棉纖維品質(zhì)形成的生態(tài)基礎(chǔ)與模擬模型研究-全文預(yù)覽
【正文】 時(shí)間不同而減小或者增加。在熱量條件滿足的條件下，纖維加厚發(fā)育速率與日照時(shí)數(shù)呈正相關(guān)，充足的日照可促進(jìn)纖維素淀積，提高纖維成熟度。 環(huán)境因素溫度：纖維次生壁特性與溫度密切相關(guān)[63,113114]，溫度可通過調(diào)節(jié)纖維素的合成及其在次生細(xì)胞壁的沉積而影響纖維成熟度和馬克隆值的形成[115116]，尤其是花后2540 d的日均溫對(duì)纖維細(xì)度、成熟度和馬克隆值的形成的影響更為顯著[15]。 影響棉纖維成熟度、細(xì)度、馬克隆值形成的主要因素棉纖維細(xì)度表示纖維的粗細(xì)程度，成熟度指纖維次生壁的加厚程度，馬克隆值綜合反映了纖維細(xì)度和成熟度，三者與棉紡工藝設(shè)備的清雜效率、棉紗外觀品質(zhì)、棉紗強(qiáng)力和可紡性有密切關(guān)系，是衡量纖維品質(zhì)的重要指標(biāo)[86,108]。近期研究則認(rèn)為適宜的氮素水平可以提高纖維比強(qiáng)度，而土壤氮素虧缺或過剩均導(dǎo)致纖維比強(qiáng)度的大幅度下降。有研究認(rèn)為土壤水分對(duì)纖維比強(qiáng)度沒有影響[103]；有的研究認(rèn)為比強(qiáng)度或隨著土壤水分下降而增加，或與土壤水分關(guān)系不大[104]；還有研究認(rèn)為水分充足形成高強(qiáng)纖維，水分不足降低纖維比強(qiáng)度[7778,105]。周治國(guó)等研究證明日照時(shí)數(shù)對(duì)纖維比強(qiáng)度有重要作用[101]，且花后2540天的日照時(shí)數(shù)與纖維比強(qiáng)度呈顯著正相關(guān)關(guān)系[72]。晚秋桃纖維發(fā)育日均溫低于20 oC，棉株進(jìn)一步衰老，纖維素累積速度大幅下降，機(jī)體內(nèi)部生理進(jìn)程緩慢，導(dǎo)致纖維比強(qiáng)度增長(zhǎng)緩慢且最終比強(qiáng)度大幅降低[99]。也有研究認(rèn)為鈴期積溫與纖維比強(qiáng)度呈明顯的正相關(guān)，且氣溫日較差亦影響纖維比強(qiáng)度，當(dāng)日較差增大時(shí)，纖維比強(qiáng)度有增加趨勢(shì)[98]。 環(huán)境因素溫度：與纖維長(zhǎng)度、細(xì)度相比，纖維比強(qiáng)度對(duì)環(huán)境更為敏感，纖維比強(qiáng)度與最高溫度、平均溫度和溫度日較差均呈顯著的正相關(guān)關(guān)系[95]。 品種遺傳性纖維比強(qiáng)度的形成主要取決于次生壁加厚期纖維素的累積特性[44,90]，而纖維素合成相關(guān)酶以及相關(guān)調(diào)節(jié)酶都是由其自身遺傳物質(zhì)編碼的，因此品種遺傳性是決定纖維比強(qiáng)度的主要因素。零隔距比強(qiáng)度主要取決于纖維形態(tài)特性、纖維素含量與聚合度、纖維超分子結(jié)構(gòu)三方面，受環(huán)境影響很小， mm隔距比強(qiáng)度。馬溶慧等研究表明纖維長(zhǎng)度受施氮量的影響達(dá)到顯著水平，過高或過低的氮濃度造成了葉片碳、氮代謝失衡，導(dǎo)致光合產(chǎn)物的積累與運(yùn)輸受阻，影響纖維長(zhǎng)度的形成[84]。研究表明，在開花前或者初花期前期，水分脅迫對(duì)纖維長(zhǎng)度沒有影響或影響不顯著，但如果發(fā)生在開花后或者花后16 d內(nèi)的纖維快速伸長(zhǎng)期，纖維長(zhǎng)度則顯著縮短[7980]。但是光照對(duì)纖維長(zhǎng)度的影響到底是因?yàn)榻档土巳~片光合速率從而減少了輸入纖維的同化物量還是由于改變了棉田冠層小氣候而達(dá)不到纖維伸長(zhǎng)的最佳光溫條件目前尚不清楚。王慶材等[71]研究表明遮蔭會(huì)顯著降低纖維伸長(zhǎng)速率并延長(zhǎng)纖維伸長(zhǎng)期多達(dá)10 d。1521 oC的夜均溫可使纖維達(dá)到最大纖維長(zhǎng)度，高于或者低于這個(gè)范圍，則纖維伸長(zhǎng)起始期推遲，伸長(zhǎng)期延長(zhǎng)，最終纖維長(zhǎng)度縮短[58,68]。纖維伸長(zhǎng)發(fā)育受溫度影響遠(yuǎn)小于加厚發(fā)育，伸長(zhǎng)早期（15 DPA前）需要較高的溫度，后期（15 DPA后）與溫度關(guān)系不大[5860]；纖維長(zhǎng)度和伸長(zhǎng)期的變異還與積溫有關(guān)，與短纖維品種相比，長(zhǎng)纖維品種對(duì)積溫的反應(yīng)更為明顯[6163]。纖維長(zhǎng)度雖然主要由品種遺傳性決定，但溫度、光照、水分、土壤養(yǎng)分等也對(duì)纖維長(zhǎng)度造成一定的影響，研究表明由環(huán)境造成的纖維長(zhǎng)度的變異能達(dá)到10%24%[53]。纖維長(zhǎng)度與品種遺傳性和環(huán)境因素的關(guān)系一直受到廣泛的關(guān)注。因此，本文針對(duì)主要纖維品質(zhì)指標(biāo)（長(zhǎng)度、比強(qiáng)度、細(xì)度、成熟度、馬克隆值），從品種遺傳性、環(huán)境生態(tài)因素（溫度、光照、水分）、栽培措施（施氮量）等方面闡述棉纖維品質(zhì)形成的主要因素。2影響棉花纖維品質(zhì)形成的主要因素棉花品種遺傳性是決定纖維分化、伸長(zhǎng)、加厚及品質(zhì)形成的直接原因[44]。在花后4560 d，棉鈴開裂、吐絮。可以推斷纖維次生壁的建成和質(zhì)量與纖維素的合成與積累密切相關(guān)[38]。花后30 d次生壁增厚速度加快，到花后40 d增厚最快，花后4050 d次生壁增厚停止[31,3435]。開花后2 d左右，細(xì)胞由非極性膨脹轉(zhuǎn)向極性伸長(zhǎng)[22]，伸長(zhǎng)動(dòng)態(tài)符合“S”型曲線[28]，開花后5 d伸長(zhǎng)速率迅速增加，開花后515 d達(dá)最大，此后伸長(zhǎng)速率減緩直至停止。纖維原始細(xì)胞分化形成后，受物質(zhì)刺激發(fā)育為球狀或半球狀突起并繼續(xù)伸長(zhǎng)。因此，深入研究棉纖維品質(zhì)形成與生態(tài)環(huán)境及栽培措施間的定量關(guān)系，應(yīng)用信息學(xué)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)不同生態(tài)條件下棉纖維品質(zhì)形成的動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)，構(gòu)建基于GIS和棉纖維品質(zhì)形成模型的纖維綜合品質(zhì)地域分異評(píng)價(jià)系統(tǒng)，對(duì)促進(jìn)棉花生長(zhǎng)模型在支持纖維品質(zhì)調(diào)控、估算不同地域纖維品質(zhì)潛力等領(lǐng)域的應(yīng)用將具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。但由于纖維品質(zhì)形成受多種因素的影響，具有較強(qiáng)的地域性。在提高產(chǎn)量的同時(shí)改進(jìn)纖維質(zhì)量是棉花生產(chǎn)的共同目標(biāo)[34]。本文詳述了品種遺傳性、環(huán)境因素（溫度、光照、水分等）和栽培措施（施氮量等）對(duì)棉纖維品質(zhì)的影響，分析了國(guó)內(nèi)外纖維品質(zhì)模型研究及其應(yīng)用的現(xiàn)狀，認(rèn)為有關(guān)纖維品質(zhì)形成的生態(tài)基礎(chǔ)及模擬模型的研究缺乏系統(tǒng)性。作物生長(zhǎng)模型技術(shù)的核心是對(duì)生理生態(tài)過程及其相互關(guān)系的量化和整個(gè)作物生產(chǎn)系統(tǒng)知識(shí)的綜合，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)作物生長(zhǎng)的動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)與輔助調(diào)控。棉纖維長(zhǎng)度、比強(qiáng)度、馬克隆值（細(xì)度、成熟度）是衡量纖維品質(zhì)優(yōu)劣的主要指標(biāo)，隨著氣流紡等高速、高效棉紡設(shè)備的問世，紡織工業(yè)要求纖維具有強(qiáng)度高、馬克隆值適中、成熟度好等性能[2]。因此，研究、量化環(huán)境和栽培措施對(duì)纖維品質(zhì)形成的影響，并應(yīng)用量化的關(guān)系指導(dǎo)棉花生產(chǎn)管理具有重要意義。其中，作物生長(zhǎng)模型技術(shù)是作物生產(chǎn)信息化的基礎(chǔ)，其核心是對(duì)整個(gè)作物生產(chǎn)系統(tǒng)知識(shí)的綜合和對(duì)生理生態(tài)過程及其相互關(guān)系的量化，它不僅能夠加強(qiáng)人們對(duì)作物生理生態(tài)過程的理解和認(rèn)識(shí)，而且可以實(shí)現(xiàn)對(duì)作物生長(zhǎng)的動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)與輔助調(diào)控，在評(píng)價(jià)多因素對(duì)作物品質(zhì)特性影響方面是一個(gè)強(qiáng)有力的工具[1718]；作物管理決策系統(tǒng)的發(fā)展促進(jìn)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)代化，特別是近年來3S（RS、GPS、GIS）空間信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，大大提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平。棉纖維原始細(xì)胞的分化是指胚珠表皮細(xì)胞分化形成纖維原始細(xì)胞的過程，發(fā)生在開花前3 d到開花當(dāng)天。棉纖維細(xì)胞在開花當(dāng)天開始伸長(zhǎng)[26]，此時(shí)細(xì)胞本身無方向地非極性膨脹，直到纖維的最終直徑形成，這一發(fā)育階段確定了纖維細(xì)度[27]。棉纖維加厚發(fā)育期始于花后1619 d[3233]，隨品種遺傳性和環(huán)境的變化，次生壁沉積也可能開始于花后1218 d。在纖維發(fā)育期，轉(zhuǎn)運(yùn)的碳水化合物除用于呼吸代謝
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