新型3D冠层建模流程揭示了玉米光合作用的关键因素

促进冠层水平的能量转换对于提高生物量和作物生产力至关重要，其中叶片光合作用效率、冠层结构和叶片叶绿素含量等因素起着至关重要的作用。

尽管作物叶片光合作用的遗传学研究取得了进展，但这些因素之间复杂的相互作用使对冠层光合作用的理解变得复杂。计算模型有助于剖析这些复杂性，但开发全面的3D冠层模型仍然具有挑战性。

2023年7月，PlantPhenomics发表了一篇题为“量化不同因素对两种玉米品种冠层光合作用的贡献：新型3D冠层建模流程的开发”的研究文章。

该研究利用3D冠层建模流程来评估两个玉米品种W64A和A619在不同生长阶段的结构和光合性状。这涉及使用运动结构和多视图立体(SFM-MVS)方法以及64摄像头系统(MVS64)生成单个植物的点云。

使用LiDAR确认了这些点云的精度，证明MVS64和LiDAR数据集之间的中值差距为3毫米。

从点云得出的植物结构特征与手动测量的数据密切相关，表明该方法的精度。在两个玉米品系之间观察到植物结构的显着差异。W64A后期的叶数高于A619，但茎高相似。A619成熟时叶片较长，但叶宽无显着差异。通过SPAD值测量，A619的叶片叶绿素含量在初始阶段较低。

建立了SPAD值、叶片透射率和反射率之间的关系，有助于计算这些叶片特性。

研究还分析了叶片光合速率，发现在大多数光照水平下，A619上层叶片的光合速率较高。然而，底层叶片光合作用的差异仅在播种后38天(DAS)时才显着。

该研究通过3D模型剖析了冠层光合作用中不同性状的作用，表明叶片光合作用对冠层光合作用的总体CO2吸收产生了最实质性的影响。

然后，该研究探讨了光合作用和结构性状的改变如何影响这两个玉米品种的冠层光合作用。模拟表明，叶片光合光响应参数的变化与冠层总光合作用线性相关，特别是在上层。

植物结构参数(如叶宽、长度和数量)的调整与冠层光合作用呈非线性关系。该研究还确定了这些性状在不同生长阶段的最佳值。

最后，该研究强调叶片光合作用是影响冠层光合作用的主要因素，两个品种之间存在17.5%至29.2%的差异。

植物结构的影响是次要的，特别是在早期生长阶段。本研究开发的3D冠层建模过程不仅阐明了个体特征对冠层光合作用的贡献，而且提出了通过理想育种提高作物产量的新策略。