基于竹子生物特征的维管束结构塔筒力学特性研究

竹子具备较强的生存能力,这与其自身独特的生物特征紧密相关.从宏观角度对竹子结构进行研究可以发现,沿竹身非均匀分布的竹节是竹子最为显著的结构特征,竹节可提高竹材轴向和径向的抗压能力.进一步从微观角度对竹节维管束结构进行研究可以发现,竹节维管束是竹节的主要承载结构.考虑到竹子和风力机塔筒的相似性,将竹节维管束生物特征应用至风力机塔筒结构设计中,进行仿竹节维管束塔筒设计,并在极端工况下对仿竹节维管束塔筒和原塔筒进行静力学对比分析.结果表明,仿竹节维管束塔筒相比原塔筒最大响应应力减少了22.12%,最大响应位移减少了9.02%,仿竹节维管束结构使仿竹节维管束塔筒的强度和刚度得到了提升.研究结果可为竹节微观生物结构在实际工程应用方面提供理论依据.

氮肥对超级杂交稻穗颈节间维管束结构的影响

在大田栽培条件下,以代表性超级杂交稻品种为材料,研究不同施氮量[0(N0)、150(N10)、210(N14)、300(N20)、390(N26)、450(N30)kg/hm^2]条件下灌浆期超级杂交稻穗颈节间维管束结构的变化,并分析其与产量及其构成因素的关系,为超级杂交稻增产的生理机制研究提供理论依据。结果表明,施用氮肥可以改变超级杂交稻穗颈节间维管束结构;随施氮量的增加,各品种大维管束和小维管束数目、面积、总面积总体上均表现为先增加后减小的变化趋势,且总体在施氮量为210 kg/hm^2下维管束结构最优;超级杂交稻穗颈节间大维管束和小维管束数目、面积、总面积均与有效穗数(大维管束和小维管束数目除外)、千粒质量呈显著或极显著负相关,而与穗粒数、结实率(小维管束数目、面积除外)、产量(小维管束面积除外)均呈显著或极显著正相关。综上,合理施氮肥通过改变大、小维管束结构影响“流”的运转能力,可能主要体现在提高超级杂交稻穗粒数、结实率方面,进而增加产量,总体以施氮量210 kg/hm^2最优。

密度对不同玉米品种果穗维管束结构的影响

研究表明,密度对玉米果穗维管束的数目、面积影响显著,高密度下,三品种穗柄、穗轴内的大维管束数显著减少,单个大维管束的平均面积著降低;不同类型品种间对密度的反应有差异,平展大穗型品种沈单7号受密度影响最大,而紧凑型品种掖单13号、掖单4号则表现出较耐密植的特点。

华南超大穗型水稻种质DS23“源-库-流”特征及其超高产潜力研究

【目的】研究超大穗型水稻新品系DS23在早季的产量表现和“源-库-流”特征,探明DS23“源-库-流”特征及其超高产潜力挖掘方向,为华南早稻高产育种与栽培提供理论依据。【方法】以超大穗型新品系DS23为供试材料,以中大穗型品种粤禾丝苗为对照,在大田条件下开展研究。试验测定并比较了不同穗型水稻的叶面积指数、SPAD值、茎鞘非结构性碳水化合物(Non structural carbohydrate,NSC)积累与转运特征、穗茎节间解剖特征、产量及其构成因子等性状。【结果】DS23每穗总粒数、粒重、库容量和产量分别比粤禾丝苗增加37.3%、4.0%、33.7%和15.9%,有效穗数和结实率比粤禾丝苗显著降低6.8%和15.1%。两品种间抽穗期叶面积指数和剑叶SPAD值无显著差异。与粤禾丝苗相比,DS23抽穗期茎鞘NSC积累量与茎鞘NSC对籽粒的表观贡献率分别显著降低15.3%和19.8%,茎鞘NSC表观转运率显著提高10.3%,大维管束数量显著增加17.3%,两品种穗茎大小维管束面积无显著差异;DS23粒叶比无显著变化,糖花比显著降低34.2%,维管束负荷量指标增加20.4%~60.2%。【结论】超大穗型水稻DS23在早季种植库容量大、穗颈节间转运组织发达、后期物质转化能力强,高产与增产潜力大,提高结实率是挖掘其超高产潜力的主要方向,研究结果可为超大穗型早稻品种选育与高产栽培技术研发提供理论依据。

竹材多尺度下强韧性及水热影响研究进展

高强韧性是竹材最重要的材性特征和加工利用优势之一,这种强韧性与竹材独特的多尺度结构有着密切关系。作为天然生物质复合材料,水分与温度的变化对其强韧性有着直接影响:含水率增加,有利于提升竹材抵抗塑性变形的能力;温度升高,则使其材性变脆;在水-热协同效应下,具有维管束梯度结构的竹材通过微纳结构和化学组分的变化影响强韧性。笔者着重从材料学角度分析了竹材的增韧机制,介绍了竹材的多尺度结构,综述了竹材如何在不同尺度下通过梯度结构、细胞协同变形、多细胞壁层结构和分子链滑移体现增韧机制。水分主要增大竹材细胞变形和分子链滑移空间,从而使竹材在相同外力作用下能发生更大的位移,增加韧性。分析了湿热处理时,竹材纤维素、木质素和半纤维素的位置、构象及其比例可能在较低温度下发生变化,进而调控其强韧性能的变化。在此基础上,按照传统竹制品和现代竹材加工工艺,列举了竹材强韧性的典型应用案例和强韧性新材料发展方向。最后,提出了竹材在湿热作用下强韧性机理可进一步研究的方向。

薇甘菊(Mikania micrantha)非同化器官光合特征及其生态学意义

薇甘菊因为其在新生境的强入侵能力而臭名昭著,有关其入侵的光合生理原因主要集中在叶片光合速率研究,而对非同化器官光合特性少见报道。以叶片为对照,对非同化器官花、果、茎、根的光合电子传递速率、PSII光化效率以及不同器官光合碳固定对群落碳平衡的影响进行了研究,发现尽管非同化器官光合电子传导速率均低于叶片,但是其色素利用效率(叶绿素和类胡萝卜素)显著高于叶片。在生殖生长季节,叶片光合能力明显下降的时期内,非同化器官的光合碳固定对薇甘菊生长起到积极作用。把不同器官的光合碳固定量尺度放大到群体水平发现,基于使用红外线CO2分析法和叶绿素荧光方法计算结果表明,单位土地面积上分布的薇甘菊非同化器官(生殖器官、茎和根等)分别占群体总光合能力的19%和49%,说明非同化器官光合在薇甘菊生长和入侵中可能具有的重要作用。尽管薇甘菊叶片为典型C3植物特征,结果发现了茎以及主叶脉内存在类似C4途径的、具有丰富叶绿体的维管束鞘结构。C4途径的光合效率远比C3植物高可能是薇甘菊非同化器官光合叶绿素效率高于叶片的一个原因,尚需要更多的直接生化证据支持。

Anatomy, Histochemistry and Phytochemistry of Leaves in Aloe vera var. chinensis

A multidisciplinary approach-anatomy, histochemistry and phytochemistry-was used to investigate the leaf structure, the content and the storage location of barbaloin in the leaves of Aloe vera L. var. chinensis (Haw.) Berg. Xeromorphic characteristics including secondary thickened epidermal cell walls, thicker cuticle, ambiguous differentiation of spongy and palisade tissues in the chlorenchyma, and well-developed aquiferous tissue could be seen in the leaves. Several large parenchymatous cells were observed at the phloem pole of the first ring of vascular bundles. The secondary ring of vascular bundles in the leaf base and the stomata, which are surrounded by five cells, have some classification significance in this species. The density of vascular bundles, the content of barbaloin and the intensity of histochemical reaction differed among leaf numbers Ll (annual leaf), L2 (biennial leaf), L3 (triennial leaf) and L4 (quadrennial leaf), and in different parts of the leaf. These three factors were highest in the youngest leaf, Ll, and top parts of all the leaves and lowest in the basal parts and the oldest leaf, L4. The density of vascular bundles had a positive correlation to the content of barbaloin. The histochemical results revealed that the small sheath cells that surrounded the bundles might be the location of barbaloin synthesis and the large parenchymatous cells beneath the sheath might be the storage places of this metabolite.

基于弯曲挺度法的缠绕用薄竹篾柔性表征

利用竹材的高柔性制造的竹缠绕复合材料是竹材创新利用的革命性产品。深入研究竹材柔性表征方法、评价指标和内在机理可为定向仿生制备高性能竹缠绕复合材料和优化竹缠绕管道工艺提供理论指导。探索弯曲挺度法表征缠绕用薄竹篾柔性的适用性,比较竹材维管束梯度结构和木材木射线组织微观结构差异对竹、木材柔性的影响机制。结果表明:弯曲挺度法适用于缠绕用薄竹篾的柔性表征,该法可快速、准确地获得不同竹篾薄层的柔度。适宜的测试条件为:跨厚比不小于100,加载角速率为600~1800(°)/min。竹材柔性具有梯度性:从竹黄到竹青,随着纤维比量增加,竹篾(50 mm×5 mm×1 mm)柔度从2.92×10-3 mN-1·m-1降低至1.07×10-3 mN-1·m-1,竹材柔性降低。利用混合定律获得竹材维管束和薄壁细胞的弯曲模量和柔度(厚1 mm)理论值分别为0.365 GPa、28.82 GPa和3.284×10-2 mN-1·m-1、0.42×10-3 mN-1·m-1。在相同含水率、尺寸和密度下,竹、木材比柔度排序为竹黄侧>竹青侧>木材,木材柔性低是横向木射线组织限制其柔性变形所引起的。