英语原文共 14 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

毕业论文

英文翻译

原文标题Modelling the effects of heat stress on post—heading durations inwheat： A comparison of temperature response routines

译文标题 模拟热胁迫对小麦抽穗后时间的影响：温度反应常规的比较

模拟热胁迫对小麦抽穗后时间的影响：温度反应常规的比较

Bing Liu^1,2, Leilei Liu¹, Senthold Asseng², Xiudong Zou¹, Jun Li¹, Weixing Cao¹,

Yan Zhu^1,*

1国家信息农业工程技术中心，江苏信息农业重点实验室，江苏现代农作物生产创新中心，南京农业大学，中国 江苏 南京210095

2佛罗里达大学农业与生物工程系，美国 盖恩斯维尔 32601

摘要：作物产量模拟与生殖阶段持续时间模拟高度相关，往往受到热胁迫的影响。本研究利用中国小麦主产区四年环境控制人工气候试验和多年田间试验资料，评价了四种常用的小麦物候期温度响应规律（双线性规律、Sin规律、Beta规律和梯形规律）模拟热胁迫对抽穗后时间的影响。在人工气候室试验中，随着热胁迫的增加，抽穗后时间显著缩短。与WheatGrow模型中所包含的这些温度程序的比较表明，其中三个程序不能预测在热胁迫下的后期持续时间，而梯形程序倾向于高估高温影响。因此，通过衰老加速度函数扩展了无法模拟热效应的三个例程。该函数显著改善了不同初始温度条件下的花后持续时间模拟，但启动衰老加速函数的温度阈值随初始温度响应程序的变化而变化，在27.3—30.1℃ 引入了一个新的基因型系数，该系数反映了品种对热胁迫的敏感性，其值范围为每天非热胁迫衰老的1.4—5.7倍。当评估与增加的衰老加速函数有关的三个温度响应例程与独立的物候学数据（130次测量）有关时，导致抽穗后期的平均标准误差为2.2天。改进的后期持续时间模拟对于模拟当前由于频繁的热事件造成的年与年产量变化十分重要，对于气候变化影响评估更为关键。

关键词：气候变化，热胁迫，温度响应程序，衰老加速，后期持续时间，模型评估

1 引言

温度是影响作物生长和发育的重要环境因素（Porter and Gawith，1999）。未来的气候变化将增加平均温度和温度变异性，导致更多的极端温度事件，如热应激（IPCC，2012）。最近，其他研究也关注了极端事件，如作物发育阶段的热应激（Assenget al. ，2011； Gouache et al. ，2012； Liu et al. ，2014； Teixeira et al. ，2013）。热胁迫可能导致产量急剧下降，尤其是在作物繁殖期（Liu 等人，2014； Lobellet 等人，2011； Luo，2011； wardwlaw and Moncur，1995； Zhao 等人，2007）。许多研究表明，气候变暖频繁的热应激事件将对作物产量稳定性构成巨大风险（Koehler 等人，2013年； Semenov，2009年； Semenov 和 Shewry，2011年； Siebert 和 Ewert，2014年； Teixeira 等人，2013年）。因此，量化热胁迫对作物生长的影响对于制定适应或减缓战略以及在未来气候情景下保持稳定的全球粮食供应具有重要意义。

基于过程的作物模拟模型，包括作物生理学知识和作物对环境因素的反应，已被广泛用于预测未来气候条件下的作物生产力（White 等人，2011a）。然而，一些最近的研究表示担心这些模拟结果的准确性，当作物模型被用来评估气候变化的影响（rouml; tter 等人，2011； Semenov 等人，2012； Siebert 和 Ewert，2014）。一个主要的担忧是作物模型不能充分反映热胁迫对作物产量的影响，特别是对作物敏感期的影响（Levis，2014）。使用作物模型模拟未来气候情景下的作物生产的一个主要缺点是它们低估了热应激对作物生长的影响（Lobell 等人，2012； r tter 等人，2011； Semenov 等人，2012）。 一些研究人员通过在作物模型中引入热应激效应来解决这个问题（Asseng et al. 2011； Hawkins et al. 2013a； Moreno—Sotomayor and Weiss 2004）。例如，Challinor 等人（2005年）开发了一个子模型来模拟花期高温事件对花生产量的影响。类似的算法已经被用来量化热胁迫对其他作物的影响，包括小麦、大豆和向日葵（Moriondo et al. ，2010,2011）。

本研究的主要目的是： （1）评价小麦热胁迫子模型中四种常用的温度响应程序，以模拟小麦抽穗后期的热胁迫效应； （2）开发改进小麦抽穗后期热胁迫预测的新功能； （3）利用不同温度条件下观测到的表型数据标定和评价新功能。

2 材料和方法

2.1 数据来源

为了评价不同温度响应程序模拟小麦抽穗期热胁迫效应的效果，我们在中国主要小麦产区进行了环境控制人工气候试验和多年田间试验，收集了小麦表型观测数据。

2.1.1 实验一：环境控制植物生长实验

在环境控制的人工气候室试验中，在其生长季，2010—2013年在南京（118.78°E，32.04°N）和2013—2014年在如皋（120.33°E，32.23°N）用塑料盆栽种了两个冬小麦品种（扬麦16和徐麦30）。盆子的高度和内径分别为30cm和25cm。密度为每盆10株。四个生长季节的播种期分别是11月1日、11月6日、11月4日和11月5日。 播前每盆施用0.9 gN、0.5 g P₂O₅和0.9 g K₂O，拔节期施用0.9 gN。

在热胁迫处理之前，小麦是在正常的环境条件下盆栽的。一旦小麦进入适当的生长阶段，将小麦转移到不同的热胁迫条件下。热胁迫处理分别在小麦花期、花后10天和花后20天进行。

热应激处理包括不同的温度处理（最高温/最低温分别为：17/27℃（T1）、21/31℃（T2）、25/35℃（T3）、29/39℃（T4）、33/43℃（T5））和热应激持续时间（3天（D1）、6天（D2）和9天（D3））。对于每个热胁迫持续时间，我们实验了几个温度状态（2010—2013生长季的 T1—T4,2013—2014生长季的 T1，T3，T4和 T5）。表1总结了每个生长季节热压处理的细节。人工气候箱由透明玻璃制成，每个人工气候室的大小为3.4 m3.2 m2.8 m （长宽高）。通过精确控制植物群落的温度和湿度，模拟环境温湿度的日变化，尽可能真实地反映小麦对热胁迫的实际反应。Hobo 数据记录器（OnsetComputer corp.，Bourne，MA，USA）每5分钟测量一次热应力期间的温度和相对湿度。日夜温度的波动，如图1所示，遵循类似的环境温度模式。用卤素灯作辅助光源，确保光照条件不限制小麦生长。植物营养元素随机放置和频繁旋转，以最小化位置效应。 在胁迫期过后，植株离开植物群落，在正常环境条件下生长直到收获。所有的栽培措施，如灌溉、施肥、除草剂和杀虫剂的施用，都是按照当地的小麦种植标准进行的，以确保小麦的种植避免生物和无生物胁迫。美国 Dynamet—1K 公司在试验点附近记录了小麦生长季的气象资料，包括气温、降雨量和辐射量。准确记录各处理的小麦物候，包括播种期、抽穗期、开花期和成熟期。根据《农业气象观测规范：作物部分（中国气象局，1993）》中小麦物候观测标准，进行了小麦物候观测。在50% 的植株上观察到穗位时确定抽穗期，在穗位开花中部50% 的小穗记录开花期。为了获得准确的成熟期，在小麦开花后每天观察其发育阶段。结果表明，80% 以上的籽粒颜色变黄，颖花和茎全部变黄，第一第二节间仅保持微绿色，成熟期确定。

表 1 环境控制人工气候室实验中的热应激处理综述