基于生理生态过程的大麦顶端发育和物候期模拟模型检验

为测试研究I 模型BarleyGrow,采用4个生态区(南京、扬州、武汉、昆明)、10个大麦品种在不同播期下的顶端发育和物候期资料,对BarleyGrow、YDmodel和SUCROS模型进行对比检验和评价.利用遗传-模拟退火算法确定各品种的遗传参数,提高了应用程序求算参数的精度.从模型的整体预测效果来看,BarleyGrow对不同地区、不同播期、不同品种的各顶端发育和物候期预测准确而稳定,均方差RMSE在1.06～7.94d之间,而YDmodel为6.26～13.35d,SUCROS为11.22～20.28d.各参试品种对BarleyGrow中灌浆期基点温度、生理春化时间、临界日长、最短苗穗期4参数反应敏感.经改进的生理发育时间(PDT)模拟模型(BarleyGrow)对中国广大地区不同温光条件下的大麦顶端发育和物候发育均具有较好的预测效果,尤其对药隔期、二裂期、毛状期、抽穗期、灌浆期、成熟期的模拟精度高而稳定,表现出较强的机理性以及较好的预测性.     

基于生理发育时间的日光温室茄子发育模拟模型

本研究将温度对茄子发育速率影响效应的大小用相对热效应(RTE)来衡量,通过研究Beta函数的性质提出基于幂函数的模型来描述RTE与温度之间的关系.采用生理发育时间(Physiological Development'Time,PDT)作为定量发育进程的尺度,建立了温室茄子发育模拟模型.利用模型对日光温室2年3茬茄子生长发育期资料进行检验的结果表明:模型能较好地预测各个发育期(发芽、苗期、开花座果、结果和采收期)的出现时间和持续时间,各生育期模拟值与观测值的回归估计标准误差(RMSE)分别为1.0d,1.73d,0.82d,1.41d,2.38d,显著优于以有效积温模拟模型的预测精度(其生育期模拟的RMSE分别为2.38d,7.14d,1.73d,5.07d,8.25d).     

棉花生育时期及蕾铃发生发育模拟模型研究

通过定量分析南京、安阳、保定和石河子4个试验点2002年不同播期3个品种(早熟品种中棉所36号、中早熟品种中棉所35号、中熟品种中棉所41号)的生育时期与环境因子之间的动态关系,建立了基于生理发育时间(DPT)的棉花生育期、果枝出现时间及其蕾铃发育阶段的模拟模型.模型的热效应计算考虑了不同棉区昼夜温较差对棉花发育速率的影响以及薄膜覆盖的增温效应,在模型中引入了果枝始节系数(I_FIN)、日照时数因子(F_SH)和果枝节位光照系数(I_FBR).利用不同年份、生态区、基因型的试验资料对模型进行了测试检验.结果表明,不同条件下模拟值与观测值的符合度较好.不同生育时期的模拟值与观测值的根均方差(RMSE)从播种到出苗、出苗到现蕾、开花到吐絮及播种到吐絮分别为0.9、2.2、17和2.1d,平均2.1d;棉株各果节点从现蕾到开花日期的模拟值与观测值的RMSE为1.8～3.7d,从开花到吐絮日期的RMSE值为4.6～5.8d.     

大麦发育模型及其光敏感参数

为了确定光周期对作物影响的连续变化规律,采用大麦自交系为材料,通过大麦自交系从长日照到短日照和从短日照到长日照环境有规律地进行相互转移的试验方法,定量地研究了光周期对大麦自交系诱导的响应。结果表明:光周期对大麦生长发育的影响呈阶段性线性关系。据此将大麦花前期发育阶段划分为基本营养生长期(BVP)、光敏感期(PSP)和光敏感后期(PPP)。建立了光周期影响大麦发育的数学模型,计算出花前期各发育阶段的天数,然后根据大麦光温发育模拟模型确定模型参数:它们分别是f0(最短花前期)、θ1和θ2(光敏感期起始时间和光敏感期终止时间)、δ(光敏感系数);估出96个大麦品系(包括两个亲本)的发育模型参数。计算结果表明,96个大麦品系均受光周期的影响,不同的大麦品系感光性差异较大,最早的在出苗后9.78d就进入光敏感期,最迟的在播种后41.49d进入光敏感期;最快的9.2d通过光敏感期,最慢的光敏感期一直持续到抽穗前;不同的发育阶段光周期对大麦的影响也有明显的区别,表现为光敏感期强烈地受光周期的影响,而在基本营养生长期和光敏感后期的影响较小;并分析了大麦抽穗前各发育阶段的长短与感光性强弱的关系。     

基于生理发育时间和生长度日的烤烟生育期预测模型

利用2010-2011年在云南具有代表性的植烟县开展烤烟种植试验数据,建立基于生理发育时间和生长度日的生育期模型,再利用农业气象观测资料进行模型验证.结果表明：在移栽期之前,两种预测模型都有很好的模拟效果,平均误差日数较低,移栽期之后,受移栽、打顶等农事活动的影响,误差日数增大;使用生理发育时间法进行模拟的预测值与实测值符合度较好,尤其是在移栽期之前,平均误差日仅为2 d,预测精度明显高于生长度日法;受光周期效应的影响,生理发育时间模型在较低纬度地区的模拟效果偏差,而在较高纬度地区模拟精度较高.     

芸薹属植物发育过程中顶端结构的解剖学研究

本文采用解剖学方法研究花椰菜、青花菜、结球甘蓝和大白菜在生长发育过程中顶端分生组织结构的变化及之间存在的差异。结果显示它们的顶端分生组织结构都是由最初幼苗的原套-原体结构逐渐发育到过渡型分区结构、典型化五个分区结构,至开始进入生殖生长时期的四个分区结构(形成层状细胞区消失)。四种植物在进入生殖生长后,顶端分生组织细胞行为不同:大白菜和甘蓝顶端亚外套两侧细胞分裂分化形成顶生叶原基,在顶生叶原基内侧的细胞将进行分裂产生花序侧枝原基。花椰菜和青花菜顶端亚外套两侧细胞分裂形成花序分生组织,花序分生组织增生即为花球体;内部解剖结构表现为分生组织不断分裂增多的过程。这些结果为研究花序表型发生的解剖学本质及分子生物学研究分生组织发育方向奠定了基础。     

糯大麦与非糯大麦颖果发育过程的解剖学与组织化学研究

为了明确糯大麦与非糯大麦颖果发育的差异,该研究以糯大麦代表性品种(‘白青稞’、‘甘垦5号’)和非糯大麦代表性品种(‘扬农啤10号’和‘苏裸麦1号’)为材料,采用体视显微镜观察、组织化学染色、树脂半薄切片和光学显微镜观察等方法,比较研究了糯大麦与非糯大麦颖果及其胚乳淀粉体发育的过程。结果显示:(1)糯大麦和非糯大麦颖果的形态变化,以及鲜、干重和含水率等的变化规律基本一致,生长曲线均呈\"S\"型。(2)两类大麦颖果胚乳和果皮的I2/KI染色结果不同,糯大麦胚乳的I2/KI染色结果为红褐色,其果皮被染为蓝黑色,而非糯大麦胚乳和果皮均被I2/KI染成蓝黑色,表明糯大麦和非糯大麦的颖果果皮里直链淀粉含量都较高,且糯大麦胚乳内以支链淀粉为主,而非糯大麦的胚乳内以直链淀粉为主。(3)糯大麦胚乳淀粉体的出现时间早于非糯大麦,且其中小淀粉体的比例高于非糯大麦,淀粉体充实状况也好于非糯大麦。(4)与非糯大麦相比,糯大麦表观直链淀粉以及总淀粉含量较低,但可溶性糖含量较高。研究表明,糯大麦颖果生长规律与非糯大麦类似,但内含物淀粉的积累规律不同。     

华北区域杨柳科树木春季物候期模拟

杨柳科树木是我国华北区域植树造林的主要树种,但春季的杨柳飞絮问题既影响区域大气环境质量,也对人体健康造成一定的危害,因此准确预报杨柳科树木的春季物候期具有重要现实意义。基于中国气象局农业气象观测网和中国科学院地理科学与资源研究所中国物候观测网提供的华北区域1963—2018年59个站点的4种杨柳科树木(垂柳、旱柳、加拿大杨、毛白杨)的4个春季物候期(开花始期、盛期、末期和果实或种子成熟期)观测数据,对3种基于逐日气温序列构建的春季物候过程模型(简单积温模型、温度三基点模型和冷激-三基点模型)进行了参数率定和优选,分别对这16个基于物种-物候期的最优春季物候模型进行了外部检验。内部模拟结果表明,各模型对同一物种-物候期模拟效果相差不大,均方根误差(RMSE)介于5.5—11.6d,各模型对同一物种发生较早的物候期模拟效果相对更好。通过赤池信息准则(AIC)判定,上述16个基于物种-物候期的最优春季物候模型中,有11个选择简单积温模型,有5个选择冷激-三基点模型,其中,垂柳和旱柳的最优春季物候模型都选择了简单积温模型,加拿大杨的各春季物候期对2种物候模型均有选择,毛白杨的各春季物候期则全部...     

玉米生长生理生态学模拟模型

建立了玉米（Ｚｅａ ｍａｙｓ Ｌ．）生长生理生态学模拟模型（ＭＰＥＳＭ）。模型由５个子模型组成：１）气象资料形成子模型,２）水分影响子模型,３）氮素影响子模型,４）玉米发育子模型,５）玉米生长子模型。ＭＰＥＳＭ具有５个主要功能：１）模拟环境条件（气象因子、土壤湿度和氮素供应）对玉米生长和发育的影响,２）模拟玉米的发育进程,３）模拟玉米的生长过程,４）模拟玉米产量形成过程,５）玉米最优化栽培管理决策     

大麦叶面积指数模拟模型

准确模拟叶面积指数是作物生长模拟模型预测作物生长和产量的关键.本文通过系统分析扬州和武汉地区不同大麦品种高产群体叶面积指数变化动态,建立了大麦群体的叶面积指数模拟模型.大麦叶面积指数是品种叶面积指数扩展的遗传参数和气温日较差、日照时数、辐射量等气候因子及水肥丰缺因子的函数.孕穗抽穗期最大叶面积指数与该期最适叶面积指数是不同的概念,二者之间存在着极显著差异.利用扬州、南京和昆明地区不同品种的播期试验及氮肥试验资料对模型进行了检验,结果表明,模型对大麦叶面积指数的模拟效果较好,模拟值与观测值吻合度高,根均方差RMSE介于0.742～2.865,平均值为1.348.对模拟值与观测值进行y=x的线性回归分析,相关系数R²介于0.511～0.954,均呈极显著正相关.     

行为生态学(十):昆虫社会的经济学(2)

蚁科(Formicidae)昆虫蚂蚁的食性范围很广,食物的分布格局也变化多端,所以,蚂蚁在觅食活动中常常需要个体间的合作。例如,在某些专门吃蜜露的蚂蚁中,小个体蚂蚁专门收集分散的蜜露资源,然后再把蜜露从嗉囊中反吐给大个体蚂蚁,后者则专门负责把食物运回蚁巢内(J.H.Sudd,1967)。在红褐林蚁(Formica rufa)中,常常可以看到两只工蚁互相合作共同搬运1只像家蝇大小的猎物,其效率要比1只工蚁单独搬运高得多(R.Chauvin,1950)。而在大头蚁(Pheidole crassinoda)中,如果1只蚂蚁的力量不足以搬     

小麦发育过程及生育期机理模型的研究I.建模的基本设想与模型的描述

将小麦发育的温度效应曲线化,以发育生理生态过程为基础,利用作物生理发育时间(Physiological Development Time,简称PDT)为尺度,提出系统地预测小麦顶端发育阶段和物候生育期的模拟模型.预测的顶端发育阶段包括单棱期、二棱期、小花原基分化期、雌雄蕊原基分化期、药隔期、四分体期、抽穗期.物候发育阶段包括种子萌发、出苗期、分蘖期、越冬期、返青期、拔节期、孕穗期、抽穗期、开花期、灌浆期、成熟期.模型中用来描述特定品种发育遗传差异的参数有温度敏感性、生理春化时间、光周期敏感性和基本早熟性,分别体现了不同品种小麦在热效应、春化作用、光周期反应以及最早开花时间这四方面的遗传特性,共同决定了不同品种到达各发育阶段的生理发育时间     

不同施氮水平下加工番茄植株生长和氮素积累与利用率的动态模拟

通过3年的大田试验,设置不同的氮素水平(0、75、150、300、450、600 kg·hm^-2)对不同施氮量下加工番茄地上部生物量、氮素累积及利用率的动态变化进行模拟.结果表明: 加工番茄地上部生物量、氮素累积量和氮素利用率随出苗后累积生理发育时间(PDT)的动态变化符合Logistic模型,氮素快速累积起始时间较地上部生物量快速累积起始时间早4～6 d(PDT);瞬时氮利用率随出苗后累积生理发育时间的动态变化呈先增加后降低的单峰曲线.不同施氮水平下,300 kg·hm^-2处理的氮累积量和地上部生物量最多,产量最高.根据Quadratic模型得出,北疆地区加工番茄滴灌栽培的理论适宜施氮量为349～382 kg·hm^-2.     

Predicting spring emergence of blackcurrant leaf midge (Dasineura tetensi) from air temperatures

The mean duration of post-diapause development of overwintered Dasineura tetensi larvae (in cocoons) was 72.8 (SD=11.4), 45.9 (SD=8.6), 28.7 (SD=6.0), 15.9 (SD=4.3), 10.4 (SD=1.9) and 10.2 (SD=1.8) days at constant temperatures of respectively 10, 12.5, 15, 17.5, 20 and 25 °C in the laboratory. No perceptible development occurred at 5 or 7.5 °C and complete mortality occurred when larvae were held at 30 °C for prolonged periods. The relationship between development rate (r days^–1) and temperature (T °C) was sigmoidal between 10 and 25 °C, the logistic equation r=0.0158+0.085/(1+exp(–0.696(T–17.0))) accounting for 98% of the variation. Larvae entered the winter in diapause. Populations of cocoons were greatest in the surface soil in the centre of bushes adjacent to the crown, 69, 15, 9 and 6% of cocoons occurring in the top 0–1, 1–2, 2–3 and 3–4 cm of the soil, respectively. The time of termination of diapause in the field varied greatly between individuals and from season to season but a significant proportion (>40%) had broken diapause by the end of January in each of the three seasons studied. Diapause was not terminated in the laboratory by chilling over-wintered larvae in cocoons at –2.5, 2.5 or 10 °C for up to 28 days nor when held in a L16:D8 photoperiod. A computer-based phenological forecasting model was constructed using the development rate values (using the INSIM software developed at The Agricultural University, Wageningen, The Netherlands). The model accumulated daily development amounts calculated from daily maximum and minimum air temperatures from 1 February, the end of the coldest period of the year on average and before significant post-diapause development occurred. The model uses boxcar trains to simulate dispersion. The model predicted the time of first emergence of D. tetensi adults in spring at HRI-East Malling generally to within 6 days of the observed time of emergence, and to within 11 days at worst. There was poorer agreement between observed and predicted times of emergence when daily maximum and minimum soil temperatures (depth ca. 3 cm) were used. The use of the model to time insecticidal sprays in relation to the flowering time of blackcurrant is discussed.     

昆虫物候模型研究进展

物候是昆虫的重要生物学性状之一。物候模型预测昆虫发育事件的时间,在种群动态、物种分布和进化动态等科学研究以及农林业生产中具有重要作用。本文回顾了常见的物候模型及在昆虫学研究上的应用,包括热性能曲线、生物物理模型、基于概率的模型、分布时滞模型、发育进度曲线、物候匹配模型和物候变迁模型。     

大鲵胚胎发育的初步研究

近年来,由于大鲵Megalobatrachus Davidianus(Blanchard)人工催产和人工授精获得成功,我们有机会对大鲵的胚胎发育进行初步的研究。对无尾两栖类的胚胎发育前人有过许多工作(王希成,1957;王应天,1958;Korschelt,1957;Holmes,1952;Noble,1931)。但对有尾目只在蝾螈科有过一些研究(蔡堡,1978),而隐鳃鲵科的胚胎发育未见有资料报道。大鲵是我国野生珍贵保护动物,有必要研究其胚胎发育的规律,为其繁殖、保护提供重要参考资料。