水稻茎秆的结构及其性能的相关性

合集下载
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
外农学 ,1981 , (2) :81 - 82. [4 ] KAL IN INA S L . 稻类作物决定抗倒性的性状描述 [J ] .
农学文摘 ,1987 , (3) :7 - 8. [5 ] 王维金. 不同品种水稻剑叶和穗大维管束的扫描电镜观
察[J ] . 华中农业大学学报 , 1994 ,13 (5) :518 - 520. [ 6 ] 掘内. 倒伏抵抗性[J ] . 农业技术 ,1989 ,44 (9) :41 - 45. [ 7 ] 邹德堂. 水稻倒伏指数的配合力分析 [J ] . 东北农业大学
/个
/ 个 茎粗/ 茎壁厚
18. 60 21. 50
15. 48
24. 30 24. 30
11. 22
15. 30 15. 30
11. 91
20. 40 20. 40
12. 45
(a) 农丰 1 号
(b) 桂朝 2 号
(c) 广陆矮 4 号
(d) 桂优 99Fra bibliotek图 1 不同水稻品种大 、小维管束的分布情况
① 收稿日期 :2003 - 07 - 15 基金项目 :国家自然科学基金资助项目 (39770206) 作者简介 :段传人 (1970 - ) ,男 ,重庆云阳人 ,重庆大学讲师 ,博士研究生 ,从事植物生物力学和分子生物学研究 。
第 26 卷第 11 期 段传人 等 : 水稻茎秆的结构及其性能的相关性
2003 年 11 月 第 26 卷第 11 期
重庆大学学报 Journal of Chongqing U niversity
文章编号 :1000 - 582X(2003) 11 - 0038 - 03
Nov. 2003 Vol. 26 No . 11
水稻茎秆的结构及其性能的相关性 ①
段 传 人 ,王 伯 初 ,王 凭 青
数 、穗粒重存在极显著正相关 。通过分析水稻的茎粗 、
茎壁厚 、大小维管束数目和其强度极限 、弹性模量的相
关性可以看出 ,茎粗 、茎壁厚 、大小维管束数目与强度
极限 、弹性模量存在极显著正相关 ,这说明水稻茎秆的 力学性能主要是由茎粗 、茎壁厚 、大小维管束数目所决
定的 ,分析结果见表 4 。
表 4 茎秆力学性能同其性状的相关性
1 材料和方法
1. 1 实验材料 实验品种选取了高 、中 、矮秆和杂交稻的典型品
种 ,在高秆品种中选用的是“农丰 1 号”;在中秆品种中 选用的是“桂朝 2 号”;在矮秆品种中选用的是“广陆矮 4 号”;在杂交稻品种中选用的是“桂优 99”。所有供试 品种均由广西农科院品种资源研究所提供 。
1. 2 实验方法 在水稻茎秆细观结构的测定中先进行显微照片 ,
从图 2、图 3 的结果和表 1 对比后发现 ,桂朝 2 号的 拉伸强度极限σ和弹性模量 E 在 4 个供试品种中是最高 的 ,其大、小维管束数目也最多 ,茎粗、茎壁厚中等。同时 通过观察大、小维管束的分布排列情况后发现 ,其大维管 束的排列是规则的 ,小维管束数目多于大维管束数目 ,而 其它 3 个品种的大维管束的排列是规则的圆周排列 ,这 也给我们一个启示 ,在材料学中 ,纤维物体的排列对于物
学报 ,1997 ,28 (4) :328 - 333. [ 8 ] 何光华. 水稻茎秆维管束特性 、籽粒生长 、器官干物质运
转间及产量性状的关系 [J \ 〗. 西南农 业 学 报 , 1995 , 8
(1) :37 - 42. [ 9 ] 黄璜. 生态条件对水稻茎秆维管束数的影响 [J ] . 仲恺农
性状 强度极限 弹性模量
茎粗 茎壁厚 0. 557 5 0. 682 7 0. 476 4 0. 684 5
大维管束数 0. 869 4 0. 775 6
小维管束数 0. 476 9 0. 573 1
参考文献 :
[1 ] 周 本 濂. 复 合 材 料 的 仿 生 探 索 [J ] . 自 然 科 学 进 展 ,
(重庆大学 生物工程学院生物力学与组织工程教育部重点实验室 , 重庆 400044)
摘 要 :水稻茎秆是典型的生物复合材料 ,有着优良的力学性能 ,起到支撑和抗倒伏的作用 。通过
比较高 、中 、矮秆和杂交稻典型水稻品种茎秆的细观结构 ,测定水稻茎秆的拉伸强度极限和弹性模量 ,分
析其细观结构和力学性能的关系 。结果表明 :中秆类型水稻茎秆的结构更为合理 ,拉伸强度极限和弹性
2. 05~2. 87
广陆矮 4 号 1. 89 1. 73 1. 64 2. 32 2. 12 1. 96 2. 27 1. 84 1. 93 1. 76 1. 95
1. 64~2. 32
桂优 99 1. 89 1. 62 2. 34 2. 07 1. 88 1. 95 2. 12 2. 27 2. 04 1. 19 2. 05
13. 43
13. 45
12. 97
8. 70
12. 49
14. 01
13. 63
9. 30
13. 47
12. 53
13. 35
9. 64
11. 00
10. 37~14. 21 11. 4~15. 5 8. 70~11. 75 9. 50~13. 47
品种
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 平均 范围
图 3 水稻茎秆拉伸弹性模量的比较
3. 2 水稻茎秆的细观结构和力学性能相关性分析 维管束是水稻的输导组织 ,何光华等[8 ]认为维管
束的分布影响小麦穗 ,小穗及籽粒的发育 ,大维管束数 目 ,面积与每穗小穗数 ,单穗粒数有显著相关性 。黄 璜[9 ]在研究了生态条件对水稻茎秆维管束数的影响
后也指出 ,水稻茎秆维管束数目与一次枝梗数 、穗粒
表 3 不同类型水稻茎秆拉伸弹性模量 GPa
农丰 1 号 2. 32 2. 56 1. 98 2. 67 2. 05 1. 83 1. 98 2. 12 2. 16 1. 89 2. 17
1. 98~2. 67
桂朝 2 号 3. 03 2. 72 2. 05 2. 14 2. 87 2. 34 2. 26 2. 19 2. 50 2. 58 2. 53
图 2 水稻茎秆拉伸强度极限的比较
40
重 庆 大 学 学 报 2003 年
体的强度影响极大 ,因此 ,在仿生复合的制备中也应考虑 到增强体的合理分布和排列 。
通过比较研究不同类型水稻茎秆的拉伸强度极限 和弹性模量表明 :中秆类型水稻茎秆的拉伸强度极限 和弹性模量都较高 ,尽管其茎粗不是最大 ,但其茎粗与 茎壁厚的比值比较小 ,这说明其在结构上更为合理 ,这 也从其拉伸强度极限和弹性模量较高上反映出其抗倒 伏能力更强 ,因此今后在高产抗倒品种的选育中向矮 中求高 ,向中秆 、硬秆的方向来选育 。
茎粗 d = (最长直径 + 最短直径) / 2 茎壁厚的测定方法为在一横截面上取 6 个值再平 均计算而得 。 1. 2. 2 水稻茎秆力学性能的测定 从田间取样时每个品种每次取样 5 株 ,取 2 次共 10 株 ,取样后截取相同长度的节间 ,马上进行拉伸试 验 。1) 拉伸强度极限的测定 :制备好试样后 ,置于拉伸 台上 ,适度夹紧 ,为防止水稻茎秆在夹紧过程中破裂 , 试验时在夹紧部位的水稻茎空腔处插入一段大小接近
2 实验结果
不同水稻品种的性状比较结果见表 1 ,大 、小维管
束的分布情况见图 1 。
表 1 不同水稻品种性状结果
茎粗 品种
/ mm 农丰 1 号 6. 35
桂朝 2 号 5. 50
广陆矮 4 号 4. 30
桂优 99 5. 23
茎壁厚 / mm 0. 41 0. 49 0. 36 0. 42
大维管束 小维管束
主要观察和测定了茎粗 、茎壁厚 、大维管束数目 ;同时 平行测定茎秆的拉伸弹性模量和拉伸强度极限 ,以此 反映水稻茎秆的力学性能 。通过统计学分析来比较不 同水稻品种的细观结构和力学性能的差异 ,并分析结 构和性能的相关性 。 1. 2. 1 水稻茎秆细观结构的测定
水稻齐穗后截取地上部第 3 节间 , 每个品种 10 株 ,全部选用主茎 。用解剖刀在第 3 节间的中部切取 一宽约 0. 1~0. 3 cm 的横切环 ,用戊二醛溶液固定 6~ 10 h ,清洗干净后镀金膜 ,作显微镜观察 、照片 ,测量茎 粗 、茎壁厚 、大维管束数目 。因为水稻茎秆并不是规则 的圆形 ,所以茎粗的测定方法为 :
39
的圆木棍 。试验时先测定内 ,外直径 。然后加载至破 坏 ,记取其破坏荷载 ,除以横截面面积 ,得强度极限 。 2) 拉伸弹性模量的测定 :试样制取同上 ,置试样于拉伸 台上 ,缓慢加载至其不产生破坏为止 ,由实验数据绘出 应力 - 应变关系曲线 。在应力 - 应变关系曲线上的直 线段上任取两点 ,由对应的σ和ε值计算得Δσ和Δε, 即 E =Δσ/Δε。
模量在 4 个供试品种中是最高的 ,其大 、小维管束数目最多 ,茎粗 、茎壁厚中等 ,抗倒伏能力最强 。因此
在高产抗倒伏品种的选育中应向矮中求高 ,向中秆 、硬秆的方向来选育 。
关键词 :水稻茎秆 ;拉伸强度极限 ;拉伸弹性模量 ;抗倒伏
中图分类号 :Q947
文献标识码 :A
水稻的茎秆由节和节间组成 。节可以增强水稻茎 秆的刚度 ,这一点犹如复合材料的加强件 ,使其抵抗外 部的弯曲载荷能力得以提高 ;节间由表皮 ,机械组织 , 薄壁组织和维管束等几个部分组成 :表皮细胞的细胞 壁一部分本质化或硅质化 ,使其表皮的强度进一步得 到提高 ,维管束既是输导组织又是茎秆的增强体 ,并且 周缘的小维管束向外突出 ,成为棱状突起 。水稻茎秆 正是由于具有复杂的多层组合结构从而表现出优良的 力学性能[1 ] 。水稻茎秆的力学性质是水稻茎秆的重 要物理属性 ,在我国的水稻研究中 ,这一属性的确定工 作 ,还尚未进行 ,有必要进行这一工作 。在对水稻茎秆 的力学性质探讨研究中 ,笔者主要对 4 种不同类型的 水稻茎秆进行拉伸实验 ,得出不同类型水稻茎秆的拉 伸弹性模量和拉伸强度极限 ,同时 ,进行水稻茎秆的细 观结构分析 ,从而得出水稻茎秆结构与性能的关系 。
1. 19~2. 34
3 分析与讨论
水稻茎秆的力学性能是由水稻茎秆的细观结构所 决定的 ,在长期的自然选择和人工选择下 ,水稻茎秆的 结构日趋合理 ,其结构和功能适应性体现得相当完 美[2 ] 。在自然条件下 ,水稻的结实率不高 ,单穗重不 大 ,其茎秆的主要作用是支撑及抵抗外部的风雨病害 的袭击 ,因此在自然条件下 ,水稻只要能生长在合适的 环境中 (有较充分的光照 ,水分和不太密集) 倒伏现象 较小发生[3 - 4 ] 。随着人们对野生稻种的驯化 ,水稻产 量大幅度提高 ,水稻茎秆的载荷大部分来自于茎重和 穗重 ,在自然条件变化不大的相同情况下 ,栽培稻比野 生稻所承受的载荷要大得多 ,特别是随着集约化耕作 和普遍施用化肥 ,水稻的生物产量更进一步提高 ,这就 对水稻茎秆的力学性能提出了更高的要求[5 - 7 ] 。既 要丰产 ,又要抗倒 ,也就需要对水稻茎秆的结构和力学 性质进行深入的分析和探讨 。 3. 1 水稻茎秆的拉伸强度极限和弹性模量比较
不 同 类 型 水 稻 茎 秆 拉 伸 强度极限的实验结果
见表 2 ,拉伸弹性模量的实验结果见表 3 。
表 2 不同类型水稻茎秆拉伸强度极限 MPa
品种
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 平均 范围
农丰 1 号 桂朝 2 号 广陆矮 4 号 桂优 99
12. 18
13. 75
9. 31
10. 28
13. 23
11. 58
9. 14
9. 67
11. 69
12. 34
8. 90
12. 30
12. 34
14. 79
10. 23
9. 73
10. 37
13. 23
9. 68
9. 54
14. 21
15. 50
10. 70
9. 53
12. 56
14. 30
8. 72
10. 34
11. 33
11. 40
11. 75
1 9 9 4 , 6 (4) :713 - 725. [2 ] 阳小成 ,王伯初 ,段传人 ,等. 力学方法在植物学研究中的
应用及进展[J ] . 重 庆 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 ) , 2 0 0 2 ,
25 (1) :154 - 158. [ 3 ] BALA KRISHNA M J . 关于抗倒伏水稻品种的选育[J ] . 国
相关文档
最新文档