冠层蒸腾模型所需的重要作物参数,温度和辐射是影响叶片生长的重要环境因子.通过不同定植期、不同品种、不同地点的试 验,定量分析了温室甜椒出叶数、叶片长度和叶面积指数与温度和辐射的关系,构建了温室 甜椒叶面积模型,并利用独立的试验资料对模型进行了检验.结果表明：甜椒出叶数与出苗 后累积辐热积呈指数函数关系;叶片长度与出叶后累积辐热积呈负指数函数关系;甜椒出叶 数、叶片长度和叶面积指数的模拟结果与实测值之间的决定系数R²分别为0.94、0.89、0.93,其回归估计标准误RMSE分别为3.4、2.15 cm、0.15.该模型能够利用气温、辐射、 种植密度和出苗日期准确地预测温室甜椒叶面积指数动态,且模型参数少、实用性强,可以为温室甜椒生长模型和蒸腾模型提供必需的叶面积指数动态信息.     

基于辐射和温度热效应的温室水果黄瓜叶面积模型

依据温室黄瓜(Cucumis sativus)叶片生长与温度和辐射的关系,构建了适合我国种植技术的黄瓜叶面积模拟模型,并利用不同品种、播期的试验资料对模型进行了检验。结果表明,该模型比传统的积温法和比叶面积法更准确地模拟温室水果黄瓜的叶面积。该模型对黄瓜叶面积指数的模拟结果与1∶1直线之间的决定系数R²和回归估计标准误差RMSE分别为0.879 2和0.398 0,比用积温法和比叶面积法模拟叶面积指数的精度分别提高了37%和74%。     

温室环境不同灌水水平条件下DSSAT-CROPGRO-Tomato模型的调参与验证

在沈阳地区日光温室试验的基础上,利用番茄生长模型DSSAT-CROPGRO-Tomato模拟了不同灌水水平条件下温室番茄的生长发育和产量形成过程,并确定了参数估计和模型验证的最优方案.试验设4个处理,全育期的灌水上限均为计划湿润层田间持水率,灌水下限分别为计划湿润层田间持水率的50%(W₁)、60%(W₂)、70%(W₃)和80%(CK).利用DSSAT-GLUE参数估计模块得到遗传参数的不同估计结果,通过对比分析番茄物候期、冠层高度、地上干物质量、鲜果产量、叶面积指数(LAI)、土壤含水率的模拟值与实测值之间的差异,来确定该模型模拟精度.结果表明: 番茄遗传参数--最优条件下最终果实负载所需光热时间(PODUR)的估计值具有较大变异性,变异系数为11.5%,将CROPGRO-Tomato模型应用于不同地区日光温室时,应对此参数进行充分估计,否则会影响其模拟精度.在模型应用过程中,应选用充分灌水处理的观测数据进行遗传参数估计,可以提高模型的模拟精度.此时的绝对相对误差和标准均方根误差值分别为8.7%和10.5%.对作物LAI和土壤含水率动态模拟结果可以看出,灌水水平越高,模型模拟精度越高.留一交叉验证法的总体模拟误差在10.5%～12.5%.说明DSSAT-CROPGRO-Tomato模型可以较为准确地模拟沈阳日光温室不同灌水水平条件下番茄生长发育和产量形成过程.     

定植密度对日光温室甜椒干物质生产与分配影响的模拟研究

2007年10月—2009年5月,在中国山东省寿光市日光温室内设计不同定植密度和不同定植日期的甜椒栽培试验,系统收集温室环境数据和作物生长数据,分析定植密度对日光温室甜椒干物质生产与分配的影响。结果表明,定植密度在2.0—6.7株·m-2范围内,不同定植密度处理的甜椒叶面积指数与定植后天数的关系较好地符合logistic模型,收获时最大叶面积指数与定植密度呈线性正相关。研究发现,不同密度处理的单位面积甜椒生物量与冠层累计截获的光合有效辐射日积分呈线性正相关,单位面积植株干物质增长率和叶片的干物质分配指数随定植密度增加而增加,果实的干物质分配指数随密度增加而减少,茎的干物质分配指数受密度影响不显著。在此基础上,首先构建甜椒叶面积指数模型和冠层光截获模型,然后建立以冠层截获的PAR日积分为尺度的温室甜椒干物质生产与分配模型,并利用独立试验数据对模型进行检验,表明定植密度为2.0、4.0、6.7株·m-2的总干重、叶干重、茎干重、果实干重和产量的模拟值与实测值间基于1:1线的决定系数(R2)分别为0.946、0.891、0.945、0.923和0.867,回归估计标准误差(RMSE)分别为51.97g·m-2、3.53g·株-1、4.72g·株-1、16.4g·株-1和910.8g·m-2,说明所建模型的模拟值与实测值有较好符合度,能够较准确地模拟日光温室甜椒的干物质生产与分配,模型参数少,实用性强,可以为日光温室甜椒产量预测提供决策支持。     

基于逐时温湿度的小麦白粉病指标与模型

为了探索小麦白粉病发生流行与气象条件的动态关系,选择小麦感病品种,在河北省典型麦田安装冠层温湿度监测仪进行观测试验,同时进行大气温湿度的对比观测,得到田间冠层和大气逐时温湿度与白粉病系统调查病情资料,通过分析小麦白粉病流行速度与冠层、大气温湿度及其日变化的关系,提出了“日界限温度累计时”概念,建立了冠层与大气两种尺度白粉病流行速度的温湿度气象等级指标,并建立了基于冠层与大气两种尺度短临温湿度及其日变化的白粉病流行速度预测模型.利用所建指标进行2009年、2010年回代检验,符合率分别为67％、84％,2012年实际测报,符合率为87％;所建立的预测模型综合预报准确率达88％.本文所建立的指标与模型可用于小麦白粉病发生流行的动态监测预警和评估,同时为小麦白粉病气象深入研究提供线索和开拓思路.     

南方现代化温室黄瓜冬季蒸腾测量与模拟研究

 温室作物蒸腾直接影响到温室内空气温湿度,是进行温室温度和湿度优化调控所必需的信息。通过冬季温室小气候和蒸腾速率与气孔阻力的实验观测,分析了冬季南方温室黄瓜(Cucumis sativus)蒸腾速率的变化特征及其与温室小气候要素之间的定量关系,确定了南方现代温室冬季黄瓜冠层阻力rc和边界层动力学阻力ra的特征值和作物蒸腾消耗的潜热占到达冠层上方的净辐射的比例,并采用Penman-Monteith方法模拟计算了冬季温室内黄瓜作物蒸腾速率。结果表明,冬季温室内作物蒸腾速率的日变化趋势与净辐射的日变化基本一致,在正午达一天中的最大值。而空气饱和水汽压差（VPD）的日最大值则基本出现在午后1～2 h。在我国南方温室冬季高湿的环境下（VPD<2 kPa）,作物蒸腾速率日变化主要取决于太阳辐射日变化。冠层上方的净辐射和VPD及作物冠层蒸腾速率日最大值分别在350 W·m－2、2.0 kPa和200 W·m－2以下。冬季温室作物蒸腾消耗的潜热占到达冠层上方的净辐射的比例为46%。冬季黄瓜作物的rc和ra特征值分别为100 s·m-1和600 s·m-1。采用实际变化的rc与ra值和rc与ra的特征值计算的作物蒸腾速率和累积蒸腾量均与实测值基本一致。作物蒸腾消耗的潜热占到达冠层上方的净辐射的比例及rc和ra特征值的确定为研制基于作物蒸腾模型的温室环境和肥水灌溉的优化控制系统奠定了基础。但研究所确定的这些特征值在其它地区和其它类型温室是否适用,尚需进一步的实验资料来证明。     

酸碱微环境对三种黄瓜主要真菌病原菌的影响

以引起黄瓜灰霉病(Botrytis cinerea)、黑星病(Cladosporium cucumerium)、霜霉病(Pseudoperonospora cubensis)的3种真菌病害病原菌为代表,通过对病菌栖息微环境酸碱度的调节,达到控制病害的目的。研究看出,黄瓜的3种主要病害病原菌在p H=3.4～10 .4间孢子萌发和致病力表现基本一致:偏酸性环境(p H=4 .2～6 .2 )促进孢子萌发率和致病力增强而偏碱性环境(p H=7.5～10 .4 )则对其明显抑制;降低叶面微环境的酸度,大大减轻了病害的发生、扩展,特别是对黄瓜灰霉病菌的防治有明显效果     

基于源库生长单位的温室番茄干物质生产-分配模拟

为了量化研究温室番茄果穗间干物质的分配,提高温室番茄栽培的效益,采用源库生长单位的测定方法,将经典的单叶同化物生产模型与GreenLab模型相结合,构建了干物质向源库生长单位内茎节、叶片、果实分配的动态模型,利用越冬茬、早春茬和春夏茬温室番茄各器官的干物质测定数据对模型进行了验证.结果表明:所构建的模型模拟结果与实测结果吻合性较好,不同茬口同化物生产模拟值与实测值的回归方程斜率为0.93,R~2为0.92;源库生长单位内茎节、叶片、果实以及根系的模拟值与实测值间回归方程斜率在0.85～0.89之间,其相对误差(R_e)均值分别为5.3%、5.6%、8.1%和3.6%,说明模型的模拟准确度较高,可为不同茬口温室番茄栽培管理提供理论依据和决策支持.     

Thermal imaging of cucumber leaves affected by downy mildew and environmental conditions

Pathogenesis of Pseudoperonospora cubensis causing downy mildew of cucumber resulted in changes in the metabolic processes within cucumber leaves including the transpiration rate. Due to the negative correlation between transpiration rate and leaf temperature, digital infrared thermography permitted a non-invasive monitoring and an indirect visualization of downy mildew development. Depending on the stage of pathogenesis and the topology of chloroses and necroses, infection resulted in a typical temperature pattern. Spatial heterogeneity of the leaf temperature could be quantified by the maximum temperature difference (MTD) within a leaf. The MTD increased during pathogenesis with the formation of necrotic tissue and was related to disease severity as described by linear and quadratic regression curves. Under controlled conditions, changes in temperature of infected leaves allowed the discrimination between healthy and infected areas in thermograms, even before visible symptoms of downy mildew appeared. Environmental conditions during thermographic measurement, in particular air temperature and humidity, as well as water content and age of the leaf influenced the temperature of its surface. Conditions enhancing the transpiration rate facilitated the detection of changes in leaf temperature of infected leaves at early stages of infection. As modified by environmental conditions, MTD alone is not suitable for the quantification of downy mildew severity in the field.     

基于20 cm蒸发皿蒸发量制定的华北地区温室黄瓜滴灌灌水制度

试验分别于2013和2014年在中国农业科学院新乡综合试验基地进行,以20 cm蒸发皿蒸发量（E_p -20）为灌水依据,设置5种水面蒸发系数（K_cp1:0.25;K_cp2:0.5;K_cp3:0.75;K_cp4:1.0;K_cp5:1.25）代表5种灌水水平,分析了不同水量（I_r）对温室黄瓜滴灌耗水量（ET）、产量、品质以及水分利用效率（WUE）的影响,探讨了以E_p -20制定温室滴灌灌水计划的可行性.结果表明：温室滴灌黄瓜整个生育期内的耗水量在129~314 mm,耗水量随着灌水量的增加而增加.当灌水量超过0.75E_p 20时,各处理之间的产量无差异,平均单果质量、单株瓜条数和平均瓜长对灌水量的响应均存在一个阈值（0.75E_p 20）;品质方面,可溶性固形物、维生素C和可溶性糖含量均随着灌水量的增加而降低,而可溶性蛋白质含量为：K_cp2＞K_cp3＞K_cp4＞K_cp1＞K_cp5;采用修正后的Penman Monteith公式计算温室滴灌黄瓜参考蒸发蒸腾量所得结果与E_p -20呈极显著线性相关关系.可见,在华北地区日光温室黄瓜的滴灌灌水制度选用0.75倍的20 cm蒸发皿水面蒸发量作为灌水依据简单可行.     

寡雄腐霉施用时期对设施黄瓜霜霉病的防治试验

寡雄腐霉是一种对多种植物病害有很好防治效果的新型生物农药。本文通过田间试验明确了寡雄腐霉在黄瓜霜霉病不同发病时期使用时的防治效果。结果表明,寡雄腐霉对黄瓜霜霉病预防效果达到68.9%,发病初期防治效果达到61.9%,发病后期防治效果只有23.5%。因此,在使用寡雄腐霉防治黄瓜霜霉病时一定要在未发病或发病早期使用才能达到理想的防病效果。     

Effects of Heat Shock on Photosynthetic Properties,Antioxidant Enzyme Activity,and Downy Mildew of Cucumber (Cucumis sativus L.)

Heat shock is considered an abiotic stress for plant growth, but the effects of heat shock on physiological responses of cucumber plant leaves with and without downy mildew disease are still not clear. In this study, cucumber seedlings were exposed to heat shock in greenhouses, and the responses of photosynthetic properties, carbohydrate metabolism, antioxidant enzyme activity, osmolytes, and disease severity index of leaves with or without the downy mildew disease were measured. Results showed that heat shock significantly decreased the net photosynthetic rate, actual photochemical efficiency, photochemical quenching coefficient, and starch content. Heat shock caused an increase in the stomatal conductance, transpiration rate, antioxidant enzyme activities, total soluble sugar content, sucrose content, soluble protein content and proline content for both healthy leaves and downy mildew infected leaves. These results demonstrate that heat shock activated the transpiration pathway to protect the photosystem from damage due to excess energy in cucumber leaves. Potential resistance mechanisms of plants exposed to heat stress may involve higher osmotic regulation capacity related to an increase of total accumulations of soluble sugar, proline and soluble protein, as well as higher antioxidant enzymes activity in stressed leaves. Heat shock reduced downy mildew disease severity index by more than 50%, and clearly alleviated downy mildew development in the greenhouses. These findings indicate that cucumber may have a complex physiological change to resist short-term heat shock, and suppress the development of the downy mildew disease.     

根际真菌对黄瓜土传病害的抑制作用

为了了解根际真菌对黄瓜土传病害的影响,通过平板对峙试验和温室人工接种盆栽试验,对分离自根际土的16株真菌开展了对土传病原真菌的拮抗作用和黄瓜土传病害的抑制作用研究.结果表明: 有4株真菌对一种或多种供试病原真菌表现有拮抗作用,其中经鉴定为土曲霉的菌株JCL143对黄瓜枯萎病菌、立枯病菌和菌核病菌3种供试病原真菌均有较强的拮抗作用.在温室盆栽试验中,接种菌株JCL143对黄瓜3种病害的相对防效均在74%以上;而在不灭菌育苗基质的盆栽试验中,接种菌株JCL143对立枯病和菌核病的防效均在85%以上.在用自然土进行的温室盆栽试验中,接种菌株JCL143对伸蔓期黄瓜枯萎病的相对防效平均达84.1%.菌株JCL143的发酵液对3种供试病原真菌菌落生长都有不同程度的抑制作用,对菌核病菌的菌落生长抑菌率达63.3%.发酵液的抑菌活性随处理温度的升高而下降,对碱性pH值比酸性pH值敏感,而对蛋白酶处理不敏感.说明土曲霉是土壤中抑制植物土传病害的重要因素,菌株JCL143的抑病效果稳定,具有潜在的生防应用价值.     

北京4种典型风景游憩林对林内PM2.5的调控作用

为研究风景游憩林中PM_2.5浓度的变化规律及其对气象因子的响应,并分析不同林分对PM_2.5浓度的调控作用,在2013年夏、秋、冬季于北京市奥林匹克森林公园内对北京4种典型结构风景游憩林（华山松-银杏混交林、毛白杨-白蜡混交林、毛白杨纯林、多树种复层混交林）中的PM_2.5浓度及相关气象因子进行实时测定（共28个观测日）.结果表明： 在不同空气污染级别下林分内PM_2.5浓度的日变化无统一规律,但在同一污染级别下4种林分的PM_2.5浓度日变化规律基本一致.当风力为0~2级时,在各污染级别下4片林分内PM_2.5浓度的日均值\[观测时段内（9: 00—15: 00）PM_2.5浓度平均值\]无显著差异.林内PM_2.5浓度与空气相对湿度呈显著正相关（P<0.01）,与气温呈显著负相关（P<0.05）,与风速不相关.相对于林分外空地,林分内PM_2.5浓度变化比例在-21.4%～33.2%,其与空气相对湿度呈显著负相关（P<0.05）,与风速和气温不相关.林分对PM_2.5浓度的调控作用包含增加和降低两种效应,本研究中,这种调控作用发生转变的空气相对湿度临界值为67%.     

树高对马占相思整树水分利用的效应

利用Granier热消散探针,于2004年观测了华南丘陵坡地常见绿化先锋树种马占相思(22年生)的树干液流,同时监测林冠上方的光合有效辐射、气温、相对湿度和0～30 cm的土壤体积含水量.结合树木的形态特征、液流密度和简化的Whitehead & Jarvis公式,分别计算了整树蒸腾、冠层气孔导度和叶面积/边材面积比值,分析了树高对整树蒸腾、冠层气孔导度和叶面积/边材面积比值的影响.结果表明：土壤水分充足时,马占相思整树蒸腾随树高呈二次多项式增加(P<0.01),冠层气孔导度日变化均呈“单峰”格型;在所有光合有效辐射范围内,高树的参比冠层气孔导度和冠层气孔导度对水汽压亏缺的敏感性均高于矮树;叶面积/边材面积比值为（1.837±0.048） m²·cm^-2,并与树高呈幂函数关系.随着树木高度的增加,马占相思没有发生明显的水力限制和补偿.     

北京4种典型风景游憩林对林内PM2.5的调控作用

为研究风景游憩林中PM_2.5浓度的变化规律及其对气象因子的响应,并分析不同林分对PM_2.5浓度的调控作用,在2013年夏、秋、冬季于北京市奥林匹克森林公园内对北京4种典型结构风景游憩林（华山松-银杏混交林、毛白杨-白蜡混交林、毛白杨纯林、多树种复层混交林）中的PM_2.5浓度及相关气象因子进行实时测定（共28个观测日）.结果表明： 在不同空气污染级别下林分内PM_2.5浓度的日变化无统一规律,但在同一污染级别下4种林分的PM_2.5浓度日变化规律基本一致.当风力为0~2级时,在各污染级别下4片林分内PM_2.5浓度的日均值\[观测时段内（9: 00—15: 00）PM_2.5浓度平均值\]无显著差异.林内PM_2.5浓度与空气相对湿度呈显著正相关（P<0.01）,与气温呈显著负相关（P<0.05）,与风速不相关.相对于林分外空地,林分内PM_2.5浓度变化比例在-21.4%～33.2%,其与空气相对湿度呈显著负相关（P<0.05）,与风速和气温不相关.林分对PM_2.5浓度的调控作用包含增加和降低两种效应,本研究中,这种调控作用发生转变的空气相对湿度临界值为67%.     

Identification and characterization of potential NBS-encoding resistance genes and induction kinetics of a putative candidate gene associated with downy mildew resistance in <Emphasis Type="Italic">Cucumis</Emphasis>

Background  

Due to the variation and mutation of the races of Pseudoperonospora cubensis, downy mildew has in recent years become the most devastating leaf disease of cucumber worldwide. Novel resistance to downy mildew has been identified in the wild Cucumis species, C. hystrix Chakr. After the successful hybridization between C. hystrix and cultivated cucumber (C. sativus L.), an introgression line (IL5211S) was identified as highly resistant to downy mildew. Nucleotide-binding site and leucine-rich repeat (NBS-LRR) genes are the largest class of disease resistance genes cloned from plant with highly conserved domains, which can be used to facilitate the isolation of candidate genes associated with downy mildew resistance in IL5211S.