湿害胁迫下芝麻生长发育与产量形成模拟模型研究

Waterlogging is the main factor restricting sesame production in China. The pot experiment in rain-proof shelters was conducted to evaluate the effects of stage and duration of waterlogging stress and their interaction on phenology, photosynthetic rate, dry matter accumulation and distribution, and yield, so as to elucidate the physiological mechanism for growth indexes and grain yield formation in sesame under waterlogging stress. The dynamic of growth stage, photosynthesis and biomass accumulation, kernel development and yield formation, plant senescence in sesame under waterlogging stress was quantified by using the system analysis method and mathematical modeling technique. Base on sesame growth model established by the author' laboratory, sesame growth simulation model under waterlogging stress was constructed. The reliability of this model is test and improved with independent experiment data. Quantifying the effects of waterlogging on growth development and yield formation is of utmost importance for guiding sesame cultivation of high yield and quality, and evaluating sesame cultivars for waterlogging tolerance.

湿害是严重危害中国芝麻生产的第一逆境因素。为解决生产上因湿害导致的芝麻产量大幅下降的问题，选择耐湿性差异较大的芝麻品种，分别在初花期、盛花期和灌浆期设置湿害胁迫处理，研究湿害时期和湿害持续时间及其互作对芝麻生育期、光合速率、干物质积累与分配等生理指标的影响，明确湿害胁迫对芝麻生长指标和产量的调控效应及作用机制。在此基础上，综合运用生长分析和动态建模型技术，量化湿害胁迫下芝麻生育期、同化物生产与分配、籽粒发育及产量形成、植株衰老的动态特征，并基于已有的芝麻生长模型SesameGrow，构建湿害胁迫下芝麻生长发育与产量形成模拟模型，进一步利用独立试验资料对所建模型进行检验和完善。研究结果对于深入探究芝麻的抗逆栽培生理与品种耐湿性评价具有重要的理论意义。

项目的背景：芝麻（Sesamum indicum L.）是我国重要的油料作物之一。渍害胁迫严重危害我国甚至世界芝麻生产，渍害将导致芝麻植株萎蔫、死株、产量和品质下降，严重时甚至绝收。建立湿害胁迫与芝麻生长发育和产量的机理模型，可为用于指导芝麻生产和优化栽培管理措施。.主要研究内容：本研究基于2014-2016年不同耐湿性品种、渍水时期及渍水时长田间试验，通过观测叶龄、叶绿素、叶面积指数、干物质重、氮素和可溶性糖等指标，研究渍害胁迫对芝麻株高、叶龄、叶面积指数、叶绿素含量、地上部干物质积累、地上部氮积累量和产量的影响。利用定量化分析方法，研究盛花期渍水条件下不同渍水时长对叶龄、叶面积指数和干物质积累与分配的动态变化和定量关系。构建湿害影响因子，对已有芝麻生长模型进行修订。.重要结果：（1）揭示了湿害胁迫对芝麻生长发育及产量形成的生理机制，明确了不同耐湿性品种对不同渍害时期和渍害时长的响应特征，筛选出芝麻渍害敏感期。（2）确立了不同耐湿性品种对盛花期不同渍害时长的响应规律，量化了与叶面积指数等生理指标的动态关系，建立了数学模型。（3）明确了叶龄、叶面积指数、单株干物质重和产量的湿害影响因子，修订了已有芝麻生长模型。.关键数据及其科学意义：湿害胁迫叶龄影响因子FLeafwet = 0.024+ 0.060*Dwet + 0.009*Dwet2。湿害胁迫叶面积指数影响因子FLAIwet = -0.015 + 0.119 *Dwet - 0.003* Dwet 2；单株干物质重湿害影响因子FDrywet = 0.078 + 0.056*Dwet - 0.012*Dwet2 ：湿害胁迫产量影响因子：FYieldwet = 0.034 + 0.078* Dwet - 0.026 *Dwet 2：本研究结果为芝麻生产力预测、湿害评估和渍水田块的水分管理、以及湿害预警提供了定量化分析工具。