水稻模拟模型在高温敏感性研究中的应用

以调试校正较高精度的ORYZA2000模型参数及高温敏感性模拟验证为目的, 为模型适应性和本地化提供依据, 利用江苏省9个试验点5个水稻(Oryza sativa)品种的田间观测数据及当地逐日气象数据, 采用ORYZA2000最新版本(V2.13)水稻生长模型, 首先挑选出5个试验点3个品种的观测数据进行模型参数适应性调试校正, 确定了水稻发育生长阶段的各项参数, 然后用该参数对独立样本的4个试验点2个水稻品种地上部分各器官生物量、叶面积指数动态变化过程及最终产量进行了动态模拟。通过t检验和质量评价指标对模拟结果进行了显著性检验。利用通过检验的模型及其参数在假设环境温度不同时间段的持续升高条件下, 开展了高温对水稻生物量及产量影响的模拟研究, 模拟结果的影响幅度与实际高温处理结果的影响幅度进行了比较。结果表明: 1)经过调试校正获得较高精度的水稻发育阶段各参数, 较准确地模拟了水稻生物量和叶面积指数的动态累积过程, 模拟值与观测值基本一致, 说明校正后参数的合理性和有效性; 2)调整参数后高温敏感性模拟结果表明, 孕穗期到开花期温度连续3天、5天、7天升高到35 ℃时, 总生物量、穗生物量和总产量与对照(CK)相比分别下降了12%-25%; 不同时间段连续升高到38 ℃时下降18%-31%; 不同时间段升高到41 ℃时, 各生物量与对照相比分别下降了20%-38%。模型模拟值与控制试验室的观测数据的下降幅度基本一致, 表明经过参数校正的ORYZA2000可以应用于水稻对气温升高响应的预测。     

Application of a rice simulation model in high temperature sensitivity study

以调试校正较高精度的ORYZA2000模型参数及高温敏感性模拟验证为目的, 为模型适应性和本地化提供依据, 利用江苏省9个试验点5个水稻(Oryza sativa)品种的田间观测数据及当地逐日气象数据, 采用ORYZA2000最新版本(V2.13)水稻生长模型, 首先挑选出5个试验点3个品种的观测数据进行模型参数适应性调试校正, 确定了水稻发育生长阶段的各项参数, 然后用该参数对独立样本的4个试验点2个水稻品种地上部分各器官生物量、叶面积指数动态变化过程及最终产量进行了动态模拟。通过t检验和质量评价指标对模拟结果进行了显著性检验。利用通过检验的模型及其参数在假设环境温度不同时间段的持续升高条件下, 开展了高温对水稻生物量及产量影响的模拟研究, 模拟结果的影响幅度与实际高温处理结果的影响幅度进行了比较。结果表明: 1)经过调试校正获得较高精度的水稻发育阶段各参数, 较准确地模拟了水稻生物量和叶面积指数的动态累积过程, 模拟值与观测值基本一致, 说明校正后参数的合理性和有效性; 2)调整参数后高温敏感性模拟结果表明, 孕穗期到开花期温度连续3天、5天、7天升高到35 ℃时, 总生物量、穗生物量和总产量与对照(CK)相比分别下降了12%-25%; 不同时间段连续升高到38 ℃时下降18%-31%; 不同时间段升高到41 ℃时, 各生物量与对照相比分别下降了20%-38%。模型模拟值与控制试验室的观测数据的下降幅度基本一致, 表明经过参数校正的ORYZA2000可以应用于水稻对气温升高响应的预测。     

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.     

大麦叶面积指数的模拟研究

在连续观测和定量分析的基础上,采用单株叶面积最大值作为品种遗传参数,用两段非线性方程构建了大麦叶面积指数随生理发育时间（Physiological development time,PDT）变化的动态模型．模型将经验性和机理性有机结合,考虑了温度和氮素营养对叶片生长的影响,较好的解决了两段非线性方程的衔接问题;不同品种、氮肥处理、播期以及种植地域间检验结果表明,叶面积指数模拟值与观测值的绝对预测误差为0．007-1．486,RMSE为0．109-0．718．     

水稻模型ORYZA2000在湖南双季稻区的验证与适应性评价

校准与验证水稻生长模型ORYZA2000,为模型本地化、区域化研究应用提供依据。本文采用湖南双季稻区作物田间观测数据,结合栽培管理措施、土壤以及同期逐日气象数据等资料对ORYZA2000进行参数校正,调试确定了早稻、晚稻有代表性品种的作物参数;利用独立的数据资料,对双季稻生育期、叶面积指数、生物量、产量等指标的模拟结果进行了详细地验证与适应性评价。结果表明：模型对双季稻品种的生育期模拟较好,开花期和成熟期的相对模拟误差为1—2d;早稻和晚稻叶面积指数的归一化均方根误差（NRMSE）均为24%,地上部总生物量、绿叶生物量、茎生物量和穗生物量的NRMSE值分别为18%、22%、22%、24%和19%、24%、28%、28%,产量的NRMSE值分别为11%和16%。校验的作物参数反映了湖南早稻和晚稻品种的生物学特性,参数值合理、有效。通过校准作物参数,ORYZA2000可较为准确地模拟双季稻生长发育及其生物量的动态累积过程,适应性较强,能够应用于双季稻生产。     

水稻生长动态模拟研究进展

在查阅了国内外水稻生长动态模拟研究领域大量献的基础上,主要就气候变化对水稻生长的影响的模拟,水稻生产潜力的估算,生育期预测,氮肥的优化管理,水稻群体质量指标的模拟与优化以及水稻干物质生产模拟等6个方面的研究动态进行了综述。提出了水稻生长动态模拟模型研究和应用中存在的建模方法,参数确定和生产应用等3个方面的问题,最后对该领域今后的攻关内容进行了探讨,认为进一步研制和完善包括营养元素,病虫害在内的,以作物生理生态为基础的水稻生产系统综合性模拟模型,充分利用以信息技术为主体的现代科学技术,组织全国范围的协作试验以建立水稻品种参数数据库和研制估算水稻品种参数的数学方法,将水稻生长动态模拟模型和专家系统结合,组建水稻生产优化管理决策支持系统,是提高水稻生长动态模拟模型实用性的关键。     

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.     

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     

内蒙古锡林河流域典型草原初级生产力和土壤有机质的动态及其对气候变化的反应

应用Ｃｅｎｔｕｒｙ 生态系统模型,作者模拟内蒙古锡林河流域羊草（Ａｎｅｕｒｏｌｅｐｉｄｉｕｍ ｃｈｉｎｅｎｓｅ）草原和大针茅（Ｓｔｉｐａ ｇｒａｎｄｉｓ）草原在１９８０～１９８９ 年的生物量动态,并估测气候变化和大气ＣＯ２ 浓度倍增对典型草原初级生产力和土壤有机质含量的影响。Ｃｅｎｔｕｒｙ 模拟的生物量季节动态和年际变化同野外实测值显著地吻合。在大针茅草原,野外实测值为１４２．４５～１４４．３７ ｇ／ｍ ２,而模拟值为１２７．０４～１５６．２３ ｇ／ｍ ２;在羊草草原,野外实测值为２１０．３８～２２７．４４ ｇ／ｍ ２,而模拟值为１８９．２５～１９３．９８ ｇ／ｍ ２。根据加拿大气候中心和美国地球物理流体动力学实验室的大气环流模型预测的气候变化数据,气候变化将导致羊草草原和大针茅草原初级生产力和土壤有机质含量显著下降     

气候变化对东北地区玉米生产潜力的影响与调控措施模拟——以吉林省为例

本研究以我国吉林省为例,采用5个典型研究站点1981—2010年的气象观测数据、土壤数据、田间管理资料及玉米产量实测值,应用作物生长模型CERES-Maize对5个不同品种玉米生产潜力进行了模拟,在分析气候因素对生产力影响的基础上,模拟、校准与验证遗传参数,实现应对气候变化、提高作物生产力的调控技术模拟,以期指导作物生产.结果表明: 玉米播种-开花、开花-成熟两个生长阶段天数模拟值和单产的模拟值与实际值极为吻合,归一化均方根误差分别为2.96%、3.40%、9.37%,偏离指数范围为-10.6%～15.2%,玉米光温生产潜力模拟值年均为7799.60～12902.83 kg·hm^-2,每10年下降128.6～880.3 kg·hm^-2;相关性分析表明,影响该地区玉米光温生产潜力下降的主导因素是气候变化,即玉米生育期内温度升高造成的生长期缩短和太阳辐射总量的显著下降.据此模拟的主要调控技术分别是改良玉米品种的耐热性与推迟玉米播种期.遗传参数调控模拟结果表明,玉米光温生产潜力随品种敏感参数P5(灌浆期特征参数,指吐丝至生理成熟大于8 ℃的热量时间)值的增大而呈线性增加趋势,P5值每增加10 ℃·d,玉米光温生产潜力提高154.44～261.10 kg·hm^-2.推迟玉米播期模拟结果表明,除梅河口外,敦化、辽源站点在玉米播期推迟5 d时,光温生产潜力增幅最大,分别为0.47%、1.32%;桦甸、榆树站点在玉米播期推迟15 d时,光温生产潜力增幅最大,分别为1.10%、4.06%.     

壳聚糖酶的克隆表达与壳寡糖的制备分析

目的:克隆壳聚糖酶基因于大肠杆菌中实现高表达,制备壳寡糖。方法:以枯草芽孢杆菌总DNA为模板扩增壳聚糖酶基因(CSN),克隆至载体pET23a(+)上,转化菌株BL21(DE3)。重组子经0.5 mmol/L IPTG诱导后,SDS-PAGE和质谱检测与鉴定重组酶。酶纯化后水解壳聚糖,薄层色谱分析其水解产物。结果:质谱证明壳聚糖酶(31.5kDa)成功表达,表达量占菌体总蛋白的45%左右。纯化后重组酶浓度为900 mg/L,纯度95%、回收率85%,酶活力为10 000 U/mg。壳聚糖降解产物为壳二糖至壳四糖。结论:原核表达载体pET23a(+)-CSN构建正确,壳聚糖酶表达量与活性高,适用于水解壳聚糖制备壳寡糖。     

国内外蝗害治理技术现状与展望

本文首先概述了国内外蝗虫发生与为害的态势,总结了现阶段我国蝗虫发生与为害的主要特点:即农田飞蝗暴发频繁而且严重,草原土蝗的发生时常造成严重的经济损失,而且侵入城市干扰市民生活,我国与周边国家之间蝗虫过境迁移频繁,使用化学农药污染环境和农产品;分析了国内外蝗虫防治对策与技术的发展现状,重点介绍了应急防治和可持续治理对策、...     

Kinetics and thermodynamics of peroxidase- and laccase-catalyzed oxidation of N-substituted phenothiazines and phenoxazines

N -substituted phenothiazines (PTs) and phenoxazines (POs) catalyzed by fungal Coprinus cinereus peroxidase and Polyporus pinsitus laccase were investigated at pH 4–10. In the case of peroxidase, an apparent bimolecular rate constant (expressed as k _cat/K _m) varied from 1 ×10⁷M⁻¹s⁻¹to 2.6×10⁸M⁻¹s⁻¹ at pH 7.0. The constants for PO oxidation were higher in comparison to PT. pH dependence revealed two or three ionizable groups with pK _a values of 4.9–5.7 and 7.7–9.7 that significantly affected the activity of peroxidase. Single-turnover experiments showed that the limiting step of PT oxidation was reduction of compound II and second-order rate constants were obtained which were consistent with the constants at steady-state conditions. Laccase-catalyzed PT and PO oxidation rates were lower; apparent bimolecular rate constants varied from 1.8×10⁵M⁻¹s⁻¹ to 2.0×10⁷M⁻¹s⁻¹ at pH 5.3. PO constants were higher in comparison to PT, as was the case with peroxidase. The dependence of the apparent bimolecular constants of compound II or copper type 1 reduction, in the case of peroxidase or laccase, respectively, was analyzed in the framework of the Marcus outer-sphere electron-transfer theory. Peroxidase-catalyzed reactions with PT, as well as PO, fitted the same hyperbolic dependence with a maximal oxidation rate of 1.6×10⁸M⁻¹s⁻¹ and a reorganization energy of 0.30 eV. The respective parameters for laccase were 5.0×10⁷M⁻¹s⁻¹ and 0.29 eV. Received: 20 September 1999 / Accepted: 24 February 2000     

Coiled-coil nanomechanics and uncoiling and unfolding of the superhelix and alpha-helices of myosin

The nanomechanical properties of the coiled-coils of myosin are fundamentally important in understanding muscle assembly and contraction. Force spectra of single molecules of double-headed myosin, single-headed myosin, and coiled-coil tail fragments were acquired with an atomic force microscope and displayed characteristic triphasic force-distance responses to stretch: a rise phase (R) and a plateau phase (P) and an exponential phase (E). The R and P phases arise mainly from the stretching of the coiled-coils, with the hinge region being the main contributor to the rise phase at low force. Only the E phase was analyzable by the worm-like chain model of polymer elasticity. Restrained molecular mechanics simulations on an existing x-ray structure of scallop S2 yielded force spectra with either two or three phases, depending on the mode of stretch. It revealed that coiled-coil chains separate completely near the end of the P phase and the stretching of the unfolded chains gives rise to the E phase. Extensive conformational searching yielded a P phase force near 40 pN that agreed well with the experimental value. We suggest that the flexible and elastic S2 region, particularly the hinge region, may undergo force-induced unfolding and extend reversibly during actomyosin powerstroke.     

Synthesis of hapten and conjugates of coumestrol and development of immunoassay

3-O-Carboxymethylcoumestrol was prepared as the hapten for immunoassay by a partial alkylation of coumestrol with ethyl chloroacetate in acetone alkalized with potassium carbonate. 3-O-Ethoxycarbonylmethylcoumestrol was separated by column chromatography and finally was hydrolyzed with formic acid. 1H and 13C NMR data (APT, COSY, HMQC, and HMBC) revealed that the reaction was regioselective, as 3-O-ethoxycarboxymethylcoumestrol was the only monosubstituted derivative. The hapten was then conjugated to bovine serum albumin and used for immunization of rabbits. A radioimmunoassay (RIA) system was established based on the polyclonal antiserum and a 125I-labeled hapten-tyrosine methyl ester conjugate as the radioligand. Parameters of the RIA: sensitivity: 12 pg per tube, 50% intercept: 140 pg per tube, working range: 20-4000 pg per tube. The cross-reactivity of a panel isoflavonoid and lignan phytoestrogens was either negligible (e.g. formononetin 0.07%; biochanin A 0.06%) or not detectable at all. The major immunoreactive peak in HPLC fractions from an alfalfa extract had the same retention time as coumestrol standard and represented 94.8% of the signal. The remaining 5.2% of immunoreactivity was distributed between five minor peaks. We conclude that after the validation for particular matrices, the method will be a useful tool for analysis of coumestrol, especially in low volume and low concentration samples.     

白术同源四倍体的诱导和鉴定及其与二倍体过氧化物酶的比较

以白术（Atractylodes macrooephala Koidz.）二倍体组培苗为材料,对其四倍体诱导方法进行研究,共获得45个白术同源四倍体株系,为优良株系的选育提供了材料。此外,还分析比较了其中8个白术四倍体株系与二倍体的过氧化物酶同工酶（POD）的酶谱差异,发现四倍体各株系过氧化物酶同工酶谱比二倍体的均多了Rf0.310的谱带,且总过氧化物酶比活力也发生了很大改变,对探讨白术四倍体优良株系的生理生化机理具有一定的参考价值。     

Effect of soil salinity and water stresses on growth and content of nitrogen,chloride and phosphate of wheat and triticale

Summary Three wheats and one triticale were grown, up to flowering stage, in pots on calcareous soil adjusted to a range of salinities (S₁=3.5, S₂=6, S₃=8.5, and S₄=11 mmhos/cm, 20°C, soilpaste extract) by adding solution consisting of 3∶2∶1 of Na-, Ca- and Mg chlorides in chemical equivalent amounts. Moisture in the pots was kept at 100% (W₁), 40% (W₂) and 20% (W₃) of the available water. The vegetative growth, nitrogen and phosphate were affected by S and W treatments, chloride was affected only by S. The interaction S×W affected only dry weight. Varietal effect was observed between wheat as a group and triticale. Multiple quadratic regression equations of these properties on salinity and water revealed that the higher the available water the wider the range of tolerable salinity. Triticale was relatively more tolerant to water stress. Salinity increases Cl and decreases N, whereas water stress enhances N accumulation to a certain extent. However, in triticale at S₃ and S₄ the effect of water stress on N was overshadowed by the excessive salinity. This did not occur for the wheat (Florence). P trends were described. R² for P was low (0.7435–0.3603) which made interpretations rather difficult.     

放牧对牧草光合作用、呼吸作用和氮、碳吸收与转运的影响

研究放牧对草地植物生理活动的影响,对于揭示草地放牧演替的生理机制有重要意义.大量研究表明,家畜放牧对牧草光合作用、呼吸作用以及C和N吸收与转运的影响,可以分为生理伤害和生理恢复2个阶段.放牧通过改变草地冠层结构影响牧草光合作用,净光合作用速率短期内迅速下降,随着叶面积指数增加又逐渐上升,呼吸作用有相似的变化趋势.牧草放牧后再生长所需的C和N最初主要来自根系和留茬中的贮藏物质,此后随着牧草生长恢复逐渐由同化作用供给,C代谢与土壤N水平负相关.放牧后牧草生理活动变化与牧草遗传特性、种间竞争、家畜放牧特征、非生物环境等因素密切相关.