植物功能結構模型GreenLab最新研究進展及未來發(fā)展的前景和方向探討
Plant Phenomics | 中國科學院自動化研究所推動植物功能結構模型GreenLab最新研究進展
評估氣候變化對作物生產(chǎn)力和可持續(xù)性的影響對于制定有效的適應措施至關重要。作物模型對量化氣候變化對作物產(chǎn)量的影響具有重要作用。為更好地表達作物在不同環(huán)境條件下的內在生長和發(fā)育模式以及它們在不同環(huán)境條件下的可塑性，研究人員提出了功能-結構植物模型（FSPM）“GreenLab”。GreenLab是一個器官尺度的模型，它可以在不考慮環(huán)境因素影響的情況下，根據(jù)數(shù)學表達式描述植物的內在生長和發(fā)育模式，模擬植物的生長發(fā)育過程。然后再基于校準過的模型，表達植物在不同環(huán)境條件下的可塑性。此外，GreenLab的特點在于它能夠根據(jù)測量的植物數(shù)據(jù)計算影響生物量生產(chǎn)和分配的模型源庫參數(shù)。
2024年2月，Plant Phenomics在線發(fā)表了中國科學院自動化研究所平行智能技術與系統(tǒng)團隊農(nóng)業(yè)組題為Functional–Structural Plant Model “GreenLab”: A State-of-the-Art Review 的研究論文。
自1998年以來，基于中法聯(lián)合實驗室（LIAMA），中國科學院自動化研究所（CASIA）與法國國際農(nóng)學研究與發(fā)展中心（CIRAD）建立了合作關系，共同推動GreenLab模型（中文名Qingyuan）的發(fā)展。在過去的20年里，包括中國農(nóng)業(yè)大學（CAU）、中國林業(yè)科學院（CAF），以及法國國家數(shù)字科學與技術研究所（INRIA）、巴黎中央理工學院（ECP）等多個研究機構和大學共同參與了該模型的研究工作（圖1）。
圖1 GreenLab模型發(fā)展歷程
GreenLab模型具有通用性，已成功應用于20多種具有連續(xù)生長和節(jié)律性生長的溫帶和熱帶物種，包括田間作物、園藝作物、草本植物和樹木（圖2）。
圖2 使用GreenLab模型模擬的植物
GreenLab模型經(jīng)歷了不斷的發(fā)展，融合了新的建模方法和技術，包括雙尺度自動機、子結構方法、源-庫參數(shù)的求解、冠頂分析、器官序列、潛在結構和參數(shù)優(yōu)化等。本文回顧了GreenLab模型的發(fā)展歷程、基本概念、主要理論、特點和應用。此外，本文介紹了實現(xiàn)GreenLab模型的軟件工具。最后，討論了GreenLab模型未來發(fā)展的前景和方向。
本文第一作者王秀娟副研究員及通訊作者康孟珍副研究員所在團隊為中國科學院自動化研究所平行智能技術與系統(tǒng)團隊農(nóng)業(yè)組。該團隊多年來從事智慧農(nóng)業(yè)、計算植物等方向的研究工作�；谄叫蠥CP（人工系統(tǒng)+計算實驗+平行執(zhí)行）理論，提出了農(nóng)業(yè)社會物理信息系統(tǒng)的框架。在智慧農(nóng)業(yè)方面，研發(fā)了農(nóng)業(yè)種植智能服務平臺及溫室智能控制系統(tǒng)。在計算植物方面，基于中法合作提出了通用的植物生長模型青園（GreenLab）。該文章得到新一代人工智能“2030”重大項目以及中國科學院-荷蘭國際合作重點項目以及基金委面上項目的資助。
論文鏈接：
https://doi.org/10.34133/plantphenomics.0118
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About Plant Phenomics
《植物表型組學》（Plant Phenomics）是由南京農(nóng)業(yè)大學創(chuàng)辦的英文學術期刊，于2019年1月正式上線發(fā)行。采用開放獲取形式，刊載植物表型組學交叉學科熱點領域具有突破性科研進展的原創(chuàng)性研究論文、綜述、數(shù)據(jù)集和觀點。具體范圍涵蓋高通量表型分析的最新技術，基于圖像分析和機器學習的表型分析研究，提取表型信息的新算法，作物栽培、植物育種和農(nóng)業(yè)實踐中的表型組學新應用，與植物表型相結合的分子生物學、植物生理學、統(tǒng)計學、作物模型和其他組學研究，表型組學相關的植物生物學等。期刊已被DOAJ、Scopus、PMC、EI和SCIE等數(shù)據(jù)庫收錄。科睿唯安JCR2023影響因子為7.6，位于農(nóng)藝學一區(qū)（1/125名），植物科學一區(qū)（13/265名），遙感一區(qū)（6/62名）。2023年中科院期刊分區(qū)位于農(nóng)林科學大類一區(qū)。2020年入選中國科技期刊卓越行動計劃高起點新刊項目、2024年入選江蘇科技期刊卓越行動計劃領軍期刊項目。
說明：本文由《植物表型組學》編輯部負責組稿。
中文內容僅供參考，一切內容以英文原版為準。
特邀作者：王秀娟
排版：許怡瑤（上海交通大學）
審核：孔敏、王平
