《高稈水稻莖稈細胞壁和組織構建的微觀力學研究》是依託河南師範大學，由王太霞擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：高稈水稻莖稈細胞壁和組織構建的微觀力學研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：王太霞
- 依託單位：河南師範大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
為實現畝產破1000kg的第四期超級稻育種目標，袁隆平院士提出培育高稈水稻品種，以增加生物產量的構想。然而，株高與抗倒伏曾經是突出的矛盾。因此，培育高而不倒的新型高稈超級稻品種，是實現超級稻第四期目標的關鍵之一。細胞壁是植物細胞特有的結構，是作物莖稈的實質承載結構，其微觀力學特性與作物抗倒伏能力密切相關。本課題以高稈水稻（株高170-200cm）為材料，綜合套用結構植物學、材料力學和組織化學方法，採用雷射共聚焦顯微鏡、電子顯微鏡、原子力顯微鏡、傅立葉紅外光譜和納米壓痕技術，揭示水稻莖稈細胞壁構建（細胞壁組成成分、纖維素等細胞壁大分子排列方向、細胞壁層次等）、組織結構（包括表皮、機械組織、維管束、基本組織的比例和細胞排列方式）與微觀力學性能的關係。理論上闡明植物細胞壁微觀力學形成機理，揭示細胞壁支持力是如何形成的這一基礎生物科學問題。實踐上為選育高而不倒的超級水稻品種提供理論依據和參考指標。
結題摘要
植植物高度與抗倒伏能力呈負相關，植物赿高赿容易倒伏。矮稈和半矮稈品種雖然具有較強的抗倒伏能力，但群體通風透光能力較弱，在高產的基礎上難以達到超高產。袁隆平院士提出培育高稈水稻品種的構想，增加生物產量，最終達到超級稻育種目標。細胞壁是植物細胞特有的結構，是水稻莖發育過程中承擔力的物質基礎。本研究綜合套用植物解剖學、組織化學、細胞化學和生物化學等方法，研究了15個水稻材料不同時期莖屈服力，倒伏指數的變化情況，探究莖屈服力與倒伏指數的變化趨勢及可能的影響因素。分析莖解剖結構特徵，並通過相關性分析，多元回歸分析和人工神經網路（RBF神經網路）分析，建立了分析水稻倒伏的三種評價機制，找出適合於水稻株型的最佳預測模型和最佳株型。利用RBF神經網路預測得出水稻的最佳株型為：株高115cm-125cm：皮層厚度為0.428，維管束個數為13.3，大維管束比例77%，倒三莖節長度16.5；130 cm -140 cm：皮層厚度0.368，維管束個數13.0，大維管束比例73.85%，倒三莖節長度17.6；140 cm -150 cm，皮層厚度0.388，維管束個數為12.7，大維管束比例72.1%，倒三莖節長度17.8；150 cm -160 cm：皮層厚度0.494，維管束個數為12.5，大維管束比例76.65%，倒三莖節長度18.3cm；160 cm -180 cm：皮層厚度0.62，維管束個數為13.4，大維管束比例75.95%，倒三莖節長度17.6cm。 本研究建立了水稻莖稈形態特徵與抗倒伏及莖稈木質素代謝數學模型，建立了快捷準確的株型倒伏評價方法；通過分析莖稈的木質素代謝過程探究莖稈倒伏的微觀機理，為選育高而不倒的抗倒伏超級水稻品種提供依據。
