棉籽蛋白质和粗脂肪累积的生态基础与模拟模型研究

棉籽作为棉花生产的主要副产品，既是棉花生产的基础，也是世界第二大植物蛋白质和第五大植物油来源。综合考虑我国棉花品种类型多、种植区域跨度大、气候类型多变、土壤条件差异大的特点，基于已有棉籽生理生态研究资料的分析，运用数理统计和系统分析方法，在理想生态条件（温、光、水、土等）下，建立棉籽蛋白质和粗脂肪累积的"概念模型"；基于棉籽粗脂肪含量不同品种的生态（温、光、水、土等）支持试验，量化棉籽蛋白质和粗脂肪累积与各生态因子间的关系，确定各生态因子影响棉籽蛋白质和粗脂肪累积的效应函数，进而构建基于上述"概念模型"的棉籽蛋白质和粗脂肪累积模拟模型；利用异地栽培措施（播期、密度和施氮量等）试验资料，对模型进行检验、修正。研究结果将弄清棉籽蛋白质和粗脂肪累积的生态基础，所建模型可实现不同生态条件下棉籽蛋白质和粗脂肪累积的动态预测与调控，对棉花优良品种繁育和棉籽生物质能源潜力的挖掘与利用，具有重要意义。

通过设置播期、施氮量、种植密度以及遮荫、土壤渍水与干旱胁迫试验，系统研究棉籽仁蛋白质和粗脂肪形成的定量规律及其对温光复合因子的响应特征，构建棉籽蛋白质和粗脂肪累积模拟模型和地域分异评价系统。结果表明：晚播、遮阴、渍水、干旱、低氮等环境生态条件对棉籽仁粗脂肪与蛋白质累积模式没有明显影响，但均显著抑制棉仁蛋白质与粗脂肪的合成与累积。以品种、铃位与年份平均，棉籽粗脂肪和蛋白质含量随播期和开花期推迟分别降低11.57%和8.04%，随遮阴程度增大而分别降低2.46 %-4.36 %和1.51%-3.57%，随花铃期土壤干旱程度加重而分别降低4.04%-9.08%和4.87%-8.35%，随土壤渍水持续天数由3d增至12d而分别降低0.67%-4.59%和0.43%-3.44%。但高施氮量（480 N kg•hm-2）使粗脂肪含量降低4.52 %，而使蛋白质提高含量2.74%。表明各生态因子对棉籽仁蛋白质和脂肪累积都有较大影响，其中温度影响最大。相同开花期不同铃位之间棉籽仁蛋白质和脂肪含量差异较小。采用统计分析方法进一步分析了棉籽仁粗脂肪和蛋白质累积特征值与各环境因子指标，包括辐热积、光合有效辐射量、凌晨叶水势、对位叶氮浓度之间的定量关系。. 以生理发育时间(PDT)作为尺度，改进温光效应计算方法，增加水分胁迫效应函数，构建棉花铃期模拟模型。基于“库限制”假设，综合量化棉籽蛋白质形成过程及其对品种特性、温度、太阳辐射、施氮量、土壤水分胁迫的响应，通过模拟棉籽粗脂肪、结构蛋白和储藏蛋白的合成过程，结合棉籽干物质积累模拟，建立了基于过程的棉籽粗脂肪和蛋白质累积模拟模型。利用独立试验资料对模型进行参数校正与检验，模型可以较好地模拟预测不同生态条件下棉籽蛋白质积累及含量变化。应用面向对象的程序设计与软构件技术在Visual Basic 平台上编译模型部件与设计数据库访问接口，以Visual Studio和 MapObjects为开发平台，建立了基于模型和GIS的棉籽蛋白质与粗脂肪地域分异评价系统，可以用图形展示模拟结果和图层渲染不同地区之间的差异。