本文關(guān)鍵詞：PROG1基因與緯度因子對水稻冠層結(jié)構(gòu)及光分布影響的定量化評價，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：在水稻進化過程中,匍匐生長的普通野生稻到直立生長的栽培稻的轉(zhuǎn)變,使得水稻株型得到改良,產(chǎn)量大幅提高�？刂破胀ㄒ吧举橘肷L習(xí)性PROSTRATE GROWTH1(PROG1)基因的發(fā)現(xiàn)與分離,闡明了其分子機理,該基因主要作用于水稻分蘗角度,在進化過程中該基因編碼區(qū)發(fā)生突變而導(dǎo)致基因功能喪失,使得水稻株型發(fā)生改變,可見該基因是水稻株型進化過程中的關(guān)鍵基因。但PROG1基因功能更精確的定量化評估研究,尤其是該基因在不同緯度環(huán)境下對田間原位水稻冠層結(jié)構(gòu)影響的定量化研究,尚未見報道。 因此本研究選用了兩種水稻材料,即秈稻品種特青(TQ)和引入PROG1基因片段的YIL18,分別在北京(40。N)和海南(18。N)兩個地區(qū)種植這兩種水稻材料。利用三維數(shù)字化測定技術(shù),在計算機上重建這兩種水稻材料在不同緯度地區(qū)的三個重要生育期(拔節(jié)期、抽穗期和灌漿期)的冠層結(jié)構(gòu),通過虛擬層切法對其進行冠層結(jié)構(gòu)特征分析,定量研究PROG1基因與不同緯度環(huán)境對冠層結(jié)構(gòu)特征的影響。同時本研究利用蒙特卡洛光線追蹤技術(shù)和二分空間結(jié)構(gòu)算法實現(xiàn)水稻冠層內(nèi)的太陽直接輻射模擬,利用Turtle模型實現(xiàn)天空散射光在冠層內(nèi)的分布,從而實現(xiàn)水稻冠層內(nèi)光分布的計算。通過分析水稻冠層內(nèi)的光環(huán)境,進一步定量評估水稻冠層結(jié)構(gòu)在PROG1基因與不同緯度環(huán)境影響下的變化對冠層內(nèi)光截獲的影響,探討水稻冠層結(jié)構(gòu)的演變規(guī)律,為將來水稻分子育種提供科學(xué)依據(jù)。 1、利用三維數(shù)字化儀在田間原位獲得北京與海南地區(qū)的TQ和YIL18的冠層三維坐標(biāo),并同時測定水稻冠層器官的形態(tài)數(shù)據(jù)。重建了TQ和YIL18在拔節(jié)期、抽穗期和灌漿期的冠層三維結(jié)構(gòu)。利用虛擬層切法定量分析水稻冠層結(jié)構(gòu)特征,包括平均葉傾角、葉傾角密度、葉面積密度的垂直分布等。 2、通過比較北京地區(qū)TQ和YIL18三個生育期的冠層結(jié)構(gòu)特征,可知水稻冠層在PROG1的基因作用下,有明顯的傾斜傾向,三個生育期的冠層分蘗角度分別減少了19.0%,10.5%和7.4%,平均葉傾角也分別減少了33.1%,14.3%和10.1%。同時水稻冠層具有株高較矮,分蘗數(shù)較多,葉片短窄,葉面積指數(shù)較低等特征。PROG1基因?qū)λ竟趯咏Y(jié)構(gòu)有顯著的影響。 3、通過比較北京與海南地區(qū)TQ和YIL18三個生育期的冠層結(jié)構(gòu)特征,可知兩地的YIL18和TQ冠層結(jié)構(gòu)有明顯差異,海南地區(qū)的YIL18三個生育期的分蘗角度較北京地區(qū)減小了24.5%、12.4%、10.0%,而TQ則減小了2.2%、7.2%、4.3%。同時海南地區(qū)的水稻冠層葉傾角也顯著小于北京地區(qū),海南地區(qū)的YIL18較北京地區(qū)減小了17.6%、28.2%、35.6%,而TQ則較北京地區(qū)減小了5.4%、22.2%、15.1%。海南地區(qū)的水稻冠層所占比較最大的葉傾角范圍較北京地區(qū)相差20°左右。低緯度地區(qū)的水稻冠層較高緯度地區(qū)具有更小的分蘗角度和葉傾角。 4、通過分析PROG1基因與緯度因子對水稻冠層分蘗角度和平均葉傾角影響的貢獻率可知,PROG1基因與緯度因子對水稻冠層的分蘗角度影響的貢獻率基本相同,分別為50%左右,但緯度因子對水稻平均葉傾角的影響要明顯的大于PROG1基因作用�？芍竟趯觾�(nèi)的器官角度除受基因調(diào)控以外,更會受外界因素(太陽高度角)的變化而自適應(yīng)調(diào)整。 5、利用蒙特卡洛光線追蹤技術(shù)和二分空間結(jié)構(gòu)算法實現(xiàn)水稻冠層內(nèi)的太陽直接輻射模擬,利用Turtle模型實現(xiàn)天空散射光在冠層內(nèi)的分布,從而實現(xiàn)水稻冠層內(nèi)光分布的模擬計算。 6、通過比較北京地區(qū)TQ和YIL18三個生育期的冠層內(nèi)直接輻射的透光率、截光率和天空散射輻射,定量分析水稻冠層結(jié)構(gòu)在PROG1基因的影響下對冠層內(nèi)光分布的影響。結(jié)果表明,TQ與YIL18冠層內(nèi)的直接輻射和散射輻射垂直分布有明顯的差異。直立型的TQ三個生育期的冠層上部與下部的直接輻射截光率峰值高達0.28、0.29和0.23,而傾斜生長的YIL18冠層上部透光率較大,冠層下部透光率較低,冠層中部的截光率達到峰值(三個生育期分別為0.30、0.26和0.19)。YIL18冠層中上部的總輻射強度要明顯小于TQ冠層。YIL18冠層結(jié)構(gòu)不利于提高光截獲量。 7、定量分析當(dāng)太陽高度角分別為40°和80°時,北京和海南地區(qū)TQ和YIL18三個生育期冠層內(nèi)的總輻射相對光強垂直分布。結(jié)果表明,在太陽高度角為40。時,北京地區(qū)水稻冠層內(nèi)的總輻射相對光強要大于海南地區(qū)的水稻冠層,而當(dāng)太陽高度角為800時,海南地區(qū)的水稻冠層中上部的總輻射相對光強要明顯得高于北京地區(qū)的水稻冠層�？梢娫诟呔暥鹊貐^(qū),太陽高度角較低,分蘗角度與葉傾角較大的水稻冠層能夠獲得較多的光合有效輻射,而在低緯度地區(qū),太陽高度角較高,則分蘗角度與葉傾角較小的水稻冠層更有利于截獲光能。水稻冠層內(nèi)的分蘗與葉片角度在不同緯度地區(qū)的變化,主要與生長環(huán)境中的太陽高度角變化有關(guān),進一步佐證了水稻冠層結(jié)構(gòu)在不同緯度環(huán)境下的演化規(guī)律。 PROG1基因以及環(huán)境因素對水稻冠層結(jié)構(gòu)以及冠層內(nèi)光分布影響的定量化結(jié)果,闡明了水稻冠層結(jié)構(gòu)在PROG1基因與不同緯度環(huán)境下的變化規(guī)律。同時根據(jù)基因、環(huán)境與冠層結(jié)構(gòu)特征之間的數(shù)值關(guān)系,能夠?qū)ROG1基因與作物生理生態(tài)模型的結(jié)合成為可能,以期能夠預(yù)測水稻在不同基因與環(huán)境因素影響下的產(chǎn)量表現(xiàn),將對未來的分子育種工作具有重大科學(xué)意義。
【關(guān)鍵詞】：基因 水稻株型 三維數(shù)字化技術(shù) 虛擬層切法 光合有效輻射模擬
【學(xué)位授予單位】：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：S511
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 插圖索引9-11
• List of figures11-13
• 表格索引13-14
• List of tables14-15
• 第一章 引言15-23
• 1.1 選題背景和研究意義15-16
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-20
• 1.2.1 PROG1 基因的發(fā)現(xiàn)與定位16-17
• 1.2.2 水稻株型與產(chǎn)量17-18
• 1.2.3 作物冠層空間結(jié)構(gòu)的定量化18-19
• 1.2.4 作物冠層光分布定量化研究19-20
• 1.3 主要內(nèi)容20-23
• 1.3.1 研究目標(biāo)20
• 1.3.2 研究內(nèi)容20
• 1.3.3 技術(shù)路線20-23
• 第二章 材料與方法23-29
• 2.1 水稻試驗材料23
• 2.2 試驗區(qū)自然環(huán)境概況23
• 2.3 田間種植與管理措施23-24
• 2.4 水稻冠層結(jié)構(gòu)的三維數(shù)字化測定24-27
• 2.5 水稻冠層光量子通量密度(Photosynthetic Photon Flux Density,PPFD)測定27-28
• 2.6 小結(jié)28-29
• 第三章 水稻冠層三維結(jié)構(gòu)的建立與特征分析29-37
• 3.1 水稻葉片三維結(jié)構(gòu)的建立與精度評價29-32
• 3.2 冠層結(jié)構(gòu)特征計算32-34
• 3.2.1 冠層平均葉傾角垂直分布32-33
• 3.2.2 冠層葉傾角密度分布33
• 3.2.3 冠層葉面積密度分布33-34
• 3.3 小結(jié)34-37
• 第四章 水稻冠層內(nèi)光合有效輻射模擬模型與軟件實現(xiàn)37-49
• 4.1 冠層直接輻射模擬37
• 4.2 冠層散射輻射模擬37-38
• 4.3 冠層三角面元的組織38-39
• 4.4 BSPTree與光線射擊39-40
• 4.5 偽隨機數(shù)發(fā)生器40
• 4.6 冠層內(nèi)截光率、透光率、光強分布計算40-41
• 4.6.1 單個三角面片光強計算40-41
• 4.6.2 冠層直接輻射的截光率計算41
• 4.6.3 冠層直接輻射的透光率計算41
• 4.6.4 冠層光強垂直分布計算41
• 4.7 軟件實現(xiàn)41-47
• 4.7.1 軟件設(shè)計目的41-42
• 4.7.2 開發(fā)平臺42
• 4.7.3 運行環(huán)境42
• 4.7.4 總體設(shè)計42-47
• 4.8 小結(jié)47-49
• 第五章 PROG1基因?qū)λ竟趯尤S結(jié)構(gòu)影響的定量化評價49-59
• 5.1 水稻冠層結(jié)構(gòu)特征的年際間差異分析49-50
• 5.2 水稻冠層結(jié)構(gòu)基本特征信息50-54
• 5.3 水稻冠層葉傾角空間分布54-56
• 5.4 水稻冠層葉面積空間分布56-57
• 5.5 討論57-58
• 5.6 小結(jié)58-59
• 第六章 緯度因子對水稻冠層三維結(jié)構(gòu)影響的定量化評價59-67
• 6.1 北京與海南地區(qū)的水稻冠層結(jié)構(gòu)基本特征比較59-61
• 6.2 北京和海南地區(qū)水稻冠層葉傾角垂直分布比較61-62
• 6.3 北京和海南地區(qū)水稻冠層葉面積密度垂直分布比較62
• 6.4 PROG1基因與緯度因子對水稻冠層分蘗角度與葉傾角的影響62-63
• 6.5 討論63-65
• 6.6 小結(jié)65-67
• 第七章 PROG1基因與緯度因子對水稻冠層光分布影響的定量化評價67-81
• 7.1 PROG1基因?qū)λ竟趯庸夥植嫉挠绊?/span>67-71
• 7.1.1 冠層光分布的模擬精度67
• 7.1.2 PROG1基因?qū)趯犹栔苯虞椛涞拇怪狈植嫉挠绊?/span>67-68
• 7.1.3 PROG1基因?qū)趯犹炜丈⑸漭椛涞挠绊?/span>68-70
• 7.1.4 PROG1基因?qū)趯庸鈴姶怪狈植嫉挠绊?/span>70
• 7.1.5 討論70-71
• 7.2 緯度因子對水稻冠層光分布的影響71-79
• 7.2.1 不同太陽高度角對水稻冠層光分布的影響71-72
• 7.2.2 討論72-79
• 7.3 小結(jié)79-81
• 第八章 結(jié)論與展望81-85
• 8.1 主要結(jié)論81-82
• 8.2 主要創(chuàng)新之處82-83
• 8.3 存在的問題83
• 8.4 展望83-85
• 參考文獻85-93
• 致謝93-95
• 作者簡歷95

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

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  本文關(guān)鍵詞：PROG1基因與緯度因子對水稻冠層結(jié)構(gòu)及光分布影響的定量化評價，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：264483